基于单片机的计算机控制系统实践教学改革思考

陈 勇　刘丽莎　王 飞　肖红军

1. 佛山科学技术学院自动化学院　广东佛山　528000 2. 深圳职业技术学院　广东深圳　518055

基于单片机的计算机控制系统实践教学改革思考

陈 勇1刘丽莎2王 飞1肖红军1

1. 佛山科学技术学院自动化学院广东佛山528000 2. 深圳职业技术学院广东深圳518055

由于单片机具有功能强、可靠性高、体积小、成本低等优点，在计算机控制系统中等到了广泛应用。针对大学生计算机控制技术中的单片机系统实践能力培养，分析了目前课程教学和实践教学存在的不足，探索了课程设计教学改革，培养学生独立分析和解决问题的能力，为深化教学改革进行有益的尝试。

单片机；计算机控制系统；实践教学；改革

单片机原理和计算机控制技术理论教学的后续课程设计环节是一个很重要的实践内容，是对大学前期专业知识的高度综合，课程设计的效果直接影响学生的专业综合能力的培养。电气工程及其自动化专业的特点是知识面广、实践性强、工程性强，而且计算机控制系统的涉及面也很广。就目前我校的电气工程及其自动化专业的本科生而言，由于地方产业对应用型人才需求的定位，教学过程中计算机控制系统课程设计内容主要是针对以单片机为主MCU的系统设计。因此，为了提高该门课程设计的效果，有必要专门对基于单片机的计算机控制系统实践教学进行改革和探讨。

1　单片机及计算机控制系统课程教学现状及存在的问题

单片机是电气工程及其自动化专业的一门重要的基础专业课， 具有很强的生命力，直接影响到学生的电子设计能力和后续课程的学习。这门课程不仅要求学生掌握繁杂的基础知识，更要求他们能够应用与本课程相关的技术(如Protel制图、KEIL51仿真、焊接、调试等)，最终能够利用单片机解决应用系统设计问题。按照人才培养方案，在课程理论授课之后，开设有单片机原理与应用实验(单独开课)实践环节。从现今的教学情况来看，单片机理论课程的开设使学生有一定的系统思维视角，取得了一定的效果。但是也存在一些不足：(1)由于课程的性质原因，使得基础原理的讲授内容枯燥乏味，学生积极性不高，造成一种“知其然不知其所以然”的情况；(2)理论与应用联系不多，学完后造成相当一部分学生只懂理论不懂怎样应用；(3)考核方法单一，通常只是采用笔试的方式进行考核，而笔试考核方式往往只考查书本中的基础知识部分，使得学生学习的重点都放在了基础知识部分；(4)限于前期知识的学习效果不扎实，实践环节的效果不理想。

计算机控制技术理论课程则是在学生已学高等数学、工程数学、电子技术、单片机技术、自动控制原理等前期课程知识的基础上，从计算控制系统的模型、设计方法、控制算法、总线技术、应用软件设计、设计举例(包含温度控制系统、直流电机调速系统、变频恒压供水系统等)等几个部分讲解。由于学生前期知识和课时的原因，也存在一些缺陷：(1)由于课程的综合性特点，导致课程的内容多而杂，授课过程效果不佳，有蜻蜓点水的形式。尤其对于基础不牢固、学习自觉性不高、自学能力不强的学生来说，收效不大；(2)由于缺乏实际的项目经验，导致学生对知识的应用背景理解不深，直接影响到了学生的学习积极性；(3)课程考核方法偏于理论，与课程的实践性特点存在一定差距。

单片机、计算机控制技术课程的极强的实践性要求是导致以上两门课程教学效果欠佳的主要原因。为此，有必要在深化单片机、计算机控制技术课程教学改革的基础上，结合教育教学规律和专业教学实际，针对以往实践教学环节中存在的主要问题，探讨新的实践教学模式，以提高学生的基于单片机的控制系统设计能力和工程意识为核心，对计算机控制技术实践教学环节进行了建设和改革。

2　计算机控制技术课程设计现状

计算机控制技术课程设计是单片机技术、计算机控制技术课程后续重要的课程设计实践环节，按照人才培养方案，安排在第六学期十六、十七周进行，时间为2周。该环节要求学生结合实际设计一个以单片机为核心的计算机控制系统，包括硬件电路和软件系统的设计，使学生对系统的硬件电路设计能力和软件编程能力得到综合训练。

