《单片机》教学方法的发展与改革研究

卢伟等

摘 要：单片机技术的迅速发展，对于单片机教学，无论在教师讲解，在学生学习，在实际能力培养上都有更高的要求。文章分析了原有的单片机的教学的种种弊端，概括了现在的新的教学模式的利弊，根据教学实践经验提出了能更好地培养学生的实践能力的导师制下以团队为培养对象的兴趣小组的创新学习培养模式，来进一步推动单片机教学的改革。

关键词：单片机教学 教学方法改革 创新培养模式 兴趣小组

中图分类号：G642.7

文献标识码：A

文章编号：1004-4914（2015）06-231-02

单片机自从问世以来，就由于其小的体积，大的性能特征而越来越多地应用于人类生活的各个领域，单片机的发展和技术进步的速度也是快到应接不暇。涉及工业控制，信号处理与控制，信息检测与识别的各个行业，单片机都是不可或缺的。近20年来，随着计算机的普及以及电子控制技术的迅速发展，单片机课程从最初的计算机专业和电子信息专业进行开设，到相关的大专院校的工科专业都在开设，单片机应用技术或单片机接口技术的相关课程作为必修专业课列入了大学培养计划。单片机的相关课程的内容是随着电子技术的进步而不断的进行更新的。因此，对于课程的教材的更新，对于教师的知识的更新，对于教学方法和模式的改革都是与时俱进地发展变化的。这种状况决定了对高校的单片机课程的任课教师，实验指导教师而言都提出了更高的要求。如何教好单片机课，如何开展单片机实验，学生又如何学好单片机，用好单片机，锻炼自己的实践能力都成为了课程改革的关键。

一、原有教学方法的发展与弊端

10年前的教学中，单片机的语言统一为汇编语言，而汇编语言的局限性明显，因此，高级语言取代汇编语言的趋势是不可逆的。10年前，多媒体教学尚未普及，教师的教学局限于书本和黑板，大大地限制了课堂的教学容量，例如讲解到存储器扩展时，教师就需要把涉及到的设备框图绘制到黑板上进行讲解，费时费力而又晦涩难懂。而计算机网络的落后使得学生借助网络资源学习和进行知识的拓展也是可望不可及的。最初的实验设备是单片机开发板，而开发板能够实现的功能又少之有少；开发板的键盘按钮是非通用的，如果开发板的配套说明书丢失的情况下，除了实验教师，其他人是难以正常操作的。当时的MCS-51系列单片机的存储器是紫外线可擦写式的，单片机内部程序的烧录是异常繁琐。

对于计算机专业和电子工程专业的学生而言，单片机的学习会贯穿大学的整个过程中，涵盖单片机控制的课程设计和毕业设计环节可以更好地锻炼学生的实践动手能力。而学生的不重视和学不好的为难消极情绪，也使非计算机专业和电子工程专业的单片机的教学实践环节的设置难以顺利开展。对于非计算机专业而言，还存在实验设备匮乏，让学生进行实际的动手操作并进行产品开发是不现实的问题。单片机课程的学时设置为30多个理论课时加4到6学时的实验，总学时在30到40之间。这种课程设置对于单片机课程的教学明显不足。因此，10年前的单片机课程只能看作是知识普及课程，难以实现学生学好知识，进行产品开发的目标。

二、单片机教学方法的改革现状研究

现代单片机的教学革新是在多媒体技术的发展，网络资源普及的前提下得以实现的。随着电子技术的发展，单片机的总线结构和CPU的处理能力，单片机的集成程度也都大大地得以提升，程序存储器已经经历了电可擦除、加密处理、Flash技术的存储器几代的发展，单片机也实现了高级语言C语言的编程控制。因此，对于单片机的教学知识的更新要求更快，教师从对于教材选择、课件更新、实验设置等方面要做到与时俱进地调整。这样才能跟进单片机技术的发展，学生才能学到最新的专业知识。

目前单片机教学的改革方法更是层出不尽，单片机教学改革中涉及到了“proteus仿真的单片机教学改革{1}”，“基于案例/项目驱动的改革方法{2}{3}”，“教—学—做一体化的教学模式{3}”等。这些方法都能够在某些层面上跟踪单片机技术的发展并满足教学要求，在某些程度上是把握了单片机教学的发展趋势，但是在某些层面上仍然是片面和局限的。比如，“proteus仿真的单片机教学改革”方法中基于的proteus仿真软件只是在虚拟环境下使学生学习掌握单片机的功能和使用特点，距离实际产品的设计还有很大的区别。又如“基于项目驱动的改革方法”是在力图把知识点与单片机开发板能够实现的功能结合在一起进行讲解，在某些程度上是可以通过具体问题的解决来调动学生的积极性和兴趣的，但是完全依赖这种教学方式，会使学生对理论知识的掌握不足，对于单片机的认知不全，对于今后的产品设计环节的顺利开展不利。“教—学—做一体化的教学模式”的教学方式的提法较为全面，但是在具体的执行上还是缺乏具体的实施方法的细化研究的。

