以實踐為主線的“單片機原理及應用”課程教學改革

摘要：在“單片機原理及應用”課程教學改革的實踐中，針對目前理論和實踐教學相脫節的現狀，以流水燈的制作為課程教學主線，完成單片機應用系統的設計，并對課程考核方式等進行了改革和實踐，提高了學生的創造能力、分析和解決問題的能力。

關鍵詞：單片機；流水燈；教學改革

作者簡介：王學惠（1974-），女，黑龍江友誼人，黑龍江科技學院機械學院，副教授；劉元林（1970-），男，山東平陰人，黑龍江科技學院機械學院，教授。（黑龍江 哈爾濱 150027）

基金項目：本文系黑龍江省高等教育學會“十二五”課題（編號：HGJXHB2 110872、HGJXHB1 110856）的研究成果。

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2012）28-0050-01

“單片機原理及應用”是機械工程專業的一門專業平臺課，課程內容側重于實際應用。該課程的教學對象是機械工程專業的學生，他們已具備一定的電工學和計算機及控制理論知識，教學上應以單片機結構及應用設計為主，使學生通過本課程的學習，具備獨立設計單片機測控系統的能力，能對單片機的組成原理和結構有比較深刻的理解，基本掌握單片機應用系統設計方法，可靈活地使用外圍芯片構成單片機應用系統，具備單片機硬件設計和軟件編程能力。

為了在現有的學時中盡快引導學生入門，使其在理論分析與實踐兩個方面的能力都有所提高，教師從課程內容體系安排和考核方式等方面進行了一定的探索和研究。

一、“單片機原理及應用”課程教學的現狀及存在問題分析

“單片機原理及應用”是一門理論與實踐聯系非常緊密的課程，目前的課程教學包括理論和實踐教學兩部分。下面就從理論和實踐教學兩個方面入手，分析目前單片機課程教學的現狀及存在的問題。

1.理論教學現狀及存在問題

理論教學是單片機課程教學的重要組成部分，也是實踐教學的基礎。目前理論教學主要依賴于課堂教學，傳統的理論教學主要依賴于黑板教學。計算機技術的發展和多媒體技術在教學中的廣泛應用，在一定程度上提高了課堂教學的效果。另外，啟發式、講授式等多種教學方法以及圖片、動畫、視頻等手段在多媒體課件中的應用，有效地提高了學生對理論知識的理解。但是，就教學效果而言，學生學到的只是單片機的理論，而且學習手段單一，枯燥，致使學生學得吃力，老師教得辛苦，教學效果也沒有顯現出來。學生不知道其所以然，自然也不知道單片機到底是如何工作，如何實現系統控制的，致使學生學習興趣不濃。沒有實踐的支撐，理論的教學就達不到預期的效果，自然理論也不能指導實踐。

2.實踐教學現狀及存在問題

目前的實踐教學主要形式為課內實驗，偏重于做一些常規的驗證性、認識性實驗，綜合性、設計性實踐環節較少，嚴重影響學生的動手實踐能力，不能很好地發揮學生自主學習的潛力，就業競爭優勢不明顯。[1]實驗課的教學采用實驗箱，進行實驗時，學生只要對硬件按照實驗說明進行簡單連線就可以完成，并不清楚原理。[2]這種方法對學生而言，大量的概念都是第一次接觸，而且抽象，沒有感性認識，往往不能充分理解理論知識，沒有創新性，沒有問題的提出，激發不了學生的學習興趣。

從以上現狀及存在問題可看出，該課程教學的主要矛盾點在于理論和實踐教學相脫節，理論教學單純學理論知識；實踐教學浮于形式，只演示一遍而已，不利于學生實踐技能的培養，更談不上工程應用能力的培養，不利于培養目標的實現。理論教學缺乏實踐的支撐和驗證，使得理論教學無的放矢。實踐教學也不能對理論教學起到很好的推進作用，最有效的方法是改革現有的課程教學體系，在實踐教學中學習理論知識，加深對理論知識的理解和運用，使得理論教學有的放矢。采用理論和實踐教學有機結合的方法，有利于提高學生的工程應用能力。

二、課程教學內容體系改革

本課程主要講述MCS-51系列單片機的硬件結構、組成原理和指令系統，并結合實例，重點介紹單片機應用系統的設計方法。對于實踐性、應用性很強的機械專業課程來講，實踐教學系統是關鍵環節。[3]

1.課程教學內容的制定

課堂教學是實踐教學體系中最重要的環節，其質量的好壞直接影響學生的學習態度與學習效果。[4]課程理論教學內容分為基本內容教學和擴展內容教學兩部分。在基本內容教學中以流水燈為課程主線，將最小系統、基本指令、中斷、定時器等內容融會到這個主線當中，以實際制作的流水燈為依托，不改變硬件結構，采用不同的方法實現燈的流水過程，從而深入淺出地把復雜的理論應用到具體的實踐中。擴展內容教學主要是在基本教學內容的基礎上，擴展外圍芯片（如A/D、D/A、顯示及鍵盤等芯片）構成單片機應用系統。

