单片机与电子工艺学及C语言课程系统化教学模式探索

来源:用户上传      作者:仝军令　司卓印　梁斌

　　摘  要 学校开设了C语言程序设计、电子工艺学、单片微机原理与接口技术等课程，目的是培养学生的机电控制系统设计能力。在以往的教学实践中未能将这些课程有机地联系在一起，影响了教学效果。在理顺这些课程内在联系的基础上，通过教学内容的整合，形成系统化教学模式，增加C语言和电子工艺学知识的运用频率，降低以单片机为核心的机电控制系统的学习难度，激发学生学习兴趣，提高学习质量。
　　关键词 单片机;C语言;电子工艺学;系统化教学模式
　　中图分类号：G642.0    文献标识码：B
　　文章编号：1671-489X（2020）06-0084-03
　　Exploration on Systematic Teaching Mode of Single Chip Micro-
　　computer and Electronic Technology and C Language Courses//TONG Junling， SI Zhuoyin， LIANG Bin
　　Abstract In order to develop the student’s ability to design the me-
　　chatronic control system， there are some courses such as C Language
　　Programming， Electronic Technology， Principle and Interface Tech-nology of Single Chip Microcomputer are employed. Because of the poor relevance among these courses in the past teaching practice， the
　　teaching effect is affected. On the basis of straightening out the inter-
　　nal relations among these courses， by combining the teaching content，
　　a systematic teaching mode has been formed. With the teaching mode，
　　the frequency of using the knowledge of C language and electronic technology has been increased， the learning difficulty of the mecha-tronic control system with single chip microcomputer as the core has
　　been reduced， the interest of learning has been stimulated， and the learning effect has been improved.
　　Key words single chip microcomputer; C language; electronic tech-nology; systematic teaching mode
　　1 引言
　　機械工程专业是以有关的自然科学和技术科学为理论基础，结合生产实践中的技术经验，研究和解决开发、设计、制造、安装、运用和修理各种机械的全部理论和实际问题的应用学科。在当前工业4.0及《中国制造2025》大背景下，智能制造不断深化，自动化、智能化贯穿机械设计与制造的全过程，面向机械工程专业的新工科建设已悄然兴起。
　　中国矿业大学徐海学院设有机械工程专业，并设置了机电一体化专业方向。为了使学生认识现代机电控制系统，培养自动化、智能化方面的能力，本专业开设了“C语言程序设计”“电子工艺学”和“单片微机原理与接口技术”等课程。然而在以往的教学实践中未能将这三门课程有机地联系在一起，无法形成系统合力，不能很好地服务于机电控制系统的学习。如何理顺上述课程的内在联系，形成系统化教学模式，已成为亟待解决的问题。
　　2 课程现状
　　“C语言程序设计”课程  本课程作为通识教育类课程，于第二学期开设。课程旨在使学生掌握一种计算机高级语言的编程方法，掌握一定的软件开发技术，为机电控制系统的软件编程打下基础。目前，机械工程专业学生对C语言的运用主要在第六学期及之后的专业课程设计、综合实训及毕业设计阶段，从学到用的时间间隔较长，使用时比较生疏。
　　“电子工艺学”课程  本课程作为学科教育类课程，于第四学期开设。课程旨在使学生掌握电子电路的基本设计方法和电子产品整机及配件的生产制造工艺，为机电控制系统的硬件电路开发与制作提供基础知识。目前，“电子工艺学”课程主要针对一般电子产品的设计制造进行讲解，未结合典型的机电控制系统硬件电路进行授课，且其应用亦主要在第六学期及之后的专业课程设计、综合实训及毕业设计阶段。
　　“单片微机原理与接口技术”课程  本课程作为专业教育类核心课程，具有重要的地位，于第四学期开设。课程主要培养学生掌握微机的基本原理、组织结构和基本的运行方式，掌握单片机与外部接口芯片及相关设备的接口方法，使学生具有单片机应用系统设计的初步能力，即能根据现场的实际情况，合理选用单片机并设计相应的硬件和软件系统的能力。
