基于單片機的創新實踐教學的研究與探索

曹宏娟

單片機的原理公共基礎課程已成為高校電子、數控、通訊等相關專業的必修或選修課程。在計算機的快速發展下，該軟件以智能、高性價比的優點，廣泛應用于通信、家電、儀表板、導航等相關設備的智能化市場領域。在單片機創新實踐教學的研究與探索中，基于60 芯片計算機的基本原理，對創新實踐教學提出了更高的要求。通過引入Proteus 虛擬仿真，設定不同難度的研究教學模型，使學生可以更深入地了解單片機的工作原理，掌握外圍接口電路系統設計與軟硬件的結合和常用的安裝調試方法，可以大大提高學生的整合能力，并通過實踐，全面分析和解決實踐中遇到的難題[1]。

1 單片機創新實踐教學中存在的主要問題

1.1 設備和儀器不能滿足需求

實踐中的各種設備和測試儀器設施陳舊、老化加速、數量有限等現實問題的存在，使得提供的實踐結果滯后，很難完全滿足實踐基礎教學的需求。再加上由于實踐中教學設備的損壞以及總數的限制，迫使學生在調試實踐設備的過程中，只能進行分組共享，而單片機的開發板又落后，無法提起學生對實踐教學的興趣[2]。

1.2 理論學時與實踐學時不匹配

在單片機的教學中，理論課程所占學時遠遠高于實踐應用學時。因此，學生只能從理論方面對單片機的基本功能進行簡單的理解，很難更好地培養學生把各種理論聯系實際、思想創新的能力。在實際應用中，外圍接口電路的設計是最為廣泛的，但由于學習時間短、實踐內容主題狹窄，很難滿足學生對單片機外圍電路設計和進一步開發的需求。

1.3 語言編程不足應用

單片機課程對語言編程有一定的要求，但是許多高校采用的語言編程中，對《C 語言基礎與數據結構》沒有很好地利用，導致將過多的時間付諸在講解匯編語言的語法等知識內容上。基于此，高校雖然也采取了擴充或改進措施；但在購買Proteus 虛擬仿真軟件、單片機仿真實訓試驗箱、引人Proteus 單片機課程、天翔TX- 1C 單片機開發板等教學軟件與設備的數量上突顯應用不足；雖也增加了全部為實踐學時的《基于單片機的創新實踐》課程，但也因實踐教學創新設計的不足，而不能很好地滿足培養學生創新思維和創新能力的教學目的。

2 引入ARM 的軟硬件優勢探索

單片機實訓教學需要引入ARM 單片機控制YL- 335B 自動化生產線，實現一套設備兩種操作。在已安裝調試成功的S7- 200 PLC 控制中，加上ARM 單片機控制系統，就可以對其進行控制。不僅可以實現理論與實踐內容的融合，而且提高了設備的利用率。其有以下優勢：

2.1 軟件優勢

方便。其主要反映在后期開發中，即應用程序直接在底層操作系統上開發。與單片機不同，所有內容都需要重寫。在操作系統軟件移植后的初期，它仍然需要專業人員進行操作。安全。這是LINUX的一個特點。LINUX的內核中ARM 存儲器的日常管理與現有用戶的空間是分開的，不會由于用戶各種程序的錯誤使整個系統被關閉。

高效。雖然在單片機的開發過程中，大多基于標準的終端前后端技術，會在多任務管理上存在一定的局限性，但其流程管理模式和統一調度軟件程序，使系統能夠連續、高效地運行。

2.2 硬件優勢

單片機是將SDRAM、LCD 等控制板集成到芯片中，這是一種微控制板。而ARM 無疑是一個微處理器。在直接嵌入Android 系統后，可以實現許多在單片機系統中無法完成的重要功能。如：嵌入式web 服務器、java 虛擬機等，更有諸多可免費使用的優質資源[2]。

