單片機(jī)課程仿真案例教學(xué)改革思路

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摘要：針對(duì)高等院校單片機(jī)課程教學(xué)存在的問題進(jìn)行研究，提出了單片機(jī)課程仿真案例教學(xué)為主導(dǎo)的教學(xué)改革方案，主要進(jìn)行了單片機(jī)案例的確定、單片機(jī)案例教學(xué)的實(shí)施步驟和單片機(jī)案例教學(xué)的考核等研究。經(jīng)過實(shí)際教學(xué)驗(yàn)證，該教學(xué)改革模式提高了學(xué)生的單片機(jī)實(shí)際應(yīng)用能力，對(duì)學(xué)生參加電子競賽具有較大幫助。

關(guān)鍵詞：單片機(jī)；仿真；案例教學(xué)；教學(xué)改革；電子競賽

單片機(jī)是一門綜合性、實(shí)踐性極強(qiáng)的課程。單片機(jī)的概念多、專有名詞多、內(nèi)容抽象、指令豐富，且軟、硬件發(fā)展很快，新器件不斷，故相當(dāng)多的學(xué)生在學(xué)習(xí)單片機(jī)時(shí)感到郁悶，實(shí)際使用不知如何下手，不能真正掌握單片機(jī)技術(shù)。因此，如何安排教學(xué)內(nèi)容，使學(xué)生既能了解新技術(shù)又能對(duì)單片機(jī)的應(yīng)用技術(shù)融會(huì)貫通；如何設(shè)計(jì)教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，真正理解和掌握單片機(jī)技術(shù)，是在單片機(jī)教學(xué)中需要解決的問題。針對(duì)教學(xué)對(duì)象的特點(diǎn)和課程特點(diǎn)，我們提出了“案例教學(xué)”的教學(xué)理念，以達(dá)到創(chuàng)新人才的培養(yǎng)效果[1]。

一、單片機(jī)教學(xué)的現(xiàn)狀和存在的問題

（一）傳統(tǒng)的理論教學(xué)環(huán)節(jié)

教師上理論課時(shí)，先講述單片機(jī)的理論知識(shí)，如講述單片機(jī)的概述與發(fā)展，單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，指令系統(tǒng)及I/O接口電路，而講述單片機(jī)實(shí)例的課時(shí)比較少，達(dá)不到理想的效果，并且學(xué)生在學(xué)理論知識(shí)時(shí)，只是處于被動(dòng)接受知識(shí)的一方，調(diào)動(dòng)不了學(xué)生的主觀能動(dòng)性，學(xué)生對(duì)單片機(jī)知識(shí)的學(xué)習(xí)會(huì)感到很盲目，從而對(duì)這門課程產(chǎn)生不了很大的興趣。

（二）傳統(tǒng)的教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)

教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)分為實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)和課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)兩部分。實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)一般采取單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱，學(xué)生做實(shí)驗(yàn)時(shí)根據(jù)實(shí)驗(yàn)連線步驟連接好硬件電路，下載現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)程序，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果，一般只能起一個(gè)驗(yàn)證過程的作用，學(xué)生缺乏對(duì)整體電路的設(shè)計(jì)，也缺乏修改硬件電路和軟件程序的機(jī)會(huì)，從而不能真正鍛煉學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力。課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，對(duì)于設(shè)計(jì)一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，要涉及到很多的單片機(jī)的專業(yè)知識(shí)，很多同學(xué)只是在網(wǎng)上下載一些實(shí)例，按照資料設(shè)計(jì)硬件電路圖，復(fù)制其程序生成HEX文件，然后聯(lián)調(diào)就基本仿真通過。如果要求他們改變或增加一些功能設(shè)計(jì)，很多同學(xué)基本完成不好，主要原因是他們還沒有基本沒有搞懂對(duì)應(yīng)的知識(shí)。