2.實作部分內容安排

黑龍江科技學院應用型本科人才培養的目標是培養學生的工程實踐能力，能夠動手制作單片機應用系統是單片機原理及應用課程所期望達到的培養目標。為實現這一目標，針對單片機這門實踐性很強的課程，必須構建以實踐為主線的課程教學體系，提高實踐環節在課程中的比重，尤其是實際用單片機制作完成一個系統，使學生在教中學，學中作，以作促學。

通過具體的實物制作，激發學生的興趣，使學生能夠真正體會到學習的樂趣。結合理論教學的內容，實作也分成兩個部分，一部分是以單片機為基礎的流水燈制作，另外一部分是以單片機為基礎的擴展制作。學生在熟練掌握基本技能的基礎上，以完成自選、綜合設計性內容為目的，教師引導學生自行選題、自主設計實作過程、自我選配實驗器材。[5]

三、教學改革的具體實施

整個課程的教學改革，以實踐為主線，課堂教學與實際制作相互交叉，以課堂教學為理論知識的支撐，結合具體的實際制作內容，擴展和鞏固了理論教學的成果，邊做邊學邊練習，具體實施如下：

一是課堂教學，首先講授單片機最小系統的組成及作用。實作方面準備制作最小系統所需的原材料，列出原材料清單，并購買齊全。按照課堂教學上講授的最小系統電路圖，制作最小系統。

二是以流水燈為主線，講解指令系統。實作部分，在最小系統的基礎上，根據各自的方案制作有流水燈的硬件電路。

三是在流水燈的硬件電路基礎上，通過改變不同的程序，實現流水燈的閃爍。訓練以中斷和定時器的方法實現燈的閃爍，理論和實踐相互融合，相互促進。

四是講授以單片機為基礎的應用系統設計，以一個實例為主，以模塊化的方式講解，如分成A/D、D/A及其他外圍芯片的擴展等幾個模塊。學生根據自己的興趣選擇一個模塊，完成從理論到實作的全過程，提高了學生的創造能力、分析和解決問題的能力，從而具備一定的工程應用能力。

五是按學生感興趣的方向，將學生分成幾個組，便于實施和管理。每一步完成都要檢查，確定其是否可行。

四、課程考核方式和評價的教學改革

課程以制作的實物作為考核和評分的依據，分成兩部分，基礎部分和擴展部分，分別占30％和70％。其中基礎部分主要結合理論教學的內容，實現不同形式的流水燈的制作；擴展部分，主要驗證整個作品的可行性，作品新穎，實用性強。以下是評分標準：

對所制作的實物系統進行深入分析，最好具有一定實用價值；設計方案合理、可行；軟件上，控制方案合理、可行；控制流程圖清晰；程序完整，無錯誤語句及代碼，調試通過，并對語句逐條解釋；硬件上，熟悉擴展芯片的參數，電路圖正確，布線合理，運行可靠；現場演示成功。

五、教學效果

教學改革的進行，一般以最終是否達到預期的效果為評判其是否成功的依據。以上的教學改革已經在機械類2008、2009級學生中廣泛展開，并取得了較好的教學效果。

1.課堂教學效果

通過課堂教學和實作相結合的教學方式，學生在理論課的學習過程中，不是單純為了學一條指令、學一種方式而學習，而是以問題和興趣為導向，主動的學習過程。學生能夠在教師的引導下主動查閱參考書目和相關資料來提出問題，在課堂上積極地思考和尋求問題的答案，形成良好的師生互動。

2.實踐教學效果

在實踐教學上，大多數學生能夠獨立地完成流水燈的制作。對于擴展部分的制作，除小組必須要提交的作品外，有的學生單獨制作了一個作品，有些學生則更深入地與教師探討，提出程序改進思路，完成擴展部分實作內容。實踐證明學生更喜歡以實作作為考核的方式。

參考文獻：

[1]趙汗青，劉玉波，李海燕，等.以培養工程能力為導向的機電實踐教學體系的構建[J].中國電力教育，2011，(19).

[2]侯俊才，等.“單片機原理與接口技術”教學改革與實踐[J].中國電力教育，2011，(30).

[3]王學惠，等.以實踐為導向的機電專業綜合實驗教學研究[J].中國科技信息，2010，(16).

[4]朱向慶，等.單片機原理及應用課程立體化實踐教學體系的建設[J].黑龍江教育(高教研究與評估)，2012，(4).

[5]李海燕，等.實驗教學創新的研究與探索[J].實驗室研究與探索，

2009，(8).

（責任編輯：宋秀麗）