《單片機》教學方法的發展與改革研究

盧偉等

摘 要：單片機技術的迅速發展，對于單片機教學，無論在教師講解，在學生學習，在實際能力培養上都有更高的要求。文章分析了原有的單片機的教學的種種弊端，概括了現在的新的教學模式的利弊，根據教學實踐經驗提出了能更好地培養學生的實踐能力的導師制下以團隊為培養對象的興趣小組的創新學習培養模式，來進一步推動單片機教學的改革。

關鍵詞：單片機教學 教學方法改革 創新培養模式 興趣小組

中圖分類號：G642.7

文獻標識碼：A

文章編號：1004-4914（2015）06-231-02

單片機自從問世以來，就由于其小的體積，大的性能特征而越來越多地應用于人類生活的各個領域，單片機的發展和技術進步的速度也是快到應接不暇。涉及工業控制，信號處理與控制，信息檢測與識別的各個行業，單片機都是不可或缺的。近20年來，隨著計算機的普及以及電子控制技術的迅速發展，單片機課程從最初的計算機專業和電子信息專業進行開設，到相關的大專院校的工科專業都在開設，單片機應用技術或單片機接口技術的相關課程作為必修專業課列入了大學培養計劃。單片機的相關課程的內容是隨著電子技術的進步而不斷的進行更新的。因此，對于課程的教材的更新，對于教師的知識的更新，對于教學方法和模式的改革都是與時俱進地發展變化的。這種狀況決定了對高校的單片機課程的任課教師，實驗指導教師而言都提出了更高的要求。如何教好單片機課，如何開展單片機實驗，學生又如何學好單片機，用好單片機，鍛煉自己的實踐能力都成為了課程改革的關鍵。

一、原有教學方法的發展與弊端

10年前的教學中，單片機的語言統一為匯編語言，而匯編語言的局限性明顯，因此，高級語言取代匯編語言的趨勢是不可逆的。10年前，多媒體教學尚未普及，教師的教學局限于書本和黑板，大大地限制了課堂的教學容量，例如講解到存儲器擴展時，教師就需要把涉及到的設備框圖繪制到黑板上進行講解，費時費力而又晦澀難懂。而計算機網絡的落后使得學生借助網絡資源學習和進行知識的拓展也是可望不可及的。最初的實驗設備是單片機開發板，而開發板能夠實現的功能又少之有少；開發板的鍵盤按鈕是非通用的，如果開發板的配套說明書丟失的情況下，除了實驗教師，其他人是難以正常操作的。當時的MCS-51系列單片機的存儲器是紫外線可擦寫式的，單片機內部程序的燒錄是異常繁瑣。

對于計算機專業和電子工程專業的學生而言，單片機的學習會貫穿大學的整個過程中，涵蓋單片機控制的課程設計和畢業設計環節可以更好地鍛煉學生的實踐動手能力。而學生的不重視和學不好的為難消極情緒，也使非計算機專業和電子工程專業的單片機的教學實踐環節的設置難以順利開展。對于非計算機專業而言，還存在實驗設備匱乏，讓學生進行實際的動手操作并進行產品開發是不現實的問題。單片機課程的學時設置為30多個理論課時加4到6學時的實驗，總學時在30到40之間。這種課程設置對于單片機課程的教學明顯不足。因此，10年前的單片機課程只能看作是知識普及課程，難以實現學生學好知識，進行產品開發的目標。

二、單片機教學方法的改革現狀研究

現代單片機的教學革新是在多媒體技術的發展，網絡資源普及的前提下得以實現的。隨著電子技術的發展，單片機的總線結構和CPU的處理能力，單片機的集成程度也都大大地得以提升，程序存儲器已經經歷了電可擦除、加密處理、Flash技術的存儲器幾代的發展，單片機也實現了高級語言C語言的編程控制。因此，對于單片機的教學知識的更新要求更快，教師從對于教材選擇、課件更新、實驗設置等方面要做到與時俱進地調整。這樣才能跟進單片機技術的發展，學生才能學到最新的專業知識。

目前單片機教學的改革方法更是層出不盡，單片機教學改革中涉及到了“proteus仿真的單片機教學改革{1}”，“基于案例/項目驅動的改革方法{2}{3}”，“教—學—做一體化的教學模式{3}”等。這些方法都能夠在某些層面上跟蹤單片機技術的發展并滿足教學要求，在某些程度上是把握了單片機教學的發展趨勢，但是在某些層面上仍然是片面和局限的。比如，“proteus仿真的單片機教學改革”方法中基于的proteus仿真軟件只是在虛擬環境下使學生學習掌握單片機的功能和使用特點，距離實際產品的設計還有很大的區別。又如“基于項目驅動的改革方法”是在力圖把知識點與單片機開發板能夠實現的功能結合在一起進行講解，在某些程度上是可以通過具體問題的解決來調動學生的積極性和興趣的，但是完全依賴這種教學方式，會使學生對理論知識的掌握不足，對于單片機的認知不全，對于今后的產品設計環節的順利開展不利。“教—學—做一體化的教學模式”的教學方式的提法較為全面，但是在具體的執行上還是缺乏具體的實施方法的細化研究的。

