單片機原理及應用課程教學改革
——以湖南人文科技學院為例

謝四蓮，方智文

(湖南人文科技學院 信息學院，湖南 婁底 417000)

單片機原理及應用是湖南人文科技學院電子信息工程、電子信息科學與技術(shù)、通信工程、物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的一門專業(yè)必修課，是在學生學完電子技術(shù)類基礎(chǔ)課程和計算機應用類基礎(chǔ)課程之后，為加強對學生技術(shù)應用能力的培養(yǎng)而開設(shè)的體現(xiàn)電子技術(shù)、計算機技術(shù)綜合應用的一門課程[1]。本課程的目的和任務是使學生獲得單片機應用系統(tǒng)設(shè)計的基本理論、基本知識與基本技能，掌握單片機應用系統(tǒng)各主要環(huán)節(jié)的設(shè)計、調(diào)試方法，并了解單片機在測量、控制等電子技術(shù)應用領(lǐng)域的應用。初步具備應用單片機進行設(shè)備技術(shù)改造、產(chǎn)品開發(fā)及維護的能力，為走向工作崗位后從事單片機與嵌入式系統(tǒng)的研究及開發(fā)打下良好的基礎(chǔ)[2]。

一、突出應用、創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的課程教學方法與教學內(nèi)容改革

(一)傳統(tǒng)教學方法的局限性

幾十年來我國高等院校在教學內(nèi)容上多以單純驗證與理論相關(guān)內(nèi)容為主，在教學過程中過分強調(diào)實驗課作為理論課的驗證手段，實驗教學作為深入理解理論課所學知識的輔助方法，忽視對學生能力的培養(yǎng)，缺乏學生的主動參與及師生的雙向交流和對學生實踐能力的客觀考察[3]。特別是二十世紀八九十年代我國高校開始大量擴招，有不少原本是師范性或是專科性的高校為適應新形勢也開始招收一些新專業(yè)、或是向綜合性大學發(fā)展，這部分高校由于缺乏經(jīng)驗或是教師本身觀念上轉(zhuǎn)變具有一定的難度。這些院校在實驗教學上存在著很多問題。比如實驗條件差，實驗教學總體目標和基本思路不清晰，實驗教學內(nèi)容、方法和手段跟不上時代，實驗教學管理制度不完備，實驗成績評定體系不完善等[4]。以往的單片機原理及應用課程中，實驗課時少，只有12課時，占課程總時的22.2%。實驗用匯編語言，主要實驗內(nèi)容多為利用仿真器熟悉、單個指令的驗證以及對部分外設(shè)的簡單編程驗證。高校開設(shè)的單片機原理及應用這門課程，大部分的教材都是采用匯編語言來編寫，存在學生必須熟記復雜的指令，難于掌握課程的內(nèi)容，設(shè)計能力難以提高的問題。

(二)突出應用、創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的教學內(nèi)容改革

1．精心組織教學內(nèi)容

單片機原理及應用教學團隊通過多年對本課程的教學內(nèi)容研究，總結(jié)出該課程的重點內(nèi)容，并對其內(nèi)容進行了大的改革，打破了以往“老師一講到底，學生最后做幾個實驗，最終什么都沒有學會”的現(xiàn)象。教學團隊于2016年8月出版了《單片機原理及應用項目化教程》，在教學內(nèi)容上我們選取了涵蓋51系列單片機的重要知識點，并以典型的11個項目的形式分別介紹了51單片機的基礎(chǔ)知識、常用軟件Keil C與Proteus的使用、單片機的輸入/輸出功能、數(shù)碼管基礎(chǔ)與矩陣鍵盤掃描、定時器與數(shù)碼管動態(tài)顯示、外部中斷與串行通信、LCD1602顯示原理及實現(xiàn)、I2C總線與EEPROM、DS18B20與蜂鳴器、A/D與D/A轉(zhuǎn)換、實時時鐘DS1302。

2．由淺入深、由易到難的任務安排

在各個項目的教學內(nèi)容編排上，我們將單片機的基本理論與任務有機結(jié)合，每個知識點后都用一個具體的任務來強化，采用了由淺入深，由易到難，課后強化的方式。如在單片機的輸入輸出功能的教學內(nèi)容安排上，我們將其分成了輸出與輸入功能兩個部分，每部分都安排了任務，具體見圖1所示。

