单片机(MCU)是20世纪70年代中期发展起来的一种大规模集成电路器件,它把中央处理器、随机存储器、只读存储器、I/O口以及定时器/计数器,中断系统等功能集成在一块电路芯片上,构成一个小而完善的计算机系统。
单片机(MCU)最早被应用于工业控制领域,由于其功能强、可靠性高、功耗低,价格便宜以及开发简单等特点而在国际上得到迅猛的发展,现如今,其产品种类繁多,应用不断深入,新技术也层出不穷。目前,在我们生活中的各个领域都能够找到单片机(MCU)的踪迹,从家用的全自动洗衣机,微波炉、录像机到飞机上的各种仪表的控制,工业自动化过程的实时控制和数据处理以及自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械等等都有单片机(MCU)在里面扮演重要角色,因此,单片机(MCU)成为众多工科专业必须掌握的专业技术之一。
为使教学面向国民经济主战场,我院为机电一体化、应用电子、机电设备维修与管理、检测技术及应用等专业相应的开设了单片机(MCU)课程。
一、单片机(MCU)教学存在的问题
单片机(MCU)原理课程是一门理论性和实践性都很强的学科,学生在学习这门学科的时候,不仅要掌握单片机(MCU)的基本理论知识,更重要的是要掌握它的应用技能。但是,目前大多数高职院校在实际教学过程中,依然沿用传统的教学理念——先基础后应用的教学模式:单片机(MCU)系统结构——指令系统——单片机(MCU)的外围模块——汇编语言程序设计——单片机(MCU)系统扩展技术——单片机(MCU)应用系统的研制。实验课往往放在学习完汇编语言程序设计内容之后开展,课时远远小于理论教学的课时,实验教学不但成了理论教学的附属品,而且实验教学的方式单一。这种先理论后实践,把教、学、做分开的教学模式不但使学生在设计实际应用系统时缺乏系统化的思想,而且不能真正培养学生的动手能力。
二、单片机(MCU)课程教改探索
(一)教材建设
MCS-51系列单片机(MCU)的模块结构比较典型、应用灵活,为许多大公司所采纳,在国内外的单片机(MCU)应用中占有重要地位。为此,当前本科院校及大中专院校均使用MCS-51系列单片机(MCU)为主体的教材展开学习。然而,这些教材造成了单片机(MCU)教学工作中的传统的教学理念。
根据高职院校着重加强学生动手能力,培养高级实用人才的培养目的,结合我院学生的特点,通过广泛教材调研,选用 “十一五”高职高专规划教材《单片机(MCU)项目教程》。
(二)教学内容
该教材以构建主义教学理论为指导,主要采用了“以任务为中心”的教学模式来编排。以任务为核心,配置为完成该任务而必须掌握的指令、硬件结构知识、软件操作知识等,学生在学完这些知识以后完成这一任务。通过这种方式将学生普遍感到比较困难的该部分知识分解,把一个高的台阶变成若干低的台阶,使学生从一开始就能体会到成功的喜悦,有利于学习的顺利进行;在安排其他部分内容时,也打破学科体系的束缚,以学生的实际需求为目标。同时,该教材提供了作者所设计的实验仿真板、实验电路板的原理图和印刷线路板图等,为学生提供了一个完整的学习环境。
(三)教学方法
单片机(MCU)原理课程是一门理论与实践并重的课程,培养学生解决实际问题的能力和创新能力。按照以往传统的教与学分开的教学模式,不利于学生学习,所以必须改变教学方式。
1、建立网站
建立单片机(MCU)原理课程的网站,网站包含老师上课时候用的课件、课后习题、自测题等丰富的课程资源。老师可以通过这个平台在网上学生布置作业,学生也可以同样网站上提交作业。同时,在网站上建立师生互动、讨论区、答疑区等模块,方便课后学生能够及时的通过网络和老师沟通,积极与同学一起解决学习中的问题。
2、创新理论教学
在以往传统的理论教学的基础上,加入多媒体教学技术,通过视频课件和FLASH演示等教学手段,把抽象的单片机(MCU)原理、指令系统等内容具体化、形象化,使得学生能够更好的理解。学习硬件原理的过程中,注重单片机(MCU)应用系统和接口原理的设计;在单片机(MCU)设计过程中,需要注重实际电路的子程序设计和系统程序结构的结合,同时注重系统硬件与软件的结合、转换与协调。
3、考核方式
单片机(MCU)原理课程的考核采用多元化的考核方法,即把课程考核贯穿到整个学期的教学过程当中。课程成绩由理论考核、平时成绩、项目考核和课程设计四个部分构成。其中,理论考试采取闭卷笔试的方式出现,占总成绩的30%。平成成绩由上课出勤和课后作业两项构成,占总成绩的15%。项目考核根据课程任务来进行,项目实施的过程的规范和结果是否符合要求作为评分的标准,每个项目满分5分,具体的考核标准见表1。课程设计主要是考核学生对单片机(MCU)的综合应用能力,占总成绩的15%
(四)实践教学改革
在单片机(MCU)的学习过程中,为了让学生掌握具体的实际应用能力,我们学院的老师在原有的综合实验室的基础上,建设的一个创新实验室。实验室固有的实验设备的基础上,还开发了基于MCS-51芯片的单片机(MCU)多功能实验板,上面集成了LCD、LED、交通灯、A/D转换器、继电器控制、温度传感器、日历时钟以及部分扩展口。
结合电子设计竞赛以及大学生创新科技的项目,把综合实验室和创新实验室作为开放式实验室,开展开放式学习,供对单片机(MCU)感兴趣的同学使用。同时,我们还支持学生参加各种相关的科技活动和比赛,并在各类设计大赛中获得了优异的成绩。
三、结束语
单片机(MCU)原理课程的目标是培养学生的实际动手能力和解决实际问题的能力。因此科学的教学方法和严谨的态度是关键。针对高职院校的特点,在《单片机(MCU)原理》的教学改革中,提高了学生的积极性,加强综合实训和课外实践。经过探索,对于这种教改方式已经取得了一定的成效。竞赛获奖方面有了显著地改观。