基于工程训练的单片机原理及应用课程的教学改革与研究

彭昕昀，陈锦儒，韩竺秦（韶关学院物理与机电工程学院，广东韶关512005）

基于工程训练的单片机原理及应用课程的教学改革与研究

彭昕昀，陈锦儒，韩竺秦
（韶关学院物理与机电工程学院，广东韶关512005）

在单片机原理及应用课程中结合互联网和学科竞赛，采用工程训练法、微课教学法、项目实践法等多种教学模式对工科大学生进行教学和指导，证明将单一枯燥的电类专业课程改革成互联网时代的混合新课堂，能提高大学生的工程分析、设计、实践和创新能力.

单片机；教学改革；工程训练；微课教学

单片机原理及应用课程是信息工程类专业本科学生的核心专业课程之一，不仅是一门专业的核心课程，也是综合了数学、物理、电子、电路、电机、编程语言和算法的等多门学科的核心课程，更是学生能展示专业技术的核心课程.课程的教学要求是使学生掌握单片机的内部结构与工作原理，通常选用MCS51型单片机芯片进行讲解，让学生掌握对单片机外部引脚设计，内部定时/计数器的编程应用，中断系统结构与原理、串行通信接口工作原理与编程应用、系统扩展技术、系统接口技术等知识.

目前，随着消费电子产品大发展和工业控制领域要求的提高，单片机技术得到了更大的提高，单片机的类型越来越丰富，经历了SCM、MCU、SoC三大阶段.其中基于MCS51系列MCU系统的单片机系统直到现在还在广泛使用.当前的单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用，大量专用的嵌入式操作系统已被广泛应用在全系列的单片机上.掌上电脑和智能手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专用的Windows和Linux操作系统.

根据工科大学生的认知特点，利用网络、书籍、实验等设备和资源，依托我校省级工程训练中心，结合互联网的各种资源和现代教育技术，对单片机课程进行与时俱进的教学改革和探索.

1　课程的教学现状

1.1教学手段落后，教学设备陈旧

传统的单片机课程采用普通的课堂组织教学，在理论知识上虽然清晰完整，但是由于偏重理论，并且在选例上缺乏应用性，以致学生对单片机的用途上认识模糊，没有直观印象，而且单片机课程的教学手段也是以讲授为主，缺乏主动、直观的辅助手段，使学生觉得学习单片机较为枯燥，从而缺乏兴趣，影响了大学生的实践兴趣.

实验教学上，由于实验设备陈旧，导致开设的单片机实验是一些验证性实验，未能开设更多的设计性和创新性实验，也影响了学生对本课程的积极性；而新设备的数量紧缺，导致实验课程的课时量较少，满足不了大学生动手实践和工程训练的需要，也不能很好地配合和丰富理论知识.

1.2教学内容狭窄，竞赛资源不足

单片机课程内容上着重MCS51系列微处理器（MCU）系统的单片机讲解，没有很好地跟进时代的发展，从而导致了课程的知识点层面狭窄，跟不上当前社会生产的需求.同时，在教学过程中没有引申到更高一级的MCU系统上去，也影响了学生课后自学更高级芯片系统的能力.

在技能竞赛上，学生热情很高，都希望通过参加各类电子、机电和自动化竞赛来提高工程实践能力，这对教学资源和竞赛指导都提出了更高的要求.但竞赛资源不足，教师指导不到位以及课程内容的限制，也影响了学生参与各类电子、机电和自动化竞赛中的积极性.

2　课程的教学改革实践

在单片机课程的教学改革中，本项目组从教学模式、教学内容、教学手段、课程考核和科研竞赛5个方面进行改革，积极探索提高大学生的学习兴趣和工程实践能力的多种方法和手段.

