單片機課程的教學改革與實踐

西北民族大學電氣工程學院 馬惠蘭

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單片機課程的教學改革與實踐

西北民族大學電氣工程學院 馬惠蘭

【摘要】分析了民族院校單片機原理及其應用課程在教學和實踐中存在的問題，結合多年的教學工作實踐，從教學內容、教學方法、實踐教學和考核形式等方面對單片機課程進行了教學改革和實踐，提高了學生學習單片機的興趣和實踐設計能力。

【關鍵詞】單片機；教學改革；實踐

單片機具有良好的控制性能和靈活的嵌入品質，廣泛地應用在工業控制、儀器儀表、汽車電子、通信等領域。作為民族院校電氣工程及其自動化、電子信息、自動化、通信、物聯網、計算機技術等專業的一門專業基礎課，單片機原理及其應用課程對培養學生的創新能力和實踐設計能力起到了舉足輕重的作用。以往傳統的教學模式都是老師講、學生聽，效果很差，實驗也是驗證性居多，學生的學習積極性不高，各類競賽不敢參加。針對這種教學現狀，筆者和課程組的老師們一起，結合多年的教學工作經歷和實踐經驗，對單片機原理及其應用課程從教學內容、教學方法、實踐教學和考核形式等方面對單片機課程進行了教學改革和實踐，取得了良好的效果。

1 大膽改革教學內容，適應單片機發展

1.1 更新教材，適應發展需要

單片機的發展日新月異，從品種、結構、性能、生產工藝、開發方式到外圍元器件都在快速發展，為了培養應用型人才，必須盡快適應這種發展變化和市場對人才的需求，傳統的8051單片機已遠遠不能滿足教學需要。為此，我們選用了以宏晶科技有限公司的STC15F2K60S2單片機為背景機的教材，硬件資源豐富，功能強大。STC15F2K60S2單片機采用了增強型8051內核，片內集成了60KBFlash程序存儲器、1KB數據Flash、2048BRAM、3個16位可自動重裝載的定時/計數器、可編程時鐘輸出功能、至多42根I/O口線、2個全雙工異步串行口、1個高速同步通信端口（SPI）、8通道10位ADC、3通道PWM/可編程計數器陣列/捕獲/比較單元、MAX810專用復位電路、硬件看門狗、高精度R/C時鐘電路等硬件資源，具有ISP功能和在線調試功能，開發環境的搭建非常容易。

1.2 教學內容優化組合，知識結構清晰

根據單片機概念多、內容抽象等特點，我們在教學過程中對內容進行優化組合，將全部內容分為三個模塊。第一個模塊為單片機的硬件組成和工作原理，介紹單片機的整體組成和CPU、存儲器、I/O口、復位等，使學生對單片機建立整體印象，對它的核心組成及工作原理有個清楚的認識。第二個模塊是單片機的程序設計，以匯編語言為主、C語言為輔，作為單片機應用必須熟練掌握的工具。第三個模塊，轉變視角，從中斷的角度介紹單片機的中斷源和單片機的應用，貫穿其中的是中斷技術。這樣模塊化整合的結果，使得課程內容清晰，重點突出，每個模塊的基本理論和基本技能非常明確。

2 多種教學方法并用，培養學習興趣

2.1 合理使用多媒體，提高課堂效率

傳統的板書教學，雖然講解清楚，效果良好，但對于某些內容的介紹卻束手無策，比如程序設計，可以設計和講解程序，但無法現場演示和調試程序，采用多媒體就可以輕松解決，學生在課堂上就看到了程序運行的結果和現象，不再懷疑程序設計的對錯，還產生了好奇，激發了學習興趣。對于單片機的內部組成及其工作原理、指令的執行過程等內容，都必須使用多媒體進行講解才能取得良好的教學效果。

2.2 舉一反三，強化基本技能訓練

有些內容和基本技能，講一遍學生可能能聽懂，但要達到熟悉或熟練掌握，還遠遠不夠，這時候就需要反復講，但簡單的重復學生沒有興趣，教師就要采用舉一反三、觸類旁通的方法進行講解。比如程序設計中的查表、數據塊排序、多分支轉移，各中斷源的中斷請求中斷方式和查詢方式處理，數碼管的動態顯示、矩陣鍵盤設計中鍵號設置等，都可以采用這種教學方法把本部分內容講透，使學生印象深刻，從而掌握相應的程序設計方法和中斷處理技巧。

