主页 > 技术文章 > 试析在单片机课程中工学结合教学法的改革 2024-10-10

试析在单片机课程中工学结合教学法的改革

摘要：单片机技术是当前社会较为流行和热门的技术之一，社会对硬件设计工程师的需求增长相当迅速，该课程的重要性也越来越明显。本文根据工学结合教学法在单片机课程中应用方式进行分析，探讨教学改革的效果。

一、单片机技术教学发展概述：
　　单片机技术是现代电子工程领域一门迅速发展的技术，应用于各种嵌入式系统中。单片机技术的发展极大地推动了电子工业的发展，无论在教育界还是在产业界，单片机技术的推广仍然是一个热点。建立开放式的实验室管理模式单片机实验室应实行开放式管理，在不影响正常实验教学任务的前提下，面向全校学生，在课余时间向学生提供实验所需要的场所、仪器设备等。开放范围除了实验开放项目、课程设计外，也包括学生兴趣爱好、第二课堂活动、创新活动等。开放性实验管理模式是在注重知识、能力和素质协调发展的同时，贯彻因材施教、注重个性培养的教学原则，目的是激发学生的学习兴趣和热情。
　　目前，各个高校都建立了单片机实验室，但是很多学校的实验教学现状却不容乐观。就中职而言，主要存在以下问题：（一）实验场地和时间不足。学生除了上实验课外，平时难得有机会实践；（二）以验证性实验为主。实验室所配备的实验箱只能满足验证性实验的要求。由于实验箱是成品，学生很难参与到其中的细节设计中去，学生的实践能力很难得到锻炼和提高，学生也很难建立起单片机系统开发的整体概念。并且，这种实验设备的配置方式局限了实验项目数量，还存在设备维护工作量大的现实问题；（三）由于实验设备仅适用于某一系列的单片机，若开设新的单片机课程，则需要重新配置实验设备，增加了学校的投入。
　　在实施过程中，要注意实验内容不应与教学计划及教学大纲所规定的实验教学内容相重复，应属于课程教学内容的拓展性实验；还要注意综合性和针对性，强化基础，拓宽知识覆盖面，注重培养知识的综合运用能力。要根据科技的发展及其实际应用，结合实际工作，加强对学生科学研究思维和建立工程概念的训练，培养学生的创新能力和动手能力。开放性实验的组织中要突出学生的自主性，要全方位体现以学生为主体的自主式学习方式。在实验方案设计、操作、实验结果的分析处理等方面最大限度地发挥学生的主体作用，教师布置任务、讲解及指导等要点到为止，留有余地，给学生独立思考、独立操作、独立分析、独立解决问题的空间，充分调动学生的积极性和主动性。
二、改革中单片机教学内容和方法：
　　（一）教材的改革
　　传统的单片机课程教材一般是以单片机的结构和各模块的使用为核心进行编写的。这样的教材详细的解析了单片机的结构和各种功能，有利于学生全面掌握单片机的理论知识。但是对于高职的学生来讲这样的教材是不合适的。结合项目化课程改革，单片机课程的教材必须进行改进，以工作任务为主线，有机的组织理论和实践知识的学习。新教材应该摈弃原来的章节概念，代之以一个个项目和模块，将整个理论体系进行有机的、覆盖性的分解后融入项目和模块的实现过程中。在每一个项目或模块的编写中，应勾勒出本项目所涉及的理论基础，以方便教师组织学生进行必要的理论准备。同时要给学生提出基本要求和提高要求，使得学生在完成基本的教学任务的同时拥有自主学习、自主创新的空间，方便学有余力的学生进一步提高自己。所有的项目应该秉承由简入深的原则，通过渐进的学习逐步的提高和完善学生的知识面。
　　（二）教学方法的改革
在传统的教学模式中，都是按照单片机的结构体系来授课的，存在很多问题。如单片机系统结构抽象，指令功能多，程序编写困难等，使学生入门学习望而生畏，严重挫伤了学习兴趣和热情。为了解决这些问题，必须进行教学模式改革，引入了项目教学法、案例教学法等教学方法。兴趣是最好的老师。在第一次课的绪论中，除了简要列举大量图文并茂的应用案例外，还把“新颖60秒LED旋转电子钟”、“高精度程控函数信号发生器”等作品的实物，带进教室，并简要介绍它们的工作原理及应用，创建一个“学习《单片机原理及应用》不但有用而且有趣”的情景，从而激发同学们的学习兴趣。
