軟硬件協(xié)同仿真下的單片機(jī)課程改革
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摘要：單片機(jī)技術(shù)是我校電子、電氣、計算機(jī)等專業(yè)的一門與課程設(shè)計、工程實踐和畢業(yè)設(shè)計高度相關(guān)的技術(shù)課程。目前，該門課程的教學(xué)模式不能滿足社會對應(yīng)用型人才的需求，急需進(jìn)行課程改革。文中將軟硬件聯(lián)合仿真引入單片機(jī)課堂，采用四步法完成了實踐教學(xué)的創(chuàng)新，提高了學(xué)生參與度與動手實踐能力。其全新的考核機(jī)制改變了學(xué)生原有的認(rèn)知，全方位地實現(xiàn)了應(yīng)用型人才的培養(yǎng)。
關(guān)鍵詞：單片機(jī)；Proteus仿真；教學(xué)改革；創(chuàng)新實踐；應(yīng)用能力；理論教學(xué)
引言
傳統(tǒng)的教學(xué)模式是學(xué)生在課堂上參與的時間少，學(xué)習(xí)處于被動狀態(tài)，導(dǎo)致學(xué)生雖然具備深厚的理論知識，卻無法將其應(yīng)用到實際的工作中[1]。雖然近年來強(qiáng)調(diào)學(xué)生在主動學(xué)習(xí)中汲取知識，但教學(xué)模式中受到大綱、學(xué)時、考試方式等因素的約束，填鴨式教學(xué)方式仍成為主流的教學(xué)形式。實驗教學(xué)情況通常是預(yù)先由教師設(shè)計好相應(yīng)的實驗項目，學(xué)生按照實驗大綱的要求完成規(guī)定的實驗。這種實驗教學(xué)方法不利于學(xué)生的動手能力、創(chuàng)新能力和綜合運(yùn)用知識能力的培養(yǎng)，同時也不能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主觀能動性，出現(xiàn)了有的學(xué)生不做實驗前準(zhǔn)備、抄襲他人程序和實驗報告的不良現(xiàn)象[2]。因此，迫切需要找到一個全新的單片機(jī)原理課程的教學(xué)模式，就是將單片機(jī)開發(fā)試驗儀引入到課堂教學(xué)中，將其作為學(xué)生實踐創(chuàng)新能力和個性發(fā)展的載體。課堂上通過單片機(jī)開發(fā)試驗儀可以完成老師布置的實踐任務(wù)，課下可以利用試驗儀進(jìn)行拓展訓(xùn)練，這樣可以形成一二課堂良性互動的良好局面[3]。
為了促進(jìn)學(xué)生的上課積極性，增強(qiáng)學(xué)生對電路連接和程序執(zhí)行結(jié)果的感性認(rèn)識，在教學(xué)過程中，本文利用KeilC51和Proteus軟件實現(xiàn)軟硬件聯(lián)合仿真[4]。這樣，學(xué)生經(jīng)過幾個學(xué)時的理論學(xué)習(xí)后，就可以直接進(jìn)行簡單的單片機(jī)項目開發(fā)。學(xué)生可以從經(jīng)典的流水燈項目做起，立竿見影的結(jié)果讓學(xué)生的參與感、真實感、成就感完美呈現(xiàn)出來，不僅激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還極大地開拓了學(xué)生動手實踐的時間和空間，降低了學(xué)習(xí)成本，教和學(xué)的效果都得到了改善。一段時間后，學(xué)生已經(jīng)不滿足于仿真帶來的真實感，于是便可以引導(dǎo)學(xué)生采用分散學(xué)習(xí)平臺51單片機(jī)開發(fā)套件來進(jìn)行項目的開發(fā)設(shè)計，進(jìn)行硬件實物制作。
2創(chuàng)新實踐教學(xué)的方法策略
考慮到目前學(xué)生基本都有筆記本電腦，本文提出的創(chuàng)新實踐教學(xué)把51單片機(jī)開發(fā)套件每人一套配發(fā)給學(xué)生使用，就可以為本專業(yè)全體學(xué)生建起一個分散式可移動自主學(xué)習(xí)平臺，如圖1所示。有了該平臺學(xué)生就可以充分利用宿舍、圖書館、實驗室、教室等場地，提高課外零碎時間的學(xué)習(xí)效率[5]。創(chuàng)新的第一步，是根據(jù)普中科技的單片機(jī)開發(fā)試驗儀科學(xué)制定并完善課程教學(xué)體系，改革教學(xué)內(nèi)容和方法。將教學(xué)內(nèi)容改成一個個項目和模塊，將整門課程劃分為多個模塊，每一模塊由多個課題組成，每一課題由一個或多個任務(wù)組成。如將最小系統(tǒng)的學(xué)習(xí)作為一個基本模塊，其中包括時鐘電路的設(shè)計、復(fù)位電路的設(shè)計、程序存儲器的設(shè)計。第二個基本模塊是學(xué)習(xí)輸入/輸出模塊。輸入模塊包括獨(dú)立式鍵盤的設(shè)計、矩陣式鍵盤的設(shè)計、專用的鍵盤接口芯片的使用；輸出模塊包括LED數(shù)碼管的顯示原理、LED點陣顯示原理、LCD1602顯示原理。