機(jī)械類本科專業(yè)單片機(jī)課程教學(xué)改革探索

1、機(jī)械類本科專業(yè)單片機(jī)課程教學(xué)改革探索摘要：結(jié)合單片機(jī)課程的特點(diǎn)和“95后學(xué)生的興趣愛好，對(duì)機(jī)械類本科專業(yè)單片機(jī)課程知識(shí)體系和教學(xué)方式進(jìn)行了初步探討。利用“密室逃脫游戲中的機(jī)關(guān)系統(tǒng)，引導(dǎo)學(xué)生初步了解單片機(jī)的功能;設(shè)計(jì)抖音短視頻版彩燈控制實(shí)驗(yàn)，加深學(xué)生對(duì)單片機(jī)知識(shí)點(diǎn)的理解與掌握;利用Proteus和KeilC51軟件，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)單片機(jī)軟硬件的認(rèn)識(shí);通過自媒體平臺(tái)，增進(jìn)師生問的交流互動(dòng)。這些策略能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)單片機(jī)的興趣，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注單片機(jī)的最新開展與應(yīng)用，使學(xué)生更好地掌握單片機(jī)課程相關(guān)的理論知識(shí)和應(yīng)用方法。關(guān)鍵詞：單片機(jī)課程;知識(shí)體系;教學(xué)方式;虛擬仿真;自媒體平臺(tái)單片機(jī)課程是機(jī)械類本科專業(yè)的專業(yè)

2、根底課程，該課程不僅要求學(xué)生掌握單片機(jī)軟硬件及接口設(shè)計(jì)的相關(guān)根底知識(shí)，還要求學(xué)生能夠根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求，設(shè)計(jì)出應(yīng)用系統(tǒng)。與電類專業(yè)的單片機(jī)課程相比，機(jī)械類本科專業(yè)單片機(jī)課程學(xué)時(shí)相對(duì)較少。以鄭州輕工業(yè)學(xué)院為例.，機(jī)械類本科專業(yè)的單片機(jī)課程僅有32學(xué)時(shí)，其中28個(gè)理論學(xué)時(shí)，4個(gè)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)。傳統(tǒng)的教學(xué)方法根本上是從單片機(jī)的根本概念、軟硬件結(jié)構(gòu)、接口設(shè)計(jì)及擴(kuò)展逐步展開講述，學(xué)生普遍感覺單片機(jī)課程內(nèi)容抽象，知識(shí)點(diǎn)繁雜瑣碎，在學(xué)習(xí)結(jié)束之后學(xué)生甚至不了解單片開發(fā)的完整流程，更不用說實(shí)際應(yīng)用了。在有限的理論和實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)制約下，結(jié)合“95后學(xué)生的興趣特點(diǎn)，筆者對(duì)機(jī)械類單片機(jī)課程知識(shí)體系和教學(xué)方式進(jìn)行了初步探討，以激發(fā)

3、學(xué)生學(xué)習(xí)單片機(jī)的興趣，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注單片機(jī)的最新開展與應(yīng)用，使學(xué)生能夠更好地掌握單片機(jī)課程相關(guān)的理論知識(shí)和應(yīng)用方法。一、單片機(jī)課程知識(shí)體系的教改策略一“頂天又“立地，快速引入門對(duì)機(jī)械類的本科生而言，目前本科院校單片機(jī)課程采用的教材大多數(shù)講述對(duì)象為51單片機(jī)。學(xué)生在學(xué)習(xí)單片機(jī)的課程時(shí)容易產(chǎn)生兩種心理：一種是“單片機(jī)落伍論，有這種心理的學(xué)生多數(shù)已經(jīng)參與過一些科技競賽類活動(dòng)，已使用過一些新型單片機(jī)，所以認(rèn)為學(xué)51單片機(jī)是沒有意義的;另一種是“單片機(jī)學(xué)不會(huì)論，認(rèn)為機(jī)械類本科生的電子電工根底和編程根底較差，無法理解單片機(jī)的軟硬件原理。在教授單片機(jī)課程時(shí)，教師必須一開始就對(duì)學(xué)生的這兩種心理進(jìn)行糾正，引導(dǎo)學(xué)生

4、正確認(rèn)識(shí)單片機(jī)課程。對(duì)于第一種心理，教師需要讓學(xué)生明白單片機(jī)課程不僅是要教會(huì)學(xué)生使用51單片機(jī)，而且要讓學(xué)生理解單片微機(jī)的原理與應(yīng)用。51單片機(jī)只是一個(gè)殼，一個(gè)用來過渡的單片機(jī)，更重要的是讓學(xué)生學(xué)會(huì)單片機(jī)的外圍電路和編程思想。對(duì)于第二種心理，教師既要通過高精尖設(shè)備中專用單片機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用，如航空航天領(lǐng)域中一些實(shí)時(shí)控制功能的實(shí)現(xiàn)，讓學(xué)生明白單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)具有高端的應(yīng)用領(lǐng)域;也要通過生活中常用的家用電器來引導(dǎo)學(xué)生對(duì)單片機(jī)作用的理解，如吉列電動(dòng)剃須刀中使用了4位單片機(jī)，讓學(xué)生不會(huì)覺得單片機(jī)離自己非常遙遠(yuǎn)，防止學(xué)生先人為主地對(duì)單片機(jī)課程學(xué)習(xí)產(chǎn)生畏懼心理。另外，結(jié)合"95后學(xué)生的興趣愛好，教師可

