單片機原理及應用課程教學改革與實踐

李栓明 田敏

摘? 要 對單片機原理及應用課程教學中存在的問題進行梳理和分析，發現在傳統的教學中存在學用脫節、教學方式單一、重理論輕實踐的問題，在相關研究及教學實踐的基礎上針對問題提出相應的改革措施。

關鍵詞 單片機原理及應用;教學改革;微課;實驗室;實驗教學

中圖分類號：G642.0? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2020）17-0101-03

1 引言

隨著信息化時代的到來，單片機在工業自動化、家用電器、智能儀器儀表等領域得到廣泛應用。單片機原理及應用作為高校電氣控制、自動化、電子信息等專業的必修課之一，具有較強的實踐性與綜合性，能夠有效發展學生對于軟硬件結合的認知，提高學生運用單片機進行綜合設計實踐的能力，為后續相關課程的學習和從事電信相關領域的工作提供支持[1]。

在單片機原理及應用課程中，學生以51單片機為學習對象，不僅需要學習單片機的硬件結構及各類指令，還要學習匯編語言與硬件接口設計，最后綜合以上學到的知識來進行應用系統的設計。學生在這一課程中需要熟悉單片機工作原理及運行機制，提升自己在軟件方面的編程能力和硬件的操作調試能力，能夠獨立解決單片機開發過程中的常見問題[2]。由上可知，單片機課程的教學目標不僅僅局限于對于抽象理論知識的理解，更重要的是能夠通過編寫程序與硬件調試來完成常見的工程項目，從而提升學生的單片機的理論與實踐水平。

2 單片機教學中存在的問題

學用脫節，教學內容陳舊? 單片機課程知識點抽象，學生在學習過程中不能將理論知識與實際操作相結合，導致教學效果不佳。傳統的單片機課程教學模式一般以單片機結構為基礎，通常講授單片機硬件結構基礎及各類指令，接著學生需要學習系統的擴展及各類外圍器件，最后通過簡單的驗證性實驗進行實踐教學[3]。整個課程的教學過程可以總結為先理論后實踐，這種教學模式可以使學生簡單掌握單片機綜合設計的能力，但難以提升學生的綜合實踐能力。

單片機原理及應用課程教學內容相對抽象，知識點對于初學者難以理解，尤其是課程后期對于串行并行接口、定時器等內容的學習，需要結合單片機結構和指令系統進行學習，兩者無法充分結合則會造成學生知識體系的不連貫[4]。除此之外，單片機實用性較強，在應用過程中更新迭代速度迅速，C語言慢慢取代匯編語言在工程應用中的地位，因此，學生在教學中除了要學習基于匯編語言的指令系統和結構，還需要結合此前學習過的C語言等高級語言進行單片機的學習。

講授為主，教學方式單一? 在當前工科課程教學中，簡單的理論講授替代了學生的創新學習，這種以講授為主的單一的教學方法也大量出現在單片機課程的教學過程中。教師在教學中一般在課堂中借助多媒體進行教學內容的講授，一定程度上將抽象的知識點進行形象表達，有助于學生建立對學習內容的感性認識;但是學生在課堂中缺乏對知識點實際應用的認識，難以激發對學習過程的主動參與，學習的積極性不足，教學過程中的重難點難以被突破。隨著課程的深入，學生的問題不斷累積，難免打擊學生學習單片機原理及應用課程的興趣和積極性，使其慢慢喪失學習的信心[5]。

創新不足，實踐內容固定? 單片機教學一般遵循基礎知識講解—典型案例講授—實際動手操作的教學模式。在教學中，教師成為課堂的主體，學生被動地進行學習，不能主動思考和提出問題。消極的學習方式不僅不能發展學生在解決問題方面的創新能力，而且教學與實踐的分離也不利于學生知識體系的構建[6]。

單片機課程作為一門實用性較強的學科，重在發展學生的實踐操作能力和問題解決能力。在單片機課程的實踐環節，實驗開展在課程的后部分，并且課內實驗是實驗教學的主體，主要利用實驗箱和Keil軟件進行系統仿真。學生在實驗中按照指導書連好線之后測試程序，進行實驗仿真，觀察實驗現象，記錄實驗結果。在該實踐課程的教學方式下，學生能夠進行單片機的簡單操作，不利于發展單片機系統的設計與開發能力，固定的實驗內容使學生在學習中創新不足。

紙筆測驗，考核方式單一? 在原有的單片機原理及應用課程中，對于知識掌握程度的考核以紙筆測驗為主，考卷設置的出發點是單片機課程中講授的理論知識點，缺少對于單片機具體應用的考核。對于學生對課程知識的掌握程度和應用水平的考核除了理論知識點外，還需要考查他們規范的程序編寫、電路設計及制作等實際操作能力。單一傳統的終結性考核方式無法真正檢測學生的學習水平，無法診斷教學過程，難以實現教學評價激勵與改進教學的功能。

3 單片機課程教學改革措施

調整教學內容，課外主題分享? 針對單片機課程原有教學模式學用脫節的問題，在前期的理論教學過程中加入對元器件結構及原理的學習。在硬件學習方面，課程前期可以簡單介紹單片機的硬件結構，然后在后期結合定時、中斷、串口通信等功能進行重點講解，在中斷系統操作過程中開展指令系統相關知識點的教學。在軟件學習方面，在兼顧匯編語言教學的基礎上，針對學習程度較好的學生利用微課資源進行C語言等編程語言的教學，使學生對單片機的應用有更深的了解。

