【摘 要】文章結(jié)合當(dāng)下嵌入式行業(yè)的發(fā)展態(tài)勢，分析了單片機課程在實踐教學(xué)當(dāng)中存在的一些弊端，并針對獨立院校的自身特點，以MCS-51單片機口袋實驗室為例，淺談口袋實驗室所具備的一些優(yōu)點以及口袋實驗室建設(shè)在嵌入式相關(guān)專業(yè)中的意義及作用。

【關(guān)鍵詞】嵌入式 實踐教學(xué) 實驗室建設(shè) 口袋實驗室

【中圖分類號】G642 【文獻標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-4810（2015）09-0065-02

隨著后PC時代的到來，嵌入式技術(shù)以其靈活、高效和性價比高等諸多優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用于科學(xué)研究、工程設(shè)計、文藝及商業(yè)，成為后PC時代信息技術(shù)發(fā)展的主力軍?；诖?，國內(nèi)各大高校和相關(guān)培訓(xùn)機構(gòu)紛紛開展嵌入式系統(tǒng)的教學(xué)和培訓(xùn)工作。51單片機因其經(jīng)典的體系結(jié)構(gòu)仍舊占據(jù)著市場相當(dāng)大的份額。另外，因其內(nèi)部資源相對較少，結(jié)構(gòu)相對簡單，易于操作而一直作為各大高校入門嵌入式的先修課程。51單片機技術(shù)是硬件技術(shù)和軟件技術(shù)的完美結(jié)合，其以硬件為基礎(chǔ)、軟件為核心、應(yīng)用為導(dǎo)向，是電子信息、計算機、自動化等本科學(xué)生必修的一門專業(yè)技能課程。

單片機課程同其他嵌入式課程一樣，具有很強的工程實踐和知識綜合應(yīng)用性，教學(xué)過程當(dāng)中除了重視理論知識的講解外，還要注重學(xué)生動手實踐及工程應(yīng)用能力的培養(yǎng)。但如何通過教學(xué)活動使得學(xué)生不僅能夠具備扎實的理論知識，還能夠做到學(xué)以致用，是目前單片機及嵌入式系統(tǒng)教學(xué)當(dāng)中面臨的一個重要問題。

一 單片機教學(xué)過程中存在的問題

1.課程特點及存在問題

單片機課程是一門理論性、技術(shù)性、工程性和實踐性都很強的課程，其不僅涉及程序語言、通信技術(shù)、模擬電路和數(shù)字電路等基礎(chǔ)知識，而且還有自身獨特的知識體系。從內(nèi)容上看，可將單片機課程的內(nèi)容分為硬件資源、軟件系統(tǒng)、應(yīng)用設(shè)計三大部分，覆蓋了硬件到軟件的應(yīng)用，不僅內(nèi)容跨度大，而且內(nèi)容間相互滲透，緊密聯(lián)系。此外，該課程的實踐應(yīng)用性非常強，但在實際的教學(xué)操作中往往偏重理論環(huán)節(jié)，而輕視了實踐環(huán)節(jié)。在教學(xué)內(nèi)容方面，多數(shù)高校仍堅持選用MCS-51單片機進行教學(xué)，教材選用高等教育國家級規(guī)劃教材，雖然該教材具有一定的權(quán)威且內(nèi)容詳盡，但內(nèi)容多側(cè)重于單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)，內(nèi)容相對抽象枯燥且難以記憶，教學(xué)過程中很容易引起學(xué)生的厭煩情緒。此外該類教材中的實例大多采用匯編語言編寫，雖然有助于學(xué)生熟悉指令系統(tǒng)的用法，但因其本身晦澀難懂，致使學(xué)生很難入門。況且教材中的實例較少具有實際項目背景，難以讓學(xué)生體會到單片機在工業(yè)控制或日常生活中的具體應(yīng)用，致使學(xué)生無法建立完整的軟件設(shè)計思想和工程概念。