第三個基本模塊是中斷系統(tǒng)的工作原理及應(yīng)用學(xué)習(xí)，包括單一中斷的學(xué)習(xí)、中斷嵌套的學(xué)習(xí)。第四個基本模塊是定時器/計數(shù)器的工作原理及應(yīng)用，包括定時器的使用和計數(shù)器的使用。第五個基本模塊是串口工作原理及應(yīng)用，包括雙機(jī)通信、多機(jī)通信。課程后半部分以啟發(fā)和拓展學(xué)生思路為主，發(fā)揮學(xué)生想像力，自主設(shè)計出功能更復(fù)雜和完善的小作品，使他們真正喜歡上單片機(jī)，能愛不釋手，課下也愿意花時間和精力去做。創(chuàng)新的第二步，是改變原有的課堂教學(xué)模式，教師將學(xué)生分組，將基礎(chǔ)好的學(xué)生均分到每一個小組中，三個學(xué)生一組，將單片機(jī)實驗儀交由每個學(xué)生使用和保管。課堂上，學(xué)生可以先用Proteus軟件仿真教師布置的本節(jié)課設(shè)計任務(wù)，也可以直接用單片機(jī)實驗儀來完成。教師首先把本次課程任務(wù)涉及到的基本理論進(jìn)行簡單的講解，組織學(xué)生獨(dú)立完成設(shè)計任務(wù)。教師對學(xué)生存在的疑問進(jìn)行實時解答，如果個別學(xué)生完成得比較快，則可以進(jìn)一步要求學(xué)生對課堂教學(xué)任務(wù)電路和程序進(jìn)行局部修改，以培養(yǎng)學(xué)生單片機(jī)應(yīng)用電路和程序的設(shè)計方法。此外，也可以讓能力強(qiáng)的學(xué)生指導(dǎo)本組進(jìn)度稍慢的學(xué)生[6]。如果個別學(xué)生沒有完成本次任務(wù)，可以利用課外時間完成，下一節(jié)課上課前教師進(jìn)行檢查。教師每節(jié)課記錄每名學(xué)生完成的情況，作為平時成績的考核依據(jù)。創(chuàng)新的第三步，是對知識點進(jìn)行整合分類，采取錄播和錄屏的方式制作微視頻講解知識點，然后利用超星學(xué)習(xí)平臺的學(xué)習(xí)通布置每節(jié)課的微視頻，采取任務(wù)點的方式對學(xué)生進(jìn)行考核。此外，配合現(xiàn)在的智能手機(jī)，無論是學(xué)生在實驗教學(xué)環(huán)節(jié)還是在課后的實踐創(chuàng)新環(huán)節(jié)，可以隨時針對某個具體內(nèi)容進(jìn)行針對性學(xué)習(xí)和反復(fù)學(xué)習(xí)[7]。除此之外，教師可以根據(jù)每節(jié)課的任務(wù)，布置一個課后任務(wù)，學(xué)生可以通過QQ和微信等網(wǎng)絡(luò)社交軟件和教師互動。慢慢引導(dǎo)學(xué)生興趣，逐步增加難度，完善設(shè)計功能，再適時地引入電子設(shè)計競賽的題目，對于完成得比較好的學(xué)生，從中選拔一些優(yōu)秀學(xué)生參加全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽，比如“博創(chuàng)杯”“藍(lán)橋杯”“智能互聯(lián)”等各類電子競賽[8]。創(chuàng)新的第四步，是全新的考核機(jī)制，即過程考核和期末考核相結(jié)合的機(jī)制。為保證每個學(xué)生實踐過程及學(xué)習(xí)成果的獨(dú)立性，應(yīng)特別加強(qiáng)平時督促，即要求學(xué)生平時必須認(rèn)真按照要求，完成階段性設(shè)計任務(wù)，并記錄成績，進(jìn)行過程考核[9]，此部分占總成績的30%。課程結(jié)束時，學(xué)生需提交自己設(shè)計作品的設(shè)計報告，闡述作品的設(shè)計思路，并回答教師的提問，此部分占總成績的30%。期末的理論部分考核占總成績的40%。任課教師根據(jù)以上各項的成績，再給出學(xué)生該課程最終的考核成績[10]?；谶^程和項目的考核見表1所列。
3結(jié)語
自本教學(xué)項目改革以來，學(xué)生獲得第十四界“博創(chuàng)杯”全國大學(xué)生嵌入式設(shè)計大賽分賽比賽一等獎，獲得2018年全國大學(xué)生“智能互聯(lián)”創(chuàng)新大賽華北賽區(qū)三等獎的喜人成績。新教學(xué)手段的融入，Keil開發(fā)環(huán)境與Proteus仿真軟件的有機(jī)結(jié)合，課堂上單片機(jī)開發(fā)儀的引入，都將傳統(tǒng)教學(xué)模式變成了“以學(xué)生為中心，以教師為指導(dǎo)”的新型模式，實現(xiàn)了課程學(xué)習(xí)與應(yīng)用能力的同步高速增長。這種模式非常符合特色應(yīng)用型人才的培養(yǎng)，能培養(yǎng)出企業(yè)真正需要的人才。
參考文獻(xiàn)
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作者：張子紅 馬鳴霄 李志軍 單位：黑龍江科技大學(xué)