圖1 單片機的輸入/輸出功能教學內(nèi)容安排

3．突出應用、創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的教學方法改革

(1)采用層次遞進的任務教學法

該課程采用任務教學法[5]，使學生在“做中學，學中做”。在上課時要求學生自帶開發(fā)板和電腦到教室上課，使學生能夠“看得見，摸得著”。首先從基本的控制入手，如做“LED流水燈”，教師先提出任務，要求學生去自學相關(guān)的知識，在分析任務要求的基礎(chǔ)上，搜索查找資料提出開發(fā)項目產(chǎn)品的初步方案以培養(yǎng)鍛煉學生的專業(yè)能力和應用能力。然后由教師在課堂上依次講解“LED”點亮的原理，然后編程演示如何點亮一個LED燈，接著進一步啟發(fā)學生如何點亮8個LED燈，并演示給學生看，具備了上述基礎(chǔ)后，要求學生在課堂上獨立完成“LED流水燈”，通過一個簡單項目的制作，學生的學習興趣將大大提高，最后加強學生的課后練習，布置學生完成花樣流水燈的任務，如此經(jīng)過一步步的任務推進，激發(fā)學生的學習興趣，提高學生的應用能力。

(2)將實踐環(huán)節(jié)與課堂有機結(jié)合

單片機原理及應用的理論課時與實驗課時分別為32課時，我們將實驗課程進行了改革，不再單獨開設(shè)實驗課程，每次課中都要求學生進行實際項目編程與操作，打破了以往理論與實驗脫鉤的現(xiàn)象，使學生的實驗能力逐步提升。我們還將課程設(shè)計與期末的技能測評有機結(jié)合起來。課程設(shè)計是學生學完本課程后綜合設(shè)計能力與創(chuàng)新能力的體現(xiàn)。在開學初任課教師將課程設(shè)計的題目下發(fā)到各班級，由學生自由分組與選擇，可以使學生在課程學習中有目的、有針對性地學習。

4．突出應用、創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的考核方式改革

單片機原理及應用課程的考核打破以往用試卷考核的方式，采取了項目加綜合設(shè)計形式，以有利于考核學生對知識的理解和綜合應用能力、實踐和創(chuàng)新能力。具體考核方法是平時出勤、平時項目操作以及期終技能測評成績相結(jié)合。具體比例為：上課出勤占20%，平時項目操作占30%，期末技能測評成績占50%。每個環(huán)節(jié)都制定了具體的評分細節(jié)，如表1所示。

表1 考核評分細節(jié)表

二、課程改革實施的效果

通過單片機原理和應用課程的改革，湖南人文科技學院學生的嵌入式開發(fā)能力和創(chuàng)新能力大大提高，電子類的學生近年來在全國大學生電子設(shè)計大賽中，共獲得國家一等獎2項、國家二等獎1項；省一等獎5項，省二、三等獎共20余項的好成績；共獲湖南省大學生研究性學習和創(chuàng)新性實驗計劃項目10余項。很多學生在畢業(yè)時拿到了電工技術(shù)等級證和上崗操作證、家電維修證、Protel等級證書、EDA證等相關(guān)的授權(quán)證書，就業(yè)率和就業(yè)層次明顯高于其他同學。

[1]秦仙蓉，張氫，管彤賢，等.面向卓越工程師"培育的現(xiàn)代機械工程師基礎(chǔ)"課程建設(shè)[J].中國高等工程教育研究，2014(3):153-157

[2]艾學忠，王立國，孫明格.圍繞"三三式”現(xiàn)代工程師培養(yǎng)模式建設(shè)單片機課程[J].吉林化工學院學報，2014(6): 30-32.

[3]潘懋元，周群英.從高校分類的視角看應用型本科課程建設(shè)[J].中國大學教學，2009(3):4-7．

[4]劉獻忠.大學課程建設(shè)的發(fā)展趨勢[J].高等教育研究，2014( 2) :62-69．

[5]謝四蓮,成運.任務教學法在《單片機原理及應用》教學中的應用[J].電腦知識與技術(shù)．2008, 4(3)：125-127.