2.培養(yǎng)方案的特點及存在的問題

應(yīng)用型本科人才是介于專才與通才之間的一種復(fù)合型人才。地方高校肩負著為地方經(jīng)濟社會發(fā)展培養(yǎng)各類專業(yè)人才的重任，應(yīng)主動承擔(dān)起應(yīng)用型本科人才的培養(yǎng)任務(wù)。我校為普通獨立本科院校，對工科學(xué)生的培養(yǎng)始終堅持“理論夠用，實踐加強”的培養(yǎng)方案，但在實際操作過程中，卻很少做到理論與實踐并重。在熟悉了單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理之后，必須通過大量的實踐環(huán)節(jié)方能透徹將其掌握，而實驗室的實驗箱卻相對落后陳舊，難以擴展，不能與當(dāng)前技術(shù)掛鉤，難以引起這些追求潮流的學(xué)生的興趣。實踐當(dāng)中所做的實驗也多以演示性為主，實驗內(nèi)容相對簡單，缺乏綜合性，束縛了學(xué)生的思維，因而實驗過程不能有效激發(fā)學(xué)生的主觀能動性和自主創(chuàng)新性。此外，學(xué)生的實踐教學(xué)多在實驗室進行，實驗室具有封閉性和時效性，其大大限制了學(xué)生實踐的地點與時間，在學(xué)生突有想法時，可能因為不在實驗室而造成想法無法得到實現(xiàn)，也可能因為實驗課程結(jié)束而使得未完成的想法被迫終止。針對該問題，我校曾向?qū)W生開放實驗室，但從開放后的利用情況來看，卻發(fā)現(xiàn)并沒有太多同學(xué)到實驗室從事實驗，也就是說，開放實驗室并沒有達到突破實驗室局限性的目的。

3.教學(xué)模式的特點及存在的問題

受傳統(tǒng)人才培養(yǎng)方案的影響，目前地方高校在應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)過程當(dāng)中，重理論輕實踐的現(xiàn)象比較嚴重，導(dǎo)致培養(yǎng)出來的人才實踐動手能力和創(chuàng)新能力不足。單片機技術(shù)是一門極其側(cè)重實際應(yīng)用的課程，而且具有較強的綜合性，在其考核方式上，因為學(xué)分和績點問題，目前多數(shù)高校仍堅持把理論考試的結(jié)果作為衡量學(xué)生知識掌握程度的唯一標(biāo)準。正因為如此，可能導(dǎo)致授課老師在正常的教學(xué)活動中下意識地去偏向理論教學(xué)而輕視實踐教學(xué)。學(xué)生為了達到考核要求，在平日的學(xué)習(xí)中，也會將精力更多地投入到理論學(xué)習(xí)上，最終導(dǎo)致高分低能，學(xué)不能致用，無法滿足社會對應(yīng)用型人才的需求。

二 實踐教學(xué)的探索與設(shè)想

1.優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

因為單片機課程涉及內(nèi)容豐富，所以在講授相關(guān)基礎(chǔ)課程時，應(yīng)把與單片機技術(shù)相關(guān)的內(nèi)容進行強調(diào)或者側(cè)重。講授數(shù)字電子技術(shù)時應(yīng)結(jié)合單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點、IO驅(qū)動能力、常用外圍擴展等，側(cè)重地講授三態(tài)門、TTL和CMOS電路、存儲器和譯碼器等內(nèi)容。此外，還應(yīng)強調(diào)時序的重要性以及時序當(dāng)中建立時間與保持時間的意義。在講授C語言時最好能補充C51中與寄存器操作相關(guān)的知識，并強調(diào)移位操作、位變量等內(nèi)容。對于C語言中的循環(huán)以及指針操作，應(yīng)加強練習(xí)，并能達到靈活運用。在講授通信課程時，最好能對IIC、SPI等協(xié)議進行深入講解。在講授單片機課程時，應(yīng)緊密結(jié)合數(shù)字電子技術(shù)內(nèi)容進行講解，以便學(xué)生透徹地理解單片機IO口操作機理。指令系統(tǒng)較難記憶，最好對其分類，通過練習(xí)，達到記憶的目的。程序設(shè)計最好用C語言來實現(xiàn)，講授時盡量結(jié)合具體的項目或應(yīng)用，避免一味地講授語法。

