單片機課程改革探索與實踐

李文方+李海霞

摘要：單片機課程作為電子通信類專業學生的一門專業課，具有舉足輕重的地位。通過分析該課程的課程地位、存在問題，提出一系列課程改革的方案，旨在樹立工程教育的理念。在課程內容上進行適當調整，引入C51教學的同時加入PROTEUS仿真，并對新型器件的實用進行相關介紹；在實踐教學改革上增加綜合性設計性實驗；提倡項目法教學，改革教學手段，為提高學生的工程實踐能力奠定了基礎。

關鍵詞：單片機；改革；工程教育；仿真

中圖分類號：G640文獻標志碼：A文章編號：1673-291X（2014）18-0287-03

隨著國家“卓越工程師”計劃的廣泛推進及教育部“應用科技大學”戰略技術的實施，對應用型高校的人才培養起到了巨大的推進和促進作用。隨之帶來的是教學方法、人才培養模式及各類實踐性課程的課程內容的改革。對電子信息工程、通信工程、測控技術及儀器等專業而言，單片機原理是一門重要的專業課。其內容以單片機的原理、結構及實際應用為主，掌握單片機設計開發技術，具有一定的軟、硬件設計基礎和動手能力，已成為電類專業學生的必備技能。單片機應用能力的高低對于電類專業學生的就業及綜合素質的提高具有重要的意義[1~2]。因此，對電類專業而言，培養工程實踐人才，提高人才的綜合素質，單片機課程的改革勢在必行。

在本課程的改革中，本著“理論夠用，強化實踐”和“輕內部結構，重外圍系統和編程”的思想，對本課程的課程內容和教學方法以及考核方式進行一系列的改革。

一、課程內容的改革

1.改變單片機教學編程語言，引入C51教學

單片機的編程是課程教學內容的重要組成部分，在以往的教學中，通常采用匯編語言教學，國內公開出版的教材，也大多都是基于匯編語言的。在本課程的教學中，由于課時有限，只是在教材的其中1章，對C51進行了2~4學時的簡要介紹，結合學生以前有過的C語言的基礎，讓學生課下學習的時候有個起點。但是，通過教學實踐發現，這樣的效果并不好：一方面，很多學生覺得匯編語言晦澀難懂，加之單片機發展很快，單片機的型號也很多，不同系列的單片機匯編語言幾乎都不一樣，可移植性較差，所以單片機實際開發過程中，很多學生沒法用匯編語言進行稍微復雜的程序編寫；另一方面，學生對C51的學習，缺乏連貫的學習和引導，課下又有沒有自主學習的習慣，因此也無法熟練進行C51編程。這就導致學生在單片機編程方面存在著很大的缺陷[3]。

鑒于此種現象，為了讓學生在學習完單片機之后，能夠切實掌握一種編程語言，熟練進行單片機軟件的編程，在課程內容改革中，刪掉對匯編語言的介紹，只簡要介紹幾種尋址方式，以便讓學生對存儲器結構及尋址方式有一定的認識，在各個模塊的學習中，全部采用C51進行講解。采用C51編程，一方面降低了編程的難度，另一方面隨著C語言編譯器的升級，C51編程的效率已經非常接近匯編語言[4]。所以在單片機教學過程中選擇單片機C51語言作為主要的編程語言來講授，借助學生在前續課程中C語言的學習，采用C51作為單片機學習的常規編程語言，對學生而言難度不大。

2.引入Proteus仿真技術

由于單片機的實踐性強，教學的過程中必須軟硬件結合，也就是將單片機編程和外圍電路設計相結合，才能讓學生對單片機的功能有深刻的認識并掌握其設計技巧。在單片機應用開發過程中，硬件外圍電路的設計和軟硬件結合的調試過程是非常重要的環節，但是由于硬件條件所限或時間不允許，課堂上很難實現這些，這就導致了學生課堂學習認識較膚淺。即使老師在課堂上講解一些實際應用案例，學生也只能通過老師的分析和自己的理解勉強明白其中的意思，所以課堂教學更偏重于理論的講解、分析和軟件教學，無法使學生有更進一步的深刻認識。而傳統實驗教學又多停留在實驗箱操作上，設備維護需花費較多的時間和經費，容易造成資源浪費，而且以驗證性和模仿性實驗為主，無法讓學生完成純粹設計性的實驗[5~6]。為此，在單片機的教學中我們采用了單片機系統的虛擬仿真軟件——Proteus，從而提高課堂授課效率以及學生實驗實施效率。

