單片機課程教學改革的研究與探索

（大連大學 信息工程學院 遼寧 大連 116622）

隨著電子技術的發展，單片機已經被廣泛應用于智能家電、工業自動化控制、智能化儀器儀表、汽車和通信等領域，單片機開發能力的強弱已經成為學生尋找理想工作的必備技能之一，因此單片機應用方面的相關課程目前成為工科院校電信、通信和自動化等各類專業的必修課程。

《單片機原理與應用》把微機原理、模擬電路、數字電路、接口技術、通信技術等知識綜合在一起，具有很強的技術性、工程性和實踐性，但是卻存在著理論教學內容與實踐脫節、仿真實驗箱設備陳舊、實驗內容簡單等許多問題，學生上課效果不太理想，因此單片機應用課程的教學改革就成為很重要的教研課題。

為了適應新形勢下本科教育的培養目標，筆者結合自己多年的單片機教學經驗、帶領學生的參賽經驗以及目前通信專業大學生的就業現狀，在此淺談一下對單片機這門課程的教改研究和探索。

1 單片機教學改革的必要性

首先，傳統的單片機課程教學一般是按照教學培養計劃和大綱，參考教材章節順序，再配以少量的實驗學時，理論教學基本上還是以教師講學生聽的方式為主[1]。我校通信專業《單片機原理與應用》經過教學計劃的調整，學時上比原來減少8學時，而且還去掉了先修課程《微機原理與接口技術》，導致課堂上要求講解的知識點增多，造成學生遇到的問題無法在課堂上得到一一解決，致使學生學得很吃力，老師教得很辛苦。

其次單片機實驗箱自身開發能力較弱，大部分實驗內容只能以驗證性實驗為主，想安排由學生自己獨自編程完成的設計性和綜合性實驗，設備受限不易開展，因此影響了學生實踐思考的深度及廣度。

因此傳統模式的單片機教學已經不能滿足學生的實踐需求，軟硬件綜合設計能力無法提高，無法培養高能力高素質的應用型人才，所以對單片機應用的課程教改是十分必要的。

2 教學改革方法探索

筆者針對目前我校《單片機原理與應用》在教學過程中存在的問題，嘗試將單片機的理論課堂教學、實驗教學與課外實踐項目活動結合起來，進行改革的初步探索，從而提高學生的獨立分析問題、解決問題的能力和實踐動手能力。

2.1 引入實踐項目教學法

實踐項目教學法是以課外實踐項目為中心，以proteus、protel、keil等軟件平臺為手段，以教學的內容為依據，以實際應用為目標。根據理論課程的不同章節內容，引用一些知識點相關的單片機應用實例作為實踐項目題目，以這些實踐項目的開發過程和方法為主線，重點研究實踐項目與書本理論的知識鏈接和知識拓展關系。

項目基本涵蓋《單片機原理與應用》課程所涉及的大部分教學目標規定內容，而且多選擇一些與實際生活很貼近、學生比較感興趣、有一定的難易區分度的工程項目，與教學同步，將單片機課程的主要知識點融入到一個個具體的項目中，整個項目的完成過程與教學流程同步進行[2]。

在整個項目設計過程中，先由學生獨立提出項目設計方案，由教師組織各項目小組對設計方案進行分析和論證[3]，確定方案后開始進行設計，再通過仿真軟件對電路進行仿真，最后撰寫項目總結報告，也可以進行實際電路硬件的安裝調試。

實踐項目完成后，進行項目考核，評判依據可以按完成實踐項目的先后順序、完成的質量、項目總結答辯時提出問題回答情況及學生表達能力等幾個方面，并將考核情況納入《單片機原理與應用》課程考核中。

2.2 結合proteus與protel等軟件平臺的教學手段

學生根據實踐項目的設計內容，用Protel軟件或者Proteus軟件繪制電路原理圖，利用Proteus軟件平臺對程序和電路進行軟件仿真調試。Proteus仿真軟件非常適合課堂上的項目設計運行結果演示，將proteus和理論教學相結合，可以增強教學的生動性和直觀性，加深學生對理論知識的理解和軟件控制的實現過程。

個別有能力的小組，在軟件仿真調試成功后，可以用protel軟件繪制電路原理圖后再進一步生成PCB板，然后采購芯片和元器件，焊接硬件電路，燒寫程序，進行實際電路的軟硬件聯合調試，最終完成設計產品，實現設計任務。