　　单片机是现代机电控制系统的核心之一。作为专业核心课程，本应该被学生熟练掌握并加以运用，然而在实际的理论教学和实验教学中却存在一些问题，导致学生的学习效果不尽如人意，主要体现在三个方面[1]。 　　1）抽象的汇编语言导致学生学习兴趣不高。汇编指令较多，过于抽象，对于机械工程专业学生来说不容易理解，使得学生在初学汇编指令时便遇到困难。由于学时所限，又不能花更多的时间去解决这些困难，导致学生进一步学习單片机的兴趣下降。
　　2）单片机应用系统开发学时不足。由于汇编指令难以理解，在讲授时必然要占用一定的学时，导致单片机应用系统设计开发的学时数相对不足，学生单片机应用能力较弱。
　　3）传统的实验设备实验效果不佳。传统的单片机实验箱较大，学生只能在实验室进行单片机实验;实践机会不够充分，导致理论学习效果不够牢固。同时，传统的单片机实验箱与单片机应用系统硬件构成差别较大，学生无法完全了解电路原理[2]，认为单片机应用系统就是单片机实验箱，对整个单片机系统的开发及应用没有一个完整的概念[3]。
　　通过上述分析发现，导致单片机课程出现学习效果不佳的主要原因是单片机课程未能与C语言和电子工艺学课程进行有机的结合。
　　3 系统化教学模式的构建
　　机电控制系统是硬件和软件的综合，亦是单片机、电子工艺和计算机编程语言等知识的综合。目前，单片机软件开发越来越多地采用C语言，且单片机实验设备也是典型的电子产品，因此，“单片微机原理与接口技术”“C语言程序设计”和“电子工艺学”这三门课程具有天然的内在联系。为了提高教学质量，有必要系统整合这三门课程的教学内容，形成系统化的教学模式。
　　以便携式单片机开发板为实例，开展电子工艺学理论与实验教学  便携式单片机开发板是一个典型的电子产品，其上不仅有常用的电阻、电容、电感、半导体器件、集成电路等电子元器件，还涉及印制电路板的设计、制作、焊接和调试等知识。因此，在“电子工艺学”课程的理论和实践教学过程中，精简部分纯电子产品设计开发内容，侧重于单片机应用系统硬件电路的设计与制作。将一套便携式单片机开发板作为实例贯穿始终，课程结束后，学生即可拥有一套自己非常熟悉的单片机开发板，为下一步单片机的学习提前准备好硬件实验平台。
　　以C语言为编程语言，开展单片机理论教学  机械工程专业对单片机的要求以应用为主，对单片机的底层机理可以不做深究。如单片机的寻址方式、指令系统、汇编语言等，理论性很强，但是在实际中应用很少，这些内容可以选择少讲或者不讲[2]。且在项目开发中，C语言现在已经代替汇编语言，成为单片机编程的重要语言[2]，因此可以淡化汇编语言，主要以C语言作为单片机的编程语言来讲解。
　　本专业学生已经学习过C语言课程，以C语言作为编程语言进行单片机的学习时，可以将学习汇编语言的学时节省出来，将有限的学时有效地利用在单片机应用系统开发的学习上，从而降低学习难度，增加学习兴趣，提高学习质量。
　　以便携式单片机开发板为实验平台，开展单片机实验教学  通过“电子工艺学”课程的学习，学生已经对便携式单片机开发板的硬件构成有了深刻的认识，在此基础上开展单片机的实验教学，可以起到事半功倍的效果。同时，便携式单片机开发板与单片机应用系统的硬件构成比较接近，还配套有完整的电路原理图，通过适当的裁减，即可形成针对某个实验项目的电路原理图。因此，便携式单片机开发板有利于学生的单片机应用系统开发能力的综合培养。
　　另外，由于开发板的便携性，学生不再受到实验场地的限制，可以灵活掌握时间进行单片机的学习。由于实践机会比较充分，加深了理论知识的理解，从而有利于单片机后续章节理论知识的学习。
　　4 系统化教学模式的实施
　　本系统化教学模式在机械工程专业2017级学生中进行了实践。“电子工艺学”和“单片微机原理与接口技术”课程采用的便携式单片机开发板如图1所示，电子工艺学实验中焊接的继电器控制板如图2所示，单片机开发板连接两个继电器控制板，通过C语言编程实现直流电机“正—反—停”控制的实验如图3所示。
　　在“电子工艺学”课程中，以小型机电控制系统——直流电机“正—反—停”控制系统的制作为实例，将“电子工艺学”知识与以单片机为核心的机电控制系统有机地联系起来，将C语言与单片机的学习相结合，以应用为导向，学以致用，激发学生对后续机电控制系统相关课程学习的兴趣。
　　5 结语
　　本文分析了中国矿业大学徐海学院机械工程专业“C语言程序设计”“单片微机原理与接口技术”和“电子工艺学”课程存在的问题，指出单片机课程出现学习效果不佳的主要原因是该课程未能与C语言和电子工艺学课程进行有机结合。“新工科”背景下，在以机电控制系统为载体，以自动化、智能化能力培养为目标的导向下，理顺上述三门课程的内在联系，在此基础上系统整合这三门课程的教学内容，形成系统化教学模式。实践表明，该系统化教学模式取得良好的教学效果，有助于学生自动化、智能化等方面的能力的培养。
　　参考文献
　　[1]仝军令，司卓印，梁斌.机械工程专业“单片机原理与接口技术”课程教学改革与实践[J].教育教学论坛，2019（42）：127-128.
　　[2]李礴.高职院校单片机课程教学改革探讨[J].电脑知识与技术，2017，13（33）：154-155.
　　[3]邹云峰.应用型本科单片机教学改革探讨[J].信息记录材料，2018（1）：151-152.
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