三、新的教學改革方法的提出

本文提出的是除了課堂教學以外，建立導師制下以團隊為培養對象的興趣小組的創新學習培養模式。這種模式并不是脫離單片機教學環節而提出的，而是以單片機教學的良好的推進方法。其中，教師（導師）作為核心人物，不僅在課堂上完成理論授課內容，調動學生的學習積極性，而且，掌握用單片機開發技能。導師對于團隊成員進行跟蹤指導，掌握進展，及時答疑解困，把握產品設計的整體方向，給學生以全局的指導。興趣小組的培養模式并非是集體喂養大幫哄的模式，因為團隊成員的選擇是以學生的興趣愛好為出發點的，以成型產品的設計開發為學習的目標，最終以創新，實用性的產品為成果形式，通過成果展示學生的單片機應用能力。在這一目標的驅動下，對于單片機的學習要全面系統，做到懂理論，自主學習，動手DIY。具體的教學建議和學習建議如下：

1.理論學習。老師對于課本知識或對經驗的講授，對知識的關聯性，全面性地把握，對于學生的入門和學習起到事半功倍的作用。而學生是學習的主體，學生只有感興趣，真正在單片機學習中下功夫，才可能完成單片機理論知識的理解和串聯。其中硬件學習中，書本與網絡資源、實驗板的結合使用，對于知識有直觀的認識。學生不能只是接受填鴨式的教育，要對學到的知識進行及時的復習，對于編程實例進行實際的操作，才能跟得上老師的步伐，跟教學互動，與前續知識前后呼應，真正弄懂并掌握硬件的功能。軟件學習中，傳統上應用匯編語言進行編程操作，而又只是局限于匯編語言才能進行單片機的軟件控制；但是，隨著高級語言通用技術的發展，我們現在可以應用C語言對于單片機進行編程操作了。因此，前續課程對于高級語言的掌握會對單片機的軟件學習起到事半功倍的效果。軟件的學習要結合設計實例。有的放矢，學習中，模仿別人的產品設計與實踐中，發現問題，熟練操作，掌握技巧，扎實理論，提高實踐能力。需要強調的是正確的程序編寫，唯獨編程思想是軟件編程要掌握的核心。

2.產品設計開發。產品設計，是針對某一專業的實際問題而設置，比如，汽車專業的學生會開發設計一些汽車附加產品，電子窗簾、電子除霜器等。這些產品是為某一功能而設計，實現實體部分設計（機械裝置和機構）來完成。產品設計包括功能硬件部分、擴展連接部分、動力源、濾波降噪軟件、控制指令編程、功能實現與性能測試等各個環節的設計。注重理論與實踐的結合，注重成果轉化，更早地使學生具有創新的產品設計理念，鍛煉學生的設計思維、動手能力和整體化、全局化思維。在畢業設計題目與創新項目的選題與立項中，單片機對產品的控制作用的比例加大，才能實現產品的智能化設計。因此，加大這類實際產品的設計課題，對于學生與工作崗位的快速接軌有利。學生在大學時就參與實際項目的開展，進行產品設計，對于個人能力提高有利；同時，可以更好地在就業競爭中獲得好的機會。

3.成果展示與總結。對于每一屆的學生，在每一屆的單片機課程結業后，開展成果演示主題報告，對學習體會和設計思路進行總結、研討。這一環節邀請同年級和低年級同學參加，對于經過單片機學習與產品開發的學生而言，可以鍛煉學生的整體思維與綜合表達素質。而尤為重要的是使未接觸單片機學習的學生了解單片機，了解產品設計流程、培養興趣，進行學習方法研討，引入導師與學長的指導形式，帶動更多的學生加入、更多的團隊學習，從而形成良性循環。

四、結論

筆者認為學習知識的能力培養是大學時期應該獲得的基本能力。而單片機課程的開設和學習，要經歷單片機課程學習→知識運用→產品開發的環節，這一連貫的學以致用的環節有利于促進學生學習體系的培養。因此，本文提出的是除了課堂教學以外，建立導師制下以團隊為培養對象的興趣小組的創新學習培養模式，這種方法并不與其他的教學方法相矛盾，而是建立在借鑒其他的教學方法的優勢，強調經歷產品的開發設計環節是對知識合理檢驗與對學生能力提升的有效途徑，因此是值得推薦的單片機教學改革方法。

[基金項目：黑龍江省高等學校教改工程項目“基于與就業接軌的工科專業畢業設計環節的改革研究”（JG2013010521），佳木斯大學教學研究專項項目（JYLA2012-018）和佳木斯大學科技創新團隊建設項目（Cxtd-2013-01）。]

注釋：

{1}賈萍，丁向榮，胡美蘭.教學做一體化單片機教學實驗平臺的設計與應用[J].職業技術教育，2012（6）：139-142

{2}李紹靜，基于案例驅動的單片機教學模式研究[J].信息技術，2013（4）：59-62

{3}王京港，張翠平.基于項目驅動及Proteus仿真的單片機教學改革探索[J].中國電力教育，2013（22）：138-140

（作者單位：佳木斯大學 黑龍江佳木斯 154007）

[第一作者簡介：盧偉（1975—），男，佳木斯大學機械工程學院，副教授，博士；通訊作者簡介：姚嘉（1977—），女，博士，佳木斯大學機械工程學院，副教授]（責編：若佳）