从大学生电子设计竞赛探讨单片机实践教学改革

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摘要：以大学生电子设计竞赛探讨单片机实践教学改革为主题，分析了三明学院电子信息类理论教学和实践教学的现状，提出了适合于三明学院提高电子类实践课程的教学方法，介绍了单片机实践教学改革的实例，强调应加强电子类课程实践教学质量监控建设，建立考核机制体系。

关键词：电子设计竞赛；单片机；实践教学改革

中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1672-5727（2013）12-0158-03

电子竞赛是国家教育部发起的全国普通高校四大大学生群众性科技竞赛活动之一，具有非常广泛的影响力和号召力。大学生电子竞赛不仅全面推动了创新型人才的培养，而且促进了全国普通高校电子类专业教育教学内容的改革和课外实践教学改革。从2005年参加电子竞赛以来，我校大力鼓励和支持学生积极参与全国性和地方性的比赛，尽管取得了一定的成绩，但仍反映出一些问题，最明显的是理论教学与实践环节脱节问题。

我校电子类理论教学和实践教学现状

在参加大学生电子设计竞赛中，参赛学生暴露了高校在电子类专业教育中的存在的共性问题。如专业基础知识不够扎实；系统综合运用开发能力不强；硬件偏弱而软件编程能力较强；实践动手设计电路能力不足；新技术新器件应用能力不高等，这就对传统电子理论教学内容和方法提出了挑战。同时，也反映了在实践教学方面的两个问题：一是设计性综合性实验偏少，在所开设的电子类实验课程中，基本都是课程相对独立，缺乏课程与课程之间的紧密联系。我校应少开一些单科性实验，多开一些综合性实验，使设计性综合性实验比例占实验总数的20%。在选择设计性综合性实验项目的同时，应多开设与工程实际问题相结合的实验内容，这有利于增强学生专业学习应用能力的提高。二是在完成验证性实验的过程中，现有的实践教学模式内容单一、枯燥，学生在有限的90分钟里仅能完成实验规定的内容，无法充分体现学生作为教学主体的作用， 使学生无法思考理论教学与实践教学的脱节，导致学生缺乏独立思考的能力，抑制了学生动手能力的提高，违背了学生创新能力的培养。我们应该增加综合性、设计性、创新型实验，且实验内容应及时更新，使得实验项目与市场需求紧密接轨。这就要求教师积极参与各项教学改革和科研项目，不断积累经验，不断将新内容、新技术、新方法充实于电子理论和实践教学中。

提高电子类实践课程的教学质量，

在教学中探索理论与实践的完美结合点

造成电子类专业理论与实践教学脱节现状的重要原因就是在教学中没有引入实际项目教学，在实践中忽视了理论的指导。几年来，我校对学生的培养定位为应用型人才，专业团队申请了福建省教育厅“卓越工程师”项目，采取与企业联合办学的模式，培养企业真正需要的实践型、应用型、创新型人才。我校对电子专业培养方案采取一年一小修订，两年一大修订的原则，对专业方向课程进行全面讨论、审核、修改，加强新课程、新内容、新方法、新技术、新器件与实践教学环节，同时以专业方向课程为体系，以培养学生能力和提高全面素质为目的，对所有课程的教学大纲进行审核、修改。另外，根据培养目标对教学内容的要求，在选用专业课程教材方面，优先选用高等教育出版社、电子工业出版社等高质量、权威且实用的教材，力求教学内容与电子发展方向紧密联系。

加强理论与实践的完美结合。第一，教师应充分利用大学生电子竞赛为契机加强理论联系实际，积极开展产学研科研项目，将项目中的新技术、新电路应用于教学，拓展学生的知识面。第二，加强设计性与综合性实验的比重，严格要求独立完成实验项目，强调对实验数据分析、总结能力的培养，积极引导学生在“课程设计”、“学年设计”等综合实践环节中大胆采用新方法、新器件设计，突出表现创新、实用能力，力争在教学中探索理论和实践的完美结合。

加强实践教学环节的软硬件建设

首先，在实践课程教学过程中，组织教师听课、评课、研讨，协助教师制定实践课程教学计划，定期召开各班“教”与“学”专题班务会、座谈会，及时掌握学生学习动态、交流学习心得，听取学生对实践课程教学工作的意见和建议，对于学生的评教快速响应并及时通报，各任课教师及时落实整改，努力提高实践教学质量。其次，建立电子创新实验室。为了培养学生的创新设计能力，为学生提供一个良好的学习与研究环境，展现新思维、新设计的舞台，在学院和物理系领导的支持、关心下，我系建立了电子创新实验室。实验室的设备配置均在完善中。创新实验室面向提高班学生、课外活动骨干、参加电子设计竞赛学生等优秀本科生开放。再次，我院开展了形式多样的第二课堂活动。为了配合各类竞赛的开展，学院还每年举办电脑节、科技文化周、创新大赛、院级电子设计竞赛等，积极组织学生参与省部级和国家级的各类科技竞赛，加强与兄弟院校的学习交流，培养学生的团队精神和沟通协作能力。

