冷雪鋒

單片機(jī)課程是高職院校電氣自動(dòng)化專業(yè)的一門必修課程，其理論性和實(shí)踐性非常強(qiáng)，但由于該課程比較抽象，學(xué)生在學(xué)的時(shí)候難以入門，難以了解單片機(jī)的整體結(jié)構(gòu)，因而，在單片機(jī)的教學(xué)過程中，應(yīng)該增加實(shí)踐環(huán)節(jié)來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手能力。實(shí)踐環(huán)節(jié)包括一體化教學(xué)、實(shí)驗(yàn)和實(shí)訓(xùn)。［1］一體化教學(xué)就是在一體化教室，采用多媒體等現(xiàn)代化教學(xué)手段，充分運(yùn)用啟發(fā)、展示、演示和舉例的方法，以學(xué)生為主體，融教、學(xué)、做于一體，邊講邊練。［2］在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，要求學(xué)生獨(dú)立實(shí)驗(yàn)，獨(dú)立調(diào)試，獨(dú)立驗(yàn)證，教師以啟發(fā)、引導(dǎo)為主，鼓勵(lì)學(xué)生相互討論，牢固掌握已學(xué)知識(shí)。［3］

單片機(jī)實(shí)訓(xùn)是在具備了單片機(jī)理論教學(xué)的基礎(chǔ)上，教師以引導(dǎo)為主，給學(xué)生一定的時(shí)間，讓學(xué)生通過單片機(jī)項(xiàng)目的開發(fā)，完成實(shí)訓(xùn)，目的是使學(xué)生加深對(duì)單片機(jī)理論的理解，鞏固理論知識(shí)，掌握單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)的完整步驟，從而有一個(gè)全面的提高。因此，單片機(jī)實(shí)訓(xùn)課程的意義非常重要。為了讓學(xué)生學(xué)好這門課，在單片機(jī)實(shí)訓(xùn)課程的教學(xué)中，應(yīng)不斷進(jìn)行改革，嘗試引入項(xiàng)目教學(xué)法，循序漸進(jìn)，通過讓學(xué)生自己搭建硬件電路，仿真環(huán)境中調(diào)試程序，軟硬件整機(jī)調(diào)試，使學(xué)生在實(shí)踐中鞏固所學(xué)的理論知識(shí)，鍛煉自己的獨(dú)立思考能力和動(dòng)手能力，從而激發(fā)對(duì)單片機(jī)學(xué)習(xí)的興趣。

一、單片機(jī)實(shí)訓(xùn)課程存在的問題分析

筆者通過硬件和軟件兩方面，分析單片機(jī)實(shí)訓(xùn)課程中存在的問題。

(一)采用實(shí)驗(yàn)箱

部分院校用實(shí)驗(yàn)箱作為單片機(jī)實(shí)訓(xùn)教學(xué)的硬件平臺(tái)，按照實(shí)驗(yàn)箱的例程完成部分項(xiàng)目，在實(shí)踐過程中，只是接幾根線，然后，通過調(diào)試程序完成項(xiàng)目。這種教學(xué)方式對(duì)于單片機(jī)這一實(shí)踐性較強(qiáng)的課程，不能使學(xué)生完全了解單片機(jī)的設(shè)計(jì)開發(fā)過程。

(二)采用印制板

硬件平臺(tái)采用印制板，學(xué)生只需把元件焊接上去，在這個(gè)過程中，可以使學(xué)生認(rèn)識(shí)電子元器件，但很難達(dá)到練習(xí)硬件電路和硬件排故的目的，突出練習(xí)的是軟件編程、軟件排故和調(diào)試，而學(xué)生對(duì)硬件的認(rèn)識(shí)和練習(xí)的程度不夠。

(三)采用萬(wàn)能板焊接

硬件平臺(tái)采用萬(wàn)能板，學(xué)生認(rèn)識(shí)元器件，進(jìn)行元件布局，布線，焊接電路，軟件編程，硬件排故，軟硬件調(diào)試，可以很好地達(dá)到練習(xí)硬件和軟件的目的。但這樣，學(xué)生的大部分時(shí)間都用在了焊接上面，從而造成在一定的時(shí)間內(nèi)，用于練習(xí)軟件編程的時(shí)間比較倉(cāng)促。

(四)單一項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)內(nèi)容

一個(gè)實(shí)訓(xùn)只完成一個(gè)項(xiàng)目，如果項(xiàng)目簡(jiǎn)單了，達(dá)不到訓(xùn)練學(xué)生的目的;如果項(xiàng)目加大難度，學(xué)生又難以獨(dú)立完成和掌握。

二、單片機(jī)實(shí)訓(xùn)課程教學(xué)改革

(一)采用項(xiàng)目教學(xué)法

“項(xiàng)目教學(xué)法”是指在教學(xué)過程中，以學(xué)生為中心，以項(xiàng)目為驅(qū)動(dòng)的教學(xué)方式，即師生通過共同實(shí)施一個(gè)完整的“項(xiàng)目”工作而進(jìn)行的教學(xué)活動(dòng)。項(xiàng)目教學(xué)法由教師設(shè)置任務(wù)項(xiàng)目，項(xiàng)目由淺入深，學(xué)生在教師指導(dǎo)下進(jìn)行實(shí)際操作訓(xùn)練，使“教、學(xué)、做”相統(tǒng)一，重在“做中學(xué)”，以學(xué)生為中心，師生互動(dòng)，目的在于培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。

