基于學生興趣導向的單片機原理及應用課程教學改革研究

李海鵬　沈曉鵬　韓奎　胡曉娟

摘 要 單片機原理及應用是高校應用物理專業學生的一門應用性和實踐性很強的專業課。針對該課程教學過程中普遍存在的問題，本文探討了以提高學生學習興趣為導向的單片機課程教學改革措施，以期達到培養學生實踐創新能力，提升教學效果的目的。初步教學實踐表明，這些教學改革措施能更好地激發學生的學習性卻，既促進學生對知識的掌握，又培養學生的實踐創新能力。

關鍵詞 單片機 教學改革 學習興趣

0 引言

單片機技術是當前社會流行的熱門的技術之一，其發展極大地促進了電子工業的發展。因此，單片機技術的普及成為教育界和產業界的熱點之一。[1]單片機技術相關課程已經成為國內高校電氣工程、自動化、機械電子、計算機等諸多工科專業中一門重要的專業必修課。筆者所在學校的應用物理專業也將“單片機原理及應用”作為一門重要的專業課來加強學生的專業實用技能的培養。

該課程是一門集電子電路、計算機、語言編程等技術的應用性很強的課程。使學生了解單片機的工作原理，掌握單片機技術，并將其應用于單片機項目系統的開發，是該課程的教學目標。本文筆者在教學實踐中發現，學生普遍反映單片機課程理論概念多、指令不易記、入門難。學生感到課堂教學枯燥乏味，學習難度很大，容易陷入“教師教學難、學生學習難”的兩難境地。[2]因此，如何更好地激發學生的學習積極性是教師面臨要解決的一個重要問題。為了改變目前教學現狀，需要對單片機的課堂教學進行改革。本文筆者將結合自己的教學經驗，針對當前教學中普遍存在的問題，探討以培養學生學習興趣導向的單片機教學改革措施。

1 課程教學現狀分析

1.1 教學內容落后于當前教育的需要

單片機技術飛速發展，單片機芯片也不斷更新換代。但是目前不少教材仍然以上世紀90年代的80C51系列單片機為例介紹單片機硬件結構、指令系統、程序設計、中斷技術、定時器/計數器、串行通信、存儲器擴展技術和I/O接口擴展技術等等，教學內容陳舊，滯后于單片機技術發展，實用價值不大，不能滿足工程項目的實際應用要求。[3]此外，課程一開始就讓學生在短時間內學習許多抽象的理論概念和大量的匯編指令，學生常常感到枯燥乏味，學習難度很大。例如，有些教材在單片機程序設計章節中只介紹傳統的匯編語言程序設計，對目前工程應用中普遍使用的C語言不介紹。定時器/計數器、模/數轉換、數/模轉換等教學內容仍然側重于介紹傳統的并行接口器件（如8253 /8254、ADC0809、DAC0832 等）以及ROM與 RAM芯片擴展接口設計方法，對于在工程設計中應用較多的串口器件則很少介紹。在實驗教學方面，主要是對仿真器的熟悉、匯編指令的使用及部分外設的簡單編程，而對實際項目開發中常用的仿真軟件keil、proteus則介紹得較少，導致實踐教學往往與實際工程項目脫節。[4]

1.2 教學模式滯后于當前教育的需要

目前，單片機課程教學普遍采用傳統教學模式，通過教師系統地講授將知識傳授給學生，即以“教師+黑板（PPT）+實驗”為主體的教學模式。[5]在整個教學過程中，教師往往重知識傳授，輕能力培養；重技巧訓練，輕思維形成；重理論教學，輕實踐指導。在課堂理論教學中，由于學時的限制，教師對來源于生產生活實際的案例的分析很少。課堂教學缺乏互動環節，“滿堂灌”的現象也很普遍。實驗課教學內容也主要是“黑箱實驗”，學生根據教師講解和演示，完成單片機實驗箱的驗證性實驗。這種缺乏實踐內容的課堂教學變得“無聲無趣”，學生被動地接受與實際脫節的理論，對于實際應用問題無從下手，不利于學生分析解決問題能力和創新能力的培養。

