基于項目融合式的“單片機原理及應用”教學改革＊

劉堯，張彩紅

基于項目融合式的“單片機原理及應用”教學改革＊

劉堯，張彩紅

（六盤水師范學院，貴州 六盤水 553000）

以六盤水師范學院機械電子工程專業學生為教學改革對象，針對“單片機原理及應用”課程學習的特殊性，在授課計劃中將項目演示融入課堂教學，將抽象難懂的知識點通過項目演示出來。經過一學期的教學實踐，期末根據學生的考試情況和教學反映情況做出教學改革總結。實踐證明，此教學改革法取得了較大的成效，為單片機課程教學提供了經驗基礎。

單片機原理及應用；教學改革；項目融入；教學效果

隨著智能制造等概念的提出，機電一體化技術得到充分的應用和發展。單片機作為微型控制器，在生產生活、航空航天等各個方面都具有廣泛的應用，為機電一體化技術提供了強大而方便的硬件支撐，因此各個高校將“單片機原理及應用”課程作為機械專業的必修課程，為社會培養這方面的專業人才，但單片機的理論知識晦澀難懂，注重理論與實踐相結合，需要教師合理設置教學，充分利用項目演示的方法讓學生更容易學習和掌握。

1 單片機課程教學現狀分析

在很多高校中，機械電子工程專業的單片機課程教學一般分成了兩個部分：課堂教學和實驗教學，但這兩個部分往往是分離的，先把教材內容采用講授結合板書、多媒體的授課方式，將教學內容制作成幻燈片，對著PPT講解電路和程序、CPU內部結構、I/O口、數碼管、鎖存器等內容。利用多媒體，可以通過圖像、動畫等形式進行互動教學，學生跟隨教師思路來學習課程知識，對學習具有一定的輔助作用。但單片機是一門注重應用的課程，如果沒有實際的操作演示，很難掌握晦澀的理論，只能知其然不知其所以然，導致學生沒有學習的興趣，最終變成為了應付考試而死記硬背。

另外在實驗教學中，設備通常是集成的單片機實驗箱，開設的實驗內容以仿真實驗系統的基本操作、匯編指令的使用及部分外設的簡單編程為主。學生無法看到硬件電路，只能淺顯地看到實驗現象。實驗完成后，對硬件及軟件基本沒有了解，這樣的學習根本無法滿足社會發展和企業對機電一體化人才的需求。

目前，這種教學方法反映出“重概念、輕應用，重理論、輕實踐，重考試、輕能力”的缺陷[1]。學生在學習過程中，因為理論較難懂，導致對單片機學習喪失信心和興趣，最終無法達到學習效果。

2 教學改革方案

2.1 項目融合式教學方案

為了徹底改變滿堂灌的枯燥理論講解，把晦澀難懂的理論知識拆分成很多個部分，每個部分找一個或幾個對應的演示項目。在講解該部分的內容時，通過單片機電路仿真軟件Proteus和程序編譯軟件Keil聯合仿真，讓學生在動手操作的同時能看到直觀的演示效果，這種方式使得學生對單片機產生了濃厚興趣，不再拘泥于以往的死記硬背，興趣會驅使學生去深入鉆研，自主地學習項目演示背后的理論知識。因此在實際的教學過程中，認真地梳理教學內容，并把理論教學內容同項目演示相融合，最后總結出了一張“單片機原理及應用”課程的理論課程內容對應的項目演示表[2]，在表1中列舉出了一部分。

表1 單片機課程部分理論內容對應的項目演示表

理論課程內容項目演示 單片機基本輸入/輸出應用計數器顯示 單片機I/O口及應用流水燈閃爍、指示燈/開關控制器 學習keil編譯軟件/C51編程與調試指示燈循環控制 中斷原理、中斷編程與調試中斷掃描法行列式鍵盤等 定時/計數器工作原理電子秒表顯示器 串行口通信工作原理雙機通信系統 LED動態顯示、AD轉換接口設計直流數字電壓表設計 步進電機控制原理步進電機控制設計

下面用中斷掃描法、中斷編程與調試這部分內容舉例說明。首先用PPT演示的形式簡單介紹一下中斷的原理及控 制系統組成，接著向學生簡單介紹一下中斷掃描法行列式鍵盤的電路結構和工作原理，然后就讓學生們使用Proteus軟

