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摘要:单片机课程是电类专业的重要课程。但现有课程教学体系中普遍存在着课时紧、教学效果差的问题。文中就单片机课程体系综合改革进行了探讨,分析了课程改革的必要性,介绍了改革的具体措施,实施的方案与效果。通过教学实践证明,改革后的教学体系能有效提高学生的学习兴趣,改善教学质量。
关键词:单片机;课程体系;教学模式;实验
作者简介:武英(1974-),女,江苏南京人,南京晓庄学院物理与电子工程学院,讲师,工学硕士,主要研究方向:电子信息处理;李钢生(1977-),男,河南开封人,南京晓庄学院物理与电子工程学院,讲师,工学硕士,主要研究方向:电子信息处理。(江苏 南京 211171)
基金项目:本文系南京晓庄学院单片机教改项目(项目编号:2009JYK5015)的研究成果。
一、传统教学体系存在的问题
单片机课程是电类专业的一门主干课程,实用性强,应用面广,是一门将电子技术与计算机技术紧密结合、硬件与软件相联系的综合性专业课程。主要培养学生的逻辑思维、编程思想、模块化设计能力,对开拓学生创新意识、提高学生分析和解决实际问题及工程实践能力发挥着积极的作用。
传统的单片机教学以教学大纲为基准,以教材为基础,以教师为主体,以教师上面讲,学生下面听为主要教学方式,按照教材章节顺序进行,先概述硬件,再指令程序,最后是功能部件应用。学生感觉枯燥,学习的主动性和积极性均不高,学习效果较差。而且以往的单片机课程中还要抽出几个学时来补充仿真软件的使用,使得单片机的课时紧张,教学效果就更差了。最后,单片机实验以验证性为主,学生知其然而不知其所以然,学完后对实际问题的处理能力差,对后续毕业设计和就业工作的帮助不大。
二、课程体系改革基本措施
为了提高教学质量,我们对单片机课程体系进行了改革,基本原则有两个:一是坚持和贯彻理论与实际相结合的教学理念;二是重视对学生实践能力的培养。内容主要包括教学内容的整合更新优化、运用多媒体手段辅助教学、强化实践教学环节进一步提高学生的动手能力、积极参与或开展科技创新活动。
1.改革课程体系,建立递进式课程新体系
现在大部分的学校都采用学分制,对课时进行压缩。在这种情况下,经多次教学调研和相关教师多次研讨,对原有课程设置进行了改革:将原微机原理和单片机课时压缩,新增电子线路常用软件和C51程序设计两门课程。相应课程内容也做了优化调整,在电子线路常用软件中介绍了Proteus的基本使用,为后续单片机及外围电路进行虚拟仿真奠定了硬件基础;其次,同时在微机原理课程中详细的讲解了8086/8088的结构框架和汇编语言,805l和8086/8088均为INTEL公司生产的芯片,体系结构及总线形式相近,常用接口芯片的应用相同,所以部分内容(如:结构框架、寻址方式,汇编语言等)在单片机课程中均可以简化。因为C语言的编译效率高,具有编程的简易性、可移植性、共享性等优势,部分学校在单片机课程教学中已经舍弃了汇编语言,直接采用C语言,对于这一点,我们并没有效仿。因为通过汇编语言的学习,可以让学生更加清楚的了解单片机的内部结构和其中的内容变化,所以我们在教学中仍然保留了汇编语言部分,只是对其做了简化,在单片机课程完成后再开设C51程序设计。为学生进行较为复杂的工程控制和毕业设计服务,可以进一步的提高学生对实际问题的处理能力。
2.改革传统教学模式
建立以任务或项目为教学主线,教师为主导,学生为主体的教学模式。教学重点由基本原理转向应用,重视实践环节,以任务或项目为主线进行知识点的讲解,同时将基本实验穿插进行,采用教、学、练的教学模式增强教学效果。