2.1转变教学模式

改革传统的教学模式，将传统、单一的单片机课程的教学模式改革成工程训练和项目实践的教学模式.应用计算机多媒体技术、网络技术、计算机仿真技术和实验室的实验设备，把学生分成多个项目小组，从以教师为中心转向以学生为中心，以项目团队为主，以工程训练中心实践基地为基础，给各组布置不同的工程训练项目，引导各组学生以团队方式进行项目调研和构思，各组成员互相激励，对工程项目所需要的知识进行主动学习.团队的合作可以帮助成员们更好地沟通和进步，自觉地把理论知识和实验室设备进行结合，达到理论和实践的反复结合，螺旋式上升.教师指导学生对工程训练项目进行阶段性总结，在完成整个工程训练项目设计后，进行汇报总结.采用工程训练和项目实践的教学模式，培养了学生的工程技能、提高了团队的协作精神和创新能力.

2.2扩展教学内容

根据当前单片机发展和实际应用的现状，对单片机课程的教学内容进行改革扩展，把教学内容分成3部分，第一部分是结合网络技术和多媒体技术，扩展单片机的工程训练内容；第二部分是扩展增加单片机实际案例分析内容；第三部分引入更高级别的单片机微处理器芯片的实践内容.

结合互联网和多媒体技术，扩展单片机工程训练内容，制作了微课教学视频，微视频以工程实践为主，如使用Proteus画电路仿真图、使用KeilC编写单片机程序、流水灯并行口编程和硬件调试、多路按键编程和硬件调试、声光报警中断编程和硬件调试，时钟定时器编程和硬件调试、串行通信编程和硬件调试等用于工程训练和项目实践的微课教学视频.大学生通过互联网或智能手机观看微视频，自主学习单片机的实践操作，提高了对单片机类工程项目的理解和应用能力.

在单片机原有理论内容上，增加了单片机实际案例分析.把教学的理论扩充一些实际生产实例.例如传统单片机教学内容里有定时器/计数器内容，这一内容可以引导到高速公路的车流量统计以及测速的应用.从理论过渡到实际应用不仅让学生更容易理解知识点，而且能更好地运用理论，为单片机的实践和实训做铺垫.

在理论教学过程中添加高级别的MCU进行讲解，由MCS51系列逐步过渡到STM32系列，甚至更高级别的ARM系列.在过渡过程中偏重知识点的实践引导，培养学生自主学习的能力.例如在讲解传统MCU系统的中断系统时，分析中断系统的工作原理以及中断方式时，可以插入STM32系统的中断分析，并加以对比.通过中断系统的比较，引导学生如何处理与学习高级别的MCU系统.这样提高了学生的求知欲，增强了学生自主学习的积极性，同时能更快地理解掌握各系列MCU之间的关系，便于提高大学生的自学能力.

2.3丰富教学手段

传统的教学手段是在教室上理论课，并且局限于教室里面.单讲理论会让学生感觉到乏味，容易失去对电类专业课程的兴趣，造成教学效果不理想.因此在教学手段上把工程项目与课程理论相结合，采用工程训练方式进行项目式教学，结合多个实用的工程训练课题，拓展学生对于课程的兴趣，增强学生对各类电子、机电和智能汽车创新设计的课题项目的理解，提高设计编程和硬件调试能力，有利于对单片机课程的深入理解和实践应用.

网络的高速发展，教学手段不能仅仅停留在课室这个狭隘的空间里，利用网络技术与网络资源，建设单片机课程的网络教学平台，把各类教学大纲、教学课件、课程习题、课程测验、实验大纲、实践课题等资源及时上传到课程网站，通过留言板快速解决学生的疑问.利用网络教学平台，拓展学生的学习时间和学习空间.不断完善单片机网络课程资源，在网络平台中，让学生随时随地通过网络拓展工程训练项目的兴趣和学习，实现“以虚扩实，以软扩硬”的自主能动式学习，适应了时代发展，适应了新技术的学习.在不增加总学时的前提下，大大增加了大学生的实际学习时间.

