車守全 江偉 陳俊
摘 要:文章以提升《單片機原理及應(yīng)用》課程中學(xué)生理論知識點吸收率及創(chuàng)新應(yīng)用能力為目的,探討了面向項目應(yīng)用的教學(xué)方法,引入軟件聯(lián)合仿真和實驗驗證結(jié)合的方式,實踐教學(xué)證明提高了課程教授的效率和質(zhì)量。關(guān)鍵詞:單片機原理及應(yīng)用;教學(xué)方法;實踐教學(xué)DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.09.1950 前言
《單片機原理及應(yīng)用》是機械電子工程核心專業(yè)基礎(chǔ)課[1],基本的教學(xué)目標是:通過本課程學(xué)習(xí)使學(xué)生對單片機的基本知識有認識,對MCS-51單片機系統(tǒng)、匯編語言及C51語言、單片機中的中斷系統(tǒng)、定時/計數(shù)器、串行口應(yīng)用、接口技術(shù)有基本認識和應(yīng)用能力,能夠設(shè)計開發(fā)簡單單片機系統(tǒng)。通過課程學(xué)習(xí),學(xué)生掌握復(fù)雜機電產(chǎn)品、自動化系統(tǒng)學(xué)習(xí)、開發(fā)的基本知識。該課程具有明顯的理論實踐相結(jié)合特征,理論部分出現(xiàn)了很多單片機系統(tǒng)概念以及計算機定義,學(xué)生往往在理論知識的學(xué)習(xí)部分就會失去學(xué)習(xí)的興趣和動力,最終只能以背誦知識點應(yīng)付考試。另一方面,學(xué)生的創(chuàng)新能力和動手能力也是課程培養(yǎng)的重要方向[2-3]。文章認為,對于《單片機原理及應(yīng)用》課程的學(xué)習(xí),理論學(xué)習(xí)、動手能力以及創(chuàng)新能力并不是循序漸進地完成的,基于面向項目應(yīng)用的觀點,在項目完成過程中,既可以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新和應(yīng)用能力,也可以反饋增強對理論知識的學(xué)習(xí)。1 項目式教學(xué)主要內(nèi)容
課程教學(xué)內(nèi)容主要分為:課堂理論教學(xué)、課堂項目演示、課下課程項目、開放性驗證實驗、反饋補充,如圖1所示。主要的設(shè)計思想是以學(xué)生為主,以學(xué)生實踐促進理論學(xué)習(xí)為主要手段,恢復(fù)《單片機原理及應(yīng)用》課程的教學(xué)活力,培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)、創(chuàng)新的學(xué)習(xí)方法。值得提出的是,面向項目實施的課程教學(xué)不僅可以應(yīng)用在具體章節(jié)的教學(xué)中,還可以應(yīng)用到整門課程中。在本校機械電子工程課程教學(xué)中,作者在課程開始就引入基于單片機及Android系統(tǒng)的家居環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)項目,結(jié)合各個章節(jié)展開教學(xué)任務(wù)。
課堂理論教學(xué)部分以理論知識點的講解為主,要求學(xué)生以抽象、數(shù)學(xué)推導(dǎo)等方法理清章節(jié)知識點脈絡(luò)。同時,課堂理論教學(xué)完成理論知識點的隨堂作業(yè),包括課后選擇題、問答題等知識點內(nèi)容論述題目,以完成對學(xué)生對理論知識感性認知的考察。理論知識點講解占教學(xué)時間60%。
課堂項目演示主要以教師設(shè)置的項目為主線,演示項目突出重點、難點,包含該章(節(jié))大部分知識點。項目演示了理論知識點在實際項目中可能的應(yīng)用方向和方式,驗證抽象概念、數(shù)學(xué)推導(dǎo)等過程。課堂項目演示的主要方式是項目KeilC51和Proteus聯(lián)合仿真以及便攜式實驗平臺演示。Keil C51是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機C語言集成開發(fā)系統(tǒng)(IDE),Keil提供了C編譯器、宏匯編、鏈接器、庫管理以及強大的仿真調(diào)試器等。Proteus軟件是英國Lab Center Electronics公司出版的系統(tǒng)設(shè)計輔助軟件工具(EDA),能夠完成原理圖布圖、系統(tǒng)代碼調(diào)試以及單片機的外圍電路協(xié)同仿真。依靠Keil C51和Proteus可以完成單片機系統(tǒng)的程序編寫、電路布置以及協(xié)同仿真,實現(xiàn)項目的快速開發(fā)和調(diào)試。便攜式實驗是依據(jù)課程安排定制的STC89C52單片機及外圍電路開發(fā)實驗板,包含了涵蓋教學(xué)任務(wù)中所有章節(jié)知識點的開發(fā)實驗。該部分占教學(xué)時間的30%。
課下課程項目以學(xué)生為主體,以完成項目作業(yè)為方法進行考核,進行理論知識點的考察。主要的方式是:學(xué)生完成布置項目或以小組形式完成一個自選項目,項目包含該章(節(jié))重難點知識點和大部分理論知識,學(xué)生完成的自選項目要求列舉理論應(yīng)用清單。
開放性驗證實驗主要依據(jù)學(xué)校機電一體化實驗室中的單片機實踐模塊,進行設(shè)計項目的開發(fā)板驗證,該部分考察了學(xué)生的實踐動手能力以及創(chuàng)新能力。同時,將仿真過程移植到實體開發(fā)板中,對學(xué)生掌握的理論知識進一步驗證和鞏固。
