梁貴芹　神顯豪　程小輝

摘要：針對單片機課程的教學工程實踐主要局限于課堂與實驗室，與企業(yè)工程應用相對脫節(jié)問題，探討以學生工程能力培養(yǎng)為基點，分別在理論教學、實驗教學以及課后指導環(huán)節(jié)，采取相應的措施來強化培養(yǎng)學生的工程能力的單片機教學方法。

關鍵詞：單片機；教學；工程能力

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）13-0149-02

一、目前單片機教學在工程能力培養(yǎng)上存在的問題

隨著單片機在社會中的應用越來越廣，企業(yè)對單片機領域的人才有較大的需求[1]。但在高校人才培養(yǎng)計劃中，與單片機人才培養(yǎng)密切相關的是《單片機原理及接口技術》和《單片機原理與應用》等相關課程，也逐步在探討與開展“理論教學+實踐教學”的單片機教學模式，并已有多個高校為單片機安排了專門的實驗教學學時，該教學方法從一定程度上改善了學生的動手能力，但實驗與工程應用相對脫節(jié)，學生并未掌握單片機系統(tǒng)的設計方法[2]，同時在教學過程中缺乏對學生工程概念的培養(yǎng)以及企業(yè)項目開發(fā)流程的指導，培養(yǎng)出來的學生缺少綜合開發(fā)能力，與企業(yè)所需要的具有工程能力的人才有很大差距。因此，本文探討了一種基于工程能力培養(yǎng)的單片機課程教學方法，即在教學過程中有步驟有計劃地引入企業(yè)項目開發(fā)的基本流程，并指導學生如何根據(jù)流程來開展項目開發(fā)工作，培養(yǎng)學生的工程觀念以及工程能力，與企業(yè)的用人需求相一致。

二、單片機教學中工程能力的具體體現(xiàn)

工科學生的工程能力包括知識的學習與應用能力，思維判斷與分析能力，工程設計與實踐能力，表達與交流能力以及創(chuàng)造與創(chuàng)新能力[3]。對于單片機課程而言，注重培養(yǎng)的工程能力主要體現(xiàn)在：一是對單片機理論知識的學習及將其應用到單片機系統(tǒng)設計與開發(fā)中的能力；二是可根據(jù)單片機系統(tǒng)需求說明書，結合單片機理論知識，設計出符合工程需求的單片機系統(tǒng)的能力；三是在前期積累基礎上的升華，對專業(yè)知識的融會貫通，并可在系統(tǒng)的設計與開發(fā)中，具有優(yōu)化系統(tǒng)的能力——創(chuàng)新能力。

三、單片機教學中培養(yǎng)工程能力的具體措施

我校電子信息專業(yè)在第五學期開設《單片機原理及接口技術》課程，該課程特點是硬件與軟件并重，理論與應用相結合，同時還涉及多個學科，信息量大且課時少[4]。根據(jù)單片機課程的特點，結合我校電子信息專業(yè)學生從前期已學習課程而具有的知識儲備（前期學習儲備課程詳見表1），以及單片機的教學與實踐，同時從課堂理論教學環(huán)節(jié)、實驗室的實踐教學環(huán)節(jié)以及課后指導環(huán)節(jié)，采取相應的措施來培養(yǎng)學生工程能力。

1.理論教學環(huán)節(jié)工程能力的培養(yǎng)。通過改變教學策略—將傳統(tǒng)的以教為主的理論教學模式，轉變?yōu)榻獭獙W—做一體的教學模式，增強學生知識的學習與應用能力，提升實際工程問題的分析與解決能力。在教學過程中，除了教師對理論知識的講解，并引入相關案例，使學生加深對知識的理解外，還引導學生如何自己著手來設計具有一定功能的單片機系統(tǒng)。促使學生有效融入本課程的學習，提升動手能力以及創(chuàng)新能力。具體實施步驟如下：首先，在課堂教學初始階段，可結合單片機系統(tǒng)在我們實際生活中的一些應用實例，同時通過講解應用實例中的單片機系統(tǒng)的開發(fā)步驟，并引入企業(yè)單片機應用系統(tǒng)開發(fā)的流程。使學生對本課程有一個較為全面的認識，了解本課程的學習方向以及今后的就業(yè)方向，減少職業(yè)陌生感，提高學生學習興趣。另外，還鼓勵學生將之前在《電子系統(tǒng)仿真技術》中關于protues軟件平臺的使用知識，以及在《電子電路工程實踐》中學習的如何制作與調(diào)試PCB板的知識，與在本門課程中學習的單片機系統(tǒng)知識進行融會貫通，積極動手設計單片機硬件系統(tǒng)，并在protues上進行單片機系統(tǒng)的仿真，增強對單片機系統(tǒng)硬件的理解，特別是整個硬件系統(tǒng)的工作機制和如何根據(jù)所設計的硬件系統(tǒng)的需求，來設計符合系統(tǒng)硬件性能的單片機系統(tǒng)。其次，在課堂教學時，除了遵循教學大綱教學要求外，將企業(yè)單片機項目開發(fā)的實際使用的技術，與本課程所學知識進行對比討論，并對在企業(yè)工作所需的，但在教學大綱中未涉及或涉及較少的知識，進行有效補充。比如在講到指令系統(tǒng)、匯編語言程序設計時，可補充如何使用keil軟件來開發(fā)單片機系統(tǒng)的軟件，以及如何在keil中驗證自己所寫的代碼是否正確，并可通過單片機內(nèi)部寄存器和單步執(zhí)行來查看一下執(zhí)行一些指令過程中，寄存器內(nèi)部信息的變化，使學生更為深入了解單片機指令系統(tǒng)，指令系統(tǒng)的工作過程以及匯編語言的程序設計與運行過程。另外由于匯編語言本身的局限性，目前企業(yè)在開發(fā)單片機系統(tǒng)時，普遍采用單片機c語言，為了學生知識可與企業(yè)需求同步，在教學中結合學生前期所學的《c語言程序設計》課程，指導學生如何將c語言與單片機系統(tǒng)軟件設計結合起來，引導學生采用單片機c語言來開展單片機系統(tǒng)的軟件設計，并在實踐課上進行運行驗證，實現(xiàn)知識的融會貫通。

