单片机课程的教学改革与实践

西北民族大学电气工程学院 马惠兰



单片机课程的教学改革与实践

西北民族大学电气工程学院 马惠兰

【摘要】分析了民族院校单片机原理及其应用课程在教学和实践中存在的问题，结合多年的教学工作实践，从教学内容、教学方法、实践教学和考核形式等方面对单片机课程进行了教学改革和实践，提高了学生学习单片机的兴趣和实践设计能力。

【关键词】单片机；教学改革；实践

单片机具有良好的控制性能和灵活的嵌入品质，广泛地应用在工业控制、仪器仪表、汽车电子、通信等领域。作为民族院校电气工程及其自动化、电子信息、自动化、通信、物联网、计算机技术等专业的一门专业基础课，单片机原理及其应用课程对培养学生的创新能力和实践设计能力起到了举足轻重的作用。以往传统的教学模式都是老师讲、学生听，效果很差，实验也是验证性居多，学生的学习积极性不高，各类竞赛不敢参加。针对这种教学现状，笔者和课程组的老师们一起，结合多年的教学工作经历和实践经验，对单片机原理及其应用课程从教学内容、教学方法、实践教学和考核形式等方面对单片机课程进行了教学改革和实践，取得了良好的效果。

1 大胆改革教学内容，适应单片机发展

1.1 更新教材，适应发展需要

单片机的发展日新月异，从品种、结构、性能、生产工艺、开发方式到外围元器件都在快速发展，为了培养应用型人才，必须尽快适应这种发展变化和市场对人才的需求，传统的8051单片机已远远不能满足教学需要。为此，我们选用了以宏晶科技有限公司的STC15F2K60S2单片机为背景机的教材，硬件资源丰富，功能强大。STC15F2K60S2单片机采用了增强型8051内核，片内集成了60KBFlash程序存储器、1KB数据Flash、2048BRAM、3个16位可自动重装载的定时/计数器、可编程时钟输出功能、至多42根I/O口线、2个全双工异步串行口、1个高速同步通信端口（SPI）、8通道10位ADC、3通道PWM/可编程计数器阵列/捕获/比较单元、MAX810专用复位电路、硬件看门狗、高精度R/C时钟电路等硬件资源，具有ISP功能和在线调试功能，开发环境的搭建非常容易。

1.2 教学内容优化组合，知识结构清晰

根据单片机概念多、内容抽象等特点，我们在教学过程中对内容进行优化组合，将全部内容分为三个模块。第一个模块为单片机的硬件组成和工作原理，介绍单片机的整体组成和CPU、存储器、I/O口、复位等，使学生对单片机建立整体印象，对它的核心组成及工作原理有个清楚的认识。第二个模块是单片机的程序设计，以汇编语言为主、C语言为辅，作为单片机应用必须熟练掌握的工具。第三个模块，转变视角，从中断的角度介绍单片机的中断源和单片机的应用，贯穿其中的是中断技术。这样模块化整合的结果，使得课程内容清晰，重点突出，每个模块的基本理论和基本技能非常明确。

2 多种教学方法并用，培养学习兴趣

2.1 合理使用多媒体，提高课堂效率

传统的板书教学，虽然讲解清楚，效果良好，但对于某些内容的介绍却束手无策，比如程序设计，可以设计和讲解程序，但无法现场演示和调试程序，采用多媒体就可以轻松解决，学生在课堂上就看到了程序运行的结果和现象，不再怀疑程序设计的对错，还产生了好奇，激发了学习兴趣。对于单片机的内部组成及其工作原理、指令的执行过程等内容，都必须使用多媒体进行讲解才能取得良好的教学效果。

2.2 举一反三，强化基本技能训练

有些内容和基本技能，讲一遍学生可能能听懂，但要达到熟悉或熟练掌握，还远远不够，这时候就需要反复讲，但简单的重复学生没有兴趣，教师就要采用举一反三、触类旁通的方法进行讲解。比如程序设计中的查表、数据块排序、多分支转移，各中断源的中断请求中断方式和查询方式处理，数码管的动态显示、矩阵键盘设计中键号设置等，都可以采用这种教学方法把本部分内容讲透，使学生印象深刻，从而掌握相应的程序设计方法和中断处理技巧。

