主頁(yè) > 技術(shù)文章 > 試論高職單片機(jī)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革初探 2024-10-12

試論高職單片機(jī)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革初探

摘要：單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的必要性和實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的多個(gè)措施，探討了如何通過(guò)強(qiáng)化單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生面向工程的應(yīng)用能力和創(chuàng)新實(shí)踐能力。
　　　　單片機(jī)技術(shù)是現(xiàn)代電子工程領(lǐng)域一門(mén)迅速發(fā)展的技術(shù)，應(yīng)用于各種嵌入式系統(tǒng)中。單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展極大地推動(dòng)了電子工業(yè)的發(fā)展，無(wú)論在教育界還是在產(chǎn)業(yè)界，單片機(jī)技術(shù)的推廣仍然是一個(gè)熱點(diǎn)。目前，各個(gè)高校都建立了單片機(jī)實(shí)驗(yàn)室，但是很多學(xué)校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀卻不容樂(lè)觀。就我院而言，主要存在以下問(wèn)題：（1）實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地和時(shí)間不足。學(xué)生除了上實(shí)驗(yàn)課外，平時(shí)難得有機(jī)會(huì)實(shí)踐。（2）以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主。實(shí)驗(yàn)室所配備的實(shí)驗(yàn)箱只能滿足驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的要求。由于實(shí)驗(yàn)箱是成品，學(xué)生很難參與到其中的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)中去，學(xué)生的實(shí)踐能力很難得到鍛煉和提高，學(xué)生也很難建立起單片機(jī)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的整體概念。并且，這種實(shí)驗(yàn)設(shè)備的配置方式局限了實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目數(shù)量，還存在設(shè)備維護(hù)工作量大的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。（3）由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備僅適用于某一系列的單片機(jī)，若開(kāi)設(shè)新的單片機(jī)課程，則需要重新配置實(shí)驗(yàn)設(shè)備，增加了學(xué)校的投入。
　　為此，筆者進(jìn)行了長(zhǎng)時(shí)間的探索，提出了一些解決辦法。
　　建立開(kāi)放式的實(shí)驗(yàn)室管理模式單片機(jī)實(shí)驗(yàn)室應(yīng)實(shí)行開(kāi)放式管理，在不影響正常實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)的前提下，面向全校學(xué)生，在課余時(shí)間向?qū)W生提供實(shí)驗(yàn)所需要的場(chǎng)所、儀器設(shè)備等。開(kāi)放范圍除了實(shí)驗(yàn)開(kāi)放項(xiàng)目、課程設(shè)計(jì)外，也包括學(xué)生興趣愛(ài)好、第二課堂活動(dòng)、創(chuàng)新活動(dòng)等。開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)管理模式是在注重知識(shí)、能力和素質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展的同時(shí)，貫徹因材施教、注重個(gè)性培養(yǎng)的教學(xué)原則，目的是激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情。在實(shí)施過(guò)程中，要注意實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不應(yīng)與教學(xué)計(jì)劃及教學(xué)大綱所規(guī)定的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容相重復(fù)，應(yīng)屬于課程教學(xué)內(nèi)容的拓展性實(shí)驗(yàn)；還要注意綜合性和針對(duì)性，強(qiáng)化基礎(chǔ)，拓寬知識(shí)覆蓋面，注重培養(yǎng)知識(shí)的綜合運(yùn)用能力。此外，還要根據(jù)科技的發(fā)展及其實(shí)際應(yīng)用，結(jié)合實(shí)際工作，加強(qiáng)對(duì)學(xué)生科學(xué)研究思維和建立工程概念的訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和動(dòng)手能力。開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)的組織中要突出學(xué)生的自主性，要全方位體現(xiàn)以學(xué)生為主體的自主式學(xué)習(xí)方式。在實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、操作、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析處理等方面最大限度地發(fā)揮學(xué)生的主體作用，教師布置任務(wù)、講解及指導(dǎo)等要點(diǎn)到為止，留有余地，給學(xué)生獨(dú)立思考、獨(dú)立操作、獨(dú)立分析、獨(dú)立解決問(wèn)題的空間，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和主動(dòng)性。
