探索地方高校單片機之教學(xué)改革

敖邦乾 鄒江 熊飛嶠

【摘要】傳統(tǒng)的單片機教學(xué)，已經(jīng)遠遠不能跟上當前的高校對社會需求的人才培養(yǎng)，如何培養(yǎng)能解決具體實際問題、服務(wù)于地方的優(yōu)秀單片機人才，是一個亟待解決的問題。本文分析單片機傳統(tǒng)教學(xué)及實驗的不足入手，提出了一些改革方法，實踐證明最終能有效提高學(xué)生的單片機學(xué)習與應(yīng)用能力。

【關(guān)鍵詞】單片機 改革 仿真

【Abstract】The traditional teaching of the SCM， has been far from the current college for the social needs of personnel training. How to cultivate people to handle the special practical things and serve the local economics is an urgent problem to be solved. This paper analyzes the disadvantage of the traditional teaching and experiments of the SCM， and put forward some reforming methods.The result proved it can effectively improve the students ability of learning and application of SCM.

【Keywords】SCM； reformation； simulation

【基金項目】貴州省地方本科院校轉(zhuǎn)型發(fā)展的理論與實踐研究（2014ZD008）。

【中圖分類號】G642 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2016）04-0218-02

科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，極大的改善了人們的生活水平，尤其是最近二十年硬件水平的高速發(fā)展，不斷有新型號的單片機出現(xiàn)，其處理速度已經(jīng)能解決很多如工業(yè)控制、航空航天、高精度傳感器、智能家居等領(lǐng)域的相關(guān)問題[1]。同時為了適應(yīng)地方社會的需求，包括很多地方高校的工科專業(yè)，單片機都是必修的課程。但是，由于各種原因，很多高校還在使用最原始的51單片機來進行教學(xué)，這已經(jīng)遠遠不能滿足要求了。

1、傳統(tǒng)單片機的教學(xué)特點

傳統(tǒng)的單片機教學(xué)，主要是以教學(xué)大綱為準，主要講授課本里面的內(nèi)容，很多情況下是老師在臺上講，學(xué)生在臺下聽。這種傳統(tǒng)教學(xué)模式存在很大的弊端，教學(xué)效果不是很好。

（一）理論知識繁雜，課程內(nèi)容枯燥

絕大部分傳統(tǒng)的單片機教學(xué)，都是把單片機知識系統(tǒng)的分成硬件結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)、軟件程序編程、主要功能單元、單片機的系統(tǒng)擴展、接口技術(shù)以及應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)，授課也是按照這個順序來講解，最后才是一些實例[2]，這些理論知識體系雖然完整、嚴密，但是講解起來很是復(fù)雜，學(xué)生容易陷入疲勞，沒有等到自己設(shè)計開發(fā)的時候就已經(jīng)心生厭倦，無法再堅持下去了，也就享受不到其中的樂趣了。

（二）驗證性實驗多，動手能力差

傳統(tǒng)單片機教學(xué)，為了形成單片機系統(tǒng)設(shè)計的概念，常常需要構(gòu)建完整的理論知識體系，這占據(jù)了大量的時間及精力，學(xué)生沒有太多的精力進行開發(fā)實踐，因此就形成了理論知識多、動手能力差這種紙上談兵的局面[3]。而且，大多數(shù)學(xué)校所采購的設(shè)備中，都是一些成型的實驗箱，硬件電路已經(jīng)固定，學(xué)生對硬件的操作僅僅是連連線，或者撥動一下某些開關(guān)。實驗時，老師演示，學(xué)生只是觀看，照著老師的操作步驟進行機械的連線，然后編寫、燒寫、下載程序，完全照本宣科，雖然也可以看到實驗現(xiàn)象，但是卻背離了單片機需要根據(jù)實際情況自己設(shè)計電路的精髓[4]。事實上，單片機系統(tǒng)的設(shè)計，就像人一樣，硬件是軀體，軟件是靈魂，硬件的設(shè)計是非常重要的一環(huán)，軟件代碼的編寫也是基于硬件電路的。一個完整單片機系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)，包括設(shè)計電路、購買元器件、電路布局、制板以及元器件的焊接，都是至關(guān)重要的。而傳統(tǒng)的教學(xué)模式無法實現(xiàn)學(xué)生自主設(shè)計單片機產(chǎn)品，也就根本解決不了具體的自動控制問題。

（三）考核機制落后，缺乏創(chuàng)新

傳統(tǒng)單片機課程的考核往往在期末用試卷進行考試，這種方法只能考查學(xué)生對單片機理論知識的背誦掌握情況，根本無法考察學(xué)生的動手實踐能力以及產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)能力，往往是能突擊背誦的學(xué)生成績分數(shù)較高，而這些同學(xué)，即使給出一個完整的最小單片機系統(tǒng)，也無法設(shè)計一個合格的產(chǎn)品。這對那些動手能力強、注重實踐的同學(xué)是很不公平的。

2、單片機教學(xué)改革方法

為了能夠真正培養(yǎng)單片機應(yīng)用型人才，必須改革傳統(tǒng)的單片機教學(xué)模式，以項目單片機產(chǎn)品開發(fā)為參考，設(shè)計一套全新的教學(xué)方法，從根本上改革傳統(tǒng)的教學(xué)方法。