上第一堂课时,就把科研项目或往届毕业设计中的一些应用板(如GPS导航仪、玩具车控制板、汉字显示系统等)带进课堂,通过实物展示使学生对单片机系统先有一个感性认识,激发学生的学习兴趣。再通过列举、讨论和总结,使学生认识到:单片机的应用无处不在,其特性都是通过程序控制硬件工作,从而实现设计者赋予的功能。在学生有了学习兴趣后,在教学过程中采用多种方式保持学生的兴趣和热情。在理论教学中采用多媒体辅助教学,可以PPT来辅助理论讲解;采用Proteus进行实例演示,增强教学生动性和直观性;采用Keil C51进行程序设计重难点讲解,效果直接、印像深刻。同时采取边学边练的方法,例如在学完并行I/O结构,就安排一次利用P1口控制发光二极管的应用实验。先从发光二级管闪烁开始,先利用理论教学教会学生如何编写源程序,如何创建和配置工程,如何生成代码并下载到单片机。做完发光二级管闪烁后,再让学生自由发挥,利用并行I/O口实现更多功能,如改为按不同花样流动,或者用蜂鸣器代替发光管,控制其发声等。通过实验及时巩固了刚学过的知识,激发了学生的动手热情,增强了其继续学习的信心和主动性。
3.改革实践教学环节
实践教学是提高学生能力的重要保证,是单片机课程学习的重要组成部分。在改革后的实验体系中实验逐层递进,包括验证性实验、设计性实验、开放性实验(综合性实验)、课程设计和课内外结合的电子竞赛培训活动等。
在验证试验中,采用循序渐进,逐层递进的方式。以P1口控制发光二极管的实验为例。首先P1口作为输出口:从最简单的驱动单个发光二极管点亮开始,在学生初步掌握该实验的指令之后,要求学生改写程序如循环点亮,间隔闪烁等。当大部分学生能掌握程序改写之后,将P1口作为输入口,这是一个难点,大部分的学生对准双向口的概念模糊不清。将P1口和开关连接,而P0口和发光二极管连接,利用开光的拨动来驱动对应的发光二极管点亮。此时向学生提示在使用P1口作为输入口使用的时候,必须向P1口的锁存器写入FFH,这时可以对P1口的电路逻辑做必要的理论知识的补充,通过实验向学生进一步解释何为准双向口。这样基本能让学生掌握准双向口的概念。此外,该实验还可以进行多方位的启发,比如将延时子程序的延时时间进行更改,这就涉及到指令执行的机器周期数以及循环的次数。如要求学生延时一秒钟或者半秒钟,这可以考察循环嵌套和晶振频率与机器周期相关知识,是一次学生锻炼编程能力的机会,学生也会逐渐开始主动地思考并设计实验方案,独立解决调试过程中存在的问题。
采用仿真软件keil、Proteus辅助实验,开拓学习空间,降低实验成本。在单片机中,所有的硬件电路设计、对应软件设计都可以在Keil及Proteus平台上进行,这对学生深入学习有巨大的帮助作用。利用Keil完成单片机软件设计调试,Proteus完成硬件设计及系统运行结果查看。用它来做单片机的仿真分析、设计无疑是很方便的。在验证性实验完成后,设计性、开放性实验(综合性实验)均采用此种方式,这样可以在保证教学质量的前提下,大大节约实验成本。学生只需一台电脑,装上软件即可对实验的每个环节以及最终的完整系统进行软硬件调试,像使用仿真器一样来调试程序和电路模块。
课程设计是让学生在理论学习的基础上,通过完成一个涉及单片机多种资源应用,并具有综合功能的小系统目标板的设计与编程应用,使学生不但能够将课堂上学到的理论知识与实际应用结合起来,而且能够对电子电路、电子元器件、电路布线等方面的知识综合应用,同时在软件编程、排错调试、焊接技术、相关仪器设备的使用技能等方面得到较全面的锻炼和提高,为今后能够独立进行单片机应用系统的开发设计工作打下一定的基础。
将课内外结合,对有兴趣的优秀学生鼓励参与教师的科研项目和竞赛培训活动。例如在三年级下学期开展学生自主报名的全国大学生电子设计竞赛的培训,通过培训由教师挑选优秀学生参与竞赛。或由教师选择优秀学生参与教师的科研项目,通过这种方式进一步提高了学生对实际问题的处理能力。
三、结束语
经过近几届学生的实践证明,改革后单片机教学教学体系能满足不同能力的学生的需求,逐步改变了学生对单片机课程不感兴趣的态度,从动手到自行开发出实验产品,这都是教学体系改革的结果。符合我校提出的加强学生的实践能力,培养“应用型、开发型”人才,开拓学生出口(就业)。
参考文献:
[1]宋志平.单片机接口技术课程教学新方法探索[J].中国电力教育,2009,(3):122-123.
[2]石建国,王丽娟,罗朗,赖泽鸿.以工程素质培养为目标的单片机教学改革探索[J].茂名学院学报,2009,19(3):62-64.
[3]陈伟钱,陈华兵.单片机课程任务式启发式教学改革[J].计算机教育,2008,(16):46-47.
[4]杨洪亮.单片机原理课程层次式教学改革研究[J].计算机教育,2008,(18):60-61.
