單片機原理及應用課程教學的改革與實踐

摘要 針對傳統的單片機原理及應用課程教學過程中存在的一些問題，本文從改變傳統的教學方式、加強實踐教學、為學生提供更多實踐機會、提高教師的綜合水平等方面探討了單片機原理及應用課程教學改革與實踐的一些思路。

關鍵詞 單片機原理及應用 教學改革 實踐

目前，單片機已成為工業測控、儀器儀表等領域的核心部件，單片機應用技術也已成為一項重要的工程應用技術，單片機原理及應用課程則是各種電類專業學生的專業課。對該課程的學習有利于工科類學生特別是電氣類學生融會貫通所學知識，同時對學生學習其他課程具有很大幫助。然而，單片機原理及應用課程本身難度較大，在其教學過程中常常會出現一些問題，如教師在課堂上一味地講授而學生無法理解；學生雖然理解了課程的重點內容，卻對實際的應用課題無從下手；由于課程所涉及指令太多，而在實際應用的調試過程中所出現的問題往往與程序指令有關，學生常常難以應付，等等。以上的種種情況，使學生感到難學、教師感到難教，很容易影響學生的學習興趣。之所以會出現這些問題，筆者認為主要是由于單片機教學過程中的教學方法不當引起的，應從以下方面進行改進：

一、改變傳統的教學方式，有效利用多媒體技術及仿真軟件

傳統的教學一般采用“黑板+粉筆”的授課方法，在這樣的教學過程中，難以形象地把一些晦澀的知識講授清楚，但如果采用了多媒體輔助教學，利用PPT來輔助理論講解，效果則會大大不同，特別是在涉及比較大的圖形的講解時，這種多媒體輔助教學的方法更顯優勢。例如，在講解存儲器擴展相關內容時，雖然擴展方法不難，但在擴展過程中，需要畫出各個芯片的主要引腳以及芯片之間的所有主要線的具體連接，包括若干數據線、地址線、控制線的具體連接。如果在黑板上畫圖，勢必會浪費較多時間，而如果利用多媒體技術，把各個主要連線的連接過程做成相關的PPT，不但節省時間，而且會給學生留下比較深刻的印象。特別是在需要多個相關例題來講解的情況下，兩種方法的教學效果就會有明顯的不同。再如，在講解指令系統時，由于單片機的指令較多，不可能對每個指令都進行詳細講解，如果利用多媒體輔助教學，就很容易做到將重點指令進行詳細、細致的講解，而對于非重要指令可以進行略講，從而方便地實現詳略得當。另外，在單片機原理及應用課程教學過程中，需要將所學到的各個知識點串起來，根據應用要求來設計硬件電路和軟件程序，這就需要畫電路和書寫程序、畫程序流程圖，在這種情況下，如果利用多媒體來講解，就會事半功倍。

單片機原理及應用課程的理論教學都是為了實際設計應用服務的，如果只懂理論，而不會完成實際的應用電路和程序設計，那么就沒有達到學習這門課程的最根本的目的，因此，課程的實踐教學就顯得特別重要。而在實踐教學過程中，可以通過有效利用仿真軟件來達到更好的教學效果。一方面，可以在理論的教學過程中，適時地采用Proteus進行實例演示。Proteus是英國Labcenter公司開發的電路分析與實物仿真及印制電路板設計軟件，具有模擬電路仿真、數字電路仿真、鍵盤和LCD系統仿真、單片機及其外圍電路組成的系統的仿真等功能，而且具有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號發生器等。通過引進Proteus仿真軟件，可以增強教學的生動性和直觀性，同時可以更好地提高學生對相關知識的認識和掌握。另一方面，引入Proteus之后，可以再引入KeilC51軟件，這樣一來，即可形成一個虛擬單片機實驗室，提供一個非常直觀的仿真環境，學生可以直接修改所設計的程序，然后利用Proteus來觀察程序修改所帶來的變化，從而在設計仿真階段脫離電路板完成程序主體的調試。通過以上方法來對重難點進行講解，可以讓學生邊學邊練，效果更直接、印象更深刻，從而可以更好地保持學生的學習興趣和熱情，大大提高教學效果。

二、加強實踐教學，有效利用簡易開發板

理論教學的最終目的是使學生能真正利用其所學知識來開發和實現實際的任務，因此，實踐教學就尤為重要，而實踐教學環節主要包括以下兩個部分：

一是實驗部分。單片機原理及應用課程的實驗設置主要目的是使學生加強對單片機接口、定時，計數器、中斷等知識的理解和掌握，增強學生的動手能力，幫助學生解決工程實踐問題，為后續的智能儀器等相關課程打下堅實的基礎。而良好的實驗過程對學生理解和掌握該門課程有很大的幫助，可以最大限度地使用學校現有的設備，使學生在學習和完成任務過程中不斷發現問題、解決問題、再發現問題、再解決問題，不斷地充實和完善自己的學習。

二是課程設計部分。課程設計是一項重要的實踐性教育環節，是學生在校期間必須接受的一項工程訓練。在課程設計過程中，通過一個簡單課題的設計練習，可以幫助學生熟悉應用系統的設計過程、設計要求、完成的工作內容和具體的設計方法，了解必須提交的各項工程文件，達到鞏固、充實所學知識和綜合運用所學知識解決實際問題的目的。課程設計環節可以加強學生各種能力的培養，如獨立工作能力和創造力，綜合運用專業及基礎知識解決實際工程技術問題的能力，查閱圖書資料、產品手冊和各種工具書的能力，工程繪圖的能力及編寫技術報告和編制技術資料的能力等。

