阜陽師范學(xué)院計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院 王中心 張 文 孫 剛

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以興趣培養(yǎng)為先導(dǎo)的單片機(jī)課程學(xué)生競(jìng)賽實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式

阜陽師范學(xué)院計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院 王中心 張 文 孫 剛

【摘要】單片機(jī)原理及應(yīng)用是一門重要的專業(yè)課程，有很強(qiáng)的工程實(shí)踐性，在課程體系中有很重要地位；本文就該課程為什么要對(duì)學(xué)生進(jìn)行早期興趣培養(yǎng)及具體的興趣培養(yǎng)流程，實(shí)施方法進(jìn)行了詳細(xì)闡述。 實(shí)踐證明，以興趣培養(yǎng)為先導(dǎo)的單片機(jī)課程學(xué)生競(jìng)賽實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式效果良好。

【關(guān)鍵詞】興趣；單片機(jī)教學(xué)；實(shí)訓(xùn)

《單片機(jī)原理及應(yīng)用》做為計(jì)算機(jī)、嵌入式、物聯(lián)網(wǎng)及自動(dòng)控制等專業(yè)的專業(yè)課程，其在這類專業(yè)的課程體系中有著非常重要的作用；單片機(jī)做為控制系統(tǒng)的核心，它在這類專業(yè)的課程設(shè)計(jì)、專業(yè)實(shí)踐技能競(jìng)賽、學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目活動(dòng)中起著無比重要的作用。然而單片機(jī)原理及應(yīng)用課程，通常在我們的本科課程開設(shè)計(jì)劃中都是安排在大三才開設(shè)這門課程，這樣的后果就是到了大三階段，很多學(xué)生特別是電類應(yīng)用型專業(yè)的學(xué)生，很多人已經(jīng)喪失了對(duì)單片機(jī)的學(xué)習(xí)興趣，錯(cuò)過了大一大二這兩年實(shí)踐動(dòng)手能力培養(yǎng)，專業(yè)知識(shí)綜合應(yīng)用能力培養(yǎng)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)的黃金階段。

但是單片機(jī)的學(xué)習(xí)也并非容易，因?yàn)樗婕暗胶芏嗟挠?jì)算機(jī)專業(yè)的概念。因此如何引導(dǎo)學(xué)生克服困難，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和熱情，讓學(xué)生以“玩單片機(jī)”的形式運(yùn)用基本的c語言對(duì)單片機(jī)進(jìn)行控制、對(duì)基本外設(shè)進(jìn)行控制，很有必要！

以興趣培養(yǎng)為先導(dǎo)，在興趣培養(yǎng)的過程中讓學(xué)生無形中了解單片機(jī)的原理及結(jié)構(gòu)，掌握單片機(jī)的基本知識(shí)及應(yīng)用，讓學(xué)生提前參與到學(xué)科技能競(jìng)賽及項(xiàng)目設(shè)計(jì)，筆者在對(duì)大一學(xué)生學(xué)科競(jìng)賽招新指導(dǎo)培訓(xùn)過程采用如此方式，取得很好效果。

1　必須改變傳統(tǒng)的單片機(jī)教學(xué)模式

如今單片機(jī)做為控制系統(tǒng)的核心，在各類系統(tǒng)、項(xiàng)目設(shè)計(jì)中無所不在：從大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計(jì)劃項(xiàng)目參與到全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽、NXP智能車競(jìng)賽、各類物聯(lián)網(wǎng)競(jìng)賽及單片機(jī)競(jìng)賽等均要用到各種類型的單片機(jī)；做為電類應(yīng)用型專業(yè)的學(xué)生倘若等到大三開設(shè)了單片機(jī)原理及應(yīng)用課程、學(xué)習(xí)了單片機(jī)知識(shí)才參與系統(tǒng)設(shè)計(jì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)肯定太晚太遲，不利于學(xué)生專業(yè)技能的培養(yǎng)及發(fā)展；隨著很多高校人才培養(yǎng)模式向應(yīng)用型專業(yè)建設(shè)及發(fā)展，更需要對(duì)應(yīng)用型課程進(jìn)行加大改革力度，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣及熱情，讓越多的學(xué)生有興趣有能力參與到項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，鍛煉提高學(xué)生專業(yè)技能水平，提高學(xué)生人才培養(yǎng)質(zhì)量。

2　興趣培養(yǎng)的過程

興趣是人們傾向于了解、認(rèn)識(shí)、熟悉研究某種事物的心理特征；學(xué)習(xí)的興趣對(duì)于學(xué)生至關(guān)重要。有了興趣，學(xué)生才能積極主動(dòng)的去參與到學(xué)習(xí)過程中，并樂此不疲。學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與學(xué)生年齡、所在年級(jí)，專業(yè)引導(dǎo)及當(dāng)時(shí)的知識(shí)水平密切相關(guān)；及時(shí)合理的對(duì)學(xué)生進(jìn)行單片機(jī)學(xué)習(xí)的興趣引導(dǎo)，激發(fā)學(xué)生進(jìn)行單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的熱情，有助于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

