單片機實踐教學方法的研究

荊蕾

［摘要］單片機原理與應用是一門實踐性非常強的課程，是電子、通信、自動化等專業的必修課之一。難度不大，實用性很強，很多學生覺得該課程比較難學。我們分析“難”的原因，一方面是知識面廣、概念難于理解，另一方面是軟硬件結合，需要綜合多門課的知識，對動手能力要求較高。解決這兩個難點的方法只有一個，那就是實踐。煙臺大學文經學院從2010年開始對單片機課程的實踐教學進行改革，至今已經取得了一些成效。本文從實踐的角度對該課程的教學進行探討，以期對獨立學院的單片機教學有一些輔助的作用。

［關鍵詞］單片機實踐教學課程改革

［中圖分類號］G642［文獻標識碼］A［文章編號］2095-3437（2014）06-0068-02

前言

為了有效提高學生的應用開發能力、實踐動手能力、設計創新能力、就業創業能力，對實踐教學進行全面改革迫在眉睫。煙臺大學文經學院從2010年開始對單片機課程的實踐教學進行改革，在提高學生動手能力，提高學生的綜合素質和專業創新能力等方面已經初見成效。

一、單片機教學的現狀

受傳統教學觀念和教學模式的影響，大多數高校的單片機教學都是采用課堂的純理論教學和驗證性實驗教學相結合的方法。課堂教學以知識的灌輸為主。實驗內容多是驗證理論，缺乏與生產實際、生活實際的聯系，學生只需照搬教師的講解就可完成。

此外，受“應試教育”思想的影響，教師普遍重視理論教學，將實踐教學看成理論教學的補充，對實驗、實習實訓重視不夠。另外，實踐教學既需要場地，又需要設備，投資太多，設備維護起來比較麻煩，尤其對于電子行業，淘汰更新的速度很快，所以多數學校的投資跟不上，教師的配套培訓跟不上，對學生實踐能力的訓練程度可想而知。很多學校的實驗、實習、課程設計完全是走過場，以參觀的形式完成，學生以草草數言寫一篇論文了事。這樣的實踐訓練對學生來說意義不大，無任何創新性、實踐性可言。

二、實踐教學改革措施

（一） 調整開課時間

目前，大多高校將單片機課程安排在第五學期時開設，之前安排有數字電路、模擬電路、高級語言程序設計等基礎課程，之后安排嵌入式系統、數字信號處理等課程。我們認為，該課程的教學時間應該提前到第四學期比較合適。第一學期開設高級語言程序設計課程，打好軟件基礎。模擬電路、數字電路課程分別在第二學期和第三學期開設，作為工科的硬件基礎課。

單片機的實踐性就決定了它是學科競賽的主角。與單片機課程密切相關的是“大學生電子設計競賽”，國賽和省賽交替在每年9月份舉辦。該競賽能夠磨煉、檢驗學生單片機學習、實踐水平。將單片機課程安排在第四學期，三年級的電子愛好者就能有機會、有能力參加競賽，并在準備競賽的過程中得到進一步鍛煉。

此外，如果學生想畢業后在電子設計方面有所發展，還有兩年的在校時間學習和研究，做一些項目，為踏上工作崗位做好準備、找工作的時候就可以目標明確，并且有一定工作經驗。

（二） 仿真和實踐相結合

高校單片機教學中使用最多的軟件是Proteus，該軟件是目前世界上最先進、最完整的單片機系統設計與仿真平臺。它真正實現了在計算機上完成從原理圖設計、電路分析與仿真、單片機代碼級調試與仿真、系統測試與功能驗證到形成PCB完整的電子設計、研發過程。將Proteus應用于課堂，引入實例很方便，有利于采用項目驅動法開展教學。課堂上引導學生構思如何設計電路，如何寫程序，并且能夠看得到設計的結果，通過案例進一步學習理論知識，概念就相對比較容易理解。整個教學過程中，教師已經成為學生學習過程中的引導者、指導者和監督者。

實驗要在實驗箱上完成，選取的多數是驗證性題目，目的是使學生掌握課堂上學習過的知識點。硬件電路已經基本搭好，學生只需根據題目要求選取不同器件的引腳后連線，并且編寫部分核心程序。畢竟初學者在知識不能融會貫通之前，編寫稍微復雜的程序還是比較困難的，所以將一個完整的程序扔給學生來編，難度較大，容易挫傷學生的學習積極性。我們采用了循序漸進的方法。一共16學時的實驗，布置8個題目。初期的三個實驗通常給出程序的大體框架，在框架中給出要編寫的語句注釋，讓學生用填空的方法補充完整程序。借此可以了解程序的架構、如何編程、如何下載程序等基礎內容，并對C語言的知識進一步回顧。之后的三個實驗只給出程序結構，核心程序段讓學生自己設計。最后的兩個實驗只需向學生交代清楚要做什么即可。