因此結合實踐項目教學方法，有效引入這些軟件平臺工具，是本項目的一個主要改革內容，重點研究項目教學中的項目設計及演示方法。

2.3 發揮團隊協作的教學方式改革

針對每個實踐項目，使學生采取分組的方式來完成，每個小組成員根據不同的能力和優勢各自負責不同的工作。在整個教學周期內，讓小組團隊提出項目設計方案，教師以啟發引導為主，鼓勵學生相互談論，加強團隊合作，對出現的問題，給出解決問題的思路，最終完成項目總結報告，并在課堂上演示運行。

2.4 與大學生科技競賽和課外興趣小組相結合

組織學生參加單片機應用課外興趣小組，定期組織活動，進行單片機相關知識的針對性訓練，并從中挑選動手能力強的優秀學生去參加全國性的電子設計大賽等比賽，將課堂上所學的理論知識充分地應用到實踐和比賽項目中，這樣做不僅可以滿足優秀學生的學習渴求，也激發學生主動學習主動思考的熱情。

通過這些科技競賽，可以使學生在短時間內對單片機和電路知識進行快速吸收、提煉和升華，也使他們的單片機系統開發能力達到一個新的境界和高度。

3 教改的實施結果

教改在通信15級中開始嘗試實施，首先在單片機未開課之前，先安排學生按照能力分組，并自學相關軟件。在單片機開課后根據難度系數選擇實踐項目題目，開始以小組為單位進行項目設計。

下面列舉其中幾個項目的設計要求、涉及到的知識點、項目的難度系數（星號數量），以及學生經過設計后實現的軟件仿真圖。

題目一：基于單片機的電子時鐘設計（*****）

設計要求：用六位數碼管顯示電路，設計一個電子時鐘，顯示格式如下：XX.XX.XX，由左向右分別顯示時.分.秒功能。

知識點：單片機最小系統、定時器中斷、數碼管顯示

軟件仿真圖如圖1。

圖1 基于單片機的電子時鐘設計項目仿真圖

題目二：方波--三角波信號發生器（*****）

設計要求：利用D/A轉換芯片，用兩個按鍵分別實現三角波、方波信號的輸出，并用軟件平臺上的示波器顯示出來

知識點：單片機最小系統、按鍵編程、D/A轉換

軟件仿真圖如圖2。

圖2 方波--三角波信號發生器項目仿真圖

題目三：交通燈的仿真設計（*****）

設計要求：紅綠燈交替亮；當綠燈亮的時間還剩5秒時，黃燈同時亮；5秒后，紅燈亮。紅綠燈亮的時間分別可任意調整（＜100秒）。

知識點：單片機最小系統、定時器中斷、I/O口輸出

軟件仿真圖如圖3。

圖3 交通燈的仿真設計項目仿真圖

通過教改項目，大部分學生提高了對單片機學習的興趣，積極參加嵌入式工作室或者是單片機課外興趣小組，在近兩年的大學生電子設計大賽和全國嵌入式設計大賽中，取得了很好的成績。

另外，通信15級幾名學生申請的大創課題《基于stm32的藍牙遙控仿生六足機器人》項目，方案是基于stm32單片機、藍牙模塊、android控制端對六足機器人進行步態控制，通過設計實現了一個控制系統靈活、自主性強、功能全面的仿生六足機器人，因為完成出色由校級課題升格為省級和國家級課題。

硬件展示如圖4、5、6所示：

圖4 蜘蛛趴下動作展示

圖5 蜘蛛站立動作展示

圖6 蜘蛛行走動作展示

4 結論

通過對單片機教學的改革，以實踐項目教學法為核心開展教學、充分發揮計算機仿真平臺輔助教學的作用，同時結合課外大賽與興趣小組，采用這樣的教學手段，可以使教學內容更加生動豐滿，有效增強教學效果。不僅可以使學生掌握開發技巧，學會由簡單到復雜的單片機系統應用，單片機開發思路逐步變得清晰；也可以讓學生課堂上學習的內容有實踐應用背景，學生由被動學習變為主動學習[4]，培養了學生獨立思考能力、獨立解決問題能力和獨立開發應用能力。

通過總結多年來教學過程中的經驗發現，只有不斷改進教學方法和手段，及時了解教學發展動態，與時俱進，及時更新理論和實踐教學內容，才能提高教學質量。