單片機應用技術課程實踐教學改革探討

馮澤虎

摘要：傳統單片機課程實踐教學主要采用課內實驗的方式，授課模式基本是沿襲老一套的方式：實驗目的、實驗原理、實驗方法與步驟、實驗注意事項等等。因此學生在實驗過程中只需按實驗步驟操作，輸入實驗參考程序，運行仿真后驗證實驗結果。這種按部就班的教學模式只讓學生熟悉了單片機的開發流程，并沒有起到任何提高學生單片機實踐應用能力的作用。在電子設計單片機項目培訓中，學生以3人為一組，實驗以項目為單元，每個項目只有具體指標參數和最終所要達到的效果要求，不提供任何的實驗步驟、實驗程序或硬件電路等相關信息。這促使學生必須針對項目要求，通過各種途徑自己找到解決問題的方法。這種項目任務布局極大的推動了單片機課程實踐教學從驗證性向設計性的轉變趨勢。

關鍵詞：單片機；實踐教學；轉變

目前的單片機實踐教學主要是利用單片機系統平臺、仿真器和系統開發軟件KeiluVision4進行的一種模擬仿真實驗，可操作的空間很小，學生很難通過現有的平臺進行單片機項目的設計與開發。因此，徹底摒棄現有的單片機系統平臺和仿真器，才能真正實現單片機課程實踐教學從驗證性向設計性的徹底轉變。主要體現在以下兩個方面：

1.自己搭建實驗平臺。在電子設計單片機項目培訓中，沒有現成的單片機系統平臺。所有學生都要通過組內討論和分工協作，運用各種分立元器件來完成從設計、制作到調試單片機系統平臺的全部過程。這個過程既培養了學生對理論知識的深入理解，又培養了他們的實踐動手能力。

2.自己制作仿真模塊。在傳統的單片機課程實踐教學中，與系統平臺配套的一般為專用仿真器，不僅集成度較高，而且價格不菲。在電子設計單片機項目培訓中，我們采用由SST公司生產的仿真芯片SST89E516RD和PL2303通信模塊構建的仿真系統。其中PL2303模塊從電路設計、PCB制板到元器件焊接的全部過程都由學生自行完成。這樣不僅讓學生實踐了單片機串口通信的功能，而且極大的降低了單片機實驗教學的成本。

一、實踐教學模式的改革

1.基于項目引領的實驗模式

我們許多課程的實驗課教學模式，基本上都出于傳統的公共基礎課實踐教學。其特點是對單一某個理論教學內容進行實驗演示和驗證。由于思維的慣性，這種傳統自然也延續到單片機實驗課中，致使學生綜合性實驗能力較弱，完成課程設計和實際應用設計的難度較大。作為嵌入式基礎和初級應用的單片機基礎課程，其最大特點是工程性。單片機本身是一個強大的系統集成工具，學生在專業知識基礎上用單片機及相關器件進行綜合分析和設計，最終要制作出滿足用戶要求的產品。因此，單片機實驗課的主體思路是綜合性、工程性。基于這一點，我們對實驗課在宏觀上調整為基于項目引領的實驗模式。首先是將基礎性實驗以Proteus軟件仿真形式在理論課上實驗和演示；其次是配合理論課將整個學期的實驗課安排成一個應用項目，將整個項目按照內部資源、擴展資源、前向通道、后向通道和人機通道等部分分解成各個模塊作為每次試驗課的內容。學生在完成單次試驗的基礎上，從軟硬件的角度對項目整體架構不斷地加深認識和理解，最后完成一個項目的全過程實驗。在這個過程中，學生不斷地積累系統級分析設計的能力，不斷地積累著成就感。學生增強了對實驗課的興趣，大幅提高了單片機實驗課的效率和效果。