Proteus軟件是一個功能強大的仿真軟件，能提供各種電子元器件及單片機芯片的仿真模塊[5]。在此仿真環境中如同實際搭建電路一樣，可以完成單片機系統電路圖的繪制，然后加載對應的程序就可以啟動仿真，從而驗證電路結構和單片機程序的正確性，同時充分仿真單片機系統的工作情況，這實際上是用虛擬單片機系統代替實際硬件電路。Proteus軟件還可以實現與Keil軟件開發環境的聯調。在課堂教學過程中我們除了使用Proteus和Keil軟件完成例題的仿真演示外，還將單片機程序下載到單片機學習板中進行實物的演示，同時讓學生參與到演示過程中，大大地提高了課堂教學的活躍性和互動性。

總之，通過引入Proteus仿真，一方面在課堂教學中，利用Proteus軟件進行例題電路的原理展示與分析，電路線路清晰，分析方便，仿真結果直觀清晰，大大提高學生學習興趣，加深認識；另外，在實驗課上，通過引入Proteus仿真軟件，將程序運行于虛擬的單片機上，使軟件調試不再依賴于實物硬件電路，仿真結果達到系統預期效果后，再進行硬件實物制作。這樣既達到了實驗效果，又經濟方便，還節省了時間，大大提高了教學效率。

3.改革實踐教學內容

對單片機課程而言，實踐教學是課程教學的一個重要方面，對課程的教學質量以及學生專業素質的提高起到關鍵的作用。在本課程改革中，對實踐教學的改革主要從內容和方式上進行。具體就是，在課程實驗教學中，利用Proteus進行實驗項目的的仿真，集中鍛煉學生的編程能力；在仿真成功的基礎上，根據實驗學時的安排，選取1~2個進行實物制作。在集中實踐環節中，可以選擇一個典型的、技術較為先進、難度適中、測量內容較全面的某一個自動測試系統為中心來完成對應的實踐任務，圍繞該典型系統設計鍛煉學生電路設計知識及測量技術基礎，并讓學生完成從原理分析、方案設計、元器件選用、電路設計、程序編制、組裝、焊接等各個環節的訓練。如果所有學生都能很好地經歷這樣一個系統設計的全過程，學生的職業能力將有一個很大的提高。

二、課程教學手段改革

1.提倡基于工作過程的新型教學方式

單片機教學圍繞項目展開，以項目的開發步驟作為教學順序，將單片機的知識點穿插到開發項目的過程中，引導學生邊做邊學。換句話說，將整個單片機的內容分成大大小小不同的知識點，每一個或者幾個知識點對應一個小項目，項目由易到難安排，每堂課的教學任務就是完成一個項目產品，其中涵蓋當次課所要講述的單片機相應的理論知識。把所有的項目完成之后，學生就接受了單片機所有的理論知識以及對應的知識的實際運用，這樣的教學方法對學生而言，既積累了動手實踐經驗，又能很好地掌握單片機的理論知識點。

2.加強課程和對應課程群的聯系，以工程應用的思想指導教學

加強單片機課程和傳感器、電子測量和智能家電課程的聯系，組成對應的課程群，在課堂的教學中，脫離傳統教學中單一的就課論課、在教師授課過程中對相關聯的課程和學科知識點之間不進行聯系或者相關知識點在不同課程中重復講述的現象[7]。在對某個案例進行講解的時候，結合課程群里對應的別的課程，把所用到的知識進行統一歸納，理清思路，給學生提供或者引導學生提出一個或幾個合理的解決方案，并從中擇優選擇，然后進行軟硬件的具體設計、仿真和實施。

endprint

這種結合課程群進行案例教學的方式，一方面可以使學生將本課程與先修課程以及后續課程之間的關系有明確的認識，從而對學習的脈絡有清晰的認識；另一方面結合課程群，進行項目實例的講解和分析，跟實際應用更加接近，有利于加強學生對知識的綜合運用，培養工程教育的思想。