如表1所示，以2周單片機(jī)實(shí)訓(xùn)為例，共設(shè)計(jì)了5個(gè)項(xiàng)目，項(xiàng)目1又設(shè)計(jì)了5個(gè)任務(wù)，項(xiàng)目2和項(xiàng)目3各設(shè)計(jì)了2個(gè)任務(wù)。項(xiàng)目和任務(wù)按照承上啟下、由淺入深的原則設(shè)計(jì)，硬件平臺(tái)也可以逐步搭建，這樣，使學(xué)生在鞏固課堂知識(shí)的同時(shí)，加深了對(duì)單片機(jī)的理解，從而能夠快速掌握單片機(jī)的開發(fā)過程。

表1 實(shí)訓(xùn)內(nèi)容

(二)引入Proteus仿真

Proteus軟件是一款可以仿真單片機(jī)電路的EDA軟件。在實(shí)訓(xùn)中引入Proteus仿真，有以下幾方面意義。

1.從教師角度。在教師講解單片機(jī)程序時(shí)，其思路和算法等知識(shí)相當(dāng)抽象，學(xué)生掌握起來難度很大，如果教師在邊講程序時(shí)邊用Proteus軟件仿真演示，將使得理論知識(shí)更加生動(dòng)、直觀和易于理解。

教師在講硬件時(shí)，也可以先在Proteus軟件中仿真演示。例如，教師在講解數(shù)碼管時(shí)，可以在Proteus軟件中把數(shù)碼管點(diǎn)亮，講解數(shù)碼管的原理，再讓學(xué)生用萬(wàn)用表檢測(cè)實(shí)物數(shù)碼管的引腳，使學(xué)生在理解的基礎(chǔ)上增強(qiáng)動(dòng)手能力。

2.從學(xué)生角度。學(xué)生在動(dòng)手前，先使用Proteus軟件對(duì)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目進(jìn)行仿真，然后再動(dòng)手操作，這樣，既可以調(diào)試程序，也可以大幅度降低學(xué)生在實(shí)訓(xùn)中因?yàn)椴僮鞒鲥e(cuò)而對(duì)元器件造成損壞的可能性。

以2周單片機(jī)實(shí)訓(xùn)為例，如圖1所示為系統(tǒng)Proteus仿真平臺(tái)。

3.以面包板搭建硬件平臺(tái)。單片機(jī)實(shí)訓(xùn)課程時(shí)間有限，在有限的時(shí)間內(nèi)，如何能提高教師的教學(xué)效率和學(xué)生的學(xué)習(xí)效率是非常關(guān)鍵的。通過對(duì)以往采用的硬件平臺(tái)綜合考慮優(yōu)缺點(diǎn)后，目前，教學(xué)中采用面包板搭建硬件平臺(tái)。采用面包板，學(xué)生認(rèn)識(shí)元件，進(jìn)行元件布局，用面包線搭建電路，由于省去了撥線、布線、焊接的過程，使完成硬件電路的時(shí)間大大加快。硬件電路搭好后，進(jìn)行軟件編程，排故，調(diào)試，可以很好地達(dá)到練習(xí)硬件和軟件的目的，教學(xué)效果顯著。硬件完成時(shí)間的縮短，可以增加軟件的練習(xí)時(shí)間以及增加項(xiàng)目的數(shù)量。由于面包板搭建電路非常方便，所以適用于實(shí)訓(xùn)的“項(xiàng)目教學(xué)法”，根據(jù)項(xiàng)目的由淺入深，硬件電路也可以由項(xiàng)目一部分一部分地搭建。如圖2所示，為電子鐘項(xiàng)目用面包板搭建的系統(tǒng)實(shí)物圖。

以2周單片機(jī)實(shí)訓(xùn)的電子鐘項(xiàng)目為例，如圖3所示，統(tǒng)計(jì)了2個(gè)年級(jí)共4個(gè)班學(xué)生用萬(wàn)能板焊接和用面包板搭建電路的完成時(shí)間情況。其中，11自動(dòng)331和11自動(dòng)332用萬(wàn)能板焊接，大部分學(xué)生的完成時(shí)間是11個(gè)小時(shí)左右;12自動(dòng)331和12自動(dòng)332用面包板搭建電路，大部分學(xué)生的完成時(shí)間是4個(gè)小時(shí)，而且，萬(wàn)能板的排故比較麻煩，一旦焊錯(cuò)電路，其維修需要很多時(shí)間。

圖1 系統(tǒng)Proteus仿真平臺(tái)

圖2 系統(tǒng)實(shí)物圖

圖3 電子鐘項(xiàng)目學(xué)生的完成時(shí)間

綜上所述，本文通過分析單片機(jī)實(shí)訓(xùn)課程的特點(diǎn)以及在實(shí)際教學(xué)中遇到的問題，開展教學(xué)改革，提出了單片機(jī)實(shí)訓(xùn)教學(xué)的具體實(shí)施方案，并以2周的單片機(jī)實(shí)訓(xùn)進(jìn)行了教學(xué)實(shí)踐。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，采用改革后的方案教學(xué)效果良好，學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力均得到極大的提高。

［1］王貴恩，葉翠安.單片機(jī)實(shí)訓(xùn)課程體系的改革與實(shí)踐［J］.廣東交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2005(4):100－102.

［2］陳立.《單片機(jī)原理》教學(xué)做一體化教學(xué)的探索與實(shí)踐［J］.科技信息，2010(17):214，232.

［3］朱月秀，尤佳，許明海.“單片機(jī)原理及應(yīng)用”課程教學(xué)改革的研究［J］.計(jì)算機(jī)教育，2007(9):91－92.

［4］陳麒.Proteus仿真軟件在單片機(jī)教學(xué)中的應(yīng)用［J］.長(zhǎng)沙鐵道學(xué)院學(xué)報(bào):社會(huì)科學(xué)版，2013(3):85－86.

［5］蔣宏艷.單片機(jī)實(shí)訓(xùn)課程的創(chuàng)新設(shè)計(jì)探討［D］.貴陽(yáng):貴州大學(xué)，2008.