单片机实践教学改革实例

在《单片机应用技术》课程教学中讲授外部总线串行扩展章节时，很容易出现以下问题：介绍知识过多，学生感觉学习内容枯燥；各部分内容相对独立，缺乏整体概念；应用技术介绍较少，学生应用能力培养不足；软件编程介绍过多，硬件设计强调不够，这就使得学生碰到实际问题时，缺乏构建硬件系统的思路和能力。

在不改变教学内容的情况下，可以尝试在课堂教学中引入大学生电子竞赛题目，让学生强化实践，培养实际操作能力。下面以“LED点阵电子显示屏制作”（2010年福建省电子竞赛作品）项目为例，阐述如何完成从课堂教学到电子设计实践的顺利转型。

LED点阵电子显示屏实现了LED大屏幕显示系统，以STC89C52单片机为核心，由键盘控制、显示、温度采集、LED大屏幕显示等功能模块组成。基于任务要求，本系统对汉字词组显示和大屏幕显示进行了重点设计。此外，扩展了单片机接口、温度采集、滚动屏幕显示、旋转屏不变，掉电保护等功能。

竞赛选题之初，参赛学生没有学过LED电子屏的设计，面对这些性能指标茫然无措。指导教师则根据系统设计的要求和设计思路，首先确定该系统的设计框图（见图1），该系统主要由STC89C52控制器、角度传感器电路、温度传感器电路、掉电保护存储芯片、矩阵键盘控制电路、24×24 LED显示模块等组成。

根据系统框图对角度传感器及掉电保护存储芯片进行选型。这时，可以联系本书当前讲授内容I2C总线。在掉电保护存储芯片的选择上采用AT24C04；在角度传感器方面采用TILT-03-I2C-90双轴倾角传感器，重要原因是这两款芯片都具有I2C总线，即使没有使用过这两款芯片，只要严格遵守总线的时序要求和通信协议，一样可以快速实现芯片的数据存储和角度测量功能。然后，根据系统方案的要求及芯片的选择，设计掉电显示和角度测量的流程图，并利用Proteus 7.8完成电路软件级仿真（见图2），最终实现电路硬件级设计。本系统具备屏幕旋转汉字显示、AT24C04实现掉电保护、DS18B20温度采集显示等性能，其调试与测试过程如图3、4、5所示。本作品获得了福建省大学生电子竞赛一等奖。

通过以上理论联系实践的教学改革，使学生明白了即使竞赛之前没有设计过LED点阵，但是对于比赛采用的单片机理论包括单总线、I2C总线，以及74HC595串入并出芯片，74LS138译码器，4×4矩阵键盘等都是平时实验必备的基础。这些内容都是《单片机应用技术》实验教学大纲必做的项目，如LED动态扫描显示实验、4×4矩阵键盘输入实验、AT24C04数据读写实验、基于51单片机的DS18B20数字温度计的设计等。我校教师在日常实践教学中严格要求学生掌握单片机的基本性能、如何配置SFR实现单片机第二功能，以及时序图、单总线、I2C串行总线、SPI串行总线、Microwire总线等，同时要求学生了解单片机整体系统开发思想，举一反三，触类旁通，使学生在枯燥的基础学习中体会到理论与实践的完美结合。

综上所述，电子设计竞赛是一项理论竞赛与实验竞赛相统一的活动，有助于学生培养工程实践素质，提高学生针对实际问题进行电子设计制作的能力。它既强调理论设计，又强调系统实现；既考核学生综合运用基础知识的能力，又注重考察学生的创新意识。这与高校培养人才的初衷不谋而合，从而成为推动我校理论教学和实践教学改革的最大动力。始终注重在理论教学中通过虚拟电子仿真实验室来将项目教学法引入课堂，使电子专业理论学习更加生动活泼，而在实践中各个环节都需找到相应的理论支撑。这是对传统教学方法的挑战，改革传统教学方法，加强对电子类课程实践教学质量的监控建设，才能培养出务实、创新的高素质应用型人才。

参考文献：

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[4]周锋.电子设计竞赛与实践教学环节改革[J].科技信息，2010（15）.

[5]张俊谟.单片机中级教程——原理与应用（第2版）[M].北京：北京航空航天大学出版社，2011.

作者简介：

邱思杰（1980—），男，福建连江人，硕士，福建三明学院讲师，研究方向为电子通信工程。