單片機技術在中職學校的教學探索和實踐——實訓教學探索和實踐

浙江 周海兵

單片機技術課程是高校電類專業必學的專業課，甚至是計算機專業學習的專業課。單片機技術的應用涉及人類社會的方方面面，并且起到非常重要的作用。比如：在工業、軍事、航天、服務業、農業等都有廣泛的應用，甚至我們生活中使用的電子產品都有單片機的應用。在這樣的社會背景下，社會需要大量的單片機技術人員從事單片機的技術開發、維護和維修。在這種需求關系下，中職學校開設了單片機技術課程，培養單片機技能人才供應社會的需求。單片機技術是注重實際應用的技術，怎樣培養學生的單片機技術的應用能力一直是難題。現在普遍采用理實一體化教學，理論課和實訓課同時進行。筆者從事多年單片機技術教學，在教學過程不斷探索、實踐單片機技術的多種實訓教學方式。

一、面包板實訓教學形式

中職學校剛開設單片機技術，學校缺少單片機實訓的設備和設施。某些中職學校的財政撥款數額有限，學校不會采購大量單片機實訓設備。但是單片機技術課程是一門重理論與實踐相結合的技術，光學習理論知識，不實踐，是做無用功。在這種情況，筆者設計了一套低成本的單片機實訓形式——面包板實訓教學形式。如圖1所示

圖1 面包板實物圖

教師在課堂結合實訓傳授理論知識，考慮中職學生的知識水平要刪除次要的實訓未應用到的知識點，重點講解實訓應用到的知識點。實訓課前教師下達實訓任務，學生根據任務在課前或實訓課堂設計硬件電路，再在機房計算機上編寫設計程序，通過編程器下載程序到單片機進行調試，指導任務完成。在這個過程中，教師輔助指導，引導學生思考，幫助學生完成任務。

這種在面包板實訓教學形式的優缺點。

優點：

1.項目的電路由學生親自動手設計，教師起輔導作用，提高了學生的硬件設計能力。

2.元器件和導線都是插在面包板上的，出現錯誤時可以隨時拔插更改，提高了調試的效率。

3.硬件電路全要學生親自設計，學生必須深入學習外圍元件、芯片的資料，擴展了學生的知識面。

4.由于面包板和元器件由學生自己保管，學生可以在課余時間設計單片機電路，更好培養優秀學生。

缺點：

1.由于元器件的經常插拔，造成面包板上的接口接觸不良，造成功能無法實現，這時學生不清楚是電路出問題，還是程序出問題，給調試帶來困難。

2.由于電路學生設計，會出現設計錯誤，通電后損壞元器件。整套材料是學生自己保管，會出現丟失小元器件的現象。

二、單片機開發板實訓教學形式

某些中職學校教學經費允許的話，可以采用單片機開發板實訓教學形式。單片機開發板網絡上有銷售，可以通過網絡購買，價格實惠。也可以組織學生開發一套單片機開發板。筆者組織了學校掌握單片機技術扎實的學生開發單片機開發板。教師和學生共同討論確定開發板上實驗項目內容，并確定了實驗項目分基礎實驗項目和提高實驗項目。基礎實驗項目是最基本的實驗，要求每個學生要掌握的。提高實驗項目難度較大的實驗，是提供給優秀學生繼續深造學習的。確定了實驗項目，學生根據教師的指導，在面包板上逐個設計實驗項目的電路，再編程調試，確定電路的正確性，最終整合設計了一個單片機學習開發板，如圖2所示。

圖2 單片機開發板實物圖

采用單片機開發板教學，學生不用自己設計硬件電路，而是根據開發板上的電路去編寫程序，實現任務的功能要求。上實訓課時，教師先講解開發板上該實驗項目電路的原理，再編寫個小程序演示，接著學生們開始著手設計自己的程序實現實驗功能，教師及時輔導幫助。這種教學方式幾年下來，發現學生的編程設計能力提高很快，但硬件設計能力下降了。教師在實訓課時，大力講解硬件電路的原理，想彌補學生硬件設計的能力，但學生沒有親自動手設計電路，光靠教師的講解，學生的硬件設計能力明顯偏差。

這種單片機開發板實訓教學形式的優缺點。

優點：

1.克服了在面包板設計電路由于接觸不良造成的困難。學生考慮自己設計的程序的正確性，不需要考慮電路的問題，這樣提高了實驗的成功率。

2.電路板都是成品，不需要插拔元器件，不會由于學生的誤操作損壞元器件。

缺點：

1.電路都做好了，學生不需要自己設計，不利于學生的硬件電路的設計能力培養。

三、“實驗箱”（需要連線）實訓教學形式

面包板的接觸不良給單片機實訓造成難度，單片機開發板的電路已經確定學生只管編程不利于培養硬件電路的設計能力，這種情況下筆者開始探索新的實訓教學方式。亞龍單片機實訓臺把單片機的硬件電路做成模塊化，模塊之間需要導線連接，連接好之后編程實現功能。這種形式有助于硬件設計能力提高，但模塊中電路是固定的，不利于培養硬件設計能力。在這種設備的啟發下，筆者構思出了一種新的單片機實訓方式——“實驗箱”（需要連線）實訓教學形式。

“實驗箱”實訓方式不同市場上所說的實驗箱。根據單片機實驗的要求，把所需要的元器件和芯片做到電路板上。但各元器件和芯片之間沒有任何電路連接，把各元器件和芯片的管腳通過電路板的電路引出一個圓形端口可供連線。在實訓課時，學生根據實驗要求，選擇元器件和芯片，通過連接線連接形成實驗電路，再編程調試。整個電路需要學生自己設計和連接，但不同于面包板，它是采用專門的連接線連接的，克服面包板的接觸不良的問題。這樣很好地提高學生的硬件設計能力。

前面敘述的三種單片機實訓方式中，前面兩種是筆者已經實踐了多年，總結分析了他們的優缺點。第三種是筆者的構想，已經正在努力實施開發，不久將應用到筆者所教的職業學校的單片機課堂。

[1]劉揚.單片機原理及應用.北京理工大學出版社，2009-8-1.

[2]寧凡,王宇.51單片機基礎教程.北京航空航天大學出版社，2008-3-1.