2.3 仿真軟件和開發板進課堂，培養實踐能力

單純的板書和多媒體講解，學生不會感到新奇。對于早已廣泛使用的單片機仿真軟件Keil和電路實物仿真軟件Proteus，我們及時引進課堂。程序設計使用Keil，硬件及中斷源部分Keil和Proteus聯合使用，一方面增強了教學效果，激發了學生的學習興趣；另一方面也教會了學生如何做單片機實驗，對于課后學習起到了一個指引的作用。

2.4 舉例聯系實際，激發學習興趣

單片機的指令功能很強，設計的程序效率很高。在講解程序設計時盡量緊密聯系實際，讓學生感到單片機的應用確實離大家很近。比如數據塊求極值，可以延伸應用到查找、替換；數據塊排序可以應用于插入、刪除，查表程序必不可少地要用在各類顯示處理中。每一部分硬件都作為單片機的中斷源處理，定時/計數器的應用就非常典型，其定時功能應用于常見的電子時鐘、秒表、萬年歷、交通燈控制、超聲波測距等，其計數功能可用于全自動生產線上的產品計數、出租車計價器、健身器上的計數器等，應用非常廣泛。要讓學生充分了解單片機在實際生活中的應用，離大家很近，產生親切感，從而產生想親手設計產品的愿望。

3 改革實驗教學，提高動手能力

3.1 改革實驗大綱，注重動手能力

原來的實驗教學大綱中，驗證性實驗的比例較高，實驗結果基本一樣，實驗過程無法進行各種設計，這樣不利于培養學生的動手能力。為此，我們在更換教材的同時，也更新了實驗箱，圍繞新的實驗箱修改了實驗教學大綱，減少了驗證性實驗數量，增加了設計性和綜合性實驗比例，在實驗室提供了更多讓學生動手實踐的機會。

3.2 開展開放性實驗，增強設計能力

學校每年都劃撥一部分經費專用于開展開放實驗項目，課程組的老師每個人每年均有3～4個開放實驗指導。鼓勵有能力和有興趣的學生積極申報開放實驗項目，并配備一定的實驗經費，不但可以培養學生的創新精神和實踐能力，提高人才培養質量，還能有效利用和挖掘實驗室資源，充分發揮實驗室在高素質人才培養過程中的重要作用，促進實驗教學改革。

3.3 指導申報大學生創新創業項目，培養創新能力

為認真落實教育部“本科教學工程”國家級大學生創業創新訓練計劃，我們積極動員和指導學生踴躍參加學校每年組織的申報活動，積極參加，充分利用全校實驗教學示范中心、各專業實驗室、科研實驗室、重點實驗室和大學生實踐創新基地的場地和設備資源，使學生的創新設計能力進一步得到鍛煉和提升。

3.4 鼓勵積極參加各類設計大賽，鍛煉實戰能力

每年舉行的各類電子設計競賽非常多，鼓勵有創新和實踐設計能力的學生積極參加各類比賽，能很好地鍛煉學生的實戰能力、團隊協作能力，增加成就感和自信心。學校在這方面給予了強有力的支持。

4 改革考核方式，加強實踐能力

考核是對學習成果的檢驗，以前的考核只進行閉卷考試，無法全面反映學生的學習過程和實踐能力。對此我們我們增加了實驗考核，且占很大的比例，采用課程總評=平時×10%＋期中×10%＋實驗×30%＋期末×50%的方式進行考核，并且期末考核中與實驗相關的實踐設計內容占有很高的比例，學生只要平時在實驗過程中熟練掌握了基本理論和基本技能，考核成績都不會很低。考核真正反映了學生的實踐能力，注重了學生學習單片機課程的動手能力。

本文分析了民族院校單片機課程在教學和實踐中存在的問題，結合課程組老師多年的教學工作實踐，從教學內容、教學方法、實踐教學和考核形式等方面對單片機課程進行了教學改革，并且對2012級和2013級學生進行了實踐，取得了良好的效果，激發了學生學習單片機的興趣，提高了學生的動手實踐和創新設計能力。

參考文獻

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[4]李全利.單片機原理及接口技術[M].2版.北京:高等教育出版社,2009,1.

馬惠蘭（1969—），女，甘肅康樂人，副教授，主要研究方向：嵌入式系統及應用。

作者簡介：

基金項目：西北民族大學2012年精品課程建設，項目編號：12JPKC-16705925。