3.寓教于賽，教賽結合

對應用型高校的電子類專業學生而言，兩年一度的全國電子設計大賽和每年進行的全國電子專業人才與技能大賽是很好地檢驗自我的機會，結合我校近幾年在全國各類電子類賽事的良好成績和成功經驗，探索出了“寓教于賽，教賽結合”的教學模式。在教學過程中，結合對應的電子設計賽題進行深入剖析，分析題目用到了所學的哪些知識點以及如何實現，讓學生對當前所學知識的具體應用有明確的認識。這樣，一方面提高學生學習的興趣，另一方面也鍛煉了學生分析解決實際問題的能力，提高了他們參賽的積極性，從而有利于在大賽中取得更好的成績。

三、考核方式的改革

傳統的終結性考核以理論知識、標準答案、閉卷形式為主，課程的考核要靈活多樣，激發學生的學習自主性，提高學習的自覺性和自學能力。課程體系的過程性考核以技能、綜合評價、開卷等方式為主，同時可以加入實物制作成績等。根據單片機課程的特點，可以在終結性考核中采取“實驗20%+自主設計30%+卷面成績50%”的方式，對參加電子設計大賽并取得良好成績的學生，適當加大創新分數，這樣可以給動手能力強、具有創新意識的學生機會，此法也利于激發學生的創新積極性。

四、結論

本項目體現工程教育的思想及應用型人才培養目標下單片機課程理論實踐一體化教學模式的嘗試，改變傳統的先在體現課堂講理論，再到實驗室去做實驗的方式。是把講解基本理論和編寫程序、軟件和硬件的仿真相結合；并利用案例教學，給學生創造機會，拉近與實際應用的距離；把教學與電子設計大賽相結合，“寓教于賽，教賽結合”。

整個項目的實施，始終貫徹以學生為主題，以專業人才培養目標為準繩，以就業為導向，把“教、學、做、訓、賽”有機結合，加強了學生核心技能的培養和訓練，使教學效果達到了最優化。

參考文獻：

[1]牛曉玲.淺談單片機教學改革[J].中國科技信息，2012，(16)：170.

[2]淡海英.談高職教育中《單片機原理及應用》課程改革的一點思考[J].軟件，2012，(7)：158-159.

[3]曾維鵬，蔡莉莎，吳恒玉.基于“教學做合一”的單片機教學改革研究[J].蘇州市職業大學學報，2013，(2)：84-86.

[4]羅維平，王東，李宇，劉純天.“單片機原理及應用”課程設計的改革探討[J].武漢科技學院學報，2005，(11)：47-50.

[5]李萬軍.基于Proteus的單片機虛擬實驗平臺的開發[J].工業控制計算機，2O08，(8)：53-54.

[6]李鵬飛.Proteus軟件在單片機一體化教學中的應用[J].信息通信，2014，(1)：287-288.

[7]張麗霞.單片機課程教學改革與實踐探索[J].電子世界，2014，(1)：174-175.

Exploration and Practice on MCU Course Reform

LI Wen-fang，LI Hai-xia

（Huanghe Science and Technology College，Zhengzhou450063，China）

Abstract：Single chip microcomputer has a pivotal position as a Professional course for students majoring in electronic communication.By analyzing the status and existing problems of the course，it puts forward a series of curriculum reform，aims to build up the idea of engineering education.Particular way is to adjust the course content，use C51 language as the main programming language and use PROTEUS to simulate the result；increase the comprehensive design experiments on practice teaching；advocate the project teaching method and reform the teaching methods in order to improve the students ability of engineering.

Key words：single chip microcomputer；reform；engineering education；simulation[責任編輯 魏杰]

收稿日期：2014-01-18

基金項目：鄭州市2013年教改項目—民辦本科高校基于應用型科技人才培養的《單片機原理及應用》課程教學體系改革（ZZJG-A6024）

作者簡介：李文方（1983-），女，河南駐馬店人，測控技術與儀器教研室負責人，講師，碩士，從事電子與通信系統研究。

endprint