单片机课程一体化教学模式的研究与实践

段英宏 刘秀红

摘 要：单片机课程是一门以培养学生工程实践能力、技术创新能力、团队协作能力等为目标的教学课程，它与生产实际紧密相连，在整个电类课程体系中具有非常重要的位置。但当前单片机课程教学往往存在教学形式单一，实践操作方法、内容滞后于现代企业需求等诸多问题，因此采用了一体化教学模式对单片机教学进行了改革尝试，使学生边学边做，理论紧密联系于实践，提高了学生单片机设计和开发应用的能力。

关键词：单片机；一体化；教学改革

中图分类号：G420文献标志码：A文章编号：2095-9214（2016）09-0112-02

单片机是一种常用的嵌入式微控制器，广泛应于工业生产、日常生活的电子电气设备中。单片机课程是自动化、电子信息、通信工程、电气工程及其自动化、测控技术与仪器、机电一体化等多个专业的专业必修课[1]。学好单片机，可以有效提升学生硬件设计能力、软件编程能力、以及综合应用能力，为嵌入式微处理器应用打下坚实基础[2]。

单片机课程是一门以培养学生工程实践能力、技术创新能力、团队协作能力等为目标的教学课程，它把理论性和实践性融合到一起，与生产实际紧密相连，在整个电类课程体系中具有非常重要的位置。目前，单片机课程教学往往不能满足现代企业对单片机技术人才的要求，存在着诸多问题。

一、存在的问题

1.教学形式单一，理论教学与生产实践脱离

目前，多数高校单片机课程教学采取的模式仍为按照知识体系讲解。这种常规教学模式，虽然能使学生理解单片机结构，了解指令使用方法和运行过程，掌握单片机系统知识，但易使学生感到内容枯燥乏味，缺乏学习兴趣，导致很多学生失去主动学习欲望。而在实践教学上，大多数学校采取先理论教学后实践训练的形式，且实践操作训练学时较少，导致课程理论多实践少，理论实践相脱离。

2.实践操作方法、内容滞后于现代企业需求

当前单片机实践教学手段大多以试验箱为平台进行。由于实验教学设备的集成化，使学生忽视了硬件设计能力的学习。且实验环境与企业实际工作环境差距较大，造成了学生适应性差，动手能力弱的境地。

3.学生学习方式单一

现如今的教学方法，主要靠学生死记硬背知识点，缺少灵活应用。学生软硬件设计只能模仿他人例程，忽视设计过程，仅注重结果，缺少分析问题、解决问题的能力。

由于以上问题，学生普遍反映单片机概念抽象、知识点琐碎、编程难，硬件设计无从着手等。因此，研究适应企业发展需求的单片机教学模式，改革单片机课程教学方式迫在眉睫。

为解决上述问题，本文采用一体化教学模式对单片机教学进行了改革尝试，将理论和实践紧密结合在一起，以教学计划为主导，以任务教学法为主要载体，以多种教学方法的结合为途径，形成“教、学、练”深度融合、互相促进的教学过程，改变了传统的单片机课程教学模式，使学生边学边做，理论紧密联系于实践，提高了学生单片机设计和开发应用的能力。

二、一体化教学模式改革思路

单片机课程的一体化教学模式改革是本着以培养学生综合能力为目标、以任务教学法为主导，辅以其它多种教学手段相结合，以动手实践为导向的原则进行的。教学中以提升学生设计能力为目标，边学边做，通过一些具体任务，突出单片机的“应用性”，提高学生的综合能力，包括社会能力、创新能力和专业能力[3]。社会能力主要培养学生之间的交流与沟通能力、团队协作能力、组织能力，提高学生的敬业精神及社会责任心等。创新能力主要培养学生获取新知识、新信息和新技术的能力，使学生能够独立进行任务分析、评价及实施；专业能力主要培养学生单片机的应用开发及设计能力，合理利用和支配资源，拥有较强的职业生涯规划能力等。