件進行電路圖繪制，最終的電路仿真原理如圖1所示。學生自己在繪制電路圖的過程中，能直觀地知道每一個元件在電路中的接線和功能，同時能將理論知識和項目演示進行自我聯系和理解[3]。

圖1 中斷掃描法行列式鍵盤仿真電路圖

繪制好電路圖之后，通過Keil程序編譯軟件，根據中斷程序的編譯規則進行C51程序編譯和調試，得到最終的程序如圖2所示。

圖2 中斷掃描法行列式鍵盤仿真程序編譯

對Keil軟件進行輸出設置，程序編譯無誤后得到（.HEX）程序文件，仿真單片機導入仿真程序（.HEX）對話框如圖3所示。通過程序導入對話框將該文件導入單片機中，并點擊運行按鈕，最終用中斷掃描法行列式鍵盤仿真 模擬。

2.2 期末成績評價方式改革

改變了教學方式，期末考核評價方式也要對應改變，本次期末考核評價通過采用期末考試成績占50%、課堂項目演示占30%、平時考勤+課堂發言占20%的評價方式對本學期的學生效果作出總結和評價[4]。取消了以往期末考試占70%、平時考勤+課堂發言占30%的傳統且單一評價方式，充分與項目融合式教學方式相結合。

圖3 仿真單片機導入仿真程序（.HEX）對話框

3 教學改革成效

經過一學期的單片機原理及應用課程教學，班上的學生期末考核的時候取得了很好的成績。下面用兩張圖來說明本次教學改革的成效，2016級對2017級機電專業班期末考試成績對比如圖4所示，其中2016級學生采用的是以往的教學方式，而2017級學生采用了項目融合式教學方式，另外這兩次考試人數都是45人，試卷內容、題量、難度基本一致。由圖4可以看出，2016級的學生90～100分的人數為0，80～90分也只有2人，大部分集中在中等或者勉強及格的成績，甚至有8人不及格；2017級的學生90～100分的有6人，80～90分的有14人，70～80分的有18人，而不及格人數僅有2人。通過此成績對比可以看到，采用融合式教學法，學生們的考試成績普遍提高，高分很多，相信是因為學生們適應了這種教學方式，在理論和實踐的共同作用下取得了良好的學習效果。

圖4 2016級與2017級期末成績對比圖

另外，還通過匿名問卷調查的方式，對2017級機電班的學生做了一個授課方式滿意度調查，結果如圖5所示，全班45人參與，有44人對此授課方式表示滿意，其中42人表示非常滿意，無人表示不滿意，并有超過80%的學生表示課程結束后，依然會自主學習單片機，甚至作為畢業設計和未來工作的方向。

圖5 2017級學生對授課方式的滿意度調查

4 結語

單片機原理及應用課程的學習不同于其他純理論課程，它還包含了電工學、C語言程序設計等難度較大的內容，且是一門應用性極強的課程。因此，針對這樣的課程特點，本人徹底改變了以往的分離式理論和實驗教學，將項目演示融合到對應的知識點，讓學生自己動手搭建項目演示平臺，并進行模擬演示，與理論知識進行反復的反饋補充。經過一學期的教學改革，實踐證明，基于項目融合式的“單片機原理及應用”課程教學取得了很好的反響，學生們更接受這種教學方式，為類似的課程教學提供了參考和理論基礎。

［1］甄麗平，李亞梅，董建彬.基于應用型人才培養的單片機教學改革探究［J］.智庫時代，2019（7）：178，180.

［2］沈旭東，朱立妙.單片機教學改革與實踐創新研究——以智能小車單片機教學實踐平臺為例［J］.工業和信息化教育，2019（5）：90-94.

［3］申景金.以專業認證為導向的單片機教學改革方法剖析［J］.學周刊，2019（34）：5.

［4］張冬梅，左文香，劉振方.應用型人才培養體系下單片機教學改革的研究［J］.內江科技，2017，38（6）：94，120.

G642.0

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.09.025

2095－6835（2020）09－0068－02

貴州省礦山裝備數字化技術工程研究中心（編號：黔教合KY字〔2017〕026號）；機械工程專業綜合改革試點項目（編號：LPSSYzyzhggsd201802）；面向人工智能的機械電子工程專業改造升級路徑探索與實踐（編號：LPSSYxgk201803）；機械工程重點培育學科（編號：LPSSYZDPYXK201705）

劉堯（1995—），男，貴州安順人，碩士，講師，主要從事機電液一體化控制方面的教學與科研工作。

〔編輯：王霞〕