反饋補充主要是采集之前教學(xué)、項目作業(yè)和實驗驗證部分學(xué)生的缺點、錯誤,以課堂反饋教學(xué)的形式完成對知識點的鞏固和提升。該部分占教學(xué)時間10%。2 項目式教學(xué)實踐
本節(jié)以《單片機原理及應(yīng)用》中的串行工作方式1及其應(yīng)用一節(jié)為教學(xué)實踐環(huán)節(jié)。該教學(xué)計劃為1課時,小節(jié)包含的知識結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。
大綱要求掌握的知識點有以下方面:(1)通信時間和波特率的理解;(2)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)端口;(3)數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu);(4)寄存器配置;(5)邏輯過程的理解。學(xué)生對于知識點的理解以指標吸收率s作為評價指數(shù),s表示學(xué)生能夠清楚解釋并示例應(yīng)用的知識點個數(shù)和大綱本節(jié)要求的知識點總數(shù)的比例,。2.1 課堂理論教學(xué)
按照通信時鐘計算——相關(guān)寄存器功能及配置——中斷功能——發(fā)送/接收邏輯單元——通信邏輯講解本節(jié)知識點,讓學(xué)生有較為全面的感性認知。課堂時間為20分鐘。2.2 課堂項目演示
以雙機通信作為本次項目演示,甲機向乙機發(fā)送數(shù)字0-F,在數(shù)碼管上顯示發(fā)送數(shù)據(jù),乙機顯示收到數(shù)據(jù)并向甲機返回收到的數(shù)據(jù),項目演示使用Proteus創(chuàng)建仿真單片機及外圍電路,使用Keil編寫C51程序編譯,得到Hex文件與Proteus聯(lián)合仿真。Proteus仿真如圖3所示。
通過該項目進一步講解串口通信中串行工作方式1的原理及其應(yīng)用,學(xué)生能夠?qū)⒗碚撝R與小項目實施的細節(jié)對應(yīng),理解理論應(yīng)用過程。該部分用時20分鐘。2.3 課下課程項目
教師布置課下課程項目為雙機通信在字符傳輸中的應(yīng)用,甲機向乙機發(fā)送英文字符密碼,與乙機中存儲字符串如果一致,則甲機數(shù)碼管顯示字符‘P表示驗證正確,端口控制繼電器通路,用于模擬電子鎖中的密碼驗證。該項目涵蓋了本節(jié)學(xué)習(xí)的所有知識點,同時基于的現(xiàn)實意義,有一定的實踐應(yīng)用方向。要求學(xué)生使用Keil+Proteus聯(lián)合仿真,如圖4所示。2.4 開放性驗證實驗
開放實驗室讓學(xué)生能夠在開發(fā)板上搭建電路并編寫程序進行驗證,部分學(xué)生在完成本節(jié)學(xué)習(xí)后在開放實驗板上作了單片機與PC端串口通信實驗,通過PC端輸入控制字符,控制開發(fā)板相應(yīng)端口,開發(fā)板回顯控制指令。達到了學(xué)生動手和創(chuàng)新能力的訓(xùn)練2.5 反饋補充
根據(jù)課堂作業(yè)掌握情況以及課下項目作業(yè)的反饋情況,對存在的問題、理解錯誤的概念、模棱兩可的知識點進行清理和補充。如表1 所示。2.6 評價指標下的教學(xué)成果
以指標吸收率s作為成果評價評估各個環(huán)節(jié)的教學(xué)成果,隨機抽取20名學(xué)生作為樣本進行大綱要求知識點考核,分別統(tǒng)計各個環(huán)節(jié)下學(xué)生吸收率達70%以上的人數(shù),用以顯示各環(huán)節(jié)教學(xué)后學(xué)生對于理論知識點的掌握程度。結(jié)果如圖5所示,顯示在課程項目后,特別是課下課程項目之后,吸收率良好的學(xué)生人數(shù)增加幅度較大。另外,完成小組自選項目的學(xué)生對于知識點的吸收和應(yīng)用也明顯高于其他學(xué)生。3 結(jié)束語
區(qū)別于傳統(tǒng)的理論講解和實驗課結(jié)合的方式,文章引入面向項目應(yīng)用的教學(xué)方法,在《單片機原理及應(yīng)用》課程學(xué)習(xí)中引入針對本課程的項目應(yīng)用以及針對課程每個章節(jié)的小應(yīng)用項目,將課程教學(xué)分成5個部分,引導(dǎo)學(xué)生通過聯(lián)合仿真以及實驗驗證的方法,在完成項目實踐中完善對理論知識的學(xué)習(xí),將主動性回歸學(xué)生,并提升課程的趣味性,在此過程中提高學(xué)生的動手能力以及創(chuàng)新能力。最終的教學(xué)調(diào)研顯示,項目驅(qū)動的教學(xué)方法對學(xué)生吸收理論知識、保持良好的學(xué)習(xí)動力、提高學(xué)生應(yīng)用創(chuàng)新能力有較好的效果。參考文獻:[1]劉玉叢.單片機技術(shù)應(yīng)用課程實踐化教學(xué)改革的探索[J].電子世界,2018(03):97.[2]李敏,汪鑫等.基于應(yīng)用技術(shù)型大學(xué)的單片機課程教學(xué)改革[J].課程教育研究,2018(15):21-22.[3]丁小一,呂菲等.基于工作過程導(dǎo)向的“單片機技術(shù)與應(yīng)用”課程開發(fā)與實踐[J].無線互聯(lián)科技,2018(09):88-89.六盤水師范學(xué)院機械工程專業(yè)綜合改革試點項目(LPSSYzyzhggsd201802)作者簡介:車守全(1992-),男,貴州納雍人,碩士,講師,主要研究方向:機械裝備自動化和信息化。