单片机教学之我见

[摘要] 本文介绍了单片机原理及应用课程的发展概况，课程建设与改革的思路，简单阐述了教学改革的必要性，并提出了几种教学改革的具体建议，有一定的探讨价值。

[关键词] 学习兴趣 新型教学方式 虚实结合 工程设计

计算机控制技术已成为现代控制技术的主流。单片机在诸多电子设备的设计中一般充当着控制器的作用，社会上需要大量具备电子线路设计能力和单片机编程能力的人员，主要从事智能电子产品的开发和维护。电子时代对我們高职院校的学生提出了更高的要求，要求我们培养的学生既有动手能力又有创新能力，才能在当今的市场和就业竞争中体现自己的实力。《单片机原理及应用》这门课是技术性较强的课程。其目标是培养学生的单片机应用能力，完成数据和控制信息的输入与输出、对外界数据和控制信息的处理、定时与计数的实现、控制信息的显示与报警、模拟量与数字量的转换等实际应用技能。让学生掌握这些知识及应用，从知识结构上来看是必需的，但这门课难学也是事实。本文就“怎样使学生在有限的时间学会这门课，并能熟练应用到工程实践中去” 提出了一些个人的观点。

提高学生学习单片机的兴趣

兴趣是最好的老师，为了提高学生对单片机原理课程的学习兴趣，第一次课安排在单片机实训室上。在第一次课的绪论中，除了简要列举大量图文并茂的应用案例外，还把接好线、调试好程序的典型案例在电脑及单片机实验箱上当堂为学生演示，并简要介绍它们的工作原理及应用，创建一个“学习《单片机原理与应用》课程不但有用而且有趣”的情景，从而激发学生的学习兴趣。同时，开课两周后还邀请科大科技公司的技术人员来校作了“单片机与就业” 、“单片机的应用”等专题讲座，使同学们了解单片机在工业控制、智能化仪器仪表、计算机外部设备、 计算机网络与通讯技术和家用电器等领域的应用及作为一个电子工程师学好单片机的重要性和必要性，更加增强了他们学习单片机的兴趣和学好单片机的信心。

教学手段改革

1.改变授课方式

传统的授课方式为：每章节都安排大量理论内容，并在后面安排相应的配套实验。并且这些实验教学通常以验证性的实验为主。例如数据排序实验，学生根据实验指导书给出的程序键入PC机中，经过编译后，通过串口下载到仿真器中运行此程序，只要输入和操作无误，则必定会得到正确的结果，即实现8051内部RAM 单元中N个数据的排序，做这种实验时，学生往往只注重于实验结果的正确与否，而不注重程序是怎样编出来的，对什么情况下要用哪条指令，每条指令的功能是什么等问题不甚了解。这样的实验教学内容，既不利于发挥学生的学习主动性，也不利于培养学生的工程意识及解决实际问题的能力，使学生对教学内容缺少感性认识，提不起学生对知识学习的兴趣。同时，学生的动手能力得不到锻炼，教学效果自然大打折扣。

新型教学方式研究：设计性实验与项目相结合

本课程的学习，应立足于加强学生实际操作能力的培养。设计性实验是为提高学生综合运用所学知识解决实际问题的能力而设计的，与验证性实验不同，它提高了实验的难度及综合性，更强调对学生主动性、创造性和动手能力的培养[1]。设计性实验常常以一个具体的项目为题展开，以项目的开发步骤作为教学顺序。分析解决问题的方案、引出课程的知识点和技能点，并运用讨论、实践、交流等形式，调动学生学习兴趣，在寓教于乐中掌握分析问题和解决问题的方法。教学过程全部放在实训室进行，边讲解、边演示、边操作、边实验。能够大大激发学生的学习兴趣，课堂教学变得生动丰富，不再是乏味深奥的理论推导，而是富有挑战性和创新性。学生可以采取分项目小组的形式来完成任务，通过角色轮换，熟悉整个工作过程。每个学生都能真正参与教学过程，不会出现“教”、“学”分离的现象。同学之间有了互相交流学习的机会，学生也能部分充当教师的角色。同时，教师通过分析排除不同的故障现象，也激发了教师的教学积极性。当把所有的项目完成之后，既积累了动手实践经验，又掌握了单片机的理论知识点。采用项目教学，以工作任务为引领，将设计性实验与项目结合，提高学生学习的兴趣，激发学生的成就感。注重体现“教、学、做”一体化的高职教育理念。