2.多種實驗手段的綜合運用

現在高校學生基本上都基于實驗箱做實驗。相對于傳統實驗手段（手工焊接或用面包板），實驗箱在單片機應用系統的軟件實驗方面具有優越性，但在硬件實驗方面，則現出其明顯的弊端。學生按照實驗指導書的指示在實驗箱上連接各端子，學生大多不去了解這種連接后形成的電路；沒有從設計、元器件連接、調試到完成全過程的鍛煉；實驗箱資源有限；不能進行多種硬件方案的試驗、硬件電路的優化設計和創新。我們根據實驗不同分別采用不同的實驗手段。應用面包板的實驗，側重于自己設計電路實驗方案、創新潛能的開發和硬件系統級調試技術的學習；手工焊接的實驗側重于實際動手技能和模塊及硬件調試方法的學習和鍛煉；應用試驗箱的實驗則重點側重于復雜系統的編程和軟件調試。同時，這些實驗手段的綜合應用，給學生創造了一個寬松的軟硬件實驗環境和發揮創造性的空間，增大了實驗課的吸引力，促進了對理論教學的理解，達到了很好的效果。

3.發掘第二課堂的深度和廣度

單片機課外教學活動是可行和必要的。組織成立學生課外活動小組，為學生設計階段性任務。這些任務可以是承擔科研項目的分解部分，也可以是有意義和價值的小題目。學生的任務可以指標化，小組實行優勝劣汰。這對學生提高課程興趣、加深理解、拓展知識和帶動整體學習起到了重要作用。每年一次由教育部和信息產業部共同舉辦的大學生電子設計競賽，是一次極好的單片機實踐教學活動。要進行規范整理，優化模塊設計，使之成為標準件，進而成為教學資源，進而促進教學教改工作進展和良好學風校風的建設。

二、優化考核制度

1.項目考核取代理論筆試

電子設計的單片機項目培訓由6個子項目組成，在每個子項目開始前，指導老師都會布置該項目的具體內容、完成時間以及項目要求。每個子項目完成后，指導老師都會以組為單位，對該項目進行階段性驗收。驗收過程中，以實時問答的方式考核每組3位同學在查找資料、芯片選取、理論計算、模塊制作及系統調試等方面和專業素養和掌握程度。最終，以這6個子項目的考核等級綜合決定整個單片機項目的總成績。這種考核方式著重考查了學生在應用中運用單片機理論知識來解決實際問題的能力，完全切合了單片機這類工科課程教學大綱的要求。

2.考核秉承兩個原則

首先，在考核過程中不以項目完成的時間長短來決定每個子項目的考核結果。在傳統的理論考試中，考生面對的考題是一樣的，考試的時間也是一樣的，即客觀環境是相對公平的，而項目實操具有很大的偶然性和不確定性。因為項目要求雖然相同，但不同的組會有不同的設計方案和線路布局，這就使得每組遇到的故障問題的類型及數量也都是不一樣的，如果我們還是按照統一的標準去衡量就會有失公平。因此，在電子設計單片機項目的考核中，指導老師還是著重考查學生解決問題的能力，不會以完成時間的長短作為主要衡量標準。其次，每個子項目都沒有唯一正確答案，只有最優方案。針對同一項目要求，解決的方案卻會有很多種，條條大道通羅馬。在完全達到項目要求的前提下，指導老師會從軟件編碼長度、硬件接口分配、模塊電路布局及系統穩定性等方面進行綜合考核，評出性價比更優的方案。并在每個培訓項目完成之后，集中全體學生，由指導老師或班長主持，進行該項目的階段性總結分析。這樣使得考核并不是項目的最終目的，而是通過合理的考核體系真正實現資源共享，知識爆炸。

結論：本文針對單片機課程的教學特點，結合電子設計競賽的培訓模式，從教學方法、實驗類型、開發環境和考核制度等方面探討與總結了單片機課程教學改革的具體實施方法。淄博職業學院電子設計創新實訓中心通過五年多的實踐證明，全國大學生電子設計競賽給單片機課程的教學改革指出了一個方向。我們將以此為契機，積極主動地將以上探討與總結落到實處，并拓展到相關專業，這無疑對促進我院課程體系和課程內容的改革具有明顯的積極意義。

參考文獻：

[1]單片機課程教學改革的探索 梅麗鳳 遼寧工業大學學報 2008

[2]單片機課程教學改革與探索 王琦 河南機電高等專科學校學報 2015endprint