單片機教學改革探索與實踐

唐新星?岳曉峰?劉嫻萍

摘 要：針對目前單片機課程教學中存在的弊端，提出了改進教學方法與形式、調整教學大綱與學時數、參與工程項目實踐等多方面對單片機教學改革的方案和措施，以實踐激發與培養學生的學習單片機課程興趣，增強學生的創新意識，取得了良好教學效果。

關鍵詞：單片機教學；教學改革；創新思維

隨著科技的迅速發展，單片機對于促進各行各業實現信息化、數字化、智能化和產品化具有重要的作用，小到家用智能電器，大到工業儀表、汽車等領域，均有單片機的身影。單片機原理與接口技術作為機械電子工程專業的必修課，其培養目標是使學生掌握單片機的原理，并能夠進行程序設計，達到具有獨立分析、解決問題的能力。但單片機教學是一門涉及模擬、數字電子技術、信息采集、控制技術與程序設計等知識的綜合性課程，由于機械專業學生前期的電子方面基礎課程的薄弱，加上單片機課程抽象、枯燥，因此，通過單片機實驗與實踐課程激發學生的單片機學習興趣，就顯得尤為重要。本文著重討論現行的單片機教學環節存在的弊端，提出更加滿足學生需求的實踐性教學環節的新思路、新方法。

1.單片機教學環節存在的弊端

單片機功能越來越大，但單片機課程教學的效果不是十分理想。目前主要表現在以下幾個方面。

（1）目前，單片機教材或參考書僅從原理上引導學生對單片機的理解，此內容抽象難理解，同時匯編語言程序也會給學生理解帶來困難，給學生帶來一種單片機很難學的錯覺。因此，大多數學生不能深入地進行學習。

（2）單片機課程是一門針對硬件進行編程的綜合性課程，除掌握基本理論外，進行實踐鍛煉必不可少，且不容忽視。但目前理論課時和實驗課時少，不能滿足其教學計劃的需要。理論課時少致使授課過程中僅實現單片機原理與接口技術的講解，不能進行過深、過多地拓展；實驗課時少，只能選做一些驗證性實驗，而對于設計性或者綜合性的實驗則很難進行，這將缺乏對學生綜合運用知識的能力的培養和提高。

（3）課程設計要求學生能夠獨立完成查資料、定方案、軟硬件設計調試、撰寫設計說明書等工作，進一步提高學生綜合分析、設計和創造能力，增強學生工程設計意識。但目前，課程設計無法對系統設計各環節進行實戰練習。

（4）實驗箱數量有限，硬件資源不足，致使一組多人，多人一機，部分學生對實驗的意識不強，甚至存在偷懶、不動手的現象。此外，學生利用實驗箱簡單插線，往往忽略實驗電路原理的重要性，而且，實驗箱硬件設計內容不能改變，難以進行新實驗設計，在一定程度上制約了學生創造力的培養。

2.單片機教學改革與實踐

（1）改進教學方法與形式。在單片機教學中，著重突出單片機技術的典型性，注重單片機系統應用設計。在單片機多媒體教學教學過程中，引入Proteus仿真工具，利用軟件模擬直觀地演示激發學生的學習主動性。學習主動性是學生探求知識的巨大動力，是激發創造的精神源泉，是培養應用創新型人才的關鍵。同時，在仿真設計過程中，也可以促進學生硬件電路設計能力的培養與提高，有利于改善教學效果。

（2）培養學生的學習興趣。“興趣是最好的老師。”學生一旦對單片機有了濃厚的興趣，便會主動去求知、去探索、去實踐。因此，在教學中，利用具體案例，通過啟發式教學方式，引導和培養學生的實際動手操作能力、設計興趣和創新思維。在完成理論授課后，給學生留一些實際的設計項目，使學生在實際應用中學會自己思考。

（3）以增強創新意識為目標，實施實驗教學環境改善。單片機技術屬于綜合技術學科，學生除能自己獨立編寫程序、完成驗證性實驗外，還需能自行搭建實驗電路進行創新性設計實驗。通過一系列單片機實驗了解其實際應用，培養學生合作能力和獨創精神，以達到培養學生綜合能力的目的。

（4）調整教學大綱。單片機課程學時較緊，實踐教學單純依靠本課程的實驗課時，遠遠不能使學生熟悉單片機知識的應用和全面掌握單片機系統開發方法。因此，長春工業大學機電工程學院在制訂2014版教學大綱時，對教學大綱進行了調整。自2014級入學的新生開始，將單片機原理與接口技術的總學時數調整為50學時，其中包括10學時實驗，另外，課程設計為2周。同時，在考核方式上，調整各部分所占比例，以實驗成績為主要參考，實驗成績不達標，則取消期末考試成績。

針對目前課程設計存在的弊端，可使得選題更加多樣化、趣味化、實用化。題目多樣化以后可以讓學生有自由選擇與發揮的空間，在完整地進行完單片機系統設計后，培養學生自主實踐能力，為將來走向工作崗位奠定堅實基礎。

（5）參與工程項目實踐。在實驗中，篩選一些動手能力強的學生，將他們選入實驗室，并依托現有的裝備條件，讓學生積極參與教師科研項目的研發。例如，在如圖所示的人體含水量測量控制系統開發中，首先向學生講解了該裝置進行人體水含量測定的基本原理、單片機與觸摸屏的接口原理，再對重量傳感器的使用、觸摸屏程序的編寫進行了分析、引導，很快實現了基于單片機的人體含水量測量裝置的開發，目前已交付科技展館使用，同時，控制軟件也登記了軟件著作權。

（6）以電子大賽、大學生創新訓練計劃項目為契機建立開放式實驗室，推進單片機課外教學。在學校、省、全國大學生電子設計競賽以及大學生創新訓練計劃項目的推動下，建立開放式實驗室，讓學生自主地走進實驗室，在單片機應用中進行科學創新，推進單片機課外教學。開放性實驗以學生為主體，充分發揮團隊以及個人的發散思維，自主設計實驗方案、自主完成實驗過程、自主處理實驗數據，為電子大賽的設計以及大學生創新項目的確立提供思路與參考。

3.總結

單片機原理是一門不斷更新的課程，新型芯片層出不窮，一方面，教學過程中要選用新型芯片為例進行講解與引導，另一方面，要通過實踐教學改革，提高學生創新能力和增強學生的綜合素質，培養實際動手能力。在實踐中，不能單純地驗證單片機基本理論，更應該通過對單片機課程教學改革的實踐，培養學生創新能力。教師應在實踐中加快教學方法的更新，促進創新實踐教學平臺的搭建，鼓勵學生積極開展課外實踐活動，并通過參加系列科技競賽或教師科研課題的研究，日益提高教學效果，為實現機械工程應用型本科生的培養的探索提供重要參考。

參考文獻：

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[2]龐前娟，魏麗娜，李精華.基于Proteus的單片機實踐教學改革探討[J].桂林航天工業高等專科學校學報，2009（04）.

（作者單位：長春工業大學機電工程學院）