應用驅動的單片機教學方法研究與探討

郭一軍

（黃山學院 機電工程學院，安徽 黃山245041）

應用驅動的單片機教學方法研究與探討

郭一軍

（黃山學院 機電工程學院，安徽 黃山245041）

單片機作為一門實踐性極強的課程，在應用型人才培養中具有重要地位。分析當前單片機教學中存在問題，提出了采用應用驅動的單片機教學方法。實踐證明該教學方法能充分激發學生學習單片機課程的興趣，變被動接受為自主學習，實現理論教學與實踐應用的有效結合；同時也為學生應用和創新能力的培養提供了空間，使學生在應用系統開發方面的能力得到了很好的訓練，教學效果明顯提高。

單片機；教學方法；學習興趣；應用型

0引　言

單片機由于具有體積小、功能強、可靠性高等許多優點，越來越廣泛地應用于工業、農業、軍事和日常生活的各個領域。《單片機原理及應用》課程是工科院校多數專業所開設的一門專業技術基礎課，對于培養學生動手能力和創新思維能力具有重要意義［1］，但目前的單片機課程教學方法上存在一些問題，如理論教學與實踐應用結合度低，學生普遍感覺這門課程內容抽象難學，學習提不起興趣缺乏主動性。理論課的學習主要是為了應付考試，沒有與實踐應用很好地聯系起來。后續的課程設計由于學時等方面因素的限制，對學生的實踐動手能力也不能起到一個充分的訓練作用，導致一個學期學下來，學生不能將所學理論應用到實際項目的開發中去，不能做到學以致用的效果。

為了提高學生的應用能力，本文嘗試從理論教學和課程設計兩個方面對單片機的教學方法進行改革，提高學生對本課程的學習積極性，增強對于應用系統的設計開發能力，切實提高應用型人才的培養質量。

1　改進課堂教學方法，激發學生學習興趣

從目前單片機課堂教學方法來看，教師普遍注重理論教學，授課一般按照單片機結構體系——單片機指令系統——編程語言——單片機外圍常用電路擴展等步驟講解［4］，課程一上來馬上介紹單片機體系結構，這一章內容中出現了大量的專業術語，象寄存器、堆棧、指針、程序狀態字、溢出等概念，對一個還不了解什么是單片機，能做什么都也不清楚的初學者，就要理解這些抽象概念是比較困難的，致使初學者普遍感覺這門課抽象難學。的確理論教學是需要重視的，但由于單片機課程是一門實踐性強，專業術語抽象的課程，這樣滿堂灌的課堂教學方法勢必是枯燥乏味的，進而會影響學生的學習興趣。

為了改變這種狀況，本文考慮將教學內容模塊化，同時在課堂中引入Protues+KeilC51軟件平臺構建的實驗環境，在理論教學中，讓同學切實感受單片機的強大功能，提高學生的學習興趣，化抽象為形象。從而，可將單片機課堂教學內容分為3個模塊進行：課程學習引導模塊，傳統教學內容模塊，案例教學模塊。

1.1課程學習引導模塊

通過Protues+KeilC51軟件平臺設計一個簡單單片機應用案例，課堂上教師把整個應用設計過程展現給學生，包括硬件電路的搭建和程序的編寫編譯、程序下載調試、結果展示都給學生完整的做一遍，通過這樣的一個模塊目的不是為了使學生掌握設計流程，而是使學生對單片機的應用有一個感性的認識，大概清楚單片機的功能，通過這門課程的學習他們能夠獲得一種怎樣的能力，明確學習目的，提高對本課程的學習興趣。

1.2傳統教學內容模塊

傳統課堂理論教學過于重視理論的講授，且部分教材脫離實際，導致學生學用分離，學習目的主要是為了應付考試。為了提升學生的應用能力，嘗試將傳統的理論教學模塊課時做了適當的壓縮，抽出一些學時用于案例教學模塊的教學。以自動化專業為例，將傳統教學內容的學時做適當調整，如表1所示。

表1　傳統教學模塊課時調整表

1.3案例教學模塊

采用Protues+KeilC51軟件平臺，教師在課堂上利用此平臺進行案例教學，可使學生將模塊二所學的各知識點與實際應用聯系起來，有效解決理課堂理論教學與實際應用脫節的問題，提升學生的應用能力。

案例項目選擇時要考慮循序漸進的原則，第一個案例可以設計一個簡單的應用，考慮的知識點不要太多，給學生以適應的時間，接下來的案例可以逐步增加難度。這個模塊的教學中教師可以設計4個典型的案例，將單片機應用系統的開發步驟和設計過程融入其中，給學生做詳細的介紹，通過這個模塊的學習使學生在課堂教學中就能基本掌握單片機應用系統的開發流程，充分調動他們的學習積極性，變被動接受為主動學習，為進一步的實踐提高

2案例教學模塊項目安排表

項目名稱　課時　任務說明　知識點　開發平臺1.節日彩燈控制器設計　3以單片機為核心，設計一個節日彩燈控制器，具有啟停和流動功能。單片機最小系統構成、信號引腳、存儲器結構、并口、時鐘電路、時序Keil、Protues軟件2.交通燈控制器設計　4東西南北方向各一組（紅、黃、綠）指示燈，按主干道每次放行30S，支桿道每次放行15S，每次綠燈變紅燈前黃燈亮4S規則控制燈的循環順序亮滅。顯示電路、鍵盤電路的軟硬件設計、中斷技術Keil、Protues軟件3.基于51單片機的空調溫度控制系統設計5要求以51單片機為控制器，通過溫度傳感器、ADC、LCD、繼電器、壓縮機和蜂鳴器等構成一個對室內溫度實時調節、顯示的空調溫控系統。溫度采集、顯示電路設計、PID算法、定時/計數器應用Keil、Protues軟件4.基于單片機的步進電機控制5采用單片機控制一個三相單三拍的步進電機工作，步進電機的正反轉、步數由鍵盤控制，具有鍵盤鎖功能，具有電機故障報警功能。步進電機工作原理，鍵盤接口和報警電路接口的軟硬件設計Keil、Protues軟件