2.1搭建簡(jiǎn)單易用的開發(fā)環(huán)境

單片機(jī)課程的學(xué)習(xí)離不開實(shí)驗(yàn)。對(duì)于初學(xué)者最好的開發(fā)環(huán)境就是先借助PROTEUS仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)及KEIL C軟件開發(fā)平臺(tái)采用仿真的方式進(jìn)行入門學(xué)習(xí)。我院選拔學(xué)生進(jìn)行各類競(jìng)賽的招新培訓(xùn)，通常是從大一下學(xué)期開始，此時(shí)學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了C語言或者正在開設(shè)C語言課程，有了一定的C語言基礎(chǔ)，電路課程也已經(jīng)開設(shè)中；加上此階段的學(xué)生已經(jīng)基本掌握一些常用軟件的使用，通過簡(jiǎn)單的講解及演示，很快學(xué)生就懂得如何在PROTES中進(jìn)行元器件的選取、原理圖的搭建以及在KEIL C中進(jìn)行一個(gè)簡(jiǎn)單Project的建立、編輯編譯等操作。采用仿真平臺(tái)，學(xué)習(xí)地點(diǎn)不局限于實(shí)驗(yàn)室機(jī)房，學(xué)生可以隨時(shí)隨地利用宿舍個(gè)人電腦進(jìn)行仿真學(xué)習(xí)，使用安全且沒有耗材損失。學(xué)生單片機(jī)學(xué)習(xí)興趣的培養(yǎng)就從圖1、圖2開始。

圖1　PROREUS仿真平臺(tái)

圖2　KEIL C軟件開發(fā)環(huán)境

2.2單片機(jī)學(xué)習(xí)興趣培養(yǎng)的具體實(shí)施過程

本次課程改革的重點(diǎn)就是把原有的教學(xué)內(nèi)容以趣味化的形式借助聲、光、電生動(dòng)形象的表達(dá)出來，從而激發(fā)學(xué)生的興趣及學(xué)習(xí)的自主性能動(dòng)性；讓學(xué)生體驗(yàn)到單片機(jī)結(jié)合原來不知何用的幾行C語言程序，竟能起到如此大的控制作用。

單片機(jī)學(xué)習(xí)興趣的培養(yǎng)，從閃燈項(xiàng)目開始，原理圖及項(xiàng)目文件如圖1、圖2所示，其中代碼和原理圖簡(jiǎn)單易懂。二者關(guān)聯(lián)好之后，點(diǎn)擊運(yùn)行按鈕，學(xué)生就可以觀察到LED燈再不斷閃爍；只要修改延時(shí)函數(shù)實(shí)參，燈閃的頻率就會(huì)變化；如果把圖2中P1.0口連接到蜂鳴器的SPK節(jié)點(diǎn)，再次運(yùn)行，學(xué)生就可以聽到蜂鳴器發(fā)出的聲音；此時(shí)我們可以告訴學(xué)生，單片機(jī)的四個(gè)P口的32個(gè)口線，都具有如此的功能，學(xué)生就是進(jìn)一步的體驗(yàn)到單片機(jī)如此大的控制能力。

如果再程序中再加入對(duì)圖1中Button的獨(dú)立按鍵掃描，當(dāng)只有Button被按下的時(shí)候才反復(fù)執(zhí)行LED=！LED和delay（250），此時(shí)就相當(dāng)于給蜂鳴器加上了一個(gè)控制開關(guān)；再此例的基礎(chǔ)上簡(jiǎn)單修改，就可以進(jìn)一步設(shè)計(jì)出一個(gè)門鈴。簡(jiǎn)單的2節(jié)課，短短的90分鐘，學(xué)生學(xué)習(xí)單片機(jī)的興趣自然而然的就產(chǎn)生了。之后可以讓學(xué)生自行通過虛擬儀器觀察P1.0口的輸出波形，或者P1.0接直流電機(jī)模型，進(jìn)行電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制，告訴學(xué)生什么是PWM。也可以通過延時(shí)函數(shù)，告訴學(xué)生如何進(jìn)行獨(dú)立按鍵的消抖等知識(shí)的學(xué)習(xí)。

在此后的學(xué)習(xí)過程，我們可以教學(xué)生如何使用循環(huán)方式或者查表的方式進(jìn)行流水燈的控制以及單個(gè)數(shù)碼管的循環(huán)顯示控制；有了單個(gè)數(shù)碼管的知識(shí)儲(chǔ)備，進(jìn)一步可以學(xué)習(xí)多位數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)掃描以及簡(jiǎn)單液晶1602的使用、矩陣鍵盤的掃描識(shí)別等。到此階段，系統(tǒng)設(shè)計(jì)所需的輸入、輸出都解決了。