随着互联网和智能手机的快速发展，大学生通过手机来搜索学习资源和学习视频的时间也越来越多.因此结合当前信息化新课堂和混合学习的教学理念，把单片机课程的教学内容进行微型化，设计适合大学生碎片化时间的互联网e+学习，制作单片机课程的微型化课件，微型化教学视频，微型化训练内容，上传到学校的网络平台，学生可以随时通过网络平台和智能手机进行单片机课程的微学习，学习单片机微教学课件，观看微教学视频，增加了学生的学习时间，促进了学生的学习兴趣，提高了学生的学习效果.

2.4优化课程考核

建立单片机课程知识测试和素质技能考核评价并重的考核机制，改变学生只重视知识测试的传统做法，考核仿真软件的操作，考核软件编程的操作，考核硬件电路的综合设计，改革传统的测试模式，各个项目组成员定期进行自评和互评；教师抽检各组成员的编程操作训练；期中和期末都进行实践操作考核，期末对学生的各个工程训练项目组进行答辩汇报，各组互评和教师综合评测，通过多种考核评测方式提高学生的综合素质，提升学生的团队合作能力和科技创新能力.

2.5强化科研竞赛的训练

结合工科大学生特点，针对实践教学，指导学生动手实际操作单片机编程软件KeilC、仿真软件Proteus、电路板制作软件Altium Designer，实际制作和调试电路板、反复联合调试软件和硬件系统，提高学生对单片机课程的兴趣，实现教育资源的优化；再结合实验室的实验板、电子设备、自动化设备，不断提高大学生的实践技能；还组织学生参加各类积极参加各类科研项目和科技竞赛，带动大学生学习当前最新电子、计算机、机电和传感器技术.近几年指导学生参与我校的大学生创新创业训练计划项目，参与广东省电子设计大赛，让大学生接触当前先进的信息技术，引领大学生设计智能家居产品.通过科研和竞赛，强化了单片机课程学习的深度，促进学生对单片机设计开发的研究与探索，也增强了学生的工程应用能力.

3　结语

在现代高等教育教学中，以大学生为主体地位，结合互联网、学科竞赛和先进的现代教育技术，把单片机课程的理论与工程训练和项目实践相结合，从教学内容、教学模式和教学手段上进行改革和实践，综合构建教学资源，提高大学生的工程分析、设计、实践和创新能力，为社会培养出更多更强的创新性科技人才.

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［5］张婧婧，李勇伟.单片机课程的项目驱动教学研究与探索［J］.电气电子教学学报，2014，36（12）：87-88，92.

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［7］顾娜，季肖枫.应用型本科单片机技术课程教学改革［J］.中国冶金教育，2016（1）：72-74.

［8］熊刚，陈高峰，张争刚.项目教学法在高职单片机课程中的应用［J］.南方职业教育学刊，2016，6（1）：40-44.

Research and Reform on Course of Principle and Application of Micro Controller Unit Based on Engineering Training

PENG Xin-yun，CHEN Jin-ru，HAN Zhu-qin
（Institute of Physics and Electromechanical Engineering，Shaoguan University，Shaoguan 512005，Guangdong，China）

Combined with the internet and discipline competition in the course of principle and application of Micro Controller Unit，adopted engineering training，micro-lecture teaching，Project Training and various teaching models are proposed to teach and help the engineering college students.Simple and boring electronics course is reformed to new-mixing course of internet era，thus enhancing engineering college students'ability of analysis，design，practice and innovation.

Micro Controller Unit（MCU）；teaching reform；engineering training；micro-lecture teaching

G642.0；TP368.1

A

1007-5348（2016）06-0095-04

（责任编辑：李婉）

2016-04-20

韶关学院第十四批教育教学改革研究项目（70312-00014）；广东省高等学校教育技术项目（GDHBL011）.

彭昕昀（1973-），女，广东陆丰人，韶关学院物理与机电工程学院讲师，硕士；研究方向：自动化和智能控制.