王海濱，薛 偉，邢 濤，辛 穎，戈 兵

(東北林業(yè)大學(xué)，黑龍江哈爾濱 150040)

?

森林工程專業(yè)單片機(jī)原理與應(yīng)用教學(xué)改革研究與探討

王海濱，薛 偉*，邢 濤，辛 穎，戈 兵

(東北林業(yè)大學(xué)，黑龍江哈爾濱 150040)

結(jié)合單片機(jī)原理與應(yīng)用課程的特點(diǎn)，根據(jù)森林工程專業(yè)學(xué)生已有的知識背景和專業(yè)人才培養(yǎng)體系對課程從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、實(shí)踐環(huán)節(jié)和考試方法等多方面進(jìn)行改革，旨在通過采用“理論先行、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證”的理論實(shí)踐教學(xué)法，通過“案例教學(xué)”、“啟發(fā)教學(xué)”等多種教學(xué)方法，實(shí)施“三位一體”的考試改革，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、實(shí)踐動(dòng)手能力和綜合運(yùn)用能力。

單片機(jī)原理與應(yīng)用；人才培養(yǎng)體系；實(shí)踐環(huán)節(jié)；教學(xué)內(nèi)容；考試方法

森林工程是指為開發(fā)與利用森林的一些必要的工程[1-2]。森林工程專業(yè)是我國同類學(xué)科中成立最早的專業(yè)，是東北林業(yè)大學(xué)最具歷史、底蘊(yùn)深厚、辦學(xué)特色鮮明的專業(yè)之一。隨著森林工程被評為國家級特色專業(yè)、黑龍江省重點(diǎn)專業(yè)，森林工程的學(xué)科建設(shè)和專業(yè)人才也需要適應(yīng)時(shí)代要求，積極尋求符合發(fā)展要求的教學(xué)方案，制訂合理的人才培養(yǎng)體系，將一些實(shí)用型課程納入專業(yè)課范疇，使老專業(yè)適應(yīng)當(dāng)今社會(huì)發(fā)展需求[3-8]。單片機(jī)原理與應(yīng)用是機(jī)械電子工程專業(yè)、自動(dòng)控制專業(yè)、計(jì)算機(jī)專業(yè)等許多專業(yè)的專業(yè)選修課，作為森林工程專業(yè)的專業(yè)選修課，是森林工程專業(yè)僅有的幾門電子類課程之一[9-10]。為突出專業(yè)特色，更好地與其他專業(yè)課銜接好，為后續(xù)專業(yè)課做好鋪墊，將相關(guān)的專業(yè)知識融入課程中，不能將其他專業(yè)的單片機(jī)原理與應(yīng)用的教學(xué)大綱照搬過來作為森林工程專業(yè)的教學(xué)大綱、按部就班地進(jìn)行講解，需要根據(jù)森林工程專業(yè)學(xué)生已有的知識背景和專業(yè)人才培養(yǎng)體系對單片機(jī)原理與應(yīng)用進(jìn)行課程改革。改革主要在以下幾方面進(jìn)行：

1 課程開發(fā)

在制定教學(xué)大綱之前，需分析單片機(jī)原理與應(yīng)用課程的特點(diǎn)，以此確定課程的指導(dǎo)思想和教學(xué)目標(biāo)，而后考慮學(xué)生的相關(guān)知識基礎(chǔ)，考慮與其他課程的銜接，為后續(xù)專業(yè)課做好鋪墊，綜合以上因素確定講課內(nèi)容，制定教學(xué)大綱。

單片機(jī)技術(shù)起源于20世紀(jì)80年代，最早應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，后逐步轉(zhuǎn)向民品開發(fā)，隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展，世界各公司不斷地開發(fā)出各種專用型單片機(jī)，憑借著低廉的價(jià)格和微小的體積廣泛應(yīng)用于手機(jī)、家電、玩具制造業(yè)等各領(lǐng)域。單片機(jī)技術(shù)具有很強(qiáng)的實(shí)用性，單片機(jī)原理與應(yīng)用課程是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程。為了使學(xué)生更好地學(xué)習(xí)并掌握單片機(jī)技術(shù)，確定單片機(jī)原理與應(yīng)用課程的指導(dǎo)思想為理論與實(shí)踐相結(jié)合；教學(xué)目標(biāo)為以社會(huì)需求為導(dǎo)向，突出實(shí)用性。

