基于應(yīng)用型人才培養(yǎng)的單片機(jī)教學(xué)實(shí)踐體系探索

基于應(yīng)用型人才培養(yǎng)的單片機(jī)教學(xué)實(shí)踐體系探索基于應(yīng)用型人才培養(yǎng)的單片機(jī)教學(xué)實(shí)踐體系探索

中圖分類號(hào)：G642.0文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1007-0079〔2022〕26-0080-02

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速開展，“單片機(jī)原理與應(yīng)用〞以及相關(guān)課程已經(jīng)成為了電子信息類以及控制類專業(yè)的根底課程，經(jīng)過長(zhǎng)期的探索，很多高校都形成了成熟的教學(xué)體系。但是，如何使自身的教學(xué)體系與時(shí)俱進(jìn)，從而滿足培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型人才的需要是高校必須面對(duì)的問題。同時(shí)，單片機(jī)課程的應(yīng)用性較強(qiáng)，與實(shí)際聯(lián)系較為緊密，對(duì)動(dòng)手能力的要求也相對(duì)較高。因此，如何將課程的理論與實(shí)踐緊密結(jié)合起來，使得課程教授能夠取得良好的效果，到達(dá)培養(yǎng)高質(zhì)量應(yīng)用型人才的要求，也是一個(gè)值得探討的問題。

一、單片機(jī)實(shí)踐教學(xué)中普遍存在的問題

由于單片機(jī)課程在電子類專業(yè)中的重要性，許多高校與教師都在探討如何提高課程的教學(xué)質(zhì)量。[1-4]而單片機(jī)課程的應(yīng)用性較強(qiáng)，理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)結(jié)合緊密，因此教學(xué)中普遍存在一些問題，導(dǎo)致教學(xué)效果不佳。

1.教學(xué)內(nèi)容與實(shí)際應(yīng)用脫節(jié)

單片機(jī)課程與一般的理論課程不同，是一門實(shí)踐性極強(qiáng)的課程。因此需要將理論課與實(shí)驗(yàn)實(shí)踐課程緊密連接起來才能到達(dá)較好的教學(xué)效果，二者不能脫節(jié)。而在一些學(xué)校的教學(xué)活動(dòng)中，普遍存在重課堂輕實(shí)驗(yàn)的狀況。同時(shí)，擔(dān)任理論課程的教師與實(shí)踐課程的教師互相溝通缺乏，更易導(dǎo)致教學(xué)內(nèi)容與實(shí)際應(yīng)用脫節(jié)。

2.教學(xué)實(shí)驗(yàn)辦法以及內(nèi)容陳舊

高校實(shí)驗(yàn)內(nèi)容單一、陳舊也是單片機(jī)教學(xué)中普遍存在的問題。大多數(shù)高校的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)往往是學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的內(nèi)容，在實(shí)驗(yàn)箱上接插導(dǎo)線，按照書中的步驟完成實(shí)驗(yàn)，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中較為盲目。同時(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)辦法與內(nèi)容都較為陳舊，比方實(shí)驗(yàn)中使用的8155、8255、74LS373等擴(kuò)展芯片的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容在實(shí)際中大多已被PLD芯片取代。

同樣由于設(shè)備的局限性等諸多原因，導(dǎo)致驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)較多，設(shè)計(jì)性以及綜合性實(shí)驗(yàn)偏少，學(xué)生不足興趣，上完全部實(shí)驗(yàn)課程而不知一個(gè)簡(jiǎn)單的單片機(jī)系統(tǒng)究竟如何開發(fā)的學(xué)生比比皆是，絲毫達(dá)不到培養(yǎng)應(yīng)用型人才的效果。

3.理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)不夠系統(tǒng)

傳統(tǒng)的單片機(jī)理論與實(shí)驗(yàn)教學(xué)往往就單片機(jī)中的某個(gè)局部?jī)?nèi)容進(jìn)行教授或者訓(xùn)練。而對(duì)于單片機(jī)系統(tǒng)完整的開發(fā)辦法、使用的設(shè)備以及應(yīng)用講授較少，學(xué)生面對(duì)實(shí)驗(yàn)箱也無法接觸真正的開發(fā)工具與設(shè)備，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)了理論課程，會(huì)編寫一些程序，卻不能熟練地利用各種應(yīng)用開發(fā)設(shè)備，更無法開發(fā)完整的單片機(jī)系統(tǒng)。