课堂的具体实施可以分以下步骤进行：

（1）实验项目描述。让学生明确本节课的学习目的，对所要做的东西有个初步的感性认识。项目一般选择现实生活中常见的产品，这样会激发学生的学习积极性与兴趣。

（2）项目模块化。将项目内容分成硬件设计、程序编写、调试程序等几个环节讲解，各个环节再细分成不同的功能模块，这样学生对课程内容明了清楚，容易把握重点。

（3）理论知识点拨。讲授项目中要用到的理论知识，让学生初步了解与掌握产品的工作原理。

（4）实践操作。将学生分成若干项目组，根据所学理论知识实现具体的项目产品。在完成过程中，如果碰到难解决的问题，项目组成员可通过讨论及查阅资料解决，这样既锻炼了学生的动手能力，也培养学生的团队协作精神。

以项目数字频率计实验为例，指导教师首先向学生明确该实验所要达到的目的，即利用CPU的定时计数器T0和T1相配合，来测量信号的频率，并将测量结果送LCD或LED显示，实验步骤如下：

（1）根据实验的目的和要求，学生通过思考提出设计方案。

（2）利用实验板上的硬件资源，自己动手搭接实现此功能的硬件电路。

（3）编制好源程序。

（4）将所编制的源程序下载到仿真器中，用信号发生器产生输入信号来调试系统。

（5）记录实验测量结果、分析误差原因， 提出实验内容和方式上的改进意见，写出书面报告。

该类实验与具体的项目相结合的最大特色就是学生不能依赖实验指导书，而要独立思考，完成硬件电路的设计和源程序的编写。在调试过程中，学生自己动手分析解决出现的问题，可以了解单片机系统开发的全过程，锻炼他们的动手能力及创新精神。设计性实验与项目相结合可让学生自主设计和实验，能激发学生的主观能动性和创造性，对培养学生的动手能力和创新精神是非常有利的。

2.虚实结合

虚拟项目：实训室中不仅配备了单片机产品开发的软硬件环境，还配置了单片机仿真工具Proteus软件，proteus6.5可以仿真51系列、AVR，PIC等常用的MCU及其外围电路，可以像使用仿真器一样调试程序。我们在教学过程中向学生演示它的功能和使用，鼓励有电脑的学生安装这个软件，利用课余时间自己动手做LCD、LED 显示，AD/DA转换，交通灯设计等方面的项目实验。并与教学内容中的学习项目相结合，开发了一系列虚拟项目，让学生随时随地都可以通过网络完成操作训练，突破了实训室的局限性，大大优化了教学过程。

虚拟动画：对于课程中的重点和难点，采用虚拟动画的方式，将抽象的知识直观化，有利于帮助学生理解和应用，提高教学质量和效率。

加强课程设计环节

对“单片机原理及应用”课程设计的目的就是让同学们在理论学习及小项目的基础上，通过完成一个涉及单片机多种资源应用，并具有综合功能的系统目标板的设计与编程应用，使学生不但能够将课堂上学到的理论知识与实际应用结合起来，而且能够对电子电路、电子元器件、电路布线等方面的知识综合应用，同时在软件编程、排错调试、焊接技术、相关仪器设备的使用技能等方面得到较全面的锻炼和提高，为今后能够独立进行单片机应用系统的开发设计工作打下一定的基础[3]。