[5]徐敏,卢周平.“单片机原理及应用”课程教学改革与实践[J].实验室研究与探索,2006,25(1):82-84.
(责任编辑:苏宇嵬)
关键词:单片机;课程体系;教学模式;实验
作者简介:武英(1974-),女,江苏南京人,南京晓庄学院物理与电子工程学院,讲师,工学硕士,主要研究方向:电子信息处理;李钢生(1977-),男,河南开封人,南京晓庄学院物理与电子工程学院,讲师,工学硕士,主要研究方向:电子信息处理。(江苏 南京 211171)
基金项目:本文系南京晓庄学院单片机教改项目(项目编号:2009JYK5015)的研究成果。
一、传统教学体系存在的问题
单片机课程是电类专业的一门主干课程,实用性强,应用面广,是一门将电子技术与计算机技术紧密结合、硬件与软件相联系的综合性专业课程。主要培养学生的逻辑思维、编程思想、模块化设计能力,对开拓学生创新意识、提高学生分析和解决实际问题及工程实践能力发挥着积极的作用。
传统的单片机教学以教学大纲为基准,以教材为基础,以教师为主体,以教师上面讲,学生下面听为主要教学方式,按照教材章节顺序进行,先概述硬件,再指令程序,最后是功能部件应用。学生感觉枯燥,学习的主动性和积极性均不高,学习效果较差。而且以往的单片机课程中还要抽出几个学时来补充仿真软件的使用,使得单片机的课时紧张,教学效果就更差了。最后,单片机实验以验证性为主,学生知其然而不知其所以然,学完后对实际问题的处理能力差,对后续毕业设计和就业工作的帮助不大。
二、课程体系改革基本措施
为了提高教学质量,我们对单片机课程体系进行了改革,基本原则有两个:一是坚持和贯彻理论与实际相结合的教学理念;二是重视对学生实践能力的培养。内容主要包括教学内容的整合更新优化、运用多媒体手段辅助教学、强化实践教学环节进一步提高学生的动手能力、积极参与或开展科技创新活动。
1.改革课程体系,建立递进式课程新体系
现在大部分的学校都采用学分制,对课时进行压缩。在这种情况下,经多次教学调研和相关教师多次研讨,对原有课程设置进行了改革:将原微机原理和单片机课时压缩,新增电子线路常用软件和C51程序设计两门课程。相应课程内容也做了优化调整,在电子线路常用软件中介绍了Proteus的基本使用,为后续单片机及外围电路进行虚拟仿真奠定了硬件基础;其次,同时在微机原理课程中详细的讲解了8086/8088的结构框架和汇编语言,805l和8086/8088均为INTEL公司生产的芯片,体系结构及总线形式相近,常用接口芯片的应用相同,所以部分内容(如:结构框架、寻址方式,汇编语言等)在单片机课程中均可以简化。因为C语言的编译效率高,具有编程的简易性、可移植性、共享性等优势,部分学校在单片机课程教学中已经舍弃了汇编语言,直接采用C语言,对于这一点,我们并没有效仿。因为通过汇编语言的学习,可以让学生更加清楚的了解单片机的内部结构和其中的内容变化,所以我们在教学中仍然保留了汇编语言部分,只是对其做了简化,在单片机课程完成后再开设C51程序设计。为学生进行较为复杂的工程控制和毕业设计服务,可以进一步的提高学生对实际问题的处理能力。
2.改革传统教学模式
建立以任务或项目为教学主线,教师为主导,学生为主体的教学模式。教学重点由基本原理转向应用,重视实践环节,以任务或项目为主线进行知识点的讲解,同时将基本实验穿插进行,采用教、学、练的教学模式增强教学效果。
上第一堂课时,就把科研项目或往届毕业设计中的一些应用板(如GPS导航仪、玩具车控制板、汉字显示系统等)带进课堂,通过实物展示使学生对单片机系统先有一个感性认识,激发学生的学习兴趣。再通过列举、讨论和总结,使学生认识到:单片机的应用无处不在,其特性都是通过程序控制硬件工作,从而实现设计者赋予的功能。在学生有了学习兴趣后,在教学过程中采用多种方式保持学生的兴趣和热情。在理论教学中采用多媒体辅助教学,可以PPT来辅助理论讲解;采用Proteus进行实例演示,增强教学生动性和直观性;采用Keil C51进行程序设计重难点讲解,效果直接、印像深刻。同时采取边学边练的方法,例如在学完并行I/O结构,就安排一次利用P1口控制发光二极管的应用实验。先从发光二级管闪烁开始,先利用理论教学教会学生如何编写源程序,如何创建和配置工程,如何生成代码并下载到单片机。做完发光二级管闪烁后,再让学生自由发挥,利用并行I/O口实现更多功能,如改为按不同花样流动,或者用蜂鸣器代替发光管,控制其发声等。通过实验及时巩固了刚学过的知识,激发了学生的动手热情,增强了其继续学习的信心和主动性。