2.自主研發(fā)設(shè)備

地方本科院校承擔(dān)著培養(yǎng)應(yīng)用型人才的重任，這就要求培養(yǎng)的人才應(yīng)具有較強的實操能力和工程能力，因此解決實驗室存在的問題就顯得尤為重要。針對實驗室設(shè)備陳舊的問題，目前部分高校已經(jīng)組織師資隊伍，結(jié)合院校自身的特點和相關(guān)技術(shù)進行實驗設(shè)備的自主研發(fā)，并投入到教學(xué)活動和實踐活動當(dāng)中。通過實驗設(shè)備研發(fā)，不僅可以拓寬實驗教學(xué)內(nèi)容，提高實驗教學(xué)效果，還可提高實驗教學(xué)隊伍的教學(xué)科研水平，此外還可節(jié)省資金，加速實驗室建設(shè)。通過網(wǎng)絡(luò)收集我系學(xué)生對實驗設(shè)備的建議，結(jié)果表明90%以上學(xué)生認為我系單片機實驗箱相對陳舊，要求采用新型實驗箱或其他實驗設(shè)備。鑒于文獻所取得的成效，秉承當(dāng)下“口袋實驗室”理念，我系也結(jié)合當(dāng)前技術(shù)，自主研發(fā)了單片機開發(fā)板，該開發(fā)板芯片多采用貼片，在保證功能不縮水的情況下，盡量減小開發(fā)板的體積，以方便學(xué)生隨身攜帶，使其可隨時隨地實驗，從而打破傳統(tǒng)實驗室的時效性和封閉性。鑒于C語言在嵌入式開發(fā)中表現(xiàn)出的優(yōu)秀的硬件驅(qū)動能力、超強的可移植性及靈活易懂，易學(xué)易用等特點，基于自主研發(fā)的“口袋實驗室”，可編寫配套的教學(xué)實驗例程，這樣不僅可以大大豐富實驗內(nèi)容，增加學(xué)生學(xué)習(xí)的趣味性，還能有效激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維和主觀能動性。

3.項目驅(qū)動型及應(yīng)用導(dǎo)向型教學(xué)

傳統(tǒng)的單片機授課采用的是灌輸式的教學(xué)方法，很難激發(fā)學(xué)生的知識綜合能力和自主創(chuàng)新能力，結(jié)果是學(xué)生總被授課教師牽著走，放手后思維便失去方向。而項目驅(qū)動型和應(yīng)用導(dǎo)向型教學(xué)法是讓學(xué)生真實地參與到項目設(shè)計中，以具體的應(yīng)用為參考，讓學(xué)生結(jié)合所學(xué)知識和實際操作技能，制定項目實施方案，并考慮項目實施每一個具體步驟的教學(xué)方法。在項目實踐中，學(xué)生通過自己克服并處理項目當(dāng)中出現(xiàn)的問題，最終將項目完善。整個實施過程，可使學(xué)生充分綜合所學(xué)知識和技能，提高其動手實踐、自主學(xué)習(xí)和自主創(chuàng)新的能力，還可使其充分體會到項目實施的艱辛與樂趣。

三 總結(jié)

文章從單片機的課程特點及我校的培養(yǎng)方案出發(fā)，分析了單片機課程傳統(tǒng)的教學(xué)弊端，并提出了通過加快“口袋實驗室”建設(shè)和采用項目驅(qū)動型及應(yīng)用導(dǎo)向型教學(xué)法來對傳統(tǒng)的單片機教學(xué)進行改革。通過實際教學(xué)效果對比，證明教學(xué)改革后學(xué)生對單片機的應(yīng)用能力較往屆學(xué)生有較大提升。若將這種改革應(yīng)用到其他嵌入式課程教學(xué)當(dāng)中，相信也能取得一定的教學(xué)效果。

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〔責(zé)任編輯：林勁〕