基于課程設計的重要性，筆者認為，其各個環節都需要重視。一般來說，單片機原理及應用課程設計的目的是為了提高學生的軟件編程和系統設計能力，因此，整個設計系統一般包括兩個部分，即硬件部分及軟件部分。其中，硬件的設計尤為重要。傳統上單片機原理及應用課程設計一般是在仿真實驗箱上進行的，學生按照實驗書上指定的連接方法連接，但并不知道實驗箱上分離的一個個插孔是如何構成一個系統的，而且實驗箱常常涉及的一些配置以及一些特殊結構，都會影響學生對整個設計過程的理解，因此，學生經常不能很好地將硬件電路和軟件編程有機地結合起來，一旦實驗箱出了問題就無從下手。除此之外，一些課程設計也采取自行設計電路板的方式，但課程設計的時間一般都較短，學生在了解課題任務之后再選擇器件、設計電路、畫出電路板、將電路板送去印制，制好的電路板還需要進一步調試，如果部分電路需要更改，則還要重復以上工作，這樣一來，勢必影響設計的進度，難以在短時間內完成。因此，應自行開發一個簡易的開發板，在板中將一般的單片機設計課題常常涉及的電路以模塊形式印制好，也就是設計一些一般課題都會使用的通用電路模塊，使學生可以輕松方便地選擇自己所要的模塊，并搭建自己的電路，這樣就可以保證其在有效的時間之內，完成自己的設計任務。由于開發板的大多數硬件部分已經制作成功，因此，學生只需要掌握其原理，并選擇相關電路、焊接相應的元器件，同時對所焊接的電路進行仔細檢查，判斷是否有焊接錯誤的地方或者短路的地方，根據現象對出現的異常情況進行原因判別，并予以解決。這樣一來，就可以在較短時間之內切實提高學生的硬件電子電路的設計能力和分析、解決問題的能力。

除了電路板的設計需要注意以外，筆者認為，課程設計方式和成績評定方面也需要注意。在課題設計方式上，可以采取查閱資料、自行設計階段，實驗室調試和測試、熟悉軟件階段以及答疑階段相結合的方式，以保證學生能充分利用和選擇不同的時間及方式來完成設計任務。另外，實驗室設計階段是必不可少的，可以規定在一定時間之內，學生必須到實驗室進行實地設計，隨時向老師請教。而在成績評定方面，也需要考慮設計的各個階段的成果，可以規定設計的最后成績由幾部分構成，如設計實物得分，即根據實物的運行結果確定其具體得分；設計期間考勤得分，即根據實驗室調試和測試、熟悉軟件階段的考勤記錄來確定考勤具體得分；設計論文得分，即根據論文書寫情況來確定其具體得分；答辯得分，即根據老師對各個學生的答辯情況來確定其具體得分。總之，成績給定要有原則，切不可以偏概全。

三、為學生提供更多實踐機會，有效利用競賽方式

在單片機原理及應用課程的理論教學中，經常會有這樣的問題：學生在學習理論知識之后，即使已經掌握整個設計過程，但由于未能實踐或沒有實踐的機會，因而無法真正領會知識的精髓，這時如果能利用競賽的方式，讓學生有機會親自接觸實際任務，激發其親自動手實踐的興趣，使其親手完成任務的整個設計過程，效果將大大不同。因為競賽這樣的環境，必然使得學生有很大的動力和興趣來積極完成任務，比教師的課堂講授要有效得多。一般而言，在一個競賽結束后，無論結果如何，競賽過程對學生的啟發和能力的提高的作用都非常大，而如果能獲獎，學生的學習和設計興趣就會更大。因此，借助競賽這個平臺，可以提高學生相互協作的精神和自主學習的能力，這是課堂的延伸，是增加學生學習興趣的一個有效途徑。

四、提高教師的綜合水平，有效利用教師的科研設計機會及環境

教師是實施教學改革的關鍵，要培養高素質的學生，必須要有高素質的教師隊伍，授課教師應不斷改進教學方法、豐富教學手段，以適應時代發展的需要，同時應緊跟軟硬件技術的發展動態，不斷學習，充實自己，才能夠勝任工作，才能跟上時代的發展。單片機的發展較快，利用單片機應用技術來進行產品開發、控制系統設計的過程中，需要用到電子技術、電路設計、計算機等相關知識，其綜合性、實踐性較強，這就需要教師具有電子產品研發和工程實踐的經驗，否則就無法使學生對該課程產生理解、認同和興趣。

除此之外，教師還應以科研經驗為背景，用科研實例的形式來調動學生學習的積極性，培養學生的創新能力，實現教與學的最佳統一。目前，很多教授該門課程的專業教師都同時從事相關的科研工作，如果在科研過程中，能讓學生一起參與到科研課題的研究過程中，則能大大激起學生的學習興趣，同時，也可以緩解教師的科研壓力。在實際科研過程中，學生還可以近距離地接觸社會，接觸實際的開發調試軟件以及科研設計環境，了解單片機設計系統的發展狀況。

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