面向工程素质培养的单片机教学方法的探讨

摘要：单片机是电子信息专业一门应用性强，重实践性的专业基础课，直接涉及学生的创新能力和就业能力，教学团队从MCS-51单片机过渡到MSP430单片机，通过对多个典型工程应用案例分析，引入工程案例和任务驱动方法开展课堂和实验实践教学，经试验对比，激发了学生兴趣，培养学生工程素养，提高了单片机课程教学效果。

关键词：MSP430单片机；案例模型；任务驱动；工程素养

中图分类号：G642.0；TP368.1 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）11-0219-02

引言

“单片机”是电子信息类专业的重要专业基础课程，直接涉及学生的创新能力和就业能力。我校单片机教学主要包括课堂教学、课内实验教学、基于单片机的电子信息系统创新设计三个部分，课程教学和课内实验总课时48学时，其中课堂理论教学36学时，实验教学12学时；电子信息工程专业创新设计4周、通信工程专业创新设计3周。从2014年开始我校的电子信息类专业单片机课程从MCS-51单片机过渡到MSP430单片机，课内教学依据教材，按照MSP430单片机体系结构简介、指令系统、MSP430单片机内部资源（时钟晶振、低功耗模式、PIO、定时器、AD和DA接口、UART等）、单片机应用举例的顺序讲解相关的概念、知识与应用方法。课内实验是为配合课堂理论教学而设置，目的是通过实验促进对课堂知识的理解，使用TI公司的MSP430F6638单片机实验箱，以及实验箱所提供的实验项目均具有实验程序源代码，教师容易进行指导，学生容易完成实验。这些实验设备和实验项目初步满足了我们从MCS-51单片机过渡到MSP430单片机的教学需要，也为进一步改进单片机教学方法提升教学效果积累的经验。

一、传统教学方法及存在的不足

从2015年新生开始，我校实行大类招生，电子信息工程和通信工程统一基础课，从大学第四-第五学期开始选修专业方向特色课程。大类招生及培养要求厚基础，单片机及嵌入式技术是当今电子信息的重要基础技术之一，也是培养创新与创业能力、提高就业能力的重要技术基础课程，是学生参加进行竞赛的重要技术基础。随着当今全民创新与创业等社会发展对学生能力要求的不断提高，以及我校大类招生需要的提高，这对单片机教学提出的新的更高的要求，主要体现在对实验和创新设计实习要求的提高，除了基础性的教学实验和实习外，还要求面向工程应用能力培养的需要，针对大类招生后学生不同专业方向，抽象出典型的工程应用案例，按照工程设计的要求，设置由简单到综合、由模仿实验系统硬件软件到改进或扩展硬软件设计、最终逐步过渡到自主设计的教学体系。随着教学要求的提高，现有的教学方法与资源、实验设备和项目、硬件软件资源均不能完全满足要求。

二、课程教学改革

本文主要针对新的教学要求，结合教学和科研团队近10年单片机教学和相关工程技术研究方面的经验，探索一种适合大类招生与教学环境下能够激发学生兴趣和潜能，增强单片机教学效果的教学方法，课程系统结构图如图1所示。在课程内实验环节，根据任务教学和案例教学需要，设置与课堂教学内容配套、由浅入深的单元性且分组可选的趣味性实验项目，通过实验进一步明确课程目的，提高学生兴趣。

理论课堂教学选取工程案例以任务驱动方法，讲述MSP430单片机知识点，让学生建立单片机工程应用系统概念，掌握单片机体系结构和指令系统、熟知MSP430单片机内部资源，掌握单片机应用同的设计。实验设置拟在案例模型上模仿工程设计应用系统方法进行，实验项目选择案例功能中比较典型的、难度适中的设计任务，分为基础实验和提高性实验等不同层次，基础实验必须完成，提高性实验由学生按兴趣自由选择。第一阶段为系统认识实验，信号灯控制和按键检测功能程序（包括设计思路、程序流程图、示例代码，进行演示与详细讲解），以此学习编译及下载运行方法、获得对硬件软件的初步认识；第二阶段实验完成模拟信号检测及显示实验，指导书给出硬件图、程序设计思路和流程图，学生模仿着进行硬件和程序设计，完成调试与下载运行；其后从模仿逐步过渡到独立完成设计与调试。第三阶段，由指导教师提供除要求学生完成的功能之外的其他功能程序，指导学生装配成一个完整的应用程序，并指导学生进行系统软硬件整体测试。学生实验考核以学生为主，讲述自己应用系统构成、测试、总结与改进，是否完成应用系统功能和指标。在4周的创新设计阶段，通过设置10-20个单片机典型的应用课题，在导师指导下，利用一些基本的单元电路和学生自主设计的功能电路相配合，完成工程应用样机硬件的设计、制作与调试；完成单片机应用软件的设计与调试，最终完成系统的软硬件联合调试、系统功能与性能指标的测试。为完成此任务，需要研究并抽象出10-20个能激发学生兴趣的典型工程应用案例，给出这些案例的相关功能与技术指标要求，特色单元电路功能要求及参考设计，对信号特点与处理方法、程序设计思想进行适当的说明，指导学生完成一个从硬件设计（或硬件集成）、到程序设计调试、整机测试、撰写设计报告、撰写使用说明书和维修说明书、生产工艺说明、性能检测规范的整个工程设计过程。

课外创新实践活动。组建单片机创新小组，建立学习兴趣小组和QQ讨论群，便于相互交流在实际设计过程中遇到的问题以及分析经验。同时以竞赛促進教学，鼓励学生参加电子竞赛如：“全国大学生电子设计大赛”、“飞思卡尔智能汽车大赛”、“互联网+大赛”，有兴趣的学生还可以参与到老师的项目中。

三、结语

不脱离工程背景直接使用工程案例，教学活动特别是实验实践教学具有典型性和灵活性，能兼顾不同专业特点，激发学生的兴趣，培养学生工程素养。但也存在一定问题，学生在工程文件管理和C语言编程方面存在不足，同时也在考虑是否直接教授STM32单片机，但STM32资源丰富复杂，对单片机入门还需进一步探索教学方法让学生容易理解单片机微控制器。

參考文献：

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[5]张秀梅，王春玲，王丽.微机原理与单片机教学内容的优化处理[J].高等教育，2013，（6）：217.

Engineering Ability Oriented Single Chip Computer Teaching Exploration

JIN Hong

（School of Information Science & Engineering，Guilin University of Technology，Guilin，Guangxi 541004，China）

Abstract：Single chip computer is an applied and practical professional basic course for electronic information.It directly relates to the students'innovative ability and employment ability.Our teaching team teaches the course from MCS-51 Single Chip to MSP430 Single Chip.Through the analysis of a typical engineering case，it can use the methods of the engineering case and task driven in classroom and practice teaching.On the experiment contrast，it can stimulate students interest，train students'engineering quality，improve the teaching effect of Single Chip Computer course.

Key words：MSP 430 single chip；engineering case model；task driving；engineering ability