將課外教學引進到單片機的學習中，以此來激發學生對于單片機學習的興趣，借助課外主題分享的形式，將最新最前沿的單片機的應用借助課外活動的渠道介紹給學生。如邀請單片機從業人員進課堂，對相關專業的學生開展科技講座;聯系相關公司組織學生參觀學習，將課堂理論知識與實際應用相結合，激發學生的學習興趣。

創新教學方式，分層進行實驗教學? 在原有的單片機課程教學中，通常采用先理論后實驗的方式，在課堂開展理論課教學，在講授相關知識點之后單獨安排時間在實驗室進行實驗。這樣的教學方式導致理論與實驗結合不夠緊密，學生在實驗過程中需要再復習理論知識，無形中加重了學習負擔。為了增強理論課和實驗課的結合程度，進行教學方式的創新。

在改革教學方式上，一方面將理論課的教學場所換成實驗室，教師在講授理論知識時通過實驗過程進行演示，增加知識點的直觀性。在理論知識講授后，引導學生開展相應的驗證性實驗，學生需要在教師引導下進行電路設計，繪制仿真原理圖。這一教學方式將理論課與實驗課緊密結合，能壓實學生的基礎知識，有利于學生將剛學習的內容靈活應用到實踐中，增強對知識的理解;同時有利于教師發現理論教學中的不足并及時解決。另一方面，不需要實物支撐的實驗及對應理論內容在課堂上進行講授，學生使用計算機進行課堂小設計。這一部分分組進行，學生使用Proteus軟件進行仿真，使用C語言編寫程序并進行聯機調用，進行實驗效果的演示。

在以上實驗過程中，學生遇到問題在小組學習氛圍下進行討論，解決不了的問題可請求教師幫助，盡量將遇到的問題在課堂上解決，確保每個學生完成學習任務，實現學習目標。

結合不同學習層次的學生，在實驗內容設置上進行分層。實驗內容主要分為兩類：基礎性實驗與創新性實驗。

基礎性實驗主要是課堂知識點的驗證實驗和單片機的功能性實驗，比如通過點亮發光管、中斷循環控制燈和音樂播放來鞏固單片機輸入/輸出端口的基本操作;通過8*8點陣顯示來熟悉LCD顯示相關知識點。所有學生都需要完成基礎性實驗。

學習水平高的學生在完成基礎性實驗的基礎上，根據所學知識點和相關主題，可開展更高難度的創新性實驗。如綜合水箱控制系統，學生需要根據需求進行功能設計，學習通過水位傳感器實現信號輸入、外部中斷設計、A/D及D/A轉換相關知識點。除此之外，學生可以設計溫度控制系統、多音階電子琴、讀卡器等，實現對單片機知識的綜合應用與創新。

整合多種評價方式，促進教學提升? 在原有的教學體系中，學生的學習成果評價主要由期末的紙筆測驗分數組成，部分教師會結合平時表現，但是沒有形成規范化的評價體系。因此，在教學改革中為了更好地促進教學質量的提升，改善學生的學習狀態，應盡可能全面地考查學生的學習水平，整合多種評價方式。

新的評價體系基于理論與實踐并重的理念，引導鼓勵學生重視實驗及知識應用等實踐環節，提升學生平常學習的學習積極性，積極參與課堂教學及實踐;真實反映學生對于知識的掌握情況，將一次性的期末評價轉變為過程性考核。新的評價體系注重對學生實踐操作能力和知識應用能力的考查，調整后的評價結構為“期末考試40%+期末綜合設計40%+課內實驗完成情況20%”。課內實驗成績主要由學生在課程實踐教學中實驗的完成情況和期末單片機綜合設計組成。課程實驗的完成情況考查主要參考學生實驗操作過程、實驗結果、實驗報告等因素進行評定。期末綜合設計由教師進行分組，每組分工進行系統設計并完成設計報告。這部分分數主要對單片機設計作品的完成度、難度、創新程度等方面進行考查。為了鼓勵學生綜合應用所學單片機知識進行積極探索，將學生在相關學科競賽中的成績按一定比例折合加到實踐部分的分數中。

4 結語

作為一門強實踐性，高綜合性的課程，單片機原理及應用課程在教學中存在教學與應用脫節、重理論輕實踐等問題。對單片機課程進行教學改革，將理論教學與實踐環節緊密結合，將實驗教學與理論教學穿插進行，及時鞏固所學知識，提高教學效率;調整教學內容，引進單片機知識分享講座和課外參觀，使學生對于所學知識應用有直觀的感受，激發學生的學習興趣。在教學評價上，重構教學評價體系，理論與實踐并重地開展過程性評價，極大程度上使得評價更好地促進教學。教學實踐表明，這些措施對于解決單片機原理及應用課程傳統教學中存在的問題，提升教學質量，具有積極作用。■

參考文獻

[1]李秀瀅，段曉毅，趙成，等.實踐為主導的單片機課程立體化教學模式的探索[J].實驗技術與管理，2018（1）：190-193.

[2]燕芳.基于雨課堂的單片機課程混合式教學改革探索[J].教育教學論壇，2019（30）：90-91.

[3]宣傳忠，曲輝，張永，等.基于復合應用型人才培養的單片機課程實踐教學改革與創新[J].內蒙古農業大學學報（社會科學版），2018（6）：39-43.

[4]郭宏，胡威.基于學生創新能力培養的單片機課程改革探討[J].教育教學論壇，2019（6）：119-121.

[5]李傳鋒，舒云星，李蒙.地方本科院校轉型發展下單片機課程教學改革與實踐[J].計算機教育，2017（6）：157-160.

[6]王英赫.應用型高校單片機課程教學改革研究[J].高教學刊，2017（13）：117-119.