“單片機技術”課程實踐教學研究

摘要：針對“單片機技術”課程理論抽象、與實際問題結合緊密、實踐性強的特點，結合電氣工程及其自動化專業人才培養目標及素質教育，確立了“單片機技術”課程的教學目標，探索了理論與實踐教學中各階段的實踐教學方法。通過該課程的多種模式的實踐教學改革，強化了學生創新能力的培養，有力地促進了人才培養質量的提高，取得了較好的效果。

關鍵詞：單片機；實踐教學；創新能力；教學模式

作者簡介：李春蘭（1967-），女，四川三臺人，新疆農業大學機械交通學院，副教授；艾海提·賽買提（1965-），男，維吾爾族，新疆烏魯木齊人，新疆農業大學機械交通學院，副教授。（新疆 烏魯木齊 830052）

基金項目：本文系新疆維吾爾自治區高等學校科研計劃項目（項目批準號：XJEDU2012I15）、新疆農業大學前期資助課題項目（項目批準號：XJAU201121）的研究成果。

中圖分類號：G642.423 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）23-0097-02

“單片機技術”課程是工科類各專業的一門重要專業基礎課程，是學生進行生產實習、畢業設計和畢業后從事嵌入式系統設計的重要技術基礎。[1，2]該課程一般以“模擬電子技術基礎”、“數字電子技術基礎”為先修課程，主要研究單片機基本結構、應用電路設計及程序設計，是實踐性很強的課程。作為一門理論性、實踐性都較強的課程，其教學目標是使學生獲得單片機應用技術方面的基本理論、基本知識和基本技能，培養學生分析問題和解決問題的能力，為以后深入學習計算機控制技術以及嵌入式技術應用打好基礎。

針對該課程的特點，為了在有限的學時內能夠盡快引導學生入門，在理論授課、實踐教學的每個環節教師都須注重實踐教學的滲透，幫助學生對各知識點的理解和掌握。筆者在教學中進行了一定的探索和研究。

一、各教學環節的實踐教學改革

該課程的主要內容包括抽象的理論教學、課程的實驗教學、課程設計等，如何激發學生的自主學習能力是一個關鍵。為了能夠進行有效的課堂教學，激發學生的主觀能動性，在教學實踐中貫徹在教師指導下的、以學習者為中心的學習方式，[3，4]并注重實踐教學的滲透。

1.課堂理論教學實例仿真演示

教學方法的改革離不開對教學內容的更新優化和對教學模式的改革。首先，在優選課程教材的基礎上，狠抓實驗教材建設，先后多次對課程實驗指導書內容進行充實和修改。其次，在課堂的理論教學中，以獨立的單元為單位，多舉實例，并將單片機仿真調試軟件Keil與單片機及外圍器件仿真軟件Proteus相結合，進行單片機內部資源和簡單外圍器件的調試與仿真演示。將相關軟件發放給學生，使學生能夠在有計算機的地方就能進行仿真實驗，提高學生的學習興趣。

2.改革實驗內容，開設綜合性設計型實驗

綜合性設計型實驗是實踐教學內容改革的重點和難點，在實驗課程中開設綜合性設計型實驗，以培養學生創新能力。同時把先進軟硬件技術與電子芯片不斷融入實驗實踐教學中，使人才培養與時代發展同步，與技術進步同步。

具體實施中，根據專業培養目標及教學計劃，制定了實驗教學大綱，并根據專業培養計劃要求，及時調整相關實驗內容。實驗教學內容安排的重點是培養學生的實踐能力，即根據控制對象能編寫出相應的程序，并能獨立解決調試程序中遇到的問題，改變了過去單一驗證性實驗，培養了學生的探索創新精神。

3.課程設計實踐教學

“單片機技術”課程設計的目的是為了培養學生整體動手能力和實踐能力。課程設計包括項目概述、項目要求、系統設計、硬件設計、軟件設計、系統仿真及調試，要求學生完成相應的設計項目后提供完整的程序清單和電路原理圖。在選題上，采用了實際應用項目實例，力求理論和實踐相結合，同時考慮培養學生解決工程實際問題和綜合應用的能力。典型實例都來自實際工程應用，有助于學生動手能力的培養和鍛煉。

此環節一般安排兩周的時間。按不同的題目將學生分成4～5人組成的小組，進行系統設計，包括硬件原理圖設計、控制程序設計及調試、實際系統面包板的搭建及調試等。首先教師布置課程設計任務，然后要求學生利用圖書館、網絡等一切可以利用的資源進行資料查詢，并且根據各組的課程設計任務進行控制系統方案設計、控制系統電路原理圖設計、控制程序編寫；將單片機仿真調試軟件Keil與外圍器件仿真軟件Proteus相結合，進行模擬調試；最后進行實物制作和程序調試，從而通過實時實驗對課程設計的方案進行驗證。圖1、圖2分別是步進電機正反轉控制課程設計的部分成果。