2　強化課程設計環節，提升學生實踐動手能力

《單片機原理及應用》課程設計是自動化專業學生重要的實踐環節，提高課程設計的教學質量對于培養學生分析和解決實際工程問題具有重要意義［3］。但由于種種原因，這個環節沒有發揮應有的作用。

1.課程設計學時安排不足。目前大綱規定本課程的教學實踐安排1周的時間，即要求學生在修好《單片機原理及應用》課程的1周時間內獨立完成課題的設計任務，在這么短的時間內完成方案論證、PCB布線、電路焊接、電路調試、撰寫設計報告，其效果可想而知。所以在時間安排上我們做了調整，在理論課開課前幾周就將課程設計的任務布置給學生，讓學生早做準備，帶著問題聽課，這樣邊學邊做一方面可以提高本課程的理論教學效果，另一方面給學生足夠的時間思考問題，避免課程設計流于形式應付了事。

2.選題形式單一。選題時通常的做法是，教師根據大綱要求擬定4-6個題目供全班學生選擇，這種被動式的選題方式不利于學生的創造能力的培養，部分同學可能通過理論課程的學習，找到了自己感興趣的問題，而這些問題又不再教師擬定的題目當中，這對于學生創造性和積極性的調動是非常不利的。

考慮以上的因素，我們采用二種方式相結合的辦法：（1）教師指定課題，說明所選課題要實現的功能，功能可細分為基本功能和附加功能。基本功能是比較簡單容易實現的功能，大部分的學生都可以完成；附加功能是要發揮學生的創新思維，實現一些比較復雜的功能。（2）學生自擬題目，學生可以根據自己的興趣來擬定課程設計的題目，然后與指導教師研究討論后確定。這樣的模式讓學生有更多的選擇性，更有利于培養學生的實踐和創新能力。

3.由于課時有限通常課程設計是在現成的開發板上完成的，這樣學生的主要工作集中在軟件設計方面，而對于器件選型、方案論證、線路焊接等方面的能力鍛煉非常不夠，為了切實提高學生的工程設計能力、創新思維能力，需要改革這樣的課程設計方法。從2010級學生開始我們改變了以往的設計方法，所有設計項目不能在現成開發板上進行，要求學生完成器件選型及PCB設計后，統一采購元器件和制版，自己獨立搭建硬件電路，在此基礎上再完成軟件的設計和調試。從幾屆學生的設計效果來看，設計過程極大地提高了學生的實踐和創新能力。圖1是學生獨立完成的基于AT89C51單片機的超聲波測距系統設計課題的實物圖。

圖1　基于AT89C51單片機的超聲波測距系統設計實物圖

3結　論

《單片機原理及應用》是一門理論性和實踐性都很強的課程，本課程的學習可以培養學生知識運用和協調創新能力，提高應用型人才培養質量。通過改進教學環節和課程設計環節，一方面充分激發了學生學習單片機課程的興趣，解決了教與學的矛盾，變被動接受為自主學習；另一方面也克服了以往教學中存在的一些問題，為學生應用和創新能力的培養提供了空間，使學生在應用系統開發方面的能力得到了很好的訓練，并取得了良好的教學效果。

［1］韓冰，孫抒雨，柳軍，等.“單片機原理及應用”課程教學研究與探索［J］.工業與信息化教育，2014（5）56-58.

［2］張法偉，王新環.工程應用型自動化專業單片機教學改革與實踐［J］.實驗室科學與技術，2013，16（6）：60-62.

［3］胡瑞強，張毅剛，李成偉.單片機課程設計教學改革探討［J］.實驗科學與技術，2010，8（3）：46-49.

［4］陳飛，顧啟民，王偉.基于Proteus和Keil的項目教學法在單片機教學中的應用［J］.實驗科學與技術，2013，11（5）：48-52.

［5］馬金祥，陳倫瓊.“單片機課程設計”教學改革探討［J］.常熟工學院學報，2011，24（1）：77-79.

責任編輯：胡德明

A Research and Discussion on the Application-driven Teaching Method of SCM

Guo Yijun
（School of Mechanical and Electrical Engineering，Huangshan University，Huangshan 245041，China）

As a highly practical course，single-chip microcomputer（SCM）occupies an important position in application-oriented talents training.Based on the problem analysis of the current SCM teaching，this paper puts forward an application-driven SCM teaching method.It is proven by practice that the method can stimulate students’interest in learning SCM and transform passive acceptance to autonomous learning，thereby efficiently combining theoretical teaching and practical application.In the meantime，it can also provide space for students to cultivate their application and innovation ability，thus making students well trained in developing application systems，so the teaching effect is obviously improved.

single-chip microcomputer；teaching method；learning interest；application-oriented

G642

A

1672-447X（2016）03-0113-003

2015-05-22

郭一軍（1977-），浙江蘭溪人，碩士，黃山學院機電工程學院助教，研究方向為自動化技術應用。