二、基于單片機(jī)教學(xué)的應(yīng)用型人才培養(yǎng)辦法探討

在這種前提下，首先對(duì)任課教師提出了較高的要求。任課教師需要不斷提高自身的理論與實(shí)際科研水平，在實(shí)踐中不斷提高自己的素質(zhì)，才可能高質(zhì)量完成課程的教學(xué)任務(wù)，不至于與實(shí)際應(yīng)用脫節(jié)；其次，學(xué)校在制訂單片機(jī)課程的培養(yǎng)大綱時(shí)，需要用開展的眼光看待單片機(jī)課程教學(xué)，由于信息技術(shù)的迅速開展，單片機(jī)教學(xué)也應(yīng)根據(jù)實(shí)際應(yīng)用適當(dāng)微調(diào)，而不能由于已經(jīng)具備了成熟的教學(xué)體系忽略了時(shí)代的開展，導(dǎo)致與實(shí)際應(yīng)用脫節(jié)；更重要的是需要以高素質(zhì)應(yīng)用型人才培養(yǎng)為目標(biāo)，合理設(shè)計(jì)單片機(jī)教學(xué)辦法。

因此，在近年的單片機(jī)教學(xué)摸索中，總結(jié)出基于應(yīng)用型人才培養(yǎng)的單片機(jī)教學(xué)辦法，即四層次教學(xué)法：“理論打根底，實(shí)驗(yàn)幫融會(huì)，實(shí)踐做貫穿，認(rèn)證促拔高〞，而加入各類比賽，如電子設(shè)計(jì)大賽、飛思卡爾智能車比賽對(duì)高素質(zhì)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)更可錦上添花?；趹?yīng)用型人才培養(yǎng)的單片機(jī)教學(xué)實(shí)踐體系如圖1所示。

1.理論與實(shí)驗(yàn)教學(xué)

在上海電力學(xué)院電子信息系單片機(jī)教學(xué)的課程體系中，理論課程教學(xué)是單片機(jī)教學(xué)的根底。在學(xué)生沒有任何根底的情況下，理論教學(xué)可以盡快使得學(xué)生了解、認(rèn)知單片機(jī)的根本知識(shí)，掌握編程的根本指令以及內(nèi)部資源的使用辦法。同時(shí)，除單片機(jī)根本理論教學(xué)之外，還應(yīng)波及單片機(jī)高級(jí)接口技術(shù)等根本知識(shí)，如單片機(jī)Can總線接口技術(shù)、單總線接口技術(shù)、SPI總線接口技術(shù)及I2C總線接口技術(shù)等。掌握單片機(jī)接口技術(shù)可使得學(xué)生深入了解單片機(jī)應(yīng)用辦法及擴(kuò)展計(jì)劃，擴(kuò)展課程覆蓋面。

而實(shí)驗(yàn)課程多為根底性實(shí)驗(yàn)，附加提高性實(shí)驗(yàn)，主要以鍛煉學(xué)生的編程能力為目標(biāo)。實(shí)驗(yàn)課程可幫忙學(xué)生在理論學(xué)習(xí)的根底上進(jìn)一步掌握單片機(jī)的各個(gè)內(nèi)部資源的使用辦法，如中斷系統(tǒng)、定時(shí)器系統(tǒng)、I/O口、一般接口技術(shù)等根本應(yīng)用。同時(shí)實(shí)驗(yàn)還應(yīng)包括單片機(jī)高級(jí)接口技術(shù)應(yīng)用，以擴(kuò)展學(xué)生知識(shí)面。這些實(shí)驗(yàn)可包括“I2C智能卡的讀寫實(shí)驗(yàn)〞、“Can總線應(yīng)用試驗(yàn)〞及“數(shù)字溫度傳感器DS18B20應(yīng)用實(shí)驗(yàn)〞等。

2.實(shí)踐教學(xué)

在學(xué)生對(duì)單片機(jī)理論知識(shí)以及編程技術(shù)熟練掌握的根底上，利用期末兩周時(shí)間進(jìn)行實(shí)踐課程的教學(xué)。實(shí)踐課程教學(xué)以學(xué)生自主開發(fā)一個(gè)完整的單片機(jī)系統(tǒng)為主要內(nèi)容，設(shè)計(jì)不同的單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)工程，可供學(xué)生選擇。選擇適宜的設(shè)計(jì)題目是提高單片機(jī)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果的關(guān)鍵。題目太大、太難會(huì)使學(xué)生完成不了，題目太小、太易就達(dá)不到設(shè)計(jì)的目的和要求。設(shè)計(jì)的內(nèi)容要考慮它的先進(jìn)性、實(shí)踐性和實(shí)用性。不同的實(shí)踐課程工程提供學(xué)生各種相關(guān)電子元器件，從圖紙的設(shè)計(jì)開始，到整個(gè)系統(tǒng)調(diào)試完成，教師僅僅輔助學(xué)生解決問題，檢查學(xué)生搭建的電路以及流程圖等，所有的硬件設(shè)計(jì)以及軟件設(shè)計(jì)的內(nèi)容需要學(xué)生獨(dú)立完成。整個(gè)工程的完成實(shí)施過程如圖2所示。由圖2可知，學(xué)生完成工程可分為根據(jù)元器件清單及課題要求設(shè)計(jì)電路圖、根據(jù)電路圖搭建實(shí)際電路、設(shè)計(jì)電路驅(qū)動(dòng)軟件、分塊調(diào)試系統(tǒng)、系統(tǒng)聯(lián)調(diào)等幾個(gè)局部。

