高職單片機原理與應用課程教學改革探析

【摘 要】分析了當前高職單片機原理與應用課程教學存在的問題及原因，提出了改革理論教學和實踐教學的措施。

【關鍵詞】單片機原理與應用課程

教學改革 實踐

【中圖分類號】G 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2012）02C-

0118-02

單片機原理與應用課程是高職電氣類專業一門十分重要的核心課程。但是，由于該課程內容抽象，相關課程繁多，學生普遍反映難以學習和掌握。筆者結合自己多年教改的體會，分析了單片機課程教學目前存在的一些問題，并提出了改革其理論教學和實踐教學的一些措施。

一、目前高職單片機教學存在的問題及原因

（一）教學內容及教學安排與高職單片機課程的教學目標不一致

1.理論教學內容方面。傳統的單片機教材一般分為理論與實驗兩部分。理論教材的內容一般是以單片機的結構為主線，先是論述單片機的基本結構，接著是單片機的指令系統和匯編語言程序設計，然后是單片機的內部資源及編程、單片機的各種接口及應用，最后是各種外圍元器件的應用。這樣的教材詳細講解了單片機的結構和功能，為學生全面掌握單片機的理論知識提供了便利。但是，對于高職院校的學生來說，這樣的教材不是很適宜。因為，第一，高職院校的學生基礎較差，學習能力不強，對于抽象的理論知識難以理解，也不很感興趣；第二，傳統教材的內容陳舊，理論性強，實用性差，未能突出高職院校培養應用型、技能型人才的特點；第三，傳統教材的內容與實際應用相脫節，缺少單片機開發應用的最新成果。

2.實驗教學內容方面。傳統的實驗教材一般是根據實驗室所配備的單片機實驗箱來編寫的驗證性實驗或一些簡單的設計性實驗。做實驗時學生只需按給定的實驗步驟進行簡單的硬件連接、程序錄入和編譯下載；無須了解整個系統的開發、調試及工作的過程。這樣的實驗教材與理論教材的關聯是很少的，各自獨立成書，理論課與實驗課各自為政，相互脫節，其結果必然是使理論教學和實驗教學難以相輔相成、相互促進。

3.教學內容的安排上，理論教學與實踐教學相分離。單片機課程傳統的教學模式一般是：理論教學在教室講解，實驗教學在實驗室操作，二者實施的時間、空間完全各自獨立，其中又以教室的理論教學為主。這種教學安排將理論教學和實驗教學相分離，既無法充分發揮理論對實踐的指導作用，也無法及時地通過實踐來加深對理論的理解。

（二）傳統實驗的方式單一、效率和效果差，無法達到培養學生實際動手能力的目的

傳統的實驗教學大多采用實驗箱實驗的方式，在實驗室中進行，它往往會受到諸如硬件資源、實驗時間和實驗場地的限制。學生在做實驗時，一般是在實驗教材的指導下，按已給出的程序（有的甚至是已調試編譯好的可執行代碼）和已給定的實驗連接簡圖進行，學生無須了解整個系統的電氣原理。因而即便學生已按要求正確無誤地完成了整個實驗，得到了相關的實驗結果，但他們對整個系統的工作還是一知半解，沒有一個整體的概念，最終還是不會設計電路，有的甚至連基本的電路圖都看不懂。這種實驗的實驗方式單一，實驗的效率和效果都很差，根本達不到培養學生實際動手能力的目的。

（三）教學的方式、方法及手段有待提高

單片機技術是現代電子工程領域一門迅速發展的技術，不僅其芯片型號及功能日新月異，而且開發其應用系統的技術手段和方式方法也層出不窮，各種各樣的仿真軟件大量涌現，單純依靠板書教學（或“板書式”的多媒體教學）以及實驗室內的有限實驗，已越來越跟不上技術的發展，越來越適應不了高職院校培養學生實際動手能力的需要。

二、理論與實踐方面的改革

（一）理論教學的改革

1.重構教學內容以適應單片機技術的快速發展。結合職業院校單片機教學的目標及學生學習的特點，我們根據單片機應用系統的實際開發過程，基于項目導向的原則，對單片機課程的教材進行了重構，開發出新的單片機教材。新教材擯棄原來的章節概念，打破了原有的知識體系，不再以單片機的結構為主線，而是依據任務驅動、項目導向的教學思路，以項目實踐為單位來組織教學內容，將單片機應用系統的設計與開發過程與單片機的相關知識點有機地結合在一起，使學生在學習各個單片機應用系統（即項目實踐）的設計與開發的過程中，認識單片機，掌握單片機，應用單片機。對各個項目的編寫，一般是先提出項目要求，然后給出能仿真實現的系統電路原理圖及程序，接著再陳述本項目所涉及的理論知識及本項目的設計思想、工作原理和過程，最后是相關的理論拓展及相應的技能拓展項目，以便學有余力的學生進行更深入的學習，使之擁有廣闊的自主學習和自主創新的空間。所有的項目安排我們都遵照由淺入深的原則，通過漸進的學習逐步提高學生的知識和技能。教學改革的基本思想是強調“做中學”，每一個項目均能通過仿真實驗來展示系統運行的結果，既直觀生動又費時不多，大大加強了理論與實踐的聯系。