5、以將“密室逃脫游戲中機(jī)關(guān)系統(tǒng)作為學(xué)生對(duì)單片機(jī)初步認(rèn)識(shí)的媒介?！懊苁姨用撚螒蛑幸恍┹^復(fù)雜的機(jī)關(guān)多數(shù)是通過一小塊集成電路板來控制的，每一個(gè)關(guān)卡中的機(jī)關(guān)系統(tǒng)其實(shí)就相當(dāng)于一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。上述單片機(jī)課程人門的引導(dǎo)，能夠從理論層面和應(yīng)用層面引導(dǎo)學(xué)生正確認(rèn)識(shí)單片機(jī)課程，既“頂天又“立地。既能糾正學(xué)生對(duì)單片機(jī)課程的一些錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)，又能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，快速引導(dǎo)學(xué)生人門。二軟硬兩手抓，分流側(cè)重點(diǎn)總體來講，單片機(jī)課程的主要知識(shí)點(diǎn)可以分為硬根底、軟根底和軟硬結(jié)合三個(gè)方面。硬根底主要包括四個(gè)方面的內(nèi)容，即硬件結(jié)構(gòu)、功能部件、串并行擴(kuò)展和人機(jī)接口。軟根底主要為指令系統(tǒng)和匯編語言程序設(shè)計(jì)。軟硬結(jié)合主要表達(dá)在單片機(jī)應(yīng)用

6、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)上。硬根底中的知識(shí)點(diǎn)非常多，由于機(jī)械類本科生一般沒有專門學(xué)習(xí)過微機(jī)原理，對(duì)單片機(jī)硬件根底的理解有一定的困難。所以在硬件根底局部，教師應(yīng)適當(dāng)減少原理性的講解，要結(jié)合一些小型的單片機(jī)開發(fā)板，以應(yīng)用為導(dǎo)向，結(jié)合實(shí)例促進(jìn)學(xué)生的理解。軟根底局部非常抽象，學(xué)生理解起來比較困難。關(guān)于這局部知識(shí)點(diǎn)的講述，教師不應(yīng)直接講解指令的功能和程序設(shè)計(jì)的方法，而應(yīng)該讓學(xué)生去理解如何將人腦的計(jì)算思維轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)能夠讀懂的指令，強(qiáng)調(diào)計(jì)算方法的講解。在掌握軟件和硬件的根本知識(shí)之后，通過單片機(jī)實(shí)驗(yàn)來讓學(xué)生了解單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法，就是軟硬結(jié)合。由于實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)僅有4個(gè)，在實(shí)驗(yàn)課程實(shí)施中，不會(huì)讓學(xué)生進(jìn)行非常復(fù)

7、雜的設(shè)計(jì)類實(shí)驗(yàn)，而是在驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)根底之上讓學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行擴(kuò)展。彩燈控制實(shí)驗(yàn)往往用來作為學(xué)生的第一個(gè)單片機(jī)實(shí)驗(yàn)，通過該實(shí)驗(yàn)，學(xué)生對(duì)單片機(jī)的軟硬件結(jié)構(gòu)及根本功能有了初步認(rèn)識(shí)。根據(jù)筆者的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，學(xué)生在完成這個(gè)實(shí)驗(yàn)之后，普遍產(chǎn)生了“單片機(jī)比較好玩的想法，對(duì)單片機(jī)的學(xué)習(xí)興趣有所增加。在此根底之上，考慮到“95后學(xué)生普遍喜歡觀看抖音短視頻這一現(xiàn)象，教師在進(jìn)行該驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)時(shí)讓學(xué)生自選音樂，根據(jù)音樂節(jié)奏設(shè)計(jì)彩燈閃爍方式，并錄制抖音短視頻進(jìn)行發(fā)布。首先，學(xué)生需要測算音樂節(jié)拍，計(jì)算彩燈點(diǎn)亮和熄滅時(shí)間;其次，學(xué)生要根據(jù)彩燈點(diǎn)亮和熄滅的時(shí)間編制程序，通過循環(huán)嵌套或者定時(shí)器控制延時(shí)，驅(qū)動(dòng)彩燈閃爍;再次，學(xué)生將編制