二、單片機(jī)課程仿真案例教學(xué)的實(shí)施

（一）單片機(jī)案例教學(xué)簡介

單片機(jī)案例教學(xué)就是將單片機(jī)課程所要求掌握的基本知識(shí)點(diǎn)、基本原理和方法都溶入到包含這些原理的實(shí)際項(xiàng)目例子的討論與講解之中，基于項(xiàng)目開發(fā)的過程來組織教學(xué)內(nèi)容[2]。

（二）單片機(jī)案例確定

經(jīng)過教研室教師對(duì)單片機(jī)案例進(jìn)行設(shè)計(jì)，將單片機(jī)的基本知識(shí)點(diǎn)都包含到以下幾個(gè)案例中。單片機(jī)案例從難易程度暫分為三個(gè)階段，分別為第一階段、第二階段和第三階段。第一階段為初級(jí)階段，基本掌握單片機(jī)的I/O口的使用，學(xué)生比較容易掌握，而且容易提高學(xué)生的興趣。第二階段為中等難度階段，需要掌握單片機(jī)與各常用接口電路的應(yīng)用。第三階段比較難，涉及到的傳感器驅(qū)動(dòng)程序比較復(fù)雜。

（三）單片機(jī)課程仿真案例具體實(shí)施

1.教師進(jìn)行具體案例任務(wù)的確定，并確定相應(yīng)的單片機(jī)知識(shí)點(diǎn)，針對(duì)各個(gè)具體的案例，老師進(jìn)行設(shè)問。同時(shí)，課前將下一堂課的案例材料發(fā)給學(xué)生，要求學(xué)生熟悉每一個(gè)案例的材料，針對(duì)設(shè)計(jì)的問題進(jìn)行分小組思考和探討。

2.在課堂教學(xué)組織方式上，每次教學(xué)過程均圍繞一個(gè)案例進(jìn)行各教學(xué)環(huán)節(jié)的組織，以任務(wù)目標(biāo)為主線，結(jié)合相應(yīng)案例對(duì)各相關(guān)知識(shí)點(diǎn)和技能點(diǎn)進(jìn)行講解，引導(dǎo)學(xué)生思考并提出相應(yīng)的解決方案，激發(fā)學(xué)生的主觀能動(dòng)性和創(chuàng)新能力，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中以小組為單位，每組針對(duì)任務(wù)和要求進(jìn)行分析，并對(duì)實(shí)現(xiàn)的方案、硬件電路和軟件功能設(shè)計(jì)。最后，由老師進(jìn)行總結(jié)和評(píng)價(jià)，指出案例所涉及的理論知識(shí)及其應(yīng)用方法，就學(xué)生提出的問題進(jìn)行解答[3，4]。

3.將實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)溶入課堂教學(xué)，學(xué)生實(shí)踐環(huán)節(jié)以課堂教學(xué)任務(wù)為對(duì)象，利用PROTEUS仿真軟件繪制硬件電路圖，用KeilC軟件進(jìn)行軟件程序的編寫，然后進(jìn)行聯(lián)合仿真調(diào)試。教師對(duì)學(xué)生調(diào)試過程中的重點(diǎn)、難點(diǎn)以及學(xué)生操作過程存在的問題進(jìn)行實(shí)時(shí)點(diǎn)評(píng)，并要求學(xué)生在已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的硬件電路和程序的基礎(chǔ)上，進(jìn)行適當(dāng)修改。

4.具體仿真案例教學(xué)的舉例———交通燈案例分析。

第一，確定具體任務(wù)和要求：設(shè)置東南西北四個(gè)方向紅、綠、黃共12個(gè)（或者6個(gè)，其中東西一組，南北一組）LED信號(hào)指示燈，南北方向的綠燈亮27秒，黃燈閃爍3秒，東西方向的紅燈亮30秒，然后南北方向紅燈亮30秒，東西方向綠燈亮27秒，黃燈閃爍3秒，依次循環(huán)，數(shù)碼管倒計(jì)時(shí)顯示，當(dāng)出現(xiàn)緊急情況時(shí)，四個(gè)方向交通燈全部為紅燈。要求利用并行接口芯片8255擴(kuò)展設(shè)計(jì)相應(yīng)的硬件電路、軟件流程圖和程序。