在教學(xué)思想和教學(xué)目標(biāo)的指導(dǎo)下。確定單片機(jī)原理與應(yīng)用課程主要教學(xué)內(nèi)容為：芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)、芯片外圍電路、芯片編程語言、單片機(jī)的定時(shí)器、中斷系統(tǒng)和串口部分。

為突出實(shí)用性，僅對芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行總體講解而不詳細(xì)介紹內(nèi)部電路工作原理圖，主要介紹芯片內(nèi)部由哪幾部分組成、每部分的功能。

為實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐的完美結(jié)合，在講課的過程中通過便攜式實(shí)驗(yàn)儀器為學(xué)生展開課堂實(shí)驗(yàn)，并讓學(xué)生現(xiàn)場操作，以加深其對理論知識的理解。

考慮到森林工程專業(yè)的學(xué)生在此之前所學(xué)電類課程較少，在課程講授初期本著“細(xì)而慢的原則”加強(qiáng)對基礎(chǔ)知識的講解，根據(jù)學(xué)生的知識背景以學(xué)生理解為前提，逐步深入講解。為此，在緒論和芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)兩章之間添加芯片二進(jìn)制數(shù)的由來和二進(jìn)制信息的表達(dá)這一部分內(nèi)容，為后續(xù)的芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)和芯片編程語言打下伏筆。

考慮到該門課程與其他課程的銜接，在芯片編程語言這一章，主要講解匯編語言，雖然C語言也是單片機(jī)的芯片語言，但由于之前學(xué)生們學(xué)過匯編語言這門課，故從匯編語言方面講解學(xué)生更容易理解。由于森林工程專業(yè)還開設(shè)工程測試技術(shù)課程，故在傳感測試儀器方面不做過多講解，在單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面，在測試接收外部各類信號時(shí)，融入傳感器相關(guān)知識，以實(shí)現(xiàn)課程間的融會(huì)貫通，提高學(xué)生的綜合分析能力。為實(shí)現(xiàn)對后續(xù)專業(yè)課程的銜接，在單片機(jī)發(fā)展展望這一部分，講解“FFGA技術(shù)”，介紹單片機(jī)技術(shù)與FFGA技術(shù)之間的關(guān)系，為學(xué)生學(xué)習(xí)FFGA技術(shù)做好鋪墊工作。

2 課程實(shí)施

2.1 教學(xué)方法的選擇在教學(xué)過程中，選擇合適的、恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方法能夠起到事半功倍的效果[11-14]，考慮到單片機(jī)原理與應(yīng)用課程的特點(diǎn)，在授課過程中采用“理論先行、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證”的理論實(shí)踐教學(xué)法。

對于理論知識的講解采用“多媒體為主，板書為輔”的講課模式。采用“案例教學(xué)”“啟發(fā)教學(xué)”等多種教學(xué)方法激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。采用“類比教學(xué)法”加速學(xué)生對理論知識的理解。在理論知識講解完畢后，展開課堂實(shí)驗(yàn)以加深對理論知識的理解，提高單片機(jī)的應(yīng)用能力。實(shí)驗(yàn)包括兩方面：軟件仿真實(shí)驗(yàn)和軟硬件綜合實(shí)驗(yàn)。軟件仿真實(shí)驗(yàn)是在計(jì)算機(jī)上安裝kell或vw軟件，啟動(dòng)軟件，在軟件內(nèi)部鍵入并運(yùn)行單片機(jī)指令和程序，實(shí)現(xiàn)對單片機(jī)程序的模擬仿真，軟件仿真實(shí)驗(yàn)主要應(yīng)用在單片機(jī)芯片語言講解這一章。軟硬件綜合實(shí)驗(yàn)是利用便攜式單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)在課堂針對所講解的內(nèi)容展開實(shí)驗(yàn)，將編譯并調(diào)試好的單片機(jī)程序燒錄到便攜式教學(xué)儀器的單片機(jī)芯片中，啟動(dòng)電源，使單片機(jī)不斷重復(fù)地運(yùn)行單片機(jī)程序指令操縱并控制單片機(jī)系統(tǒng)外部硬件電路，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)系統(tǒng)電路的各種功能。軟硬件綜合實(shí)驗(yàn)主要應(yīng)用在單片機(jī)定時(shí)器、單片機(jī)中斷系統(tǒng)和串口部分中。圖1所示為森林工程專業(yè)的學(xué)生采用便攜式單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)進(jìn)行軟硬件綜合實(shí)驗(yàn)。