2.引入C51語言的教學，降低單片機指令的學習要求及難度。傳統單片機的教學及其應用系統的開發，一般都是以匯編語言作為開發工具，因為匯編語言具有代碼緊湊、執行時間短、控制及時等優點。但是隨著單片機技術的發展，其編程繁瑣、可讀性差、可移植性弱等缺點越來越難以接受；相反，C語言在功能上、結構上、可讀性和可維護性上有明顯的優勢。因此，目前單片機C語言已非常流行，絕大部分的應用系統均可直接用C51來編寫，而且在企業的實際應用中已很少有人使用匯編語言來編寫程序。有鑒于此，我們將C51語言引入單片機的教學，這樣就可以將匯編語言及單片機的匯編指令等傳統中極為重要的教學內容作為稍有了解即可的知識，使學生無須花費大量的時間和精力去學習匯編語言及有關指令，從而大大降低單片機理論教學的難度。

3.引入Keil及Proteus的教學，充分發揮單片機仿真軟件在理論教學上的輔助作用。Keil編譯軟件可以對匯編語言、C語言進行編譯與調試，Proteus仿真軟件可以對數字電路、模擬電路、單片機及其外圍電路進行仿真。將Keil編譯軟件與Proteus仿真軟件相結合，可以在計算機上調試和仿真單片機應用系統的運行情況及結果。過去，我們通常都只是將這兩個軟件應用于實驗教學，而忽視了它們在理論教學上強大的輔助作用。實際上，在理論教學時，通過Proteus仿真，我們可以直觀地觀察到教學案例的實際運行效果， 這樣對理論教學有很大的輔助作用，這主要體現在：（1）能夠直觀形象地顯示案例的運行結果，加深學生的印象和感性的認識，并提高學生學習的興趣和積極性；（2）可檢驗案例設計的正確性；（3）直觀地見證程序的執行過程及結果，方便理解案例程序；（4）學生課后可隨時對課本的所有案例進行仿真驗證和學習，以幫助學生理解課本的相關知識，使仿真實驗成為可指導學生學習的、可靠的“老師”；（5）通過仿真實驗，學生可以從嚴重依賴于實驗室實驗的狀況中徹底解脫，只要有電腦，在宿舍就可以進行單片機仿真實驗。

（二）實踐教學改革

1.實踐內容層次化，實驗形式多樣化。將單片機的實驗，按內容深淺的不同劃分為三個層次，即驗證型實驗、綜合型實驗和課程設計型實驗；按實驗形式的不同劃分為四種，即仿真實驗、實驗箱實驗、實驗板實驗、實際工程應用實驗。實驗時不管是什么層次的實驗均要求先進行仿真實驗，而且對于仿真實驗除了剛開始學習Keil和Proteus軟件時，在實驗課堂上統一完成外，其他的仿真實驗均要求學生利用課外時間在實驗室外獨立完成。

驗證型實驗一般只進行仿真實驗，其內容均選自理論教學的案例（目的是加強理論與實驗的關系），均作為課外作業的形式布置給學生完成。當然，上課時老師可以將仿真結果演示給學生看，學生在課外只需按照案例給出的程序和電路圖即可進行相應的仿真實驗。做這種實驗的效率很高，不用占用上課時間，而且其仿真效果也很好。通過這些實驗，一方面可加深學生對理論教學內容的理解，另一方面可讓學生逐步熟悉Keil軟件和Proteus軟件的使用。

綜合型實驗是對單片機某一項目內容進行較深入的實驗研究，其內容可以是理論教學中所講到的某一較大的案例，也可以是實驗箱或實驗板所配送的某一專題的實驗案例；我們可以根據實驗的時間及實驗內容的難易來確定是否給出電路和程序，是否只要求做仿真實驗或是還要做實驗箱、實驗板實驗等。通過這種實驗一方面可進一步提高學生進行仿真實驗的技能，另一方面也讓學生逐步熟悉實驗箱或實驗板等單片機應用系統的開發工具，為學生進行下一步的實際工程應用打下堅實的基礎。

課程設計型實驗是在單片機課程學習完成后，針對單片機在實際生產、生活中的具體應用而開發的一個單片機應用系統，如數字多用儀表的設計、紅外遙控系統設計、簡易電子琴設計、帶農歷的萬年歷設計，等等。對于課程設計型實驗，學生不再單獨進行，而是按小組進行，而且要求同學們按照單片機實際工程應用的開發程序完成整個過程，這包括軟硬件的設計、仿真實驗的實現、電路板的設計與制作、元器件的購買與安裝、程序的下載與運行等。通過這種實驗可以讓學生掌握單片機應用系統的整個開發過程，為今后的實際工作打下堅實的基礎。為了保證實驗的成功率，增強學生的信心，開始可以先選擇一個極其簡單的驗證型實驗來進行，以便讓學生熟悉整個單片機應用系統的開發過程，然后再真正從事復雜的課程設計型實驗。

2.通過引入仿真實驗，大大提高實驗的效率和效果，從而可增加實驗的內容和難度。如前所述，我們在理論教學和實驗教學中均已引入Proteus仿真軟件與Keil編譯軟件，通過仿真實驗，可以將很多實驗（尤其是驗證型實驗）作為作業的形式布置給學生，要求他們在課外仿真實現。對于需要用實驗箱或實驗板進行的實驗，我們也要求學生先在仿真軟件中實現，然后再進行實驗箱（或實驗板）的實驗，觀察硬件運行的結果與軟件仿真的結的差別。這樣做的目的是將整個實驗一分為二，仿真部分學生利用課外時間在自己的電腦上完成，實際硬件實驗的部分在實驗室完成，從而大大提高實驗的效率和效果，為增加實驗的內容和難度提供可能。

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【作者簡介】梁保恩（1967- ），男，廣西藤縣人，廣西工商職業技術學院現代教育技術中心副主任，副教授，碩士。

（責編 黎 原）