單片機教學改革的研究與實踐

目前在生產、生活中，單片機被廣泛的應用。在就業市場上，單片機應用系統設計、調試和維修崗位需要大量的人才。單片機課程是自動化、電子、計算機、機電等專業的一門重要專業課程。這門課程具有很強的理論性和實踐性，與電路、數字電子、模擬電子、傳感器技術等課程緊密聯系。在高職進行單片機教學，容易出現教師教學難、學生學習難的兩難境地。因此，決不能生搬硬套本科的教學模式，一定要針對高職生的特點，找出適合他們的單片機教學模式，使這門課程真正能夠培養高職學生成為市場上搶手的單片機應用技能型人才。本文從五個方面對單片機教學改革進行研究。

一、章節教學VS項目教學

通常單片機教材的章節有緒論、單片機的結構和原理、指令系統、程序設計、中斷系統及定時/計數器、串行接口、系統擴展、測控接口、應用系統設計方法等。理論性較強，每一個章節都是單片機應用系統的一個局部，學生要把所有局部都學完，才能完整地了解單片機。對于高職學生而言這種只見樹木不見森林的學習方法實在是難度大、效率低。學到最后學生還是不知道單片機怎么應用，更不用說單片機設計、編程、調試能力的培養了。

因此要培養學生的單片機應用能力，按書本一講到底不符合高職教育的需要。本課程的教學改革首先要打破章節的局限，以實際的項目為載體進行項目教學，把企業中實際的、常用的項目引入教學中，并且每一個項目都是一個完整的單片機應用系統開發設計過程。起初的項目可以非常簡單，比如點亮一個發光二極管，相對容易實現的項目在學習的初期就容易激發他們的學習興趣。通過實訓，發現單片機的學習并不是那么高不可攀，學生就會信心倍增，更加努力的學習。在項目教學法中，不同的項目體現不同的單片機應用知識點，用一個一個的項目把整個教學內容貫穿起來。隨著項目的不斷深入，學生對單片機的認識水平將逐漸提高，應用能力和編程能力也會越來越強。這種項目化教學融“教、學、做”于一體，是符合高職學生認知規律的教學方法。

針對高職院校的學生，本文對《單片機編程及接口技術應用》課程教學做了一定的規劃和改革。具體的項目安排如表1所示。

二、匯編編程VS C語言編程

匯編語言是一種用文字助記符來表示機器指令的符號語言，最接近機器碼。主要的優點是每一條指令都對應單片機的一個執行動作，因此程序執行效率高，可以避免生成龐大的、效率低的程序。匯編語言還可實現精確的時序控制。但是不同型號的單片機其指令系統是不完全相同的，因此匯編程序的移植性差。并且由于匯編語言是助記符，不利于記憶。

單片機C語言是一種編譯型語言，兼顧了多種高級語言的特點，并具備匯編語言的功能。C語言是高級語言，程序符合人類的思維邏輯，可讀性強；不需要了解單片機指令系統，只要對單片機的內部資源稍有認識就可以進行編程控制。C語言可根據功能劃分為不用的函數進行調用，有利于程序的模塊化設計和分工合作。此外，由于C語言控制不基于特定的單片機底層結構和指令系統，因此程序的移植性好。用單片機C語言進行程序設計已成為單片機軟件開發的一個主流。

基于以上分析比較，對于高職學生而言，完全掌握單片機的內部結構和上百條的指令系統是困難的，也是沒有必要的。完全可以用C語言作為編程語言。同時C語言也是一些高級控制器的編程語言，學習C語言的單片機編程有利于學生未來的發展。

三、實驗箱平臺VS仿真實驗平臺

單片機實驗箱實驗在全國范圍內的單片機教學中是非常普遍的，其獨特的優勢是實驗箱中集成了單片機及其應用接口和常用的被控對象，實驗的硬件設計部分簡單且可靠性高，學生在實驗中能夠集中精力在系統的架構和軟件開發上，而不會造成硬件線路搭建不當的問題，從而加深學生對實驗目的的掌握。但問題是實驗箱的功能有限，箱內固定的器件配搭限制了學生的思維，使其無法真正發揮主觀能動性及創造思維。

針對上文提及的情況，本文提出用時下流行的單片機仿真軟件Proteus作為實驗平臺進行單片機仿真實驗。該軟件支持單片機匯編源碼級、C源碼級仿真與調試。無需硬件電路就可對單片機電路進行軟硬件的開發、測試與調試。并且這款軟件支持的單片機類型非常多，包括8051、ACR、PIC10/12、PIC16、PIC18、HC11、ARM7等。與此同時，對學校而言構建實驗室的硬件投入也相應減少了，只需提供計算機和相應的軟件即可。并且整個使用過程中損耗很小，基本沒有元器件的損耗問題。這樣實驗室的運行成本就會大幅降低。當然使用Proteus也會有不可避免的缺點，對于系統而言，開發不能只停留在仿真階段，教學中不能只使用仿真實驗，否則學生不可能認識真正的元器件，不會使用實際的儀器儀表，不會排查和調試電路故障。因此，筆者在實現仿真后還加入了學生自己動手制作實物的過程，并要求學生完成簡單的排故和調試工作，讓學生能夠真正了解單片機系統是如何一步步開發并付諸于現實的。

四、試卷考核VS多樣的考核方法

考試的目的在于檢查教學效果、教學目標實現的程度，以便于改進教學工作、提高教學質量，鞭策學生積極努力地學習。由于本課程應用性強、實踐性強，對學生的動手能力要求比較高，所以僅一張試卷閉卷考核不能完全完成考試目的。本文認為總體來講單片機教學有以下幾種考核形式:(1)理論+實踐=最終考核成績；(2)課內實踐+實習實訓=最終考核成績；(3)課內實踐+設計作品=最終考核成績；(4)理論+設計作品=最終考核成績。

針對高職院校的學生，本文把表1所示的四個教學模塊分為三個階段考核，如表2所示。

五、課內VS課外

單片機課程教學改革能夠保證培養學生的實踐動手能力、儀器使用能力、單片機技術應用能力。但是單片機的課程效果應該不僅僅局限于課內。可以在課堂教學的基礎上，發展單片機興趣小組，并引導和鼓勵學生參加各種級別的電子設計競賽等，從而進一步提高學生的實踐技能和創新能力。

本文僅對單片機課程教學改革中比較突出的五個方面進行了闡述。除此之外，在教學過程中還應該注重校企合作、工學結合等各種教學模式，開發適合高職院校教學的教學教材，運用多種生動有趣的教學方法等。

總之希望經過教學改革實踐，學生不再認為單片機是門晦澀難懂的課程，從而激起他們對該課程的學習熱情，使其真正能夠成為培養高職學生成為市場上搶手的單片機應用技能型人才的金鑰匙。

（作者單位：浙江省杭州第一技師學院）