第二，確定交通燈案例的相關(guān)單片機(jī)知識(shí)點(diǎn)為：并行I/O接口芯片與單片機(jī)的接口電路設(shè)計(jì)，以及其相應(yīng)的8255的驅(qū)動(dòng)程序，定時(shí)器和中斷程序，數(shù)碼顯示電路和按鍵電路驅(qū)動(dòng)程序等。

第三，針對(duì)交通燈案例老師準(zhǔn)備的問題：問題1：為什么設(shè)計(jì)黃燈和黃燈閃爍如何實(shí)現(xiàn)？問題2：倒計(jì)時(shí)1秒應(yīng)該如何實(shí)現(xiàn)？問題3：緊急情況用什么來實(shí)現(xiàn)？單片機(jī)交通燈仿真圖如圖1所示。圖1中南北方向紅燈亮，東西方向綠燈亮。P1口提供南北方向的段碼，P2口提供東西方向的段碼，P3.0-P3.3分別提供南北方向和東西方向數(shù)碼管的位碼，P0.0-P0.5分別提供6組交通指示燈。

三、單片機(jī)課程仿真案例教學(xué)的考核

單片機(jī)案例教學(xué)考核方法是課程教學(xué)的最后環(huán)節(jié)，它直接檢驗(yàn)單片機(jī)教學(xué)的效果。隨著教育教學(xué)改革的不斷深入，變應(yīng)試教育為素質(zhì)教育，《單片機(jī)原理及應(yīng)用》的考核應(yīng)注重考核學(xué)生的實(shí)踐和創(chuàng)新能力，該課程的考核一般采取開卷考試、實(shí)驗(yàn)成績和平時(shí)成績相結(jié)合的方式進(jìn)行考核。其中平時(shí)成績占20%，主要包括學(xué)生的考勤、作業(yè)、隨堂測(cè)試以及課堂表現(xiàn)和回答老師的提問情況等。實(shí)驗(yàn)成績占30%，主要考查學(xué)生的硬件電路的設(shè)計(jì)和軟件編程能力，在完成基本的實(shí)驗(yàn)任務(wù)時(shí)，然后根據(jù)思考部分的提問進(jìn)行相應(yīng)硬件電路和軟件程序的修改。開卷成績考試占50%，主要考查學(xué)生單片機(jī)理論知識(shí)、單片機(jī)接口電路設(shè)計(jì)和軟件編程。

四、結(jié)束語

文章針對(duì)傳統(tǒng)單片機(jī)教學(xué)過程中存在的不足提出了單片機(jī)案例教學(xué)方法，將單片機(jī)的理論知識(shí)融入到實(shí)際的案例中去，在講述案例的同時(shí)插入理論知識(shí)的講解，這樣充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)單片機(jī)的綜合應(yīng)用能力?；趩纹瑱C(jī)案例教學(xué)已取得了較好的效果，對(duì)學(xué)生參加各類電子設(shè)計(jì)競賽和畢業(yè)論文設(shè)計(jì)具有較大幫助。

參考文獻(xiàn)

[1]孫軍業(yè).案例教學(xué)[M].天津：天津教育出版社，2004.

[2]陳錕.單片機(jī)課程案例教學(xué)的思考與探討[J].中南民族大學(xué)學(xué)報(bào)，2008（27）：10-12.

[3]李冰.單片機(jī)課程的項(xiàng)目化教學(xué)改革與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2014（17）：101-103.

[4]陸旭明,繆建華.項(xiàng)目化課程教學(xué)改革探索[J].江蘇技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2010（3）：79-84.

作者：彭建英 郭杰榮 劉長青 姚亮 單位：湖南文理學(xué)院