在一体化教学改革过程中，改变了传统教学的章节次序，对知识点进行了重新归纳整理，加入了大量的典型实例，对教学内容进行重新整合。并在教学中给学生布置一定的学习任务，任务的安排由简单到复杂，从单一到综合，单个任务可以包含某个章节的内容，也可以涉及整本书的内容。随着学生逐渐完成学习任务，教师也从知识传授者转换成知识学习的引导者，引领学生学习单片机，为他们今后的工作或者继续学习打下坚实基础。

三、改革的方法

单片机的一体化教学模式，以培养学生的实践能力为目标，以提高学用实用技能为导向，强调理论与实践的紧密结合。让学生在实在实际操作中，围绕着即定的任务和目标，一边学一边做来完成某一教学任务。针对单片机课程自身的特点，从以下几方面进行改革。

1.改革教学环境

没有健全的基础设施和单片机教学环境，一体化教学模式就无法实现。传统的单片机实验室受资金和场地的限制，一般都采用硬件仿真，这限制了配置的灵活性和完整性[4]。本项目在传统硬件实验的基础上，采用了基于个人PC和软件的单片机虚拟实验。这种虚拟实验硬件投入少，实验内容全面，学生可在个人电脑上自行实验，具有直观、节约成本、不受实验室条件限制等特点。

2.用多种方式结合的教学方法改革

教学方法很大程度上决定了教学效果如何。如果教学方法不能跟上时代需要，就很难得到令人满意的教学效果。单片机课程教学应多利用现代化教学手段，采用多种教学手段来辅助多媒体教学，这样才能明显提升教学效果[5]。在单片机教学中，若引入以实践为主的多种教学方法，就可以缩短实践与理论的差距，发挥灵活性特点，提高学生解决实际问题的能力。本项目在对目前单片机教学过程中所存在的主要问题进行分析的基础上，寻求几种有效的教学方法与模式，力争克服单片机传统教学的弊端，探索出一條既有利于学生入门，又能有效提高学习效率的途径。

3.教学改革实施方法

考虑到单片机课程比较抽象、难于理解，因此在教学模式上改变了传统的教学方式，采用了边教边做边学，注重启法式实践教学，激发学生学习的主动性，培养学生独立思考、严谨创新的科学态度，同时还对教学模式进行了改革，具体采取的方法如下：

（1）任务导向教学法

我们在教学中布置多个任务，要求学生在规定的时间段内完成，记入课程成绩。通过任务制作，激发学生的学习积极性，使学生主动去掌握相关知识。学生通过了解任务背景、分析任务要求，提出解决方法，然后设计电路、编写程序，电路安装、产品调试，最后进行项目总结，通过这一系列过程培养了学生的各种能力，如硬件设计能力、编程能力、问题分析能力、团队协作能力等。

例如，在《智能交通灯设计》项目，问题的提出：在一个十字路口要安装一个交通灯，可以采用什么方法可以解决这一问题，进一步提出，当遇到救护车通过时该如何设计，再进一步提出，若在交通繁忙时，某路口堵车时，该如何更改交通灯。通过问题的一步步深入，学生思考的也越深入，所了解的知识也就越多，越与实际相关联。

为达到教学目的，把即将讲授的理论知识和实践技能按照由浅入深、现学现用的原则安排到一个个任务中，让学生在规定时间内完成这些具有明确应用目标的任务，引导学生在解决任务的同时学习理论知识和提升实践技能，从而把单片机的教学内容分解到一个个具体任务之中。通过这些任务的实施，经过了解任务背景、实地实物查看、分析问题、讨论方案、制定方案、制定实施方案，即设计电路、估算参数、设计印制电路板、采购元器件、程序编写、电路安装调试、成果展示、项目总结等教学环节，综合提高了学生的关键能力。

