提高單片機課程教學質量的探索與實踐

（新疆農業大學機電工程學院 新疆烏魯木齊 830052）

嵌入式單片機技術是高校工科類各專業重要的專業基礎課，是后續專業課程學習的基礎。由于“單片機技術”課程理論抽象、與實際問題結合緊密、實踐要求較高，因此大多數學生掌握起來有一定的難度，常常感到內容枯燥無味、無所適從。學生對單片機技術課程的學習和掌握往往缺乏行之有效的方法，難以達到社會上對應用性及創新性人才的要求。[1]

針對該課程的以上特點，為了在有限的課時內能夠盡快引導學生入門，在理論及實踐教學的各個環節教師都必須注重實踐教學的滲透，幫助學生對各知識點的理解和掌握。筆者在多年的“單片機技術”課程教學實踐中，不斷探索新的教學方法和手段，在工程應用及創新性人才培養、全面提高“單片機技術”課程教學質量等方面進行了一定的探索和實踐。[2]

一、基于問題導入的理論教學探索與實踐

為了能夠進行有效的課堂教學，激發學生對該課程的興趣及自主學習能力，首先要在理論教學過程中充分發揮多媒體課件信息量的優勢。講授緒論時在課件中引入單片機在家用電器、工業控制、機器人控制、智能控制等方面的靜態及動態實例畫面引導學生入門，以激發學生學習單片機技術的興趣。

在講授單片機工作過程的抽象概念時，先向學生提出問題，如思考 “5+6=11”在單片機中如何計算完成？以此來吸引學生的注意力，然后用動畫將上述運算過程的“取指令階段”、“執行指令階段”等抽象概念通過文字、靜態和動態圖形生動地表現，使學生初步掌握單片機的整體工作過程，有效地彌補了以教師為中心的理論教學方式。下圖為單片機運算過程示意圖。

圖1 單片機運算過程

其次在理論教學過程中，以章節為單元，以實際問題為實例，將單片機仿真調試軟件keil與單片機及外圍硬件仿真軟件Proteus相結合，通過課堂中給學生演示軟件編寫，調試與相應的硬件電路結合聯調的過程，將抽象的理論用軟件仿真的形式加以具體化、形象化，使得學生能夠進一步理解單片機內部結構，加深對單片機內部的剖析，然后將相應的軟件發給學生使學生能夠在自己的計算機進行仿真實驗，提高學生的學習興趣。

二、探索實驗教學，開設綜合性設計型實驗

為了理論教學與實驗教學有機地結合起來，使實驗教學由輔助地位變為創新能力培養的重要環節，筆者所在“單片機技術” 課程組提出，打破以往的理論教學和實驗教學由不同老師教授的教學方式，要求理論課和實驗課由同一個老師講授，這樣做的好處是教師可以根據自己的理論授課內容和實驗內容掌握教學進度，并能及時了解學生在課堂掌握的理論知識結合實際的能力。[3]

實驗內容安排的重點是培養學生的理論聯系實際的能力。為了構建與課程體系相配套的實驗教學體系，將實驗教學內容分為驗證性、基礎性、綜合設計性實驗等三個層次。在驗證性、基礎性實驗教學中，實施了以學生為主體、教師為主導的自主式教學，引導學生用所學理論知識解決實驗中的問題。針對綜合設計性實驗內容，要求學生做實驗前根據已學過的基礎性實驗知識，編寫實驗方案及實驗程序，最后通過實驗室平臺驗證，并就實驗過程出現的問題進行討論。如，定時/計數器實驗和步進電機控制實驗。通過這樣的實驗教學模式，使學生加深鞏固了前期所學知識，并且培養了學生所學知識綜合應用能力及創新精神。[4]

三、強化課程設計教學環節

經理論教學、實驗教學后，以單片機技術為核心的理論和實踐知識體系已基本形成，學生具備了利用單片機技術進行綜合設計的初步能力，在此基礎上加強課程設計教學環節來進一步培養學生的整體動手能力和解決實際問題的能力。

在選題上，采用了實際應用項目實例，力求理論與實踐相結合，如：廣告燈電路設計、步進電機控制、交通燈單片機控制、直流電機調速等典型實例都來自實際工程應用，有助于培養學生解決實際工程問題。

根據課程設計題目將學生分成3～4人組成的小組，每一小組選一名組長負責。設計內容包括系統實施方案制定、硬件電路設計、元器件參數計算及選擇、控制程序設計、系統軟硬件仿真與調試、實際電路搭建及測試等。組長將項目內容分配給組員并協調所設計系統各個環節，有助于培養同學間的協作和團隊合作、解決實際問題的能力。

課程設計環節采用了三階段完成的教學方式，并由兩名老師來指導：

1.方案選擇階段：教師根據學生所選題目布置任務書，在明確了課題所要完成的技術參數及目標后，要求學生收集相關資料，并提出可完成該項目的不同方案，確定其中的最優方案，提交指導教師審核。這一環節注重培養學生能夠綜合運用所學理論知識和鍛煉團隊協作精神及拓寬知識面。

2.實質性設計階段：在設計系統方案確定的基礎上，進行控制系統原理圖設計、各單元控制電路設計及元器件參數的確定、編寫控制程序；用單片機仿真調試軟件keil與硬件仿真軟件Proteus相結合，進行模擬調試；最后進行實物制作及程序測試，對課程設計的方案進行驗證。在這一階段根據每組同學們的完成情況，在原項目的基礎上可增加一些控制功能，來激發學生的創新意識。

學生通過這一環節掌握了控制系統硬件電路的設計原理，實際元件的測量、元件的焊接、實際電路的調試，熟練了keil與Proteus仿真軟件聯調方法和技巧。

3.撰寫課程設計說明書。參與課程設計的每位學生，根據在項目中所承擔的任務進行答辯，教師根據學生完成設計的情況和質量給出考核成績。通過這一環節培養學生對所學知識的總結及科技文獻的撰寫能力。

單片機技術教學團隊多年來，注重學生理論聯系實際的學風及協作精神和創新意識的培養，鼓勵學生積極參加各種課外科技活動。在每年學校的科技節中組織學生參加組裝電子產品技能競賽和參加全國大學生電子設計科技大賽。

在近五年的全國各類大學生科技大賽中，有18人次獲得新疆賽區競賽獎項，取得了較好的成績。通過上述課外科技活動擴大了我校與其他兄弟學校的學術交流，為提高學校知名度、促進相關學科建設和課程建設起到了積極促進作用。

結語

單片機技術的發展日新月異，面對培養創新人才，只有不斷地探索新的教學方法才能適應時代發展的需要。在教學過程中，教師要不斷充實自己，更新知識，要針對學生的學習狀況，及時總結理論及實踐教學中出現的新方法和新經驗，注重理論聯系實際，運用多樣化的教學方法和手段，使學生主動參與學習過程，激發學生的學習興趣，以提高教學效果及教學水平，為社會培養出更高水平、高素質的復合型人才。