以興趣培養為先導的單片機課程學生競賽實訓教學模式

阜陽師范學院計算機與信息工程學院 王中心 張 文 孫 剛

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以興趣培養為先導的單片機課程學生競賽實訓教學模式

阜陽師范學院計算機與信息工程學院 王中心 張 文 孫 剛

【摘要】單片機原理及應用是一門重要的專業課程，有很強的工程實踐性，在課程體系中有很重要地位；本文就該課程為什么要對學生進行早期興趣培養及具體的興趣培養流程，實施方法進行了詳細闡述。 實踐證明，以興趣培養為先導的單片機課程學生競賽實訓教學模式效果良好。

【關鍵詞】興趣；單片機教學；實訓

《單片機原理及應用》做為計算機、嵌入式、物聯網及自動控制等專業的專業課程，其在這類專業的課程體系中有著非常重要的作用；單片機做為控制系統的核心，它在這類專業的課程設計、專業實踐技能競賽、學生創新項目活動中起著無比重要的作用。然而單片機原理及應用課程，通常在我們的本科課程開設計劃中都是安排在大三才開設這門課程，這樣的后果就是到了大三階段，很多學生特別是電類應用型專業的學生，很多人已經喪失了對單片機的學習興趣，錯過了大一大二這兩年實踐動手能力培養，專業知識綜合應用能力培養、系統設計能力培養的黃金階段。

但是單片機的學習也并非容易，因為它涉及到很多的計算機專業的概念。因此如何引導學生克服困難，提高學生學習興趣和熱情，讓學生以“玩單片機”的形式運用基本的c語言對單片機進行控制、對基本外設進行控制，很有必要！

以興趣培養為先導，在興趣培養的過程中讓學生無形中了解單片機的原理及結構，掌握單片機的基本知識及應用，讓學生提前參與到學科技能競賽及項目設計，筆者在對大一學生學科競賽招新指導培訓過程采用如此方式，取得很好效果。

1　必須改變傳統的單片機教學模式

如今單片機做為控制系統的核心，在各類系統、項目設計中無所不在：從大學生創新創業計劃項目參與到全國大學生電子設計競賽、NXP智能車競賽、各類物聯網競賽及單片機競賽等均要用到各種類型的單片機；做為電類應用型專業的學生倘若等到大三開設了單片機原理及應用課程、學習了單片機知識才參與系統設計項目設計肯定太晚太遲，不利于學生專業技能的培養及發展；隨著很多高校人才培養模式向應用型專業建設及發展，更需要對應用型課程進行加大改革力度，提高學生學習興趣及熱情，讓越多的學生有興趣有能力參與到項目設計中，鍛煉提高學生專業技能水平，提高學生人才培養質量。

2　興趣培養的過程

興趣是人們傾向于了解、認識、熟悉研究某種事物的心理特征；學習的興趣對于學生至關重要。有了興趣，學生才能積極主動的去參與到學習過程中，并樂此不疲。學生的學習興趣與學生年齡、所在年級，專業引導及當時的知識水平密切相關；及時合理的對學生進行單片機學習的興趣引導，激發學生進行單片機應用系統設計的熱情，有助于學生創新能力的培養。

2.1搭建簡單易用的開發環境

單片機課程的學習離不開實驗。對于初學者最好的開發環境就是先借助PROTEUS仿真實驗平臺及KEIL C軟件開發平臺采用仿真的方式進行入門學習。我院選拔學生進行各類競賽的招新培訓，通常是從大一下學期開始，此時學生已經學習了C語言或者正在開設C語言課程，有了一定的C語言基礎，電路課程也已經開設中；加上此階段的學生已經基本掌握一些常用軟件的使用，通過簡單的講解及演示，很快學生就懂得如何在PROTES中進行元器件的選取、原理圖的搭建以及在KEIL C中進行一個簡單Project的建立、編輯編譯等操作。采用仿真平臺，學習地點不局限于實驗室機房，學生可以隨時隨地利用宿舍個人電腦進行仿真學習，使用安全且沒有耗材損失。學生單片機學習興趣的培養就從圖1、圖2開始。

圖1　PROREUS仿真平臺

圖2　KEIL C軟件開發環境

2.2單片機學習興趣培養的具體實施過程

本次課程改革的重點就是把原有的教學內容以趣味化的形式借助聲、光、電生動形象的表達出來，從而激發學生的興趣及學習的自主性能動性；讓學生體驗到單片機結合原來不知何用的幾行C語言程序，竟能起到如此大的控制作用。

單片機學習興趣的培養，從閃燈項目開始，原理圖及項目文件如圖1、圖2所示，其中代碼和原理圖簡單易懂。二者關聯好之后，點擊運行按鈕，學生就可以觀察到LED燈再不斷閃爍；只要修改延時函數實參，燈閃的頻率就會變化；如果把圖2中P1.0口連接到蜂鳴器的SPK節點，再次運行，學生就可以聽到蜂鳴器發出的聲音；此時我們可以告訴學生，單片機的四個P口的32個口線，都具有如此的功能，學生就是進一步的體驗到單片機如此大的控制能力。

