“單片機原理與應用”課程教學分析

陳新芬 黃文明

摘要：“單片機原理與應用”是一門實踐性很強的專業技術課，傳統的教學模式難以培養出學生的技術實踐能力。為了提高畢業生的就業競爭力，文章從創新性項目開發教學、綜合性實踐環節教學、利用開放性教學實驗裝置、課外興趣實踐、課程考核形式等幾個方面，探討了單片機教學改革實踐，旨在提高學生的系統開發能力、創新能力。

關鍵詞：單片機；教學；創新；實踐

在我國《中國制造2025》綱要的驅使下，在進行大學生的單片機基礎課程教學過程中，不能只局限于傳統的理論灌輸的教育方式，不能忽略了社會需求和學生動手能力及創新思維的提高。針對該問題，本文結合現階段大學生單片機基礎課程教學的實際情況，探索應當如何提高大學生在單片機設計方面的動手能力和產品設計的創新開發能力，促使學生能力的提高，更好地服務于未來的社會需求。

1 項目教學具備創新性

單片機課程具備很強的實踐應用性，真正意義上掌握了該課程的學生，應該具備以下幾方面的能力：系統硬件設計及軟件開發，電路板設計，元器件選型，焊接及軟件程序編寫，軟硬件系統聯調。為了培養學生的系統設計開發能力，進而培養學生的創新設計能力，必須改變傳統的學科知識傳授的教學方式，將教學內容進行精心設計，以項目案例的形式展開教學。正在進行教學的項目案例，應該貼近目前行業企業的生產應用實際。單片機課程軟硬件知識點，分散在這些項目案例之中，學生熟悉掌握了項目案例的設計開發，自然就掌握了單片機課程的各項知識點。項目案例既能夠體現不同型號單片機的共性知識，又能夠體現單片機發展趨勢，比如現在比較熱門的技術：人機接口技術、通信技術、智能鈴聲技術、盆栽自動灌溉技術、變頻控制技術、自動避障車技術，IC卡應用技術、溫濕度控制技術、模糊控制技術等。這就要求項目案例的教學中，要能夠包含這些最新技術的應用，利用上述高新技術，正確引導學生，學生的知識面才會開闊，才能激發學生的學習興趣和學習積極性，為學生的創新能力培養提供前提條件。

2 展開綜合性實踐環節教學

2.1課程設計

學生創新精神、創新能力的培養，源自學生遇到問題，需要發揮創新性思維來解決，源自課程體系中所學知識的綜合運用、靈活運用。單片機系統開發就需要用到各門課程的知識，所以課程教學的后期，需要配套有對應的課程設計環節，來培養學生的創新能力。學習該課程的學生，一般前期都學過“電子電路”“電路板設計與PCB板設計”“傳感器與檢測技術”“電機驅動”等課程，在課程設計環節，要求學生分組，2-3人_組，利用一周的時間來完成一個綜合性的基于單片機系統開發的作品。這個作品的命題可以是開放式的、自由命題，也可以來自教師的橫向課題的子項目，也可以來自目前各級各類大學生電子設計大賽，智能車，機器人大賽的賽題。創新能力的培養，不是紙上談兵，而是來自實際的問題解決的需求。學生為了完成既定命題下的課程設計，中間的實踐環節會遇到各種問題，在問題的驅動下，創新性地解決問題，完成課程設計，能力得以提升。

通過課程設計，學生能鞏固和掌握單片機基本原理，并在此基礎上使學生的綜合設計能力和創新應用能力得到大幅提升。圍繞工程教育的特點和國際工程師認證要求，側重創新能力和素質培養的要求，明確課程設計環節的能力指標：（1）圍繞課題設計要求，綜合運用課程體系知識，給出系統解決方案，并具備系統設計、分析、測試的能力。（2）具有運用信息網絡、技術手冊、說明書查閱有關技術資料的能力。（3）能夠就系統解決方案、過程與結果，通過書面報告和口頭陳述清晰地表達個人觀點。

最終教師制定具體的評分原則，分別對方案設計、原理圖設計、硬件制作、軟件設計、調試結果、設計報告和口頭陳述進行考評。

2.2小型智能產品開發

為了進一步培養學生的單片機系統開發能力，創新問題解決能力，無錫城市職業技術學院電子大類專業的學生培養計劃中有一個集中實訓的環節，即小型智能產品開發實訓。

集中實訓環節為期兩周，在教師的指導下，學生自主定題，兩人_組，共同完成一個智能產品的開發任務。近兩年實踐完成情況來看，學生做得比較多的實訓作品有：智能尋跡避障小車、智能窗戶設計、智能搶答器、基于單片機的任意波形發生器、溫室溫濕測控系統設計、簡易電子琴設計、多樣彩燈控制系統、電子秤設計、自控打鐘鈴設計。 經過小型智能產品的開發制作，學生體驗了從繪制草圖、設計單片機電路、手工制作電路板、程序燒寫、調試電路板，最后完成單片機組裝的實踐機會。在作品制作完成過程中，兩人一組的學生，各有分工，—人主要負責硬件電路的設計與元器件選型與焊接制作，另—人負責軟件程序的編寫與調試、下載。兩人在完成任務的過程中，各有分工又需要通力合作，負責硬件的學生也要能夠熟悉軟件部分的操作，負責程序編寫的學生，也要有一定的硬件電路制作能力，能夠在后期的組裝、程序下載、排錯環節得心應手。在智能產品開發制作過程中，學生會遇到問題，有解決問題的需求，查找資料，創新性地解決問題，學生的實際動手能力、創新能力得以提升。

