單片機課程教學實踐創新改革探討

黃翠翠

[摘 要] 針對目前單片機課程教學普遍存在的理論與實踐分離，實踐與實際應用分離的傳統教學方法提出了一種邊學邊做，為了學而做，為了做而學的創新性教學改革方案，以提高學生的學習興趣和熱情。在學生輕松掌握理論知識的同時培養學生軟硬件系統設計開發能力，適應創新應用型人才體系教育的需要。

[關 鍵 詞] 單片機；創新；教學改革

[中圖分類號] G642 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2017）31-0176-02

一、引言

單片機作為微處理器的一個分支，以其高性價比、完善的性能及高可靠性在控制領域得到廣泛的應用，人們的日常工作生活學習中隨處可見單片機的身影[1]。單片機技術是一門實用性極強且在當今社會上應用最為廣泛的電子技術之一，是電子類專業的一門核心專業課程，在弱電類系列課程中占有較為重要的位置。但是由于單片機課程的理論抽象枯燥、邏輯性強，其難學難教也是公認的。往往教師想出各種心思教，學生花了大量精力學，但最終的學習效果卻不盡如人意。筆者根據多年教學經驗，摸索出了一種邊學邊做，為了學而做，為了做而學的創新性教學實踐改革方案。

二、單片機課程教學現狀

單片機課程實踐性強，開課學校也比較重視，但在課程安排和考核方式上存在以下三個方面的問題。

首先，國內很多單片機教材主要以80C51為例，編程語言也主要講解80C51的匯編指令集[2]，但是目前實際應用中多使用8951單片機，且大多以C語言作為開發語言，導致學生學習完課程后不能立刻進行實際的開發工作，還需要再次參加培訓，降低了單片機課程的實用性。

其次，大部分課程開設基本上以理論為主、實驗為輔，課程設計等綜合系統設計開發課程則安排在理論課結束之后。這樣安排雖然實踐課程的課時量足夠了，但效果卻不太明顯。這主要是因為學生在課堂上對理論知識的學習脫離了實踐，導致對知識點的理解僅僅基于理論；實驗課上基本依賴于現有的單片機實驗平臺，單純在計算機上進行程序設計，最終利用現成的實驗箱進行功能驗證，期間系統硬件總體結構及工作原理知之甚少。此外，實驗箱支持的實驗一般屬于驗證性內容，與實際應用相去甚遠，學生做實驗時僅僅機械式地按照實驗指導書或教師指導進行程序編寫、編譯、仿真、下載，造成學生常常知其然而不知其所以然[3]，對理論知識的消化理解和靈活運用幫助不大，也無法培養其自主創新能力。綜合性課程設計安排在理論課程結束之后，本來目的是為了使學生能對理論知識鞏固加深及綜合運用，培養其軟硬件系統設計開發及實際制作能力，但此時學生沒有任何硬件設計制作基礎，往往為了完成教師要求而照著現成的設計樣品依葫蘆畫瓢，導致最終完成設計制作后，所有的成品千篇一律，大部分學生甚至根本不知道為何如此布局布線，產品工作原理似懂非懂，完全達不到課程開設目的。

最后，考核方式一般為閉卷筆試考試，僅考核學生對硬件基礎及單片機指令的記憶程度，考核手段單一，效果有限，對單片機原理課程來說，存在著對學生實踐能力、系統設計能力考核不足的問題，考核成績高不代表其實際應用能力和系統設計能力強[4]。

三、單片機課程教學改革方案

為了體現出單片機課程軟硬件結合的特點，真正培養出具備一定單片機產品開發能力的應用型人才，可以從課程體系、教學手段、教學內容及考核方式等幾個方面進行改革。

（一）構建課程體系

單片機是一門課程實踐應用性強且范圍廣泛的課程。要學好單片機技術，不僅僅需要單片機的理論知識，更需要有堅實的相關理論基礎。例如，單片機硬件設計需要具有良好的模擬電子技術、數字電子技術、微機原理與接口技術、傳感器技術等課程基礎；單片機軟件開發需要具備熟練的C語言編程能力；單片機產品的制作需要有電子電路CAD、Protel等畫圖布線技能。學生在單獨學習每門課程時，缺乏相關性，會覺得學習課程多，任務重，不利于知識的融會貫通。教師在課程教學時，可根據課程相關程度構建課程體系，進行體系教學，在講授體系內課程時聯系其他課程進行舉例設計分析，令學生在學習一門課程的同時鞏固或接觸其他課程的內容，有利于培養學生對各種專業知識的理解及綜合應用能力。

（二）教學手段

1.設置教學項目

教學時不再以理論為主、實例為輔，而以項目實例推動理論教學，讓學生在項目實踐中加強理論知識的學習和掌握。項目設置可以按照單片機最小系統、單片機外部中斷系統、單片機定時/計數系統、單片機串行通信系統、單片機輸入輸出模塊、單片機智能控制系統等進行，每個項目包含不同的理論知識，通過項目的學習和實踐來掌握理論知識，讓學生處于邊學邊用的狀態，從而提高學生的學習興趣和理論知識的實際應用能力。例如，單片機最小系統可設計“簡易流水燈控制系統”項目，通過對該項目的學習，要求學生掌握單片機內部結構、引腳功能、時鐘電路、復位電路、工作時序及C51編程語言、keil軟件開發平臺等方面的知識點；單片機外部中斷系統可設置“按鍵計數器”或“紅外防盜報警器”等項目，通過項目學習，學生應掌握單片機外部中斷控制原理、中斷控制寄存器、源程序開發、硬件電路設計等方面的知識點并鍛煉實際產品制作的動手能力。