2.2 實(shí)踐環(huán)節(jié)的實(shí)施為激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，達(dá)到良好的教學(xué)效果，在理論知識的講解過程中應(yīng)當(dāng)設(shè)置實(shí)踐環(huán)節(jié)以加深學(xué)生們對理論知識的理解程度[15-17]。實(shí)踐環(huán)節(jié)的實(shí)施主要包含以下三方面：①針對單片機(jī)系統(tǒng)硬件電路學(xué)習(xí)potel軟件，利用potel軟件繪制電路原理圖、PCB布線圖，定制印刷電路板，手工焊接并調(diào)試印刷電路板。圖2所示為學(xué)生焊接完成后的單片機(jī)系統(tǒng)印刷電路板照片。②針對單片機(jī)系統(tǒng)編程指令學(xué)習(xí)keil軟件進(jìn)行系統(tǒng)編程指令進(jìn)行軟件模擬仿真，學(xué)習(xí)proeteus軟件對編程指令進(jìn)行硬件模擬仿真；③針對單片機(jī)定時(shí)計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)、串口部分安排實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，在實(shí)驗(yàn)中以單片機(jī)實(shí)驗(yàn)開發(fā)板為核心，利用keil軟件和proeteus軟件進(jìn)行軟硬件編程模擬仿真，軟硬件仿真無誤后在單片機(jī)實(shí)驗(yàn)開發(fā)板上運(yùn)行程序代碼，軟硬件聯(lián)調(diào)驗(yàn)證、校核實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對學(xué)生們的軟硬件綜合運(yùn)用能力進(jìn)行鍛煉。實(shí)踐環(huán)節(jié)的實(shí)施思路是由淺入深，不斷強(qiáng)化，綜合鍛煉學(xué)生們的綜合實(shí)踐能力，將課堂知識學(xué)以致用。

2.3 考試改革為綜合評價(jià)學(xué)生們的學(xué)習(xí)效果，需要對傳統(tǒng)的考試方法進(jìn)行改革[18-20]，采用“三位一體”的考試方式，學(xué)生們的最終考核成績由理論考試、上機(jī)考試、實(shí)驗(yàn)考試三部分綜合組成。理論考試主要考核學(xué)生們對單片機(jī)系統(tǒng)硬件知識的掌握程度；上機(jī)考試主要考核學(xué)生們對單片機(jī)系統(tǒng)編程指令的熟練程度；實(shí)驗(yàn)考試主要考核學(xué)生們對單片機(jī)技術(shù)的綜合運(yùn)用能力。對比考試改革前后學(xué)生對知識的掌握程度發(fā)現(xiàn)，考試改革前，學(xué)生對單片機(jī)的掌握局限于理論層面，實(shí)踐應(yīng)用能力較弱，需進(jìn)一步提高；考試改革后，學(xué)生對單片機(jī)的理解認(rèn)識深入，不局限于理論層面，實(shí)際動(dòng)手操作能力也很強(qiáng)，能夠運(yùn)用單片機(jī)編寫簡單的程序指令，搭建簡單的單片機(jī)系統(tǒng)電路，具有一定的實(shí)踐應(yīng)用能力。在考試方法改革的宏觀引導(dǎo)作用下，學(xué)生對課程的綜合掌握程度提高，教學(xué)效果良好。

3 結(jié)語

單片機(jī)原理與應(yīng)用課程改革緊緊圍繞森工系教學(xué)大綱，通過課程改革的逐步實(shí)施，采取有效的教學(xué)方法，提高了學(xué)生們的學(xué)習(xí)興趣，實(shí)際動(dòng)手操作能力增強(qiáng)，能夠理論聯(lián)系實(shí)際，綜合運(yùn)用單片機(jī)技術(shù)和其他課程所學(xué)知識去解決一些簡單的工控問題。如果有更多的專業(yè)課實(shí)施“理論先行、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證”的理論實(shí)踐教學(xué)法，采用“案例教學(xué)”、“啟發(fā)教學(xué)”等多種教學(xué)方法激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣并通過“三位一體”的考試改革對學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)進(jìn)行宏觀指導(dǎo)，會(huì)使森工系的學(xué)生更優(yōu)秀，更具有競爭力。

[1] 林業(yè)部森林工程指導(dǎo)委員會(huì).關(guān)于森林工程與森林工程專業(yè)[J].森林采運(yùn)科學(xué),1994(1):56-58.

[2] 王亞玲,劉洪柱,孫景林,等.森林工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)管理探索與研究[J].中國校外教育,2010(6):106.