3.改革实践教学环节
实践教学是提高学生能力的重要保证,是单片机课程学习的重要组成部分。在改革后的实验体系中实验逐层递进,包括验证性实验、设计性实验、开放性实验(综合性实验)、课程设计和课内外结合的电子竞赛培训活动等。
在验证试验中,采用循序渐进,逐层递进的方式。以P1口控制发光二极管的实验为例。首先P1口作为输出口:从最简单的驱动单个发光二极管点亮开始,在学生初步掌握该实验的指令之后,要求学生改写程序如循环点亮,间隔闪烁等。当大部分学生能掌握程序改写之后,将P1口作为输入口,这是一个难点,大部分的学生对准双向口的概念模糊不清。将P1口和开关连接,而P0口和发光二极管连接,利用开光的拨动来驱动对应的发光二极管点亮。此时向学生提示在使用P1口作为输入口使用的时候,必须向P1口的锁存器写入FFH,这时可以对P1口的电路逻辑做必要的理论知识的补充,通过实验向学生进一步解释何为准双向口。这样基本能让学生掌握准双向口的概念。此外,该实验还可以进行多方位的启发,比如将延时子程序的延时时间进行更改,这就涉及到指令执行的机器周期数以及循环的次数。如要求学生延时一秒钟或者半秒钟,这可以考察循环嵌套和晶振频率与机器周期相关知识,是一次学生锻炼编程能力的机会,学生也会逐渐开始主动地思考并设计实验方案,独立解决调试过程中存在的问题。
采用仿真软件keil、Proteus辅助实验,开拓学习空间,降低实验成本。在单片机中,所有的硬件电路设计、对应软件设计都可以在Keil及Proteus平台上进行,这对学生深入学习有巨大的帮助作用。利用Keil完成单片机软件设计调试,Proteus完成硬件设计及系统运行结果查看。用它来做单片机的仿真分析、设计无疑是很方便的。在验证性实验完成后,设计性、开放性实验(综合性实验)均采用此种方式,这样可以在保证教学质量的前提下,大大节约实验成本。学生只需一台电脑,装上软件即可对实验的每个环节以及最终的完整系统进行软硬件调试,像使用仿真器一样来调试程序和电路模块。
课程设计是让学生在理论学习的基础上,通过完成一个涉及单片机多种资源应用,并具有综合功能的小系统目标板的设计与编程应用,使学生不但能够将课堂上学到的理论知识与实际应用结合起来,而且能够对电子电路、电子元器件、电路布线等方面的知识综合应用,同时在软件编程、排错调试、焊接技术、相关仪器设备的使用技能等方面得到较全面的锻炼和提高,为今后能够独立进行单片机应用系统的开发设计工作打下一定的基础。
将课内外结合,对有兴趣的优秀学生鼓励参与教师的科研项目和竞赛培训活动。例如在三年级下学期开展学生自主报名的全国大学生电子设计竞赛的培训,通过培训由教师挑选优秀学生参与竞赛。或由教师选择优秀学生参与教师的科研项目,通过这种方式进一步提高了学生对实际问题的处理能力。
三、结束语
经过近几届学生的实践证明,改革后单片机教学教学体系能满足不同能力的学生的需求,逐步改变了学生对单片机课程不感兴趣的态度,从动手到自行开发出实验产品,这都是教学体系改革的结果。符合我校提出的加强学生的实践能力,培养“应用型、开发型”人才,开拓学生出口(就业)。
参考文献:
[1]宋志平.单片机接口技术课程教学新方法探索[J].中国电力教育,2009,(3):122-123.
[2]石建国,王丽娟,罗朗,赖泽鸿.以工程素质培养为目标的单片机教学改革探索[J].茂名学院学报,2009,19(3):62-64.
[3]陈伟钱,陈华兵.单片机课程任务式启发式教学改革[J].计算机教育,2008,(16):46-47.
[4]杨洪亮.单片机原理课程层次式教学改革研究[J].计算机教育,2008,(18):60-61.
[5]徐敏,卢周平.“单片机原理及应用”课程教学改革与实践[J].实验室研究与探索,2006,25(1):82-84.
(责任编辑:苏宇嵬)