仿真的方法比較靈活，不必局限于實驗箱的設計，項目可實現的范圍比較廣，可以在課堂上引導學生思考時使用，也可以在課后練習中使用，省去了硬件的開銷，緩解了實驗室硬件資源的不足；實物實驗真實，更加鍛煉動手能力，二者結合應用于課程，可以互相彌補，合理配合。能夠培養學生的獨立設計、創新能力，使用項目驅動法將枯燥的知識融入項目，更加容易理解。

（三）課程設計嚴格考核

課程設計是單片機課程中最能鍛煉綜合能力、動手能力的一個環節。應盡量以學生自發設計為中心，教師從旁輔助、引導，嚴格要求，不能敷衍了事。實驗課中的內容多數是驗證性的，而課程設計才是最能真正發揮自己思想的。我們的課程設計分為如下幾個步驟：公布設計題目、3人一組自由搭配和選題、查資料、設計、驗收、答辯、總結、評分。

首先，命題的好壞將直接決定學生在設計中收獲的大小。命題時盡量留有一定的余地，只需提出大概要求即可，更多地留給學生自己發揮設計。例如設計16*16點陣的LED顯示，這個題目主要可以考查學生以下兩個知識點：點陣字模的生成原理和方法，點陣LED顯示的原理和驅動的方法等。至于顯示什么、顯示多少、如何顯示這些全部交給學生去發揮即可。點陣顯示在多數單片機課本里都沒有涉及到，但是屬于常用而且不難的模塊，學生入手做一個漢字的顯示還是比較容易的，實現這個功能后再加以發揮，學生通常會比較有信心進行下去，從而擴展稍微復雜的功能。題目的基礎要求一定不能太高，畢竟沒有經過專門訓練的學生要單獨完成一個題目還是比較難的，要讓學生有信心、有興趣去做就必須設計一些踮起腳尖夠得著的題目，出來部分結果后再發揮想象，加以擴展，也是對學生創新能力的訓練。

設計驗收必須嚴格要求，防止有些同學不努力、抄襲。學習本來就應該是個艱苦的過程，但是很多學生會避重就輕，選擇蒙混過關，這是對自己的不負責任，而這些同學的狀態也會影響到其他同學，所以驗收的時候不僅要看結果、還要聽學生講原理、講程序，并且根據學生的程序提出一些有漏洞的地方或者假設情景讓學生回答或進一步優化，這才能看得出來學生對題目理解的是否深刻。

分數的評定要綜合考慮這些方面：題目的難度級別、出勤、基本要求完成情況、擴展功能得分、答辯成績等。其中每個方面占總分的比例分別為20%、15%、30%、30%、5%。根據難度給出基礎分數，鼓勵能力較強的學生做稍微復雜、有創新性的題目。通過答辯可以鍛煉學生的表達能力，答辯者向全班同學介紹題目的進展和中間遇到的問題，互相探討和學習，激勵大家都做得更好。

整個設計過程中，教師不妨“懶”一點，指導要適度。課程設計要求24學時，我們分6天完成，每天只要在實驗室做半天即可，剩下的半天就讓學生自己去查資料，鍛煉學生查找文獻的能力。因為有后面嚴格的驗收和答辯，所以學生會有緊迫感，從而主動去查找資料，爭分奪秒地完成設計題目。這個對于單片機的學習也是重要的一環。畢竟我們只是學習51系列單片機的基本部件，有太多的功能都涉及不到，學生如果從事單片機開發，就必須去進一步學習，新技術層出不窮，學會查資料才能進一步學習。

學生的應用開發能力的提高不僅是教出來的，更主要的是練出來的，在實踐中悟出來的。

三、總結

單片機實踐教學改革已經進行了3年的時間，上述方法的使用初見成效。學院電子設計競賽的參賽人數逐年增多，獲獎人數也不斷增加，在山東省獨立學院中處于絕對領先地位。學生在對該課程的總結中都反映實踐教學的效果非常好，學生感興趣，有挑戰性，收獲很大，學的內容比課堂理論學習更加豐富。

當然，教學方法的改進不能一蹴而就，需要時間，更需要堅持不懈的努力。學生完成設計時的喜悅、找到工作時的興奮都是我們不斷前進的動力，雖然改革的成效已經擺在面前，但是還有很多的瑕疵需要進一步完善，我們將不斷向兄弟院校學習，不斷學習先進的科技，了解技術的進步，從而提高教師的實踐能力，進一步提高學生的實踐能力。

［參考文獻］

［1］周向紅,李建軍.單片機實踐教學的探討與研究［J］.實驗技術與管理,2007，（7）.

［2］郭海麗，單片機實踐教學改革的探索［J］.產業與科技論壇，2011，（8）.

［責任編輯：碧瑤］