三、新的教学改革方法的提出

本文提出的是除了课堂教学以外，建立导师制下以团队为培养对象的兴趣小组的创新学习培养模式。这种模式并不是脱离单片机教学环节而提出的，而是以单片机教学的良好的推进方法。其中，教师（导师）作为核心人物，不仅在课堂上完成理论授课内容，调动学生的学习积极性，而且，掌握用单片机开发技能。导师对于团队成员进行跟踪指导，掌握进展，及时答疑解困，把握产品设计的整体方向，给学生以全局的指导。兴趣小组的培养模式并非是集体喂养大帮哄的模式，因为团队成员的选择是以学生的兴趣爱好为出发点的，以成型产品的设计开发为学习的目标，最终以创新，实用性的产品为成果形式，通过成果展示学生的单片机应用能力。在这一目标的驱动下，对于单片机的学习要全面系统，做到懂理论，自主学习，动手DIY。具体的教学建议和学习建议如下：

1.理论学习。老师对于课本知识或对经验的讲授，对知识的关联性，全面性地把握，对于学生的入门和学习起到事半功倍的作用。而学生是学习的主体，学生只有感兴趣，真正在单片机学习中下功夫，才可能完成单片机理论知识的理解和串联。其中硬件学习中，书本与网络资源、实验板的结合使用，对于知识有直观的认识。学生不能只是接受填鸭式的教育，要对学到的知识进行及时的复习，对于编程实例进行实际的操作，才能跟得上老师的步伐，跟教学互动，与前续知识前后呼应，真正弄懂并掌握硬件的功能。软件学习中，传统上应用汇编语言进行编程操作，而又只是局限于汇编语言才能进行单片机的软件控制；但是，随着高级语言通用技术的发展，我们现在可以应用C语言对于单片机进行编程操作了。因此，前续课程对于高级语言的掌握会对单片机的软件学习起到事半功倍的效果。软件的学习要结合设计实例。有的放矢，学习中，模仿别人的产品设计与实践中，发现问题，熟练操作，掌握技巧，扎实理论，提高实践能力。需要强调的是正确的程序编写，唯独编程思想是软件编程要掌握的核心。

2.产品设计开发。产品设计，是针对某一专业的实际问题而设置，比如，汽车专业的学生会开发设计一些汽车附加产品，电子窗帘、电子除霜器等。这些产品是为某一功能而设计，实现实体部分设计（机械装置和机构）来完成。产品设计包括功能硬件部分、扩展连接部分、动力源、滤波降噪软件、控制指令编程、功能实现与性能测试等各个环节的设计。注重理论与实践的结合，注重成果转化，更早地使学生具有创新的产品设计理念，锻炼学生的设计思维、动手能力和整体化、全局化思维。在毕业设计题目与创新项目的选题与立项中，单片机对产品的控制作用的比例加大，才能实现产品的智能化设计。因此，加大这类实际产品的设计课题，对于学生与工作岗位的快速接轨有利。学生在大学时就参与实际项目的开展，进行产品设计，对于个人能力提高有利；同时，可以更好地在就业竞争中获得好的机会。

3.成果展示与总结。对于每一届的学生，在每一届的单片机课程结业后，开展成果演示主题报告，对学习体会和设计思路进行总结、研讨。这一环节邀请同年级和低年级同学参加，对于经过单片机学习与产品开发的学生而言，可以锻炼学生的整体思维与综合表达素质。而尤为重要的是使未接触单片机学习的学生了解单片机，了解产品设计流程、培养兴趣，进行学习方法研讨，引入导师与学长的指导形式，带动更多的学生加入、更多的团队学习，从而形成良性循环。

四、结论

笔者认为学习知识的能力培养是大学时期应该获得的基本能力。而单片机课程的开设和学习，要经历单片机课程学习→知识运用→产品开发的环节，这一连贯的学以致用的环节有利于促进学生学习体系的培养。因此，本文提出的是除了课堂教学以外，建立导师制下以团队为培养对象的兴趣小组的创新学习培养模式，这种方法并不与其他的教学方法相矛盾，而是建立在借鉴其他的教学方法的优势，强调经历产品的开发设计环节是对知识合理检验与对学生能力提升的有效途径，因此是值得推荐的单片机教学改革方法。

[基金项目：黑龙江省高等学校教改工程项目“基于与就业接轨的工科专业毕业设计环节的改革研究”（JG2013010521），佳木斯大学教学研究专项项目（JYLA2012-018）和佳木斯大学科技创新团队建设项目（Cxtd-2013-01）。]

注释：

{1}贾萍，丁向荣，胡美兰.教学做一体化单片机教学实验平台的设计与应用[J].职业技术教育，2012（6）：139-142

{2}李绍静，基于案例驱动的单片机教学模式研究[J].信息技术，2013（4）：59-62

{3}王京港，张翠平.基于项目驱动及Proteus仿真的单片机教学改革探索[J].中国电力教育，2013（22）：138-140

（作者单位：佳木斯大学 黑龙江佳木斯 154007）

[第一作者简介：卢伟（1975—），男，佳木斯大学机械工程学院，副教授，博士；通讯作者简介：姚嘉（1977—），女，博士，佳木斯大学机械工程学院，副教授]（责编：若佳）