3 創新實踐教學的研究

3.1 課堂教學方法改革研究

單片機的教學應建立在以解決實際問題的基礎上，對傳統的單片機課堂教學方法進行調整，在重視案例的前提下，轉換課堂主體地位、改革教學方法，這樣才能達到創新實踐教學的研究目的。為此，教師要善于在課堂上提出核心問題，引導學生自主探究并找到解決問題的方法，充分調動學生的自主能動性。當解決問題的過程中遇到超出教學內容主題的困難，教師要根據實例提出解決方案。通過硬件設備、工具和軟件，進行具體分析并說明其與課程內容之間的聯系，達到訓練學生分析和思考能力的目的。以定時計數器為例，向學生提供交通信號燈的任務。根據所學知識，學生是可以自主實現解決問題的目的。其次，在課堂上讓學生講述對解決問題的計劃，然后引入新的知識進行升級策劃，加深對知識的印象。如此，結合電路，學生可以清楚地了解具體應用知識用在哪里[3]。

在傳統教育方式下，由于時間有限、實驗器材不足等原因，實踐操作的效果較差。而仿真模型軟件的使用，使學生能夠很好地將理論知識與實踐過程有機地結合起來。在仿真模型軟件的應用下，實現單片機創新實踐教學的進一步研究。就仿真軟件來說，在課堂上就可以直觀、生動地繪制道路交通信號燈的電路組件，并且可以直接從各種軟件中觀察程序數據的變化。教學中的仿真功能系統還包括了實際交通燈電路和時間欄內容顯示模塊，可以將主要原理、內部邏輯和電路部分的控制等清晰地介紹給學生。因此，使用仿真模型軟件配以經典案例的模擬方法，可以激發學生濃厚的興趣、激活課堂氣氛、實現教與學之間的有效交流與互動，從而實現真實有效的專業教學。

3.2 考核方式的改革研究

考核是檢驗學生學習效果的重要環節。傳統考核方法的主要是卷面測試，雖然也能在一定程度上測試學生掌握知識的情況，但很難深入了解學生的應用能力。因此，考核方式中應增加獨創性設計的綜合評價。在課程內容結束前兩周，根據平時學習知識的情況，將學生分成小組，完成全面的詳細設計、深入的實踐訓練、傳記設計調查報告后，以同樣的方式為學生分配設計任務，根據各組成員的任務狀態和反應現象的發生情況，安排相應的考核時間，并將設計考核納入學期末總成績的重要組成部分，更好地檢驗學生實際掌握運用的技術能力，提高學生的團隊合作能力。通過卷面與實操雙考核的改革，可以更加公正、有效地評價學生的綜合能力[4]。

4 課外創新實踐活動的探索

單片機是技術方面的組成部分，已應用于生活以及多種級別的智能產品。因此，學習單片機不能太局限于課堂。應倡導將學生組成單片機開發與創新小組，初步建立激烈的討論小組，并定期組織實踐經驗分享活動，方便實際細節的設計。在課外實踐活動結束后，可以在小組持續創新中分享和爭論。經過時間的積累，可以營造出一個幫助和引導的整體氛圍，在教師的指導下，解決實際數據問題。此外，要鼓勵學生參加以單片機為主要控制芯片的設計、創新、智能技術等相關的科技競賽。它不僅可以將學生所學的知識與實際應用的技術相結合，還可以與競爭對手進行互動[5]。對感興趣的學生，也可以參與到教師的新研究項目，或在長假期間向企業推薦實習項目，不斷有效地提高學生的思想創新能力和深度技能。

5 總結

綜上所述，單片機課程是面向電子信息內容專業的必修課或常規選修課。它可以充分鍛煉學生獨立的硬件和軟件開發能力。從課堂創新模式、課下創新實踐、考核創新項目、創新實踐活動等方面設置不同梯度來營造設計型實踐教學環境，重視仿真模擬系統的配備和ARM 的引入，遵循實踐第一的原則，進一步努力探索教學內容的最佳結合方法，使學生能夠真正掌握單片機的開發及應用，培養學生創新和突破性的思維方式，促進單片機創新實踐教學研究的發展。