嵌入式系统工程专业单片机课程教学改革与实践

2022-09-12

单片机是单片微型计算机的简称, 早期的英文名是Single-chip Microcomputer, 后来大多数称之为微控制器 (MCU) 或嵌入式计算机 (Embedded Computer) 。单片机具有体积小、功耗低、性价比高等特点, 广泛应用在家用电器、智能仪表、自动控制、汽车电子等领域。

嵌入式系统工程专业是一个新兴的专业, 我院是全国第一个开设本专业的高职类院校, 其中单片机是本专业的极其重要的一门专业课。从教学实际来看, 单片机课程一直存在着教师难教、学生难学的双重困惑, 教学效果不太理想。结合这些年来的单片机教学研究与实践, 笔者在此提出来单片机教学的一些改革与实践, 与大家共同探讨。

1 教学内容的调整

我院嵌入式专业分为两个方向, 一个为汽车电子方向, 另一个为Linux及软件编程方向。汽车电子领域中, 飞思卡尔单片机应用越来越广泛, 所以我院将原先的MCS-51教学改为讲授飞思卡尔8位单片机, 并参与飞思卡尔大学计划, 在师资、实验设备等方面得到更好的提高和完善。我们单片机教学分为两个学期完成, 第一学期为64学时, 主要讲授飞思卡尔单片机的基本知识, 包括基本结构、编程语言、各基本模块及其基本运用。第二学期为48学时, 主要讲授飞思卡尔单片机接口技术、系统外部扩展、完整系统设计等各模块间的综合运用知识。两个学期分别有为期一周和两周的实训。前一实训为系统搭建实训, 提供单片机系统的参考设计, 包括电路原理图、程序流程图、关键程序示例以及操作指南等。让学生在给出的PCB板上用相关的元器件完成系统的硬件搭建过程, 并通过软件的加载调试对单片机技术有个感性认识。后一实训为系统设计实训, 提供单片机应用系统的详细技术要求、基本实现原理和相关元器件, 完成系统的原理设计、硬件搭建和软硬件调试。前一实训每位学生独立完成, 后一实训让学生以小组的形式完成。不仅可培养学生的实际动手能力, 还可以培养学生的团队协作能力。

2 教学方法的改革

教学过程中, 我们坚决摒弃过去“满堂灌”的教学方法, 鼓励学生大胆质疑, 发展求异思维、发散思维, 让学生成为学习的真正主体。为此, 我们提倡启发和讨论, 注意发挥学生的主动参与精神。采用启发式教学, 在教学初就直接让学生到实验室去接触实验实训设备, 使学生有个感性的认识, 并且从学生认知特点出发, 介绍单片机的应用领域, 激发学生的学习热情和学习兴趣。加强学科前沿知识的介绍, 经常地在教学中创设问题情境, 激发学生探究创造的兴趣。

授课过程中注意加强教师对学生的启发诱导。以趣引思, 以疑引思, 以用引思, 使学生始终处于新奇、怀疑和矛盾之中, 从而引起思维冲突, 最大限度地调动他们的求知欲和钻研精神, 促使他们自己动手解决实际问题。尽管是老师说的话学生也要敢于怀疑敢于否定, 一切疑问可通过实际动手做实验去验证, 记住实践是检验真理的唯一标准。这样可培养和强化学生的实验意识, 使其学会并重视通过实验来解决问题。

另外注重引导学生间、师生间展开讨论, 积极鼓励学生在课堂或课后随时提问的习惯。学生与教师之间的、学生与学生之间都可以就某一问题展开争论。教师与学生之间不是支配与被支配的关系, 而是平等的、民主的关系。学生之间不应处于相互孤立的、封闭的状态, 而是相互帮助、相互促进的协作关系。师生之间可以互相得到学习, 这样的教学才能培养学生发现问题、分析问题、解决问题的能力, 促进创新能力的发展。

3 考核方式的改革

考核是检验学习效果的重要环节, 我们对不同性质的学习进行了分类。对理论课程和实训课程进行不同的考核。

3.1 理论课程的考核

理论课程考核主要分为两个部分, 第一部分是通过卷面考试, 主要考核学生对单片机基础知识、基本技能的掌握情况, 考核重点放在是什么和怎么做上, 占总分的70%。第二部分是实验部分的考核, 主要考核学生运用基础知识和基本技能解决实际问题的能力, 通过每次实验的实验报告, 实验过程中的表现, 以及实验后的结果等进行打分, 重点考核为什么这么做以及还能怎么做, 占总分的30%。

3.2 实训课程的考核

实训课程的考核方法采用多种形式并用, 把书面报告、操作性考核及答辩考核有机地结合起来。突出对学生分析、应变、综合等能力的测试, 而不是仅仅针对既定规程或结论进行考核。实训中不仅要看学生的实训结果, 还要看学生的实训过程。其中实训答辩是最重要及最能突显学生实训效果的环节。通常会在实训中设置多个问题, 每个学生答辩的过程中, 进行随机抽题提问, 使每个学生达到学习的自主, 督促他们自已去提问。这样很大程度上提高了学生自主学习的积极性和主动性, 加强了同学间、师生间的交流, 增强了互相讨论互相学习的良好的学习氛围, 教学效果非常显著。

实训答辩环节还可以对不同层次的学生进行不同的提问, 激发学生创新性思维的训练。首先所有的同学都必须通过基本要求, 这个基本要求是完成和理解实验内容, 得到实验结果, 掌握实验过程。对部分学有余力的同学, 还可增加一些题目, 如在原有的题目上进行一些提升, 修改, 引导学生进行创新思考, 更好地培养了学生的实际动手能力和创新精神。

实训答辩环节是一个比较灵活的考核方式, 在答辩过程中还可设置一些障碍, 让学生分析、查找其原因, 提高正确排除故障的能力, 从而更好地培养学生解决实际问题的能力。

事实证明, 通过以上三方面的改进, 单片机课程的教学质量有了显著地提高, 学生普遍反映良好, 收到很好的效果。总之, 课程教学的改革经常会根据社会需求、课程体系、人才培养目标进行不断地调整, 在科技日益发展的今天, 课程教学的改革是一个长期缓慢的过程, 还需要我们大家共同努力。

摘要：本文探讨了基于嵌入式系统工程专业, 单片机课程在教学内容、教学方法和考核方法方面进行的研究, 改善了教学效果, 增强了学生的实践应用能力。

关键词：单片机,嵌入式,教学改革