利用Proteus與Keil整合構(gòu)建單片機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)室Proteus是Labcenter公司推出的一款基于標(biāo)準(zhǔn)仿真引擎SPICE3F5的電路分析、實(shí)驗(yàn)仿真系統(tǒng)。該軟件有交互式動(dòng)畫(huà)仿真、基于圖形的仿真和基于微控制器的仿真等三種模式，其最大的特點(diǎn)就在于它能夠仿真單片機(jī)及其外圍芯片。Proteus軟件支持MCS-51及其派生系列、Motorola68HC11系列，以及AVR系列和PIC12、PIC16、PIC18系列的單片機(jī)。Proteus軟件支持的外圍器件有74LS373、8255、矩陣式鍵盤(pán)、LCD及多種A/D、D/A轉(zhuǎn)換器等。另外，用戶還可以建立新的元器件模型。對(duì)于MCS-51系列單片機(jī)而言，Proteus還能夠與Keilc51集成環(huán)境實(shí)現(xiàn)聯(lián)機(jī)同步調(diào)試。而Keil是德國(guó)開(kāi)發(fā)的一個(gè)51單片機(jī)開(kāi)發(fā)軟件平臺(tái)，是目前應(yīng)用最廣泛的、最重要的單片機(jī)開(kāi)發(fā)平臺(tái)。它的界面簡(jiǎn)單，操作容易。Keil的uVision2可以進(jìn)行純粹的軟件仿真，也可以利用硬件仿真器，搭接上單片機(jī)硬件電路，在仿真器中載入項(xiàng)目程序后進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真。此外，還可以使用Keil Monitor-51在不需要額外硬件仿真器的條件下，搭接單片機(jī)硬件系統(tǒng)對(duì)項(xiàng)目程序進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真。uVision調(diào)試器的調(diào)試功能也很豐富，具有常規(guī)源極調(diào)試、符號(hào)特性調(diào)試、歷史跟蹤，代碼覆蓋，復(fù)雜斷點(diǎn)等功能。構(gòu)建虛擬實(shí)驗(yàn)室主要是利用Proteus進(jìn)行硬件電路的設(shè)計(jì)，用Keil進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)。硬件電路的設(shè)計(jì)主要有兩個(gè)方面：系統(tǒng)擴(kuò)展（包括ROM、RAM、I/O口、定時(shí)器等功能單元的擴(kuò)展）和系統(tǒng)的配置（即根據(jù)系統(tǒng)的要求進(jìn)行外圍設(shè)備的配置，如鍵盤(pán)、顯示器、A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器、打印機(jī)等的接口電路的設(shè)計(jì)），通過(guò)該軟件的使用，可以使學(xué)生掌握硬件電路的設(shè)計(jì)方法。軟件設(shè)計(jì)主要是應(yīng)用程序的編制、調(diào)試，使學(xué)生掌握軟件開(kāi)發(fā)的步驟、方法和技巧。而軟硬件的設(shè)計(jì)完成之后，還需要進(jìn)行系統(tǒng)的總調(diào)，將這兩大執(zhí)行環(huán)境組合起來(lái)構(gòu)成聯(lián)合的仿真系統(tǒng)，其中，KEIL作為軟件的調(diào)試界面，而Proteus作為硬件的仿真和調(diào)試界面。這樣，就可以像仿真器一樣調(diào)試程序了。
開(kāi)設(shè)大型綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力大型綜合的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)需要在學(xué)生完成基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)之后視學(xué)生掌握程度而開(kāi)設(shè)，這個(gè)環(huán)節(jié)在整個(gè)單片機(jī)教學(xué)中非常重要，只有經(jīng)過(guò)完整的項(xiàng)目訓(xùn)練，學(xué)生才會(huì)建立起完整的系統(tǒng)的概念。學(xué)生需要根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)上的要求（包括軟硬件的資源配置、實(shí)驗(yàn)要求達(dá)到的效果）進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。這樣的訓(xùn)練可以將科技方法的訓(xùn)練、機(jī)電綜合設(shè)計(jì)、創(chuàng)新設(shè)計(jì)及畢業(yè)設(shè)計(jì)等實(shí)踐內(nèi)容融合到大型綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中，使原來(lái)分散的小規(guī)模設(shè)計(jì)和訓(xùn)練集成為一個(gè)大型的系統(tǒng)設(shè)計(jì)項(xiàng)目，從而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。此外，在單片機(jī)實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)上，在學(xué)生參與下開(kāi)發(fā)一些應(yīng)用板，組成機(jī)電一體化的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，如我院已經(jīng)開(kāi)發(fā)出的步進(jìn)電機(jī)的單片機(jī)控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。這些訓(xùn)練可以使學(xué)生更加熟悉單片機(jī)的組成、工作原理、程序開(kāi)發(fā)、系統(tǒng)的擴(kuò)展。更重要的是，學(xué)生可以積累自己實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)，增強(qiáng)工程意識(shí)，為將來(lái)順利進(jìn)入實(shí)際的工程環(huán)境打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