如果再程序中再加入對圖1中Button的獨立按鍵掃描，當只有Button被按下的時候才反復執行LED=！LED和delay（250），此時就相當于給蜂鳴器加上了一個控制開關；再此例的基礎上簡單修改，就可以進一步設計出一個門鈴。簡單的2節課，短短的90分鐘，學生學習單片機的興趣自然而然的就產生了。之后可以讓學生自行通過虛擬儀器觀察P1.0口的輸出波形，或者P1.0接直流電機模型，進行電機的轉速控制，告訴學生什么是PWM。也可以通過延時函數，告訴學生如何進行獨立按鍵的消抖等知識的學習。

在此后的學習過程，我們可以教學生如何使用循環方式或者查表的方式進行流水燈的控制以及單個數碼管的循環顯示控制；有了單個數碼管的知識儲備，進一步可以學習多位數碼管的動態掃描以及簡單液晶1602的使用、矩陣鍵盤的掃描識別等。到此階段，系統設計所需的輸入、輸出都解決了。

以上的學習過程幾乎沒有涉及到單片機的工作原理及內部結構，這對于學習者遠遠不夠，但是學生學習的興趣肯定早已激發出來，此時可以安排學生課余自行閱讀單片機的內部結構、工作原理等章節內容，學生帶著興趣去閱讀學習，就能事半功倍。學生閱讀完畢就可以進一步講解定時器、中斷、串行通信以及模數數模轉換等專業知識。同樣采用閃燈的項目，以定時方式實現還是以外部中斷的方式實現，讓學生理解實現原理的不同之處。此階段可以安排專題進行中斷、AD、DA及雙機通訊的專題講座。

2.3需要注意的問題

需要注意的是，在學生興趣培養過程中一定要理順教學過程所涉及的知識點，興趣培養案例要由淺入深，循序漸進；每個案例之后及時進行總結，留出時間讓學生進行拓展實訓教學案例并進行思考；另外開始階段不要強調細節，不要什么都要解釋清楚，力求簡單話語告訴學生如何編程應用單片機就行。最重要的要通過簡單示例激發興趣，活躍教學氛圍，讓學生親身體驗學習的快樂，收獲成功喜悅。

師父領進門，修行在個人。單片機應用系統的設計，涉及到各種電子知識，因此對于入了門的學生，一定要告知他們僅僅會點單片機的知識遠是不夠；一定要在數字電路、模擬電路等課程中繼續下功夫，學會PCB的設計制作，焊接調試等才能提高自身的專業技能。

3　成果初探

3.1學生自主參加培訓學習積極性主動性顯著提高

我院近年學生創新實驗室招新參與培訓學生數量逐年提升，并且很多學生一直堅持到最后的實驗室招新正式成員的考核選拔；學生課余時間玩游戲、看視頻的人數、時間減少，學生課余時間大都利用個人電腦在宿舍仿真學習。

3.2我院學生積極參與各類專業技能競賽

在2015年安徽省大學生單片機應用技能大賽中，我院大二學生取得一等獎的好成績；在剛剛結束的藍橋杯（電子類）競賽中，我院學生多人入圍國賽。

除此之外，我院學生各類項目申報及畢業論文選題，與單片機相關項目明顯增多，多個學生獲得了大學生創新創業訓練計劃項目國家級立項。

4　結束語

以興趣為先導，讓學生在無意識中建立單片機課程的學習興趣，掌握單片機的應用技能，圍繞單片機應用系統設計，學生學習各種專業知識技能，有利于學生專業實踐實訓能力的提升，有利于學生競賽水平的提高及應用型人才的培養。

參考文獻

［1］沈張果.以學科競賽為平臺培養大學生的創新實踐能力［J］.教育教學論壇，2016（16）.

［2］張旭濤.構建單片機課程項目化教學模式的實踐探究［J］.山東工業技術，2013（10）.

［3］劉振.單片機課程實踐教學研究［J］.安慶師范學院學報（自然科學版），2013（01）.

［4］朱高峰，張艷蕾.項目教學法在單片機課程中的規劃與實施——以湖南人文科技學院為例［J］.湖南人文科技學院學報，2013（02）.

［5］徐自遠.從單片機技能大賽看單片機課程改革［J］.電子世界，2013（20）.

［6］高明亮.基于全國大學生電子設計競賽探究單片機教學模式的改革［J］.信息系統工程，2012（04）.

基金項目：大學生創新性實驗計劃項目（AH201310371068）；阜陽師范學院自然科學項目（2016FSKJ17）。

作者簡介：

王中心（1976—），男，碩士，講師，研究方向：計算機應用。