课程设计的时间一般只有1~2周，课题难度不宜太高，但要有一定的广度，有一定的代表性，能够包含课程的各个主要环节。在选题上要求学生可结合平时学习和资料收集，自己选题，也可以选择老师布置的课题，学生自己对课题进行分析、设计，自己动手编程、調试、安装、焊接并最后调试完成一个单片机应用系统，对设计过程中涉及到相关课堂教学内容，必须加以理解和消化，最终提交的是实物和设计报告。对课题的目的和要求是：（1）能掌握利用单片机进行实际系统开发的方法和步骤。（2）能进一步掌握中断系统及其服务程序的编写。能掌握定时系统、计数初值的计算和装载等。（3）能掌握单片机接口的应用。（4）能掌握硬件设计及焊接工艺要求。（5）能掌握单片机汇编程序的设计、编写、调试及程序固化等工作。要求书写课程设计报告，分析设计过程中自己的运行结果、现象、体验与收获。

在设计过程中，对各个环节中应注意的问题、可能出现的问题，都应学会灵活应对和解决。更重要的是让学生自己去体验每个环节完成的艰辛，这不仅有助于学生懂得各种知识的重要作用，也有利于培养学生从实际出发，掌握解决问题的能力和社会交往的能力，不至于“纸上谈兵”。

强化毕业设计与工程设计

理论指导实践，实践检验理论，在毕业设计中，要求指导教师注重学生工程能力的培养， 从选题开始瞄准学科发展动态与实际应用问题，使毕业设计课题有新意，实现方法有突破，充分调动了学生的积极性，必须让学生在设计中真题真做，真刀真枪地进行设计[2]。在计算机及电类专业毕业设计中，以单片机为工具的应用开发非常普遍，学生兴趣及就业需求相当高，以单片机为工具设计的“大屏幕显示屏控制系统的分析与设计” 、“单片机温度检测与控制系统” 、“单片机多功能时钟系统” 、“卡读写器” 等毕业设计课题，针对学生兴趣及就业需求，理论联系实际，培养学生扎实的专业知识和能力，受到师生的一致好评。同时在毕业设计过程中，必须严格要求。制订了毕业设计条例、毕业设计论文工作流程、毕业设计评分标准。每位同学20分钟论文答辩时间，这对学生、对指导教师提出了更高的要求，对教师的教学也起到很好的促进作用。学生在毕业论文中体会到：这次设计也是一次锻炼的好机会，在学习和巩固新、老知识的同时，训练了自己综合运用知识的能力、分析解决新问题的能力，同时也提高了自己的工程实践能力；在设计的过程中，与设计小组同学一同学习、一同讨论，大家集思广益，发扬了团队协作精神，为完成设计任务共同努力，从中领悟到凡事只要用心去做，一定能做好。

采用多种评价方式

不同的评价方式可以有不同的效果。

（1）改革传统的教学评价手段和方法，采用阶段评价、目标评价、项目评价、理论与实践一体化评价模式。

（2）关注评价的多元性，结合课堂提问、学生作业、平时测验、实验实训、技能竞赛及考试情况，综合评定学生成绩。

（3）应注重学生动手能力和实践中分析问题、解决问题能力的考核，对学习和应用上有创新的学生应给予特别鼓励，要综合评价学生能力。

多年来，在教研室的几位老师共同努力下，对单片机课程的教学方法及实践作了许多的研究、改革和探索，已取得了初步成果，我们将进一步探索适合新时期人才培养目标的理论与实践相结合的教学模式，构建旨在培养工程实践能力和创新能力的新的教学模式，努力提高教学质量。提高学生创新意识和创新思维的水平。

参考文献：

[1]刘辉.从电子设计竞赛看单片机实验教学的改革与创新［J］.长沙大学学报，2006，（5）：99-100.

[2]徐敏.“单片机原理及应用”课程教学改革与实践［J］.实验室研究与探索，2006，（1）：84-84.

[3]周晓雁.单片机实验教学改革的尝试［J］.山东工业大学学报（社科版），1995，（2）：93-94.

[4]董少明.片机原理及应用教程[M]．北京：北京理工大学出版社，2009．

作者单位：陕西工业职业技术学院 陕西咸阳