8、的代碼通過下載器導(dǎo)入單片機(jī)，隨著音樂節(jié)拍配合運(yùn)行并錄制視頻。通過彩燈閃爍時(shí)間的控制，學(xué)生更深入地理解了指令系統(tǒng)、定時(shí)/計(jì)數(shù)器的功能以及單片機(jī)驅(qū)動(dòng)LED彩燈的原理，他們?cè)趭蕵返耐瑫r(shí)加深了對(duì)單片機(jī)軟硬件知識(shí)的學(xué)習(xí)與理解。在有限學(xué)時(shí)的制約下，教師不可能在課堂上對(duì)單片機(jī)課程的每個(gè)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行深入的探討。因此，教師關(guān)于單片機(jī)知識(shí)體系的講述更應(yīng)該注重引導(dǎo)學(xué)生對(duì)單片機(jī)軟硬件設(shè)計(jì)的興趣，根據(jù)學(xué)生的偏好，進(jìn)一步深入不同的學(xué)習(xí)側(cè)重點(diǎn)。比方，假設(shè)學(xué)生對(duì)軟件更感興趣，那么應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生了解目前最主流的編程語言Python在單片機(jī)開發(fā)中的應(yīng)用MicroPython。二、單片機(jī)課程教學(xué)方式的教改策略一虛擬仿真技術(shù)加強(qiáng)單片機(jī)軟硬

9、件認(rèn)識(shí)Proteus軟件是英國LabCenterElec-tronics公司出版的EDA工具軟件，是目前比較好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。KeilC51是美國KeilSoftware公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，具備強(qiáng)大的軟件仿真及程序調(diào)試功能。由于硬件平臺(tái)有限，程序講解比較抽象，在單片機(jī)課程理論和實(shí)踐教學(xué)中要引入Pro-tens和KeilC51。在講解以單片機(jī)為核心的硬件電路開發(fā)時(shí)，教師使用Proteus軟件繪制仿真電路圖，學(xué)生會(huì)有更加直觀的認(rèn)識(shí)。另外，學(xué)生也可不拘泥于實(shí)驗(yàn)室的硬件開發(fā)平臺(tái)，可以自行熟悉硬件電路的各類元器件，在個(gè)人電腦上進(jìn)行設(shè)計(jì)與仿真。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，先通過

10、Proteus進(jìn)行仿真，再通過微控制器實(shí)驗(yàn)箱驗(yàn)證Proteus仿真結(jié)果，通過虛擬仿真與實(shí)際開發(fā)平臺(tái)的結(jié)合，增加學(xué)生對(duì)單片機(jī)課程的理解與掌握程度。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證時(shí)，為了進(jìn)一步提高學(xué)生的單片機(jī)軟件編程能力，教師要求學(xué)生使用KeilC51建立工程文件，編制程序，調(diào)試運(yùn)行，生成可導(dǎo)人單片機(jī)的HEX文件，并通過下載器將代碼燒錄進(jìn)單片機(jī)，驗(yàn)證能否實(shí)現(xiàn)預(yù)期功能。在使用KeilC51的過程中，學(xué)生需要調(diào)試程序，尋找程序錯(cuò)誤并進(jìn)行修改，這一過程能夠強(qiáng)化學(xué)生對(duì)單片機(jī)不同指令功能的理解。二自媒體平臺(tái)增進(jìn)師生交流互動(dòng)"95后學(xué)生獲取信息的重要渠道就是。微信公眾號(hào)是當(dāng)前比較流行的自媒體平臺(tái)，已經(jīng)有很多教學(xué)工作

11、者將微信公眾號(hào)作為與學(xué)生交流溝通的重要工具。在單片機(jī)課程教學(xué)當(dāng)中，也可以考慮使用微信公眾號(hào)，增進(jìn)師生之間的交流互動(dòng)。該課程公眾號(hào)的內(nèi)容可由教師和學(xué)生共同建立維護(hù)，教師可通過公眾號(hào)在課前發(fā)布課堂知識(shí)點(diǎn)的思維導(dǎo)圖，引導(dǎo)學(xué)生做好預(yù)習(xí)。學(xué)生可通過公眾號(hào)，發(fā)布自己的學(xué)習(xí)進(jìn)展情況以及存在的問題，教師可根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)展情況以及存在的問題適當(dāng)調(diào)整教學(xué)方案，形成教與學(xué)之間的正反響。課余時(shí)間，教師和學(xué)生都可將自己獲取的單片機(jī)最新的開展信息發(fā)布在公眾號(hào)中，實(shí)現(xiàn)共同學(xué)習(xí)、教學(xué)相長。三、總結(jié)與展望結(jié)合機(jī)械類本科專業(yè)學(xué)生的特點(diǎn)以及“95后學(xué)生的興趣愛好，以提高學(xué)生學(xué)習(xí)單片機(jī)課程的興趣為目的，筆者對(duì)單片機(jī)課程知識(shí)體系和教學(xué)方式的教改策略進(jìn)行了初步探討，取得了良好的教學(xué)效果。在后續(xù)教學(xué)過程中，教師要采用先進(jìn)的信息技術(shù)方法進(jìn)一步豐富教學(xué)手段，如結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)