基于電子設計競賽的單片機課程教學改革探索

劉瑞濤

摘 要：該文結合參加全國大學生電子設計競賽的經驗與體會，分析了電子設計競賽暴露出傳統單片機課程教學中的不足，提出了針對于單片機課程的項目化教學模式，對此教學模式的思路與具體實施過程進行了詳細闡述，對模式中的關鍵問題進行了深入分析。

關鍵詞：電子設計競賽 單片機 項目化教學

中圖分類號：G71 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）02（a）-0165-01

全國大學生電子設計競賽是教育部倡導的四大學科競賽之一。它由教育部高等教育司和信息產業部人事司共同舉辦，是面向大學生的群眾性科技活動，到2013年已舉辦過11屆。由于競賽內容與各院校教學實際緊密結合，且競賽題目的要求對相關專業課程的建設以及培養學生的實踐能力有很好的引導作用，因而受到越來越多的本專科院校老師和學生的關注與參與。從分析歷屆電子設計競賽題可以看出，很多控制類、數據采集類和信號類的題目在設計制作時都會涉及到單片機的知識，而單片機又是高職類學生必須掌握的主要技術之一，所以電子設計競賽對單片機課程的教學改革的促進作用也是日漸顯著。該文結合我們學院參加大賽的經驗與體會，談談電子設計競賽對單片機課程教學改革的啟示和影響。

1 單片機傳統教學中存在的問題

單片機課程的傳統教學方法是重理論、輕實踐；重分析、輕綜合；重個體、輕協作。

在單片機的理論教學中，傳統的授課順序是：單片機的組成與結構，指令系統，匯編語言程序設計，中斷與定時器，接口技術及應用，A/D與D/A轉換。這種教學過程，表面上看符合人們學習知識的規律，但是實際教學效果表明，學生只是把它當作課業任務來完成，而不是作為一門應用技術來掌握。對各部分知識的學習相對孤立，簡單程序設計尚能掌握，結合中斷系統編寫程序便沒有頭緒，遇到硬件連接問題更不知所措。更重要的是，現今電子設計競賽已經不僅僅是對單片機編程能力的比賽，而是對單片機外圍電路設計和外圍元器件使用能力的考查。

在單片機的實踐教學中，缺乏軟硬件綜合設計類的實驗。軟件實驗只是利用軟件模擬器讓學生在計算機上進行匯編語言編程訓練，學生們面對的只是程序設計，根本不知道各種指令有什么實際的應用；硬件實驗多采用商品化的實驗箱來完成，硬件連線、各種器件的選擇都已做好，學生們只是簡單的插線即可，根本不了解電路的結構也難以編出完整的程序，不能達到培養學生初步具有開發簡單單片機應用系統能力的目標，也達不到現在電子設計競賽對參賽選手的要求。

這樣培養出的學生對理論知識的學習不深入，對實踐技能的掌握不熟練，缺乏設計軟硬件電路的整體思路。

2 借鑒大賽經驗，對單片機課程進行項目化教學模式的嘗試

通過組織學生參加全國和學院的各類電子設計大賽，發現學生在面對大賽題目時，學習的積極性和主動性被極大的激發出來，對大賽題目涉及到的單片機知識能夠認真的去學習，而且學完之后就能應用于實際題目，理解的也較為透徹。如果能將大賽的這種模式與單片機教學結合，構造出全新的項目式教學內容體系，把所要講授的各項理論知識和實踐技能按由淺入深、現學現用的原則分解到一個個具有明確應用目標的項目任務中，讓學生在規定時間內依次完成這些任務來達到教學目的。首先應該根據教學大綱確定一個總任務，然后將總任務分解成具體的子任務，通過實現各個子任務，達到一門課程的教學目標。項目化教學要求以完成一個個具體任務為教學實施載體，把單片機的教學內容分解到每個任務之中。引導學生在解決任務的過程中學習理論知識和掌握實踐技能。

在項目內容的設計和順序安排上，必須注意循序漸進，按照教學進度逐步開展，關鍵環節要設計對應的項目任務。這就需要改變傳統的課程教學順序，尤其是對“單片機的組成與結構”這個章節，對各個功能結構的講解以服務各自項目為目標，以夠用為原則，緩慢介入逐步展開，這樣既提高了學生們的學習興趣，又避免了言而無物的空洞講解，提高了課堂效率。

以單片機原理教學為例，在開始學習軟件知識時可以用P1口控制8個LED這個項目來學習各類指令和編程語言程序設計：首先，介紹單片機的并口結構，這里重點講解并口的功能以及如何使用；其次，以P1口為例學習并口輸出電路的硬件連接與器件參數選擇，這里可以加入一些電子技能方面的知識，例如電阻、電容、二極管、三極管的選型與參數確定；再次，結合硬件連接編寫相對應的軟件程序，通過對P1口的控制可以觀察各個LED的亮滅，引起學生的興趣，這里重點對學生進行引導，發揮學生的主觀能動性，啟發學生自主編寫程序或對教師給的程序進行優化；最后，通過教師引導，讓學生利用現有硬件電路實現LED按不同的規律發光，從而熟悉大部分指令和常用的程序結構（順序程序、分支程序和循環程序）。后續項目還可以利用此電路學習中斷系統，用定時中斷、外部中斷等方法控制LED發光延時、按鍵控制，控制規律由教師根據內容逐步設計，最后可由學生發揮想象自己設計。

3 單片機項目化教學模式中的關鍵問題

首先，項目任務的設計是整個教學模式中的關鍵。項目內容的是否合適直接決定教學效果的優劣，在設計項目時既要考慮到以學過的內容為基礎，又要將本次教學內容涵蓋全，因此需要通過不斷的教學實踐與學生學習效果的反饋來設計和調整。

其次，精簡理論課學時，加強實踐教學力度。對那些完成任務所必需的理論知識要進行簡明扼要的講解，使學生具備完成項目任務初步理論基礎，之后讓學生在實驗室自主的完成各種項目任務，這樣既提高了學生的實踐動手水平，有鍛煉了學生的自主學習能力。在實施中可以將課堂放到實訓室，首先講解基本的理論知識，之后立刻結合這些知識點布置此次課需要完成的任務，在學生進行實訓中不斷觀察學生出現的問題，對于共性問題再進行集中講解，實現理實一體化教學。

最后，項目化教學對教學硬件條件有一定要求，首先要有理實一體化實訓室，實訓室中要配有多媒體教學設備，要配備基本的實訓臺，每個實訓臺上要有單片機實驗箱和用于編程的計算機，單片機實驗箱建議可以自行設計與制作，這樣更符合本校的具體實際和項目教學的開展。

4 結語

通過我校近幾年參加全國大學生電子設計競賽的成績來看，對單片機課程進行教學改革之后的成績提高明顯，尤其是2013年，還獲得了國家一等獎的好成績。通過單片機課程改革的實踐來看，依托電子設計競賽在課程體系，教學方法，實訓條件等方面都取得了長足的發展，也正以為此，電子設計競賽得到了越來越多教師和學生們的認可，對于推動學生工程實踐能力和設計創新能力的培養具有重要的現實意義。

參考文獻

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