2.實踐教學環(huán)節(jié)工程能力的培養(yǎng)。目前我校單片機實驗教學學時僅為12學時，在后續(xù)的實踐環(huán)節(jié)，考慮到各個學生對課程知識的掌握程度不同，在單片機實踐教學環(huán)節(jié)采取驗證實驗與自主設計相結合的方式來開展實踐課——實驗教學環(huán)節(jié)采用驗證性實驗和自主設計性實驗兩個部分來構成，加強學生的工程設計與實踐能力。國內(nèi)大多數(shù)院校的單片機實驗環(huán)節(jié)都在實驗箱上進行，實驗箱的接線操作比較古板，無法給學生提供足夠的設計空間，學生只能單純地對實驗代碼進行運行，觀察實驗箱對應的硬件。針對這一現(xiàn)狀，我校自行開發(fā)了一套實驗系統(tǒng)板可供安排各種綜合性實驗，學生還需要根據(jù)教師的要求，對代碼進行相應的修改，并能清晰說明整個代碼的運行流程以及修改依據(jù)，有效鍛煉學生分析代碼的能力以及表達能力。自主設計實驗環(huán)節(jié)仍然是在實驗系統(tǒng)板上進行，但教師在上相應的實踐課之前，需要對該次課所用的源碼進行有效梳理，刪減掉一些功能性代碼，同時對需要學生自行增加的代碼，提供必要的注釋，提前提供給學生，使學生能有較為充裕的時間來復習理論知識，并可充分思考如何解決實踐課的問題。這樣，學生不僅能更深領會該實踐課要實現(xiàn)的系統(tǒng)功能，并能在通讀已經(jīng)提供的代碼和結合系統(tǒng)功能，對缺少的代碼補充完整。而且在上實踐課時，學生是有備而來，可以盡快地投入到實驗中，如果有深思已久，卻仍然無法解決的問題，可與老師一起探討如何解決問題，直到問題解決，增加學生成就感的同時，還可以提高學生分析與解決問題的能力，促進師生的溝通與交流，提高學生的表達與交流能力。

3.課后指導環(huán)節(jié)中工程能力的培養(yǎng)。通過加強《單片機原理及接口技術》與電子信息專業(yè)實踐教學環(huán)節(jié)相結合，可有效彌補單片機課程本身信息量大但課時偏少的問題。本專業(yè)第2學期開始，陸續(xù)開設了認識實習（第二學期）、電子電路工程實踐（第三學期），對后續(xù)的單片機學習提供了相關的知識儲備，并與單片機課程開設的同一學期，開設了智能電子儀器設備設計與實踐，學生可參考單片機課堂上學習的單片機系統(tǒng)設計流程來開展實踐環(huán)節(jié)的智能電子儀器設備的需求分析與軟硬件的設計，同時，在該實踐中對于具體產(chǎn)片的硬件設計與制作，數(shù)據(jù)采集過程中的A/D、D/A轉換，以及數(shù)據(jù)顯示等部分內(nèi)容，可幫助學生在單片機學習過程中，對單片機硬件系統(tǒng)，A/D、D/A轉換接口、顯示接口的理解，并通過該實踐，學生可根據(jù)產(chǎn)品的需求，對產(chǎn)品功能以及性能的實現(xiàn)方式有極大的自由，學生可根據(jù)自己的想法以及對當前產(chǎn)品資料的查閱，然后對需要設計的產(chǎn)品進行自主創(chuàng)新，提高學生的創(chuàng)新能力。同時第五學期學習的單片機課程知識以及工程能力，可很好地服務于第六、第七學期開設的電子系統(tǒng)設計創(chuàng)新與實踐、先進電子制造實踐與生產(chǎn)實習，乃至學生最終的本科畢業(yè)設計。

通過在《單片機原理及接口技術》理論教學、實驗教學以及課后指導三個環(huán)節(jié)加強學生工程能力的培養(yǎng)，學生不僅可以更好地掌握理論知識，還可以將理論知識有效地運用到具體的單片機系統(tǒng)的分析中，同時在設計具體的單片機系統(tǒng)時，不再忙亂無章，而是有意識地根據(jù)單片機系統(tǒng)開發(fā)的基本流程，來逐步開展系統(tǒng)的分析與設計。學生的工程觀念以及實際工程項目開發(fā)能力顯著提高，同時增強學生對未來就業(yè)的信心，為將來的就業(yè)打下一定基礎。

參考文獻：

[1]何新洲，肖學玲.任務驅動教學法在單片機教學中的應用[J].湖北成人教育學院學報，2011，（11）.

[2]吳定會，紀志成.單片機原理與應用課程教學的改革與實踐創(chuàng)新[J].江南大學學報（教學科學版），2008，6（28）.

[3]祝海林，張炳生，胡愛萍，等.工科學生工程能力培養(yǎng)體系的探索[J].江蘇工業(yè)學院學報，2008，（4）.

[4]金紅，蔣存波.單片機課程教學的探索與實踐[J].電氣電子教學學報，2013，35（2）.endprint