課程設計中使學生熟悉和掌握了基于單片機的小型控制系統設計的完整流程，熟悉了軟件聯調方法和技巧，掌握了仿真軟件從工程的角度直接看程序運行和電路工作的過程和結果。從某種意義上講，彌補了實驗和工程應用間脫節的矛盾和現象，大大縮短了開發周期，讓學生在學校得到了工程師的基礎培訓，具有創新性。

4.畢業設計實踐教學

畢業設計的題目可以來自教師的科研項目、課題，也可以是現實生活、實際生產中需要解決的控制問題，甚至是學生感興趣的科技創新活動中需要解決的問題。在畢業設計過程中，學生根據在課程設計中獲得的實際經驗和能力，可以進行相關的系統開發；利用實驗室的硬件設備以及相關仿真軟件，可使得與單片機相關的畢業設計進行控制算法的研究，并利用自己開發的硬件平臺進行程序驗證，既有效解決了以往單片機類畢業設計結果無法驗證的難題，又完成了一定系統的開發實踐，為學生進入社會奠定了一定的基礎。如畢業設計“冷庫在線溫度控制系統設計”，該題要求學生完成小型冷庫系統溫度的在線監控。為保證監測的溫度能夠反映冷庫不同位置的溫度，學生提出了利用四個溫度傳感器檢測冷庫中四個不同點位置的溫度，并以它們的平均值作為冷庫的在線檢測溫度。在線檢測溫度、溫度平均值計算、溫度顯示、加熱及冷卻的控制，以及輔助功能的控制都由控制程序來實現，而單片機作為控制器，通過其外圍的硬件電路及控制程序來實現對冷庫溫度的在線檢測與控制。其面包板實物連接圖如圖3所示。

5.全國大學生電子科技大賽

全國大學生電子設計競賽是面向大學生、大專生的群眾性科技活動，目的在于推動普通高等學校信息電子類學科面向21世紀的課程體系和課程內容改革，引導高等學校在教學中培養大學生的創新意識、協作精神和理論聯系實際的學風，加強學生工程實踐能力的訓練和培養，促進高等學校形成良好的學習風氣，同時也為優秀人才脫穎而出創造條件。

為鼓勵和組織學生參加全國電子科技大賽，新疆農業大學機械交通學院實驗室購買了一定數量的電子元件，能源與電氣工程系的教師組織學生參加實踐活動，指導學生掌握源程序編譯軟件的使用、硬件仿真軟件使用、電路板制版軟件使用、將制版文件導入電路板雕刻機完成電路板制作等，并利用暑期對學生進行集中培訓、訓練，完成常用電路的設計、制作及調試的工作，培養學生解決問題、團隊合作的能力。圖4是學生賽前的部分作品。學院在2009年、2011年先后兩次參加了全國大學生電子科技大賽，有18人次獲省部級競賽獎項，取得了比較好的成績。

二、實踐教學的特點及考核方式

通過多年的“單片機技術”課程實踐教學得出以下結論：

（1）課程實行了理論教學與實踐內容相結合的改造，目標明確。依據教學大綱的要求和實踐教學的目的，選擇能夠貫穿實踐能力培養的實踐項目，教學內容在逐步完成實踐項目的過程中展開，課內課外訓練并行，通過完成實踐項目的訓練過程培養學生單片機的實踐能力。

（2）基礎理論教學內容能即時通過軟件仿真驗證，說服力強，學生印象深刻。

（3）各實踐環節彼此關聯，從小到大，從簡到繁，從局部到整體，層層推進，形成了一個完整的實踐教學模式。

（4）采用了以形成性考核為主的考核方式。能力考核貫穿實踐教學始終。以對完成項目的過程考核為主的方式，對學生掌握基本知識與技能的程度、工作態度、完成項目的情況進行公開、公正、多方參與的考核評價。

三、結論

根據“單片機技術”課程實踐性很強的特點，構建了課程實驗、課程設計、畢業設計、大學生科技大賽等實踐環節相結合的實踐教學活動，實現了傳授、學習、實踐等教學全過程的模式改革。通過這些實踐教學活動，使學生積累了實踐活動的經驗，激發了學生濃厚的創新意識、強烈的實踐參與意識，為專業課程的學習奠定了很好的基礎，也為以后深入學習計算機控制技術以及嵌入式技術應用打好了基礎。

參考文獻：

[1]潘永雄.新編單片機原理與應用[M].第二版.西安：西安電子科技大學出版社，2007.

[2]張洪潤，孫悅，張亞凡.單片機原理及應用[M].北京：清華大學出版社，2008.

[3]王曉燕.建構主義教學理論與信息化教學模式的構建[J].現代情報，2006，（2）：184-186.

[4]董昊悅，高傳喜.構建主義教學模式理論與實踐[J].教學與管理，2008，（10）：24-25.

（責任編輯：孫晴）