（一）教學(xué)方式的改革

轉(zhuǎn)變教學(xué)方式，教學(xué)的目的最終是讓學(xué)生能有效的學(xué)習，讓學(xué)生能真正獲得解決問題的思維方式和方法，教師的主要作用應(yīng)當體現(xiàn)在耐心的引導(dǎo)和指導(dǎo)上，盡量擺脫傳統(tǒng)的灌輸式講授方法，可以把教學(xué)場所轉(zhuǎn)移到實驗室，采用項目教學(xué)法，老師可以利用自己的項目，先制作一些如交通燈、數(shù)碼管動態(tài)顯示、1602液晶顯示、電機正反轉(zhuǎn)控制、自動調(diào)溫系統(tǒng)等產(chǎn)品，在實驗室演示給學(xué)生看，然后再講解相關(guān)的原理以及電路設(shè)計、布線、制版、元件焊接等方法。這能極大的引起學(xué)生的興趣，比直接枯燥的教學(xué)效果好很多。然后，把學(xué)生分組，每個人負責一個模塊，通過同伴教學(xué)法，讓學(xué)生自己在學(xué)習制作的過程中對知識進行系統(tǒng)化、邏輯化的分析及總結(jié)。同時，注重課堂內(nèi)容的開放性，充分鼓勵學(xué)生進行自主分析，自己單獨設(shè)計。

還可以使用微課程教學(xué)方式，把對單片機開發(fā)有興趣的同學(xué)集中在一起，3-4個人一組，通過對自己感興趣的產(chǎn)品進行設(shè)計，老師從旁指導(dǎo)即可。

（二）教學(xué)項目的選取

單片機課程的學(xué)習，主要是以培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)為基礎(chǔ)、以能力培養(yǎng)為核心、以能根據(jù)要求設(shè)計應(yīng)用為目的。因此，傳統(tǒng)的單片機課程內(nèi)容必須優(yōu)化，結(jié)合新的技術(shù)以適應(yīng)社會的需求?？偟膩碚f，單片機其實包含的內(nèi)容不多，就是寄存器的使用、定時計數(shù)器、中斷、串口通訊等幾個核心知識點，至于芯片內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，可以只做簡單的了解。為了能夠掌握這些核心模塊，選取幾個具有代表性的實驗作為單片機教學(xué)項目，以達到能初步使用的目的，其中，有幾個實驗比較重要：

1.交通燈實驗

2.DS18B20溫度實驗

3.電子鐘實驗

4.12864液晶顯示實驗

5.單片機多機通訊實驗

6.電機正反轉(zhuǎn)實驗

7.循跡小車實驗

8.電子游戲系統(tǒng)的開發(fā)

一般而言，絕大部分學(xué)校使用的試驗箱都有前面六個實驗，學(xué)生可以先做實驗看一下這些現(xiàn)象，然后自己研究。有條件的實驗室還可以先給學(xué)生準備一些單片機的最小系統(tǒng)，然后設(shè)計外圍電路，有興趣的同學(xué)還可以從設(shè)計最小系統(tǒng)開始，自己選擇購買元器件、設(shè)計電路、焊接器件、軟件仿真調(diào)試、代碼的燒寫下載，最終完成一個獨立的單片機電子產(chǎn)品。如果前面的感覺基本上都掌握了，那就可以試著開發(fā)一些簡單的電子游戲系統(tǒng)，這樣就能把自己的知識形成一個完整的系統(tǒng)。

（三）軟件代碼與硬件仿真相結(jié)合

一個完整的單片機系統(tǒng)產(chǎn)品，軟件方面，代碼不能出現(xiàn)語法與邏輯錯誤，否則根本無法編譯或者編譯出來有錯，因此，必須熟悉keil軟件的編程以及調(diào)試，對于代碼比較復(fù)雜的程序，尤其是一些在使用調(diào)用文件的時候，要會設(shè)置斷點，看代碼是否按照邏輯順序來進行的；硬件方面，要會使用proteus仿真軟件進行硬件電路的仿真，要能找出并改正電路出現(xiàn)錯誤的地方。

（四）考試方式的改革

單片機的學(xué)習，和其它理論學(xué)科的學(xué)習有很大的差別，并不適合傳統(tǒng)的試卷考核方式，適當改革考核方式是很有必要的，如：降低期末考試成績所占的比例，增加應(yīng)用型設(shè)計題目以及一些原理性的分析題目，理論與實際結(jié)合，盡量減少計算，重分析過程而不重計算結(jié)果，且不限設(shè)計方法?？荚嚂r也可以實行開卷考試，“與其讓你小心翼翼的翻書，不如讓你開開心心的看書”。

3、單片機教學(xué)改革后的效果

在采取了改變教學(xué)方式、刪選實驗內(nèi)容、改革考核方式等一系列措施以后，學(xué)生學(xué)習的效果顯著提高，主觀能動性大大增強，學(xué)習成績明顯進步。在參加的最近兩屆大學(xué)生電子競賽比賽當中，在控制方面獲得了多項獎勵，有很多同學(xué)把自己的一些生活中的想法，通過單片機來實現(xiàn)了更加智能化的控制，甚至有同學(xué)能自己制作高精度無線搶答器、多功能籃球加分計時器等產(chǎn)品。這些都表明，改革后的單片機教學(xué)取得了明顯的效果。

參考文獻：

[1]徐敏，盧周平.《單片機原理與應(yīng)用》，課程教學(xué)改革與實踐[J].實驗室研究與探索，2006.25（1）：82-84.

[2]張霓.關(guān)于“單片機原理與應(yīng)用”課程教學(xué)改革的幾點思考[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報，2004.26（5）：21-23.

[3]楊保亮，楊守良.應(yīng)用型人才培養(yǎng)體系下單片機教學(xué)的改革探索[J].教育教學(xué)論壇，2014.18（2）：31-33.

[4]方怡冰.單片機課程的教學(xué)與實驗改革[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報，2006.28（3）：76-79.

作者簡介：

敖邦乾（1984-），男，碩士研究生，遵義師范學(xué)院工學(xué)院，講師，研究方向：自動控制技術(shù)。