（2）现场演示法

在单片机教学过程中，就学生在任务实施过程中遇到的常见问题，开展现场演示方法，介绍编程技巧，介绍相关软件使用方法以及程序調试技巧，然后让学生修改程序，观察调试结果。这样在教学过程中把理论和实践结合到一起，提高了学生实际动手能力，提升教学效果。

（3）小组讨论启发法

在单片机教学过程中，让学生分成若干个小组，以自己感兴趣的项目为题，设计单片机外围电路和编制程序，并进行小组讨论，要求每个学生说出自己的意见和见解。该方法提高了学生主动学习的积极性，总结了自己的学习成果，并用语言表达出来。有利于学生掌握单片机知识及素质教育的实施，培养学生的自信心、语言表达能力、团队协作能力等综合职业能力。

（4）教师启发法

单片机设计与实践过程中，为引入新的概念和知识，采用教师启发法，让学生从工程实际角度寻求解决问题的方法或，培养学生独立思考、严谨创新的科学态度。同时加强综合设计性及开放性实验环节，鼓励和引导学生积极提出原创性设计。

（5）依托电子类竞赛，提高学生创新能力

组织学生参加全国和学校的各类电子类设计竞赛，如全国大学生电子设计竞赛、飞思卡尔杯智能车大赛、全国机器人大赛等。通过各种电子设计竞赛，激发学生学习单片机的积极性和主动性，理解也更为透彻。依托各种电子类竞赛，再与单片机教学结合，构造出全新的教学内容体系，在课堂中穿插些一些电子类竞赛的相关知识及注意事项，使学生更愿意参加这些比赛，而学生在比赛中，把所学的单片机知识和实践相融合，相互促进，极大的提高了学生的创新能力。

（6）加大实践能力在课程考核中的比重

为全面考核学生单片机应用能力的掌握情况，将实践能力加大入到课程考核。将任务制作结果加入到考核当中。任务制作完成后，要求学生说出单片机系统的设计思想、硬件电路原理、程序设计思想、调试中遇到的问题、系统性能测试结果，注重实践过程考查和学生的反馈。对完成的制作实物进行实际测试，采取现场实测和口试两种形式，对任务制作的过程和质量给予综合评分，考察学生技能熟练程度，测试学生分析处理实际问题能力，并将该成绩计入课程总成绩。

实际教学过程中，上述教学方法不是仅孤立使用某一种教学方法，经常是多种方法的有机结合，从而有效提高了教学效果。

四、结论

重理论轻实践是过去单片机教学中的弊端。教学方法单一，实践、教学内容跟不上时代发展是单片机教学中存在的主要问题。而采用一体化教学方法，同时将任务导向教学法、小组讨论法，教师启发法，现场演示法等应于课程改革之中，更加注重了研究实践性教学，可以根据教学目标需要，采用和变换多种教学方法结合，如实物展示，仿真演示，多媒体讲解，实战操作等。可以使学生边学边练，对单片机教学内容快速融会贯通、举一反三的教学效果。通过一体化教学模式改革，打破实践与理论教学脱节的现状，使各个教学环节衔接紧密；提高了学生动手能力，提升了学生综合素质，培养了应用型本科人才；将当今先进技术充实到各实践教学环节中，使教学内容与时俱进，同步更新，培养了学生的创新精神，为本科毕业设计和就业打下坚实的基础。

（作者单位：天津科技大学电子信息与自动化学院）

参考文献：

[1]冯洋.基于实践创新能力培养的单片机原理及应用课程改革与实践研究[J].高教学刊，2015（15）：87—88

[2]贾红宾.基于工作过程的单片机课程一体化教学改革与实践[J].电子世界，2013（20）：1003-0522

[3]朱庆波.一体化教学在单片机应用技术教学中的应用[J].计算机光盘软件与应用，2012（6）：1007-9599

[4]吴思平.单片机一体化教学探析[J].中国科教创新导刊，2012（11）：1673-9795

[5]徐崇丽.单片机一体化教学中的几点感悟[J].山东青年，2015（3）：22—25