單片機原理及應用課程改革探索

魏海波 雷鈞

【摘 要】單片機原理及應用是一門應用型突出的技能型課程，我校現行的“理論授課+課設”的教學方法，已逐漸不能體現技能轉授的宗旨。在過去幾年的課程講授環節中，筆者深入分析并發現已有課程的脫節環節，探索新的教學方法，摸索出一套較有成效的教學方法，經過實踐環節的驗證，已初見成效。

【關鍵詞】單片機；技能型；脫節環節；實踐環節

引言

單片機體積小，控制功能強，其非凡的嵌入式應用形態對于滿足嵌入式應用需求具有獨特的優勢。自1976年問世以來，經過幾十年的不間斷發展，已廣泛應用于工業控制、智能儀表、機電一體化產品等各個領域。作為一門實用技能型課程，《單片機原理及應用》成為自動化專業、機械電子專業、光電信息等電類專業的專業課。本門課程完成后，學生應具備系統的采用單片機進行簡單應用項目開發的整體能力，可以為后續的畢業設計順利展開、快速融入工作團隊等環節奠定堅實的基礎。完成《單片機原理及應用》課程的教學，對于提高教學質量、培養學生的工程實踐能力具有顯著意義。

1.現有單片機課程教學體系及其不足

單片機不同于專業基礎課，其章節之間關聯性不強，層次感分明。（另外，該課程的主要特色是名詞多、概念多、內容抽象、邏輯性強、知識點分散。）在教學過程中，通常由內及外、按部就班的講授單片機的CPU、I/O接口、指令系統、程序編制、系統擴展、總線擴展、外圍接口等知識，從知識傳授角度而言，該教學方法也較為符合當前的知識傳承。但是從教學效果而言，由于各章節知識點相對獨立，章節學習完畢后，學生仍舊難以較全面地認識單片機應用系統開發過程（更別提獨立完成應用系統的開發工作）。加之該課程課時短，教學過程難以全面覆蓋應講授內容：邏輯性內容重點講解，理解性內容走馬觀花一筆帶過，造成重理論輕實踐的問題。因此在教學過程中，常常出現某個知識點沒有理解與掌握，對本門課程就失去學習動力的鮮明案例。

2.課程教學改革的探索

綜合上述問題，筆者認為《單片機原理及應用》課程的教學改革要圍繞培養學生工程實踐應用能力這一宗旨，結合時下學生在學習該門課程中的不足：自主學習興趣不高、實踐環節動手能力差、創新思想創新能力不能被完全釋放等一系列問題，同時展開多方面的教學改革探索：

2.1教學內容改革探索

縱觀已出版的單片機教材，多數都是按照固定的套數編寫，內容涉及面廣，涵蓋了單片機應用設計的方方面面。但是考慮到各個高校所授專業對象不同，應用有所區別，致使部分內容與實際應用關聯不大，這部分內容就應該酌情考慮適當壓縮減少課時或者納入自學范疇。對于應用較為普遍的部分就應該加大課時，提高其比重系數。從工程項目的角度入手，確保講授內容更加貼近實際的生產過程，與時代接軌，同時詳盡便于理解，提高學生的學習積極性。例：在備課80C51單片機的系統擴展章節時，考慮到單片機技術的飛速發展，時至今日已存在各種不同規格的單片機品種，且資源豐富，基本滿足各種工業應用需求，因此考慮不予講授，通過自學的方式減輕學生學業壓力；在備課80C51串行總線接口章節時，通過對IC的發展趨勢認識：多數IC都通過串行總線進行數據傳送，因此在授課過程中加大對于這一章節的講授，并且以筆者自身項目經歷貫穿全章節，提高學生在學習過程中的重視程度。

2.2教學手段與教學方法改革探索

教學過程中，教學手段的多樣化是提高學生理解度的有效手段。單片機課程課時少，任務重，多數老師在授課過程中傾向于多媒體教學過程。誠然，多媒體教學應用合理可以極大地提高單位時間的講授知識量，擴大學生的知識面。但是通過與學生的交流，多媒體教學亦存在不足之處：多媒體密度高，知識量大，在授課過程中教師會根據自身對知識理解的難易程度決定多媒體教學的進度，但是極有可能忽略了學生在理解知識過程中的難易程度，沒有從學生角度出發看待知識的講授深入程度，這樣就出現學生理解跟不上老師的進度，進而產生厭學的情緒。因此，必須形成多樣化的教學手段，結合單片機課程，采用“主多媒體”+“輔板書”的形式，重難點內容在多媒體的指引下，通過板書的形式降低授課速度，緩沖學生對知識的理解時間限制，同時配合課堂練習或者課后練習來增強學生對于重難點知識的整體掌握狀況。