3 利用開放性教學實驗裝置

單片機實驗箱用于完成基礎類驗證性實驗，促進學生對單片機基礎知識的理解和掌握。比如：I/O口實驗、鍵盤顯示實驗、中斷實驗、定時器實驗等。

同時，每個學生配備開放式實驗開發板，開發板以STC89C52為控制核心，采用USB線供電，H340型USB轉串口下載線，另配5V穩壓電源及光盤資料。STC89C52核心板上整合了8位LED、6個獨立按鍵、4位共陽極數碼管、1個蜂鳴器、1個繼電器、16腳和20腳兩組液晶接口，紅外接收頭（H1838）接口以及、溫感DS18820接口。該核心板能夠完成I/O端口實驗、中斷二級嵌套實驗、定時器實驗等，兩塊板可以進行串口通信。只要有一臺電腦，學生在哪都可以進行實驗。在機房課堂上，學生跟隨教師完成課內訓練內容。課外，學生可以在宿舍、家庭等場所繼續實驗練習，這種方式便于在學生中形成共同學習單片機的氛圍。理論教學與“實物”相結合之后，使得單片機教學中所涉及的抽象內容變得直觀易懂了，使得學生直觀具體地認識和了解單片機的實際工作和應用方式。在教學中為學生提供電路板的完整電路原理圖，將課堂教學的內容和其“實物”聯系起來，并逐步讓學生學會讀圖、識圖，為設計單片機系統的應用電路打好基礎，逐步培養應用創新能力。

4課外興趣實踐

4.1鼓勵參加各類賽事

對部分單片機技術掌握非常好的學生，鼓勵他們積極參加江蘇省大學生創新創業大賽，省、市級的大學生電子設計大賽，機器人大賽以及各類由地區行業企業主辦的智能產品設計大賽。這類大賽一般以單片機為核心主控元件，配以外圍傳感器相關電路，執行相應的功能。由此把多門課程有機結合并拓展，進一步提高實踐能力、設計能力、理論水平，增強創新意識。參加比賽的學生在規定時間內，合理分工合作，按照賽事要求，完成設計與制作調試，過程中遇到問題，學生通力合作有效解決。這個任務的完成過程中，培養了參賽學生的團隊協作能力，有效解決問題的實踐動手能力，創新性解決問題的能力水平得到提升。

4.2社會實踐鍛煉

系統的培養計劃包括課內實驗、開放實驗、科技競賽、企業實習等。無錫城市職業技術學院應用電子專業大二的學生，在二年級下學期有一個企業參觀實習體驗周。目前無錫城市職業技術學院的做法是將這部分學生由帶隊老師帶領，進入到無錫市公共實訓基地進行參觀學習。無錫市公共實訓基地是在地方產業轉型發展急需高技能人才的背景下，由市政府公共財政投入建設的面向全社會開放的公共服務平臺。目前己成為國家級高技能人才公共實訓基地，建成并投入使用的有110個實訓鑒定室，涵蓋現代制造業、現代服務業、現代信息技術、現代電工電子技術等八大實訓門類。基地里的電工電子技術實訓室有我們專業高度相關的實訓設備，貼合市場開發需求，符合當下行業應用主流機型。實習周校內帶隊老師將學生帶入進去后，里面有專門的技術師傅介紹設備如何使用，感受設備運行的控制功能，學生現場參觀學習.傾聽師傅講解。學生在實習周內能夠接觸到非常豐富的企業生產一線的設備，開闊了視野，激發了興趣。

一周的實習體驗，對提升學生的實踐能力顯然是遠遠不夠的，對電子大類專業的學生，可以利用無錫地區產業發展優勢，尋求校企合作渠道。在校企深度合作的基礎上，可以實施目前的最新做法，簽訂企業訂單班，冠名班。無錫城市職業技術學院大三學生需要完成企業頂崗實習一年，企業訂單班的學生進入對口企業，直接上崗訓練，利用企業的先進設備，項目開發需求，來激發學生的創新動力。在校期間的學習，接觸的單片機型號有限，一般都是比較經典的型號。學生可以利用在企業實習的機會，接觸到當下生產一線普遍使用的機型，了解最前沿的科技咨詢。

5 改革傳統課程考核形式

考核方法的改革是推動教學改革的有力措施，建立有利于學生發揮創造性能力的考核體系，對學生進行多方面、多角度、多形式、多層次的綜合評價，更符合創新教育的要求。傳統的期末閉卷考試的形式，考核面比較單一，無法完成對學生在該課程學習過程中各種表現的一個綜合性考量。期末閉卷考試的形式，形成不了對學生督促學習的作用。所以除了期末閉卷考試之外，還需要有期中綜合性大作業檢查、課后作業、實驗考核、課堂小測驗等形式，確保對學生形成一個客觀、公正、合理，能起到督促課程學習作用的考核體系。

傳統的實驗考核，主要通過實驗結果、實驗報告進行考核，形式過于單一，大部分實驗報告千篇一律，抄襲嚴重，難以提高學生的積極性。因此，對實驗成績的評定不能簡單地看實驗結果是否準確，而要以實驗預習、實驗過程、分析和處理問題的思路、實驗操作規范程度和實驗報告書寫內容等來綜合評價實驗成績。鼓勵學生自主設計，自行實驗，獨立完成實驗方案和實驗報告。對通過查閱資料、獨立思考并解決實驗中問題、有新穎設計方法的學生，從實驗成績上給予肯定。

期中綜合性大作業可以是學生小組的形式來完成任務。學生2-3人為一組，每組學生可以自主選題，也可以在教師的輔導下完成選題任務。在選題確定的情況下，然后進行實踐訓練，可以是實物形式的制作調試，完成一個實際的小作品，也可以是PROTEUS仿真的形式，完成原理圖繪制與程序編寫和調試。同時將過程中的各個環節記錄下來，形成紙質綜合設計報告，教師根據設計報告以及完成作品，進行過程性成績評定。