以上的學(xué)習(xí)過程幾乎沒有涉及到單片機(jī)的工作原理及內(nèi)部結(jié)構(gòu)，這對(duì)于學(xué)習(xí)者遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，但是學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣肯定早已激發(fā)出來，此時(shí)可以安排學(xué)生課余自行閱讀單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作原理等章節(jié)內(nèi)容，學(xué)生帶著興趣去閱讀學(xué)習(xí)，就能事半功倍。學(xué)生閱讀完畢就可以進(jìn)一步講解定時(shí)器、中斷、串行通信以及模數(shù)數(shù)模轉(zhuǎn)換等專業(yè)知識(shí)。同樣采用閃燈的項(xiàng)目，以定時(shí)方式實(shí)現(xiàn)還是以外部中斷的方式實(shí)現(xiàn)，讓學(xué)生理解實(shí)現(xiàn)原理的不同之處。此階段可以安排專題進(jìn)行中斷、AD、DA及雙機(jī)通訊的專題講座。

2.3需要注意的問題

需要注意的是，在學(xué)生興趣培養(yǎng)過程中一定要理順教學(xué)過程所涉及的知識(shí)點(diǎn)，興趣培養(yǎng)案例要由淺入深，循序漸進(jìn)；每個(gè)案例之后及時(shí)進(jìn)行總結(jié)，留出時(shí)間讓學(xué)生進(jìn)行拓展實(shí)訓(xùn)教學(xué)案例并進(jìn)行思考；另外開始階段不要強(qiáng)調(diào)細(xì)節(jié)，不要什么都要解釋清楚，力求簡(jiǎn)單話語告訴學(xué)生如何編程應(yīng)用單片機(jī)就行。最重要的要通過簡(jiǎn)單示例激發(fā)興趣，活躍教學(xué)氛圍，讓學(xué)生親身體驗(yàn)學(xué)習(xí)的快樂，收獲成功喜悅。

師父領(lǐng)進(jìn)門，修行在個(gè)人。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，涉及到各種電子知識(shí)，因此對(duì)于入了門的學(xué)生，一定要告知他們僅僅會(huì)點(diǎn)單片機(jī)的知識(shí)遠(yuǎn)是不夠；一定要在數(shù)字電路、模擬電路等課程中繼續(xù)下功夫，學(xué)會(huì)PCB的設(shè)計(jì)制作，焊接調(diào)試等才能提高自身的專業(yè)技能。

3　成果初探

3.1學(xué)生自主參加培訓(xùn)學(xué)習(xí)積極性主動(dòng)性顯著提高

我院近年學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室招新參與培訓(xùn)學(xué)生數(shù)量逐年提升，并且很多學(xué)生一直堅(jiān)持到最后的實(shí)驗(yàn)室招新正式成員的考核選拔；學(xué)生課余時(shí)間玩游戲、看視頻的人數(shù)、時(shí)間減少，學(xué)生課余時(shí)間大都利用個(gè)人電腦在宿舍仿真學(xué)習(xí)。

3.2我院學(xué)生積極參與各類專業(yè)技能競(jìng)賽

在2015年安徽省大學(xué)生單片機(jī)應(yīng)用技能大賽中，我院大二學(xué)生取得一等獎(jiǎng)的好成績(jī)；在剛剛結(jié)束的藍(lán)橋杯（電子類）競(jìng)賽中，我院學(xué)生多人入圍國(guó)賽。

除此之外，我院學(xué)生各類項(xiàng)目申報(bào)及畢業(yè)論文選題，與單片機(jī)相關(guān)項(xiàng)目明顯增多，多個(gè)學(xué)生獲得了大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目國(guó)家級(jí)立項(xiàng)。

4　結(jié)束語

以興趣為先導(dǎo)，讓學(xué)生在無意識(shí)中建立單片機(jī)課程的學(xué)習(xí)興趣，掌握單片機(jī)的應(yīng)用技能，圍繞單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)，學(xué)生學(xué)習(xí)各種專業(yè)知識(shí)技能，有利于學(xué)生專業(yè)實(shí)踐實(shí)訓(xùn)能力的提升，有利于學(xué)生競(jìng)賽水平的提高及應(yīng)用型人才的培養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)

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基金項(xiàng)目：大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目（AH201310371068）；阜陽師范學(xué)院自然科學(xué)項(xiàng)目（2016FSKJ17）。

作者簡(jiǎn)介：

王中心（1976—），男，碩士，講師，研究方向：計(jì)算機(jī)應(yīng)用。