单片机课程教学改革与探索

来源:用户上传      作者: 胡方强　牟　峰

　　摘要：文章分析了传统单片机教学中存在的诸多问题，提出了项目驱动教学法加开放式学习板的教学改革模式，在专业技能培养的同时注重能力培养，极大地提高了课程教学效果。
　　关键词：单片机；教学改革；项目驱动教学法
　　
　　一、前言
　　
　　单片机已广泛应用于工业技术领域的各个方面，在高校的电子、通讯、自动化、计算机等许多工科专业都开设了单片机类的课程。作为综合性实用性都很强的课程，既涉及电路及单片机等硬件知识，又有汇编或C51的软件编程，所谓“软”“硬”两者紧密联系。这些都对单片机课程的教学提出了很高的要求，特别作为大学课程的教学，不光要注重实践能力的训练，对自我学习能力和创新精神的培养也是21世纪高校教学的基本要求。
　　
　　二、传统教学的弊端
　　
　　首先，传统的理论教学过程是先基础后应用的模式，即单片机硬件结构→指令系统→汇编语言设计→系统扩展→接口技术→应用系统设计，并配以验证性试验。这种方法思路清晰，结构严谨，但存在着过于机械性的弊端，使学生感觉枯燥和乏味，就更谈不上培养学生的学习兴趣，也就容易使其产生厌学和放弃的心态。
　　其次，实验是以验证性为主，验证性其优点是对学生要求不高，组织容易，适合初学阶段，但验证性实验方法单一，模仿程度强，不利于培养学生的自主性。特别是实验设备其大部分线路已固定，只预留少量的接线插孔供学生扩展使用，学生对硬件电路甚至没有很好的感性认识，更不要说硬件电路的设计学习了，而学生的程序也大同小异，容易产生抄袭现象，很多学生做完实验根本还不了解实验原理。
　　再次，传统的考核方式是书面考试，一般安排在期末集中进行，主要根据考试卷面成绩来对学生进行评价，这样的考核方法不能准确反映学生的掌握效果，反之容易让学生产生突击复习应付考试的心理，平时学习也就会不够重视。
　　
　　三、“项目驱动教学法+开放式学习板”的教学模式
　　
　　针对以上问题，笔者经过几年来单片机教学改革的实践，逐步形成了模块化教学和项目驱动相结合的教学模式，取得了很好的效果。
　　项目驱动教学法是从任务驱动教学法发展而来，这类教学方法是在构建主义学习理论指导下，基于探究性学习和协作学习的一种模式，非常适合于培养学生的自学能力和独立分析问题，解决问题的能力。传统的任务驱动教学法就是通过对教材内容的整合分割，把若干个学时的教学内容和教学目标隐含在若干个小任务中，把教学过程变成完成各个任务的过程。而项目驱动教学法就是在教学的初始阶段就提出一个适当的系统性项目，把项目的技术需求进行分割模块化后编成若干个小任务，覆盖单片机的各个知识点，这样的课程讲完，各个小任务也相应实现，那项目的系统框架也就搭建完成，然后结合后续的课程设计进行系统的调试实现以及总结优化。这样在任务驱动教学法的效果上，加强了学生构建调试以单片机小型实用系统能力的培养。
　　系统性项目的设计是这个环节的关键，笔者所选择的系统项目是交通灯控制系统，在通常的控制双向交通灯的基础上，提出新的要求，丰富了系统功能。例如：在黄灯亮的时间要求黄灯闪烁；能通过键盘修改红绿灯的时间；通过串口修改红绿灯时间；修改后的时间能掉电保存等。这样完整的交通灯控制系统，几乎涉及到了单片机课程所有知识点：LED灯的控制涉及单片机IO的使用；时间控制需要单片机定时器及中断的应用；时间显示即数码管的控制关联到总线外扩（选择的是8155并行外扩）以及显示接口技术；键盘接口技术以及单片机的串行通信技术可以实现修改时间的要求；时间的掉电保存又涉及到单片机串行扩展（24LC16）。基于这些关联，该系统经过整合模块化后可以设计出九个任务。这样，以系统项目要求为主线，各个任务为引导，贯穿在整个教学过程中，既激发了学生的学习兴趣，又提高了课堂教学的效率。由于学时的限制，教师可以引导、启发、监督学生在课外时间来完成任务，同时鼓励学生在任务基本要求的基础上进行创新，并在考核上给予一定的奖励，这些都很好地给学生提供了培养自学与创新能力的机会。
　　项目设计好后是实现平台的选择。通常学生在课外时间一般不可能都能使用实验室的教学设备。当然，PROTEUS这类仿真工具，也是实现平台的一个选择，在某种程度上的确也给教学带来了极大的便利。但由于该工具软件本身的不足以及仿真手段固有的缺陷，如此的教学效果无法替代硬件设备所给学生带来的锻炼效果。所以根据教学需求，笔者设计了以SST89E58为核心的学习板。该学习板最大的特点是集仿真器功能、在线下载功能、丰富而实用的外设为一体，仿真和下载仅通过一根串口线就能完成，同时编写了配套的实验指导书，包括了软件实验，硬件实验，综合性实验近30个，并且该学习板价格低廉，学生可以人手一块，边实践边学习，并把固定时间固定场所的常规实验变成了开放性教学过程，极大提高了实验教学的效率。
　　对学时分配以及考核方式的变化也是该课程改革的重要部分。首先学时分配上压缩理论课时提高实验学时，比例达到1∶1，这样对学生的考核方式也必然进行了变化，即提高了平时考核在最终成绩的比例达到了50%，特别是每个任务在完成后都会给出一个评分，是平时成绩的重头部分，这样促进和保证了平时的教学效果，让学生充分展示自己才能的机会，并能给出合理评价。
　　
　　四、结束语
　　
　　该课程的项目驱动教学法+开放式学习板的教学改革得到了南京工业大学教改基金的支持，在实际的教学实践取得了很好的效果，在04级和05级超过90%的学生肯定了该课程在专业技能以及能力培养上的效果。为了更好地符合单片机技术的发展，该课程在典型单片机选择和编程语言的改革还在计划和进行中。
　　
　　参考文献：
　　1、李广弟.单片机原理及应用[M].北京航空航天大学出版社,2001.
　　2、鲁俊生,万忠.单片机课程教学改革的实践和思考[J].实验室研究与探索,2004(3).
　　（作者单位：南京工业大学信息学院）

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