　　建立單片機(jī)網(wǎng)絡(luò)互動(dòng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，作為傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的補(bǔ)充傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)是近距離的，由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備緊缺，設(shè)備普遍比較昂貴，加之時(shí)間和空間上的限制，已成為制約教學(xué)質(zhì)量的一個(gè)重要因素。為滿足培養(yǎng)具有高素質(zhì)創(chuàng)新人才的要求，實(shí)驗(yàn)教學(xué)要不斷地進(jìn)行改革，實(shí)驗(yàn)要向綜合型、設(shè)計(jì)型轉(zhuǎn)變，但這種新型教學(xué)模式的實(shí)現(xiàn)必須有高技術(shù)化的手段和條件支持，因而網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)成為現(xiàn)代教育技術(shù)應(yīng)用的大趨勢(shì)。單片機(jī)網(wǎng)絡(luò)互動(dòng)實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)是針對(duì)單片機(jī)實(shí)驗(yàn)而開(kāi)發(fā)的內(nèi)容全面、結(jié)構(gòu)完整的單片機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)。單片機(jī)網(wǎng)絡(luò)互動(dòng)實(shí)驗(yàn)室的構(gòu)建基于Internet遠(yuǎn)程智能化虛擬系統(tǒng)，充分發(fā)揮了網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的特有優(yōu)勢(shì)，使學(xué)生的學(xué)習(xí)與交流不受時(shí)間、地點(diǎn)和實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備的限制，甚至可以聯(lián)機(jī)協(xié)作完成實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容以圖形、文字、動(dòng)畫(huà)等方式呈現(xiàn)在客戶端的瀏覽器上，具有較強(qiáng)的交互性和真實(shí)性。同時(shí)，也提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的伸縮性和適應(yīng)性，有助于提高分散教學(xué)資源的利用率，形成科學(xué)的實(shí)驗(yàn)管理體系。單片機(jī)網(wǎng)絡(luò)互動(dòng)實(shí)驗(yàn)室可作為傳統(tǒng)理論與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的補(bǔ)充模式。我院在設(shè)計(jì)中采用服務(wù)器和客戶端模式，可以實(shí)現(xiàn)客戶端與服務(wù)器的交互通訊。我院自主開(kāi)發(fā)了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，學(xué)生只需到我院的網(wǎng)站注冊(cè)一個(gè)用戶名并下載客戶端，便可以在自己的計(jì)算機(jī)上進(jìn)行單片機(jī)實(shí)驗(yàn)。
以電子技術(shù)競(jìng)賽為契機(jī)，深化單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革課程與教學(xué)改革一直是高職院校所關(guān)注的熱門(mén)話題，實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的效果直接影響著應(yīng)用型人才培養(yǎng)的質(zhì)量。目前，以單片機(jī)控制技術(shù)為核心的電子信息技術(shù)的飛速發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域之廣是其他技術(shù)無(wú)法比擬的。但是學(xué)校教學(xué)內(nèi)容卻滯后于科技的高速發(fā)展。在高職院校開(kāi)展電子技術(shù)競(jìng)賽正是解決這一問(wèn)題的有效途徑。競(jìng)賽有力地促進(jìn)了專(zhuān)業(yè)課程內(nèi)容的整合和實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的更新。一方面，所有參加競(jìng)賽的學(xué)生都要經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的賽前培訓(xùn)和賽中訓(xùn)練，學(xué)生普遍反映受益匪淺。實(shí)踐證明，這樣的學(xué)生在就業(yè)時(shí)也普遍受到企業(yè)青睞。此外，為了能夠使沒(méi)有參賽的學(xué)生也得到同樣的訓(xùn)練，我院還開(kāi)設(shè)了電子專(zhuān)業(yè)課程的設(shè)計(jì)訓(xùn)練課程，作為傳統(tǒng)單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的補(bǔ)充。課程完全按照電子競(jìng)賽的要求進(jìn)行。這樣的訓(xùn)練有效地提高了學(xué)生的工程設(shè)計(jì)能力和綜合素質(zhì)。另一方面，以競(jìng)賽為契機(jī)，改革單片機(jī)實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)方法。由于競(jìng)賽中涉及的單片機(jī)內(nèi)容能夠跟隨科技發(fā)展的步伐，競(jìng)賽的題目具有實(shí)際意義，所以對(duì)目前的單片機(jī)理論教學(xué)改革和實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革起了一定的引導(dǎo)作用。

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