2.加強課堂演示

課堂演示作為提升學生學習積極性和對理論知識的認知程度有著非常重要的作用。每次開展新的教學項目時，可以從課堂演示開始，通過事先給學生演示項目完成效果提高學生的學習熱情，讓學生知道學完該項目后可以自行完成什么類型的單片機控制電路的設計開發。在學習過程中，通過改變硬件電路連接和下載到芯片中的源程序來改變演示結果，讓學生能更加直觀地感受、了解硬件設計和軟件對最終產品功能和運行效果的影響，從而更加牢固地掌握影響單片機產品開發設計的每個知識點。例如，學習單片機外部中斷觸發方式時，可設計一個一旦按鍵觸發外部中斷即可令單片機外接蜂鳴器鳴笛的系統，通過修改源程序中IT0/IT1，學生將會發現在演示時出現兩種情況：一種是長時間按下按鍵后蜂鳴器只短暫鳴笛一聲；另一種則是按下按鍵的動作保持多久則鳴笛持續多久。

3.課堂教學改為實驗室教學

傳統的課堂教學主要是教師講解理論知識，學生被動接收。對單片機這類以實際開發應用為主的課程而言，這種教學方式取得的效果極其有限。將課堂教學改為實驗室教學，教師在教學時，首先利用實際產品的不同演示效果講解各知識點，接著讓學生自行動手模仿演示效果，最后針對不同知識點布置小項目要求學生自行設計完成。這種教學方式將極大提高課堂學習的趣味性和教師學生之間的互動性，可以將學生在學習過程中的被動接收轉變為主動掌握，也可以極好地鍛煉學生的動手能力。

（三）教學內容

結合單片機課程實踐性強的特點，教學內容的設置必須與實際開發緊密結合。教學知識點的設置不應廣而深，而是應由淺入深，由集中到擴展。如上文所提到的項目式教學，教學知識點可設置為：

項目一，單片機最小系統。知識點包括：單片機內部結構、引腳功能、時鐘電路、復位電路、工作時序及C51編程語言；keil軟件開發平臺。練習項目包括流水燈、簡易音樂播放器等。

項目二，單片機外部中斷系統。知識點包括：單片機中斷概念、中斷源、中斷優先級、中斷條件、中斷過程、中斷入口地址；特殊功能寄存器IE、IP、TCON；外部中斷源程序開發、硬件電路設計。練習項目包括簡易紅外報警器、水位報警器、按鍵計數器、搶答器等。

項目三，單片機定時/計數系統。知識點包括：單片機定時/計數工作原理、工作方式、工作模式、啟動方式；特殊功能寄存器TCON、TMOD；定時/計數源程序開發、硬件電路設計。練習項目包括秒表、電子時鐘、課間鈴控制器、頻率計、心率監測器等。

項目四，單片機串行通信系統。知識點包括：單片機串行通信工作原理、工作方式、波特率發生器；特殊功能寄存器SCON、SMOD；單機通信及多機通信源程序開發、硬件電路設計。練習項目包括單片機與計算機通信系統、單機通信系統、多機通信系統。

項目五，單片機鍵盤輸入輸出系統。知識點包括：獨立鍵盤工作識別原理；矩陣鍵盤工作識別原理；鍵盤識別源程序開發；鍵盤與單片機接口電路設計；數碼管工作原理；LCD液晶顯示屏工作原理；數碼管、LCD液晶顯示屏驅動程序開發、與單片機接口電路設計。練習項目包括智能彩燈控制器、多首音樂播放選擇器、四則運算計算器、智能移動顯示屏等。

（四）考核方式

傳統的筆試考核方式主要考查學生對理論知識點的掌握程度，對實踐性強的單片機課程而言，僅僅考核理論掌握顯然是不全面的。結合上文中的教學內容和教學手段，可采用平時練習項目完成程度和期末上機考試綜合的方式對學生的學習掌握情況進行考核。平時項目完成程度能反映學生在課堂學習時對教師講解知識點的理解程度和平時實際動手能力。期末上機考試的電子試卷主要以考核學生知識點、開發軟件掌握情況、軟硬件設計能力方面出題，考前準備多份電子試卷，以抽題的形式對學生進行考核，避免抄襲現象。最終綜合成績能很好地反映學生對單片機開發技術的綜合掌握情況。

四、結束語

單片機技術是一門實用性強、應用范圍廣的重要專業課程，要掌握好這門課程，不僅需要學生自身的努力，更需要教師找到快捷有效的教學方法。本文從單片機教學的課程體系、教學手段、內容及考核方式簡單分析了改革方法，提出了項目式教學方案，令學生從被動接收變成主動學習，能極大地改善教學效果，增強學生的學習動手能力。

參考文獻：

[1]汪萬維.單片機課程教學改革探討[J].武漢大學學報（理學版），2012，58（S2）.95-97.

[2]王元鵬.單片機教學中誤區的分析[J].理論研究，2013（3）：126.

[3]翟玉文.單片機課程教學改革探究[J].吉林化工學院學報，2013，30（4）.34-37.

[4]向繼文，陳善榮，劉昕，等.單片機原理教學改革探究與實踐[J].計算機時代，2016（7）：98-101.