压力是最大的动力。此处的压力有多层含义：1、责任感的压力，学好《单片机原理及应用》是工业技术改造和经济建设的需要，是我们青年人的责任；2、就业的压力，学好该课程是就业的需要，掌握单片机技术，可以大大拓展就业机会；3、考核的压力，即学期末每个同学除了常规的笔试、实验和平时作业外，还有一个5000字以上独立完成的“单片机应用系统设计”，短学期要完成“新颖60秒LED旋转电子钟”或“高精度程控函数信号发生器”等课程设计。以项目任务为教学单元，打破原有界限，不管硬件结构、指令、编程的先后顺序，将各部份知识分解成一个个知识点，为了完成一个项目任务抽取每个部份的不同知识点，加以组合，完成第一个项目任务就能清楚单片机的开发过程，完成第二、三个项目任务，就能自已模仿性地编出自已的程序，使得学习过程是一个不断成功地完成基础上任务的过程。当所有项目任务全部完成，知识点就全学完了。即便只完成部份项目任务，也可以去做一些程序了——事实并没有必要学完全部知识才可以去做开发的。
　　选取大量直接来自于工程实际，自己亲自实践过的应用案例，激发学生的求知欲。利用网络开展自主学习:为充分发挥校园网的优势，培养学生自主学习的能力，我们把课程教学大纲、电子教案、教师精心制作的教学课件等教学资源上网供学生自学，并利用电子邮件、系网站的交流园地与学生进行课外交流，为学生答疑解惑，为学生提供了更为广泛的沟通渠道与环境。不断根据企业需要来调整教学大纲:单片机技术在不断发展，其应用也在不断的变革，市场的需求就是企业的需求，也是我们培养学生的需求，为此我们要根据这些变化的需求来调整教学大纲，培养具有企业需求的技能学生，提高学生的就业技能。
　　（三）考核方式的改革
　　传统教学注重知识和理论的学习，考核以期末闭卷理论考核为主。高职教育在保证新知识传授和理论系统性的同时，特别强调职业技能的训练，考核的内容和方式要“以能力的考核为中心”作相应改革。这就是能力与知识、操作与理论并重的考核模式。因此，在传统的期末闭卷笔试考核基础上，我们增加了“操作考核”的项目,并且将学生的课外小制作也纳入平时成绩。
三、开设大型综合设计实验，培养学生的创新能力：
　　大型综合的设计实验需要在学生完成基础实验之后视学生掌握程度而开设，这个环节在整个单片机教学中非常重要，只有经过完整的项目训练，学生才会建立起完整的系统的概念。学生需要根据设计任务书上的要求（包括软硬件的资源配置、实验要求达到的效果）进行设计实验。这样的训练可以将科技方法的训练、机电综合设计、创新设计及毕业设计等实践内容融合到大型综合设计实验项目中，使原来分散的小规模设计和训练集成为一个大型的系统设计项目，从而培养学生的创新能力。此外，在单片机实验开发的基础上，在学生参与下开发一些应用板，组成机电一体化的实验平台，如我院已经开发出的步进电机的单片机控制实验平台。这些训练可以使学生更加熟悉单片机的组成、工作原理、程序开发、系统的扩展。更重要的是，学生可以积累自己实践的经验，增强工程意识，为将来顺利进入实际的工程环境打下坚实的基础。
　　用户还可以建立新的元器件模型。对于MCS-51系列单片机而言，Proteus还能够与Keilc51集成环境实现联机同步调试。而Keil是德国开发的一个51单片机开发软件平台，是目前应用最广泛的、最重要的单片机开发平台。它的界面简单，操作容易。Keil的uVision2可以进行纯粹的软件仿真，也可以利用硬件仿真器，搭接上单片机硬件电路，在仿真器中载入项目程序后进行实时仿真。此外，还可以使用KeilMonitor-51在不需要额外硬件仿真器的条件下，搭接单片机硬件系统对项目程序进行实时仿真。uVision调试器的调试功能也很丰富，具有常规源极调试、符号特性调试、历史跟踪，代码覆盖，复杂断点等功能。构建虚拟实验室主要是利用Proteus进行硬件电路的设计，用Keil进行软件设计。硬件电路的设计主要有两个方面：系统扩展（包括ROM、RAM、I/O口、定时器等功能单元的扩展）和系统的配置（即根据系统的要求进行外围设备的配置，如键盘、显示器、A/D转换器、D/A转换器、打印机等的接口电路的设计），通过该软件的使用，可以使学生掌握硬件电路的设计方法。软件设计主要是应用程序的编制、调试，使学生掌握软件开发的步骤、方法和技巧。而软硬件的设计完成之后，还需要进行系统的总调，将这两大执行环境组合起来构成联合的仿真系统，其中，KEIL作为软件的调试界面，而Proteus作为硬件的仿真和调试界面。这样，就可以像仿真器一样调试程序了。
作为一门硬件设计的专业课程，就必须突出“三重”原则：重基础、重能力、重应用。以培养单片机技术综合应用能力为目标，选择能代表专业特色的单片机综合应用训练项目，将需要具备的综合能力分解成各项基本能力，围绕基本能力训练项目，依照认知规律构建训练模块。

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