2.3 仿真软件和开发板进课堂，培养实践能力

单纯的板书和多媒体讲解，学生不会感到新奇。对于早已广泛使用的单片机仿真软件Keil和电路实物仿真软件Proteus，我们及时引进课堂。程序设计使用Keil，硬件及中断源部分Keil和Proteus联合使用，一方面增强了教学效果，激发了学生的学习兴趣；另一方面也教会了学生如何做单片机实验，对于课后学习起到了一个指引的作用。

2.4 举例联系实际，激发学习兴趣

单片机的指令功能很强，设计的程序效率很高。在讲解程序设计时尽量紧密联系实际，让学生感到单片机的应用确实离大家很近。比如数据块求极值，可以延伸应用到查找、替换；数据块排序可以应用于插入、删除，查表程序必不可少地要用在各类显示处理中。每一部分硬件都作为单片机的中断源处理，定时/计数器的应用就非常典型，其定时功能应用于常见的电子时钟、秒表、万年历、交通灯控制、超声波测距等，其计数功能可用于全自动生产线上的产品计数、出租车计价器、健身器上的计数器等，应用非常广泛。要让学生充分了解单片机在实际生活中的应用，离大家很近，产生亲切感，从而产生想亲手设计产品的愿望。

3 改革实验教学，提高动手能力

3.1 改革实验大纲，注重动手能力

原来的实验教学大纲中，验证性实验的比例较高，实验结果基本一样，实验过程无法进行各种设计，这样不利于培养学生的动手能力。为此，我们在更换教材的同时，也更新了实验箱，围绕新的实验箱修改了实验教学大纲，减少了验证性实验数量，增加了设计性和综合性实验比例，在实验室提供了更多让学生动手实践的机会。

3.2 开展开放性实验，增强设计能力

学校每年都划拨一部分经费专用于开展开放实验项目，课程组的老师每个人每年均有3～4个开放实验指导。鼓励有能力和有兴趣的学生积极申报开放实验项目，并配备一定的实验经费，不但可以培养学生的创新精神和实践能力，提高人才培养质量，还能有效利用和挖掘实验室资源，充分发挥实验室在高素质人才培养过程中的重要作用，促进实验教学改革。

3.3 指导申报大学生创新创业项目，培养创新能力

为认真落实教育部“本科教学工程”国家级大学生创业创新训练计划，我们积极动员和指导学生踊跃参加学校每年组织的申报活动，积极参加，充分利用全校实验教学示范中心、各专业实验室、科研实验室、重点实验室和大学生实践创新基地的场地和设备资源，使学生的创新设计能力进一步得到锻炼和提升。

3.4 鼓励积极参加各类设计大赛，锻炼实战能力

每年举行的各类电子设计竞赛非常多，鼓励有创新和实践设计能力的学生积极参加各类比赛，能很好地锻炼学生的实战能力、团队协作能力，增加成就感和自信心。学校在这方面给予了强有力的支持。

4 改革考核方式，加强实践能力

考核是对学习成果的检验，以前的考核只进行闭卷考试，无法全面反映学生的学习过程和实践能力。对此我们我们增加了实验考核，且占很大的比例，采用课程总评=平时×10%＋期中×10%＋实验×30%＋期末×50%的方式进行考核，并且期末考核中与实验相关的实践设计内容占有很高的比例，学生只要平时在实验过程中熟练掌握了基本理论和基本技能，考核成绩都不会很低。考核真正反映了学生的实践能力，注重了学生学习单片机课程的动手能力。

本文分析了民族院校单片机课程在教学和实践中存在的问题，结合课程组老师多年的教学工作实践，从教学内容、教学方法、实践教学和考核形式等方面对单片机课程进行了教学改革，并且对2012级和2013级学生进行了实践，取得了良好的效果，激发了学生学习单片机的兴趣，提高了学生的动手实践和创新设计能力。

参考文献

[1]陈桂友.单片微型计算机原理及接口技术[M].北京:高等教育出版社,2012,4.

[2]张兰红,陆广平.我校“单片机”课程的教学改革[J].电气电子教学学报,2014,1.

[3]迟耀丹.《单片机原理与应用》课程实践教学改革初探[J]. 山东工业技术,2013,1.

[4]李全利.单片机原理及接口技术[M].2版.北京:高等教育出版社,2009,1.

马惠兰（1969—），女，甘肃康乐人，副教授，主要研究方向：嵌入式系统及应用。

作者简介：

基金项目：西北民族大学2012年精品课程建设，项目编号：12JPKC-16705925。