課堂講授過程中，對于多媒體的應用不能局限在僅僅采用PPT講授。PPT作為多媒體講授環節中重要的一環，但是不能完全發揮多媒體的最大優勢。單片機配套開發工具主要是開發環境Keil uVision和虛擬仿真工具Proteus，這些配套工具的介入，為多媒體教學打開了新的局面。開發環境Keil uVision主要是用于編寫單片機應用程序，配合開發環境自帶的仿真器，可以對編寫的程序進行功能驗證，從而有效減小了學生對于PPT或者板書程序的理解難度；單片機虛擬仿真工具Proteus將單片機仿真與電路仿真結合，以其完美的仿真功能，直接在基于電路原理圖的虛擬原型上進行單片機程序的編寫與調試，并進行功能驗證。通過Proteus軟件可以搭建虛擬的電路進行電路仿真，解決了學生在面對工程項目開展中無從下手的困境。美中不足的是，雖然Proteus提供了眾多的元器件列表，但是由于是虛擬仿真，只能進行功能驗證，不能完全解決應用工程中的細節問題。通過實訓環節排除障礙。

2.3強化課程實訓，打破集中制

為了達到工程應用的目的，實踐教學環節的設置亦應做相應的調整。現有實踐環節開展的方案是在理論教學環節后集中展開對應的實踐教學環節，雖然能起到一定的作用，但是收效甚微。筆者認為，實踐教學環節應該模仿應用工程項目推進制度，將實訓環節分散在整個理論教學環節中。這樣，面對應用工程項目推進中的資料收集與查閱、電路設計與功能仿真、樣件試制等環節均可以通過分散環節一一展開，循序漸進。而集中實訓環節由于時間緊，任務重，學生為了完成實訓教學任務本身而一味追求實訓本身，忽略了實訓的真正目的——培養學生真正具備從事單片機應用系統開發的能力。同時亦應吸納采納應用工程項目開展過程中的團隊分工責任制，以團隊分工協作的方式將一個真正意義上的實用項目劃分成若干塊，團隊成員在規定時間里分工協作完成自己擔負的部分，對于未按時完成任務的學生團隊內部進行處罰并責令定時完成任務。這樣學生會意識到自己在團隊中的重要作用，從而產生積極推動作用，促進學生主動完成成自身承擔的任務。對于在完成任務過程中遇到的問題可以通過相互交流溝通解決。這樣一來，實訓教學環節就能夠達到預期效果：培養學生具備從事單片機應用系統開發的能力。通過團隊分工協作，在提高了學生的專業領域溝通能力的同時增強了學生以后在工作過程可能缺乏的團隊合作意識。

2.4鼓勵學生參與課外科技活動

課外科技活動是培養學生創新精神，提高學生動手能力的有效形式。目前，每年由國家、地方組織或者企業舉辦的各類電子類競賽層出不群，在完成對應課程后，老師應主動提供相關競賽信息并鼓勵學生參與各類電子競賽，通過在備賽過程中切實提高自身能力，為個人今后的事業發展奠定良好的基礎。同時亦關注往屆競賽學生的畢業動態信息，以學生的真實事跡激發學生參與競賽的積極性。對于學生在參與競賽過程中出現的難題，以指導老師的形式對學生給予最大的指導與協助。通過在指導過程中學生遇到的難點，匯總后亦可成為后續課程中的重點講述內容。

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3.結論

自從2012年開始單片機課程教學改革探索以來，歷時3年時間的教學改革與實踐，取得了較好的教學效果。通過對學生后續的調查結果分析顯示，新的教學方案執行后，學生對課程知識掌握快，理解深，教學質量顯著提高。通過分散式實訓機制的展開，學生自主學習和掌握單片機技術的學習積極性明顯提高。學生畢業設計環節中的實踐動手能力與綜合能力通過論文可以看到明顯的質的提升。通過對用人單位的反饋信息表明，學生在工作過程中融入新的團隊能力增強，解決實際工程項目問題的能力時間縮短，相應的節約了企業的相關培訓時間，基本滿足了社會對于單片機技能型人才的需求。

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【作者簡介】

魏海波（1984-，男，湖北汽車工業學院電氣與信息工程學院，碩士研究生，助教，研究方向：電源及其相關技術研究。