具體實(shí)踐工程可包括基于微處理器的函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)、多功能計(jì)算器的設(shè)計(jì)、定時(shí)器的設(shè)計(jì)及簡(jiǎn)易電子琴的設(shè)計(jì)等。以函數(shù)信號(hào)發(fā)生器為例，課題要求其應(yīng)輸出多種規(guī)范波形信號(hào)，如方波、鋸齒波、三角波和正弦波等，輸出信號(hào)的波形頻率、幅度應(yīng)可調(diào)，用示波器察看時(shí)波形應(yīng)光滑，周期應(yīng)與設(shè)計(jì)的頻率相一致。由課題要求可以看出，工程難度適中，具備實(shí)用性。為了提高課題的可實(shí)現(xiàn)性，工程實(shí)施的過程中教師將任務(wù)分解細(xì)化，即每日任務(wù)指標(biāo)化，并在次日上課時(shí)首先檢查前日任務(wù)的完成情況。如多功能計(jì)算器課題電路板調(diào)試可分解為“單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊〞“蜂鳴器驅(qū)動(dòng)模塊〞“液晶顯示模塊〞及“鍵盤辨認(rèn)模塊〞等，明確每日任務(wù)要求并根據(jù)學(xué)生調(diào)試結(jié)果調(diào)整及時(shí)指導(dǎo)辦法及指導(dǎo)內(nèi)容。實(shí)踐課程的教學(xué)將單片機(jī)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)到整個(gè)系統(tǒng)的調(diào)試完全融合在一起，教會(huì)學(xué)生如何開發(fā)一個(gè)完整的單片機(jī)系統(tǒng)，將單片機(jī)整個(gè)學(xué)習(xí)內(nèi)容融會(huì)貫穿。

3.電子設(shè)計(jì)項(xiàng)目師認(rèn)證

電子設(shè)計(jì)項(xiàng)目師認(rèn)證是中國(guó)電子學(xué)會(huì)電子信息技術(shù)資格認(rèn)證工作之一，也是中國(guó)項(xiàng)目師職稱改革、申請(qǐng)國(guó)際互認(rèn)的試點(diǎn)工作之一，是國(guó)家正式批準(zhǔn)并認(rèn)可的認(rèn)證體系，也是目前國(guó)內(nèi)電子設(shè)計(jì)專業(yè)技術(shù)資格唯一的權(quán)威認(rèn)證。上海電力學(xué)院電子信息項(xiàng)目系建立了中國(guó)電子學(xué)會(huì)電子設(shè)計(jì)項(xiàng)目師認(rèn)證考試中心，學(xué)生可報(bào)名加入電子設(shè)計(jì)項(xiàng)目師認(rèn)證考試。由于認(rèn)證考試分為理論與實(shí)操兩個(gè)局部。理論考核包括數(shù)字電路設(shè)計(jì)及單片機(jī)根本原理，實(shí)操考核需要學(xué)生在較短時(shí)間內(nèi)設(shè)計(jì)一個(gè)完整的電子產(chǎn)品，因此考試難度較大，而加入這類認(rèn)證考試將會(huì)大大鍛煉學(xué)生的實(shí)踐能力，促進(jìn)學(xué)生進(jìn)一步提高自身的應(yīng)用能力，對(duì)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)有很大的推動(dòng)作用。

同時(shí)，院系積極激勵(lì)一些單片機(jī)學(xué)習(xí)成績(jī)較為突出的學(xué)生加入電子設(shè)計(jì)大賽與飛思卡爾智能車比賽，通過更高水平的競(jìng)賽以及競(jìng)賽前的輔導(dǎo)使得一局部學(xué)生的應(yīng)用能力得以更大幅度的提高，對(duì)于應(yīng)用型人才的培養(yǎng)作用也較為明顯。

三、結(jié)語

通過教學(xué)、實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐、認(rèn)證考核以及加入大賽等一系列