目前的做法是：在第六学期15周召开“计算机控制系统课程设计”动员大会，就课程设计的目的、意义、组织、任务做出总的部署、要求学生在指导教师的指导下选题、查资料、文献，并进行讨论，最后完成系统硬件电路及软件流程的设计，通过仿真测试后，进行系统安装，给出具体的系统安装结果，最终形成设计报告。

但是，在实行的过程中，存在一些不尽人意的问题：(1)提供的选题有十余个，难度大的题目选的人少，难度小的题目选的人多，有些题目没有人选，实际做的题目数量并不多；(2)十六、十七周是学生复习应考的集中时段，导致教师的监控存在难度，学生投入精力有限；(3)课题验收时存在同题目学生的相互借鉴甚至抄袭现象，文档和实物的验收时教师的把握很难做到完全准确，导致部分学生存在侥幸心理和懒惰心理。

3　基于任务驱动的计算机控制系统课程设计实践教学模式探讨

下面主要对以单片机为主处理器的计算机控制系统课程设计实践教学改革进行探讨。

任务驱动教学法是学生在整个教学过程中处于主动地位，教师以任务的形式加以引导。学生根据自己对当前问题的理解，通过查阅资料、相互讨论等形式，运用已有知识和经验提出设计方案并解决问题。这种教学方式改变了传统实践环节按部就班、方式方法普遍一致的状况，使学生处于积极的学习状态，培养了学生的自学能力、创新精神和合作意识。

具体针对该课程设计环节，要注意以下几个问题。

(1)教师自我重定位，由传统的“主导”地位转化到促进学生学习、引导学生成功的“辅助”地位，将教材内容进行重新整合，把知识点隐含在任务之中，题目要结合企业实际并难度要适中。

(2)创建需要的教学情境，能够满足教师和学生的要求，完善与提高实验环境，如：可以考虑添置一些面包板、常用元器件等，尽量少用现成的开发板。

(3)给学生布置任务，促使学生的地位由“被动”接受变成“主动”学习，通过积极完成任务的过程寻求知识，并不断获得成就感，增强自己的自信心，从而取得成功。课题题目可以通过教学组讨论后确定下来，在第六学期开学之初就布置下去，让学生带着问题进行学习。课题任务要明确具体，一般要包含：采样、显示、键盘、中断、定时/计数、通信等内容。选题每一年有一定的更新或改进，与往年的题目重复率至少小于20%，跟上学生的就业需求。

(4)完全按照产品开发过程安排课程设计步骤，即：接受任务—方案选择—电路设计—电路板设计—电路板安装—软件编写—调试—测试—完成。学生可以自主选择一些感兴趣的题目，但题目必须通过学院审批同意，符合要求。

(5)一人一题，杜绝雷同或相似度过高的题目，每一个课题都由学生单独完成，面包板采取编号的方法，验收时采用作品、提问和设计报告相结合的方式考核，重在考察学生的动手能力和系统设计的思想。

4　几点建议

(1)教师统一思想，使教师认识到实践环节的重要性。

(2)将课程设计的成绩直接纳入理论课程的考核，改变学生重理论轻实践的作风。

(3)适当延长课程设计的时间。

(4)集体验收，采取答辩的形式。

5　结束语

针对计算机控制技术这种侧重实践应用的课程中理论与实践结合脱节的问题和前一阶段课程设计中存在的一些困惑，可以考虑以任务驱动的方式提高课程设计效果。让学生对需要用到的知识全面地学习和综合地应用，熟悉开发基于单片机的计算机控制系统的流程，掌握计算机控制应用系统的硬件设计、软件编写调试的基本技能，能够具备在控制领域自主开发单片机测控小系统、协助大系统研发的基本素质，为以后的工作打下良好的基础。

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On the Practice Teaching Reform of Computer Control System Based on Single Chip Microcomputer

Chen Yong1, Liu Lisha2, Wang Fei1, Xiao Hongjun1
1. School of Automation, Foshan University, Foshan, 528000, China 2.Shenzhen Polytechnic, Shenzhen, 518055, China

Microcontroller is widely used in computer control system for its strong function, high reliability, small volume and low cost. According to the college students' practical ability training of computer control system technology with single chip microcomputer, deep teaching reform attempt is explored based on the analysis of current lack of practice teaching, curriculum design and teaching reform which can cultivate the students' ability of analyzing and solving problems independently.

single chip microcomputer; computer control system; practice teaching; reform

2016-04-07

陈勇，博士，副教授。

广东省高等教育教学改革项目(编号：GDJG 20142364)；广东省“创新强校—应用型人才培养示范专业”项目。