1.3 考核方式滯后于當前教育的需要

單片機技術具有較強的實踐性，不少教師仍采用傳統的筆試方法考核學生，而技能操作和實踐考查較少。這種單一的課程考核評價模式既不能全面、客觀地考查學生的實際學習效果，也不能真正考查學生的實際動手操作能力，很難達到課程考核的目的。學生為了應付理論考試，很少把時間花在動手能力和創新能力的培養上，因此導致學生利用單片機進行開發設計的積極性不高。課程結束后，學生仍不懂得如何進行系統設計、芯片選擇及軟硬件綜合調試，難以取得理想的教學效果。[6]

2 提高學生學習興趣的措施

2.1 優化教學內容，降低學習難度

單片機課程教學內容涉及硬件和軟件等多方面知識，包含了很多抽象的理論概念和大量的匯編指令，而且教學課時較少，學生難于理解和記憶對這些概念和指令，導致學生在學習過程中感覺難度較大，易使學生產生畏難與厭學情緒。因此，要合理取舍教學內容，優化教學設計。為了解決“學時少與授課內容多”的矛盾，教師要注重學習方法的介紹，培養學生的自學能力。[7]由于在本課程之前學生已經先修了計算機原理與應用，模擬電路和數字電路等課程，因此單片機硬件結構模塊可以用較少學時以回顧的方式介紹。在程序設計教學模塊用C語言代替匯編語言，有效降低學習難度，提高學生的自信心。對于一些教學內容老師可以不用課堂講授，而是幫助學生制定學習提綱自學。老師在課堂上檢查、督促，組織討論學生的自學成果，找出新舊知識之間的結合點，引導學生掌握新知識。例如，對于接口擴展技術和串行通訊等內容，老師可以布置課程設計以及相關實驗，學生完全可以自學掌握。

2.2 改革教學方式，提高學習興趣

根據課程教學及學生學習的特點改革教學方式，既可以降低學習難度，又可以提高學生的學習興趣。單片機在實際生產生活中的案例很多，選取一些典型而且學生感興趣的實例，綜合運用多種教學手段，構建了案例教學模式，提高學生學習和使用單片機的積極性。例如，在緒論課教學中，我們要充分利用多媒體技術以視頻、圖片、動畫等方式向學生展示單片機在生活和生產以及軍事上應用案例：智能IC卡、汽車智能儀表的控制、機器人、工業自動過程的實時控制和數據處理、以及導彈導航裝置等。同時，還配備演示幾個往屆學生的單片機競賽設計作品（心形流水燈、自習教室人數統計系統、學生宿舍溫濕度在線監測系統等）。使學生在課程之初便感受到單片機課程的精彩，認識到所學課程的重要性，從而激發強烈的求知欲。

加強課堂教學互動，提高學生的學習積極性。例如，在定時器工作方式教學中，把學生分成若干小組。學生在預習完教學內容后，小組成員之間相互討論，接著再由每一組學生代表到講臺前闡述自己的理解看法。組與組之間相互彌補探討，最后教師做總結，歸納難點和學習誤區。這樣一種翻轉課堂式的教學方式不僅提高了學生的自學能力和創新精神，給學生充分展示自我的機會，同時也鍛煉了學生的表達能力和團隊協作意識。