[3] 薛偉,辛穎,楊鐵濱,等.基于現(xiàn)代林業(yè)發(fā)展的森林工程專業(yè)人才培養(yǎng)方案的制定原則[J].中國林業(yè)教育,2010(3):20-22.

[4] 薛偉,耿志偉,萬雷.森林工程專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量創(chuàng)新體系的構(gòu)建研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2014(18):6088-6089，6093.

[5] 朱玉杰.面向21世紀(jì)森林工程專業(yè)教學(xué)內(nèi)容改革的探討[J].森林工程,1999(1):28-40.

[6] 李琪,徐慶福.森林工程學(xué)科在現(xiàn)代林業(yè)中的地位和作用[J].黑龍江生態(tài)工程職業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào),2010(4):1-4.

[7] 辛穎,薛偉,侯衛(wèi)萍,等.森林工程國家級特色專業(yè)實(shí)踐教學(xué)改革研究[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2012(10):361-363.

[8] 薛偉,辛穎,楊鐵濱,等.基于現(xiàn)代林業(yè)發(fā)展的森林工程專業(yè)人才培養(yǎng)方案的制定原則[J].中國林業(yè)教育,2010(3):20-22.

[9] 王海濱,薛偉,郭艷玲.森林工程專業(yè)《單片機(jī)原理與應(yīng)用》課程的“綜合教學(xué)法”[J].森林工程,2011(6):89-90，94.

[10] 王海濱,薛偉,郭艷玲,等.《單片機(jī)原理與應(yīng)用》課程的實(shí)踐教學(xué)法探索[J].森林工程,2012(5):110-112.

[11] 白文林,尹榮煥,楊桂芹,等.高等農(nóng)業(yè)院校動(dòng)物科學(xué)教育教學(xué)改革的思考[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2007(24):7667-7668.

[12] 樊冬溫,劉明剛,杜鵬東,等.森林工程裝備系統(tǒng)體系的構(gòu)建[J].林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備,2009(11):22-25.

[13] 楊瑞吉.農(nóng)業(yè)生態(tài)學(xué)的多樣化教學(xué)模式研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2011(10):6272-6274.

[14] 李培根,許曉東,陳國松.我國本科工程教育實(shí)踐教學(xué)問題與原因探析[J].高等工程教育研究,2012(3):1-6.

[15] 杜敏華,楊建偉,劉雅婷,等.多媒體技術(shù)在中學(xué)生物教學(xué)中的應(yīng)用[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2010(18):9891-9892，9910.

[16] 尹寧偉.中國一流大學(xué)實(shí)踐教學(xué)體系建構(gòu)的新趨勢——基于《“985工程”大學(xué)2010年度本科教學(xué)質(zhì)量報(bào)告》的文本分析[J].中國大學(xué)教學(xué),2012(5):82-88，96.

[17] 劉占柱,姚丹.農(nóng)業(yè)院校多媒體教學(xué)中存在的問題及對策研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2010(22):12263-12265.

[18] 張英彥.論高校實(shí)踐教學(xué)目標(biāo)[J].教育研究,2006(5):46-49，58.

[19] 朱建春,張紅,李榮華.對綜合創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)的經(jīng)驗(yàn)性探索[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2009(22):10802-10803，10807.

[20] 周建平.大學(xué)實(shí)踐教學(xué)的變革:情境學(xué)習(xí)理論的視角[J].高教探索,2009(4):80-83.

Research and Discussion on Fundamentals and Application of MCU Teaching Reform of Forest Engineering

WANG Hai-bin, XUE Wei*, XING Tao et al

(Northeast Forestry University, Harbin, Heilongjiang 150040)

This article mainly introduces features of the MCU course, puts forward a curriculum reform from content, teaching method, practicing and examination on the basis of students’ knowledge and professional training system. It should adopt theory with practice teaching which we should learn theory first, then verify with experiment. The curriculum reform introduces case teaching, heuristic mode of teaching and implements examination of three form an organic whole. This will take the important role of enhancing the interest in study, ability of practice and comprehensive application.

Fundamentals and application of MCU; Personnel training system; Practice link; Teaching content; Examination method

國家農(nóng)業(yè)工程師卓越項(xiàng)目。

王海濱(1979-)，男，黑龍江綏棱人，講師，博士，從事農(nóng)林采摘機(jī)械研究。*通訊作者，教授，博士，從事森林工程研究。

2014-11-07

S-01

A

0517-6611(2015)01-344-02