2.3 完善課程考核方法，激發學生實踐創新的熱情

從培養學生實踐能力和創新能力出發，改變傳統的單一筆試的考核方式。將實踐考核與理論考核結合起來，使考核不僅注重結果，更加注重過程和能力考核，建立了多元化的考核模式，即理論考試占50%，平時成績占10%，實驗設計報告占20%，機考占20%。改革理論考試的題型，減少死記硬背的客觀題，增加靈活多樣的電路設計、程序設計等主觀題。在課程結束時，學生要提交實驗報告和作品的設計報告，鼓勵學生制作PPT在課堂上匯報告自己的設計。機考主要考核學生動手能力和程序調試能力，課程結束時在實驗室里現場抽題考核。平時成績主要由任課教師根據學生的出勤、作業和課堂討論參與等情況綜合評定。此外，為了鼓勵學生課下利用單片機進行發明創造，課程考核專門設置了創新成果加分選項，即對課程設計有創新性成果或者參加校級以上單片機競賽或者發表相關論文的同學，在總分不超過 100 分的情況下最多加 10 分。這種多元化的考核評價方法能夠真實地考查學生對單片機基礎知識與實際應用能力的掌握情況，充分調動學生學習的目的性和積極性，有利于提高學生的單片機實踐能力和創新能力。

2.4 加強實踐教學環節，讓學生體驗成功的樂趣

單片機技術具有較強的應用性和實踐性。在教學中需要精心設計和組織實驗課及課程設計的具體項目和方式，突出其實踐性和實用性的特點。根據學生不同的學習能力，合理安排基礎操作性實驗、驗證性實驗和綜合設計性實驗，讓學生樹立學習單片機的信心。將項目式教學與實驗操作和軟件仿真結合起來，邊講解邊操作，可以顯著提高學生的學習效果。鼓勵學生利用單片機實驗板自己動手設計小的單片機系統。在老師的指導下，從電路設計、元器件的選擇連接組裝到程序的編寫調試以及用編程器燒寫，學生獨立動手完成。這樣，學生不僅學到了新的知識，對單片機有了全面的認識，而且更重要的是鍛煉了動手實踐能力，體驗了動手制作的樂趣。同時，積極引導學生將課程學習知識應用于課程設計、畢業設計、課外創新訓練和學科競賽等實踐環節，指導學生開展大學生創新活動，從各個方面激發學生的學習興趣，培養學生的成就感，提高教學的效果。

3 結束語

“單片機原理及應用”是高校應用物理專業學生的一門應用性和實踐性很強的專業課。該門課程教學中普遍存在“學時少與授課內容多”的矛盾，導致學生在學習過程中感覺難度較大。單片機課程的學習本身應該是很有趣的，因為很多教學內容都與實際生活和生產密切相關，容易引起學生的學習興趣。本文針對當前單片機教學中存在的問題，從優化教學內容、改革課堂教學方式、完善課程考核方法、加強實踐教學環節等等方面探討了提高學生學習單片機興趣的措施。經過一年多的教學實踐表明，該課程教學改革已經初步取得成效。例如，案例教學法激發了學生的學習單片機的熱情和興趣，課堂學習積極性明顯提高。學生自發成立了單片機學習協會，申請單片機類的大學生科研創新訓練項目的數量相比往屆學生明顯增加。學生完成的單片機類的課程設計質量也顯著提高。有的學生的課程設計作品在老師指導下還申請了專利，有部分學生在電子設計比賽中也取得了優異的成績。總之，在“單片機原理及應用”課程教學中，教師只有不斷加大教學改革力度，以學生學習興趣為導向，優化課程知識體系和改進教學方法，才能切實提高課程的教學效果。

參考文獻

[1] 宋黎明.關于單片機教學改革的幾點建議[J].新校園：學習，2012（8）：36-36.

[2] 王愛杰.以趣為徑，改善單片機課堂教學效果[J].遼寧教育行政學院學報，2010（6）：163-164.

[3] 趙欣，李國厚.單片機技術教學存在的問題及改革策略[J].河南科技學院學報，2015（6）：98-100.

[4] 丁保華，張有忠，陳軍，等.單片機原理與接口技術實驗教學改革與實踐[J].實驗技術與管理，2010.27（1）：117-119.

[5] 胡玲艷.單片機“案例教學”模式改革與探索[J].電子測試.2016（7）：142-143.

[6] 邵鐵鋒. 單片機項目化實習教學的探索[J].電氣電子教學報，2008.30（5）：58-59.

[7] 邢鵬康.《單片機應用技術》課程教學模式改革[J].內江科技，2011.32（7）：176-176.