以工程应用为目标的单片机课程教学改革

李伟 储萍 季坚莞

浙江理工大学科技与艺术学院

以工程应用为目标的单片机课程教学改革

李伟 储萍 季坚莞

浙江理工大学科技与艺术学院

以工程应用目标，项目化教学为抓手，改革单片机课程教学，把教学的知识点与项目的实现紧密结合，理论讲解与实际演示即时结合，动手实践与实际开发平台应用紧密结合，项目与专业知识应用相结合，使单片机课程教学适应电类毕业生的就业需求。

MSP430单片机 项目化教学 课堂教学改革 工程应用 人才培养

一、单片机课程的现状与特点

单片机作为嵌入式系统的核心内容、专业知识的应用平台，是电子信息类专业重要基础课程，其特点有很强的实践性、应用的综合性和其它课程联系的紧密性，要让学生学好该课程，达到较好的工程应用能力目标，必须有很好的教学内容和资源平台的支撑，主要包括一是单片机教学机型要贴近实际应用，二是一定要选择一个功能强、性能好的实际应用开发平台支撑学生实验和项目开发，三是用项目化的教学方法来实现工程应用目标。

课改前，我院单片机课程采用51单片机作为教学机型，以课堂教学与课内实验相结合实施教学，课堂主要通过PPT讲解，在单片机实验箱实验。这种方式存在的主要问题有：（1）与工程实际广泛应用的单片机相比，51单片机集成资源过少。（2）单纯的PPT课件授课，学生难以直观理解单片硬件结构。（3）实验箱的软件开发平台和目前流行的集成开发环境差距很大，而且仅支持汇编语言，工程实际单片机编程都是C语言，不能与实际应用接轨。（4）因为实验箱的构造是模块化电路仿真实际CPU，影响学生对单片机系统理解。（5）由于实验课时有限，教师只能简单地讲授一下实验的基本思路和操作方法，导致学生在整个实验过程中利用现成程序进行验证性模仿，只是跟着做了一遍，严重影响了实验教学效果。

二、课程改革目标

以工程应用广泛的MSP430系列单片机取代目前的MCS-51单片机作为教学机型，具体型号采用MSP430G2553，充分利用TI大学计划嵌入式微控制器技术的LaunchPad口袋实验平台、CCSv5软件开发环境及各类器件用户手册等资源，为每位学生提供一套可随身携带的口袋式实验装置，调动学生利用课余时间在宿舍、实验室等各种场地开展单片机学习。

以项目化的形式设计课堂教学内容，教学项目设计做到深入浅出，通俗易懂，具备很强的实用性，教学过程体现改革、优化教学内容，拉近教学与实际的距离，突出工程应用，培养学生的应用技术能力。

从工程应用的实际出发，以单片机应用为主线，采用C语言编程，把相关C语言知识融合在工作任务中，以够用为度，让学生在技能训练中逐渐掌握编程方法和技巧。

三、教学改革措施

探索单片机课程的项目化教学是改革课堂教学方法的有效途径之一，它是以学生为中心的教学方法，它不以知识技能传递为目标，让学生按照教师的安排和讲授去得到一个结果，而是教师的指导学生去寻找得到这个结果的途径，最终得到结果，并进行展示和自我评价，学习的重点在于学习过程，这个过程锻炼了各种能力。

本课程项目化教学改革的最大特点是：把教学的知识点与项目的实现紧密结合，理论讲解与实际演示即时结合，动手实践与实际开发平台应用紧密结合，项目与专业知识应用相结合，课程与单片机应用系统相结合。

（一）选好开发调试集成环境

熟悉一个好的集成开发环境和娴熟利用环境调试单片机系统的能力是学生学好单片机原理、掌握系统应用开发的重要条件，可以说它是学生学好单片机的助推剂。TI 公司的CCSv6.0是新推出的集成开发环境，支持所有公司处理器产品，包括MSP430、ARM Cortex系列、C2000和DSP，对MSP430的支持达到全新的高度。直接把它作为学生学习单片机的开发调试平台，降低了学习MSP430的门槛，做到了与实际应用的零距离，也为继续学习ARM、DSP处理器打好了平台基础。

（二）贴近工程实际的教学资源建设

通过对单片机课程教学资源信息全方位、多层次、中英文、系统性整合，构建了立体化课程教学资源，把英文数据手册作为教学内容的补充，把课堂教学与实际应用距离拉近至极限。主要包括MSP430 Launchpad实验平台篇（辅助教材）、G2553板英文手册、430_2xx2_user、MSP430中文用户指南、MSP430 CCSv软件开发指南、MSP430C语言例题等电子、纸质资源。

（三）教学项目设计

以培养学生应用能力为主线，梳理单片机基本知识点，基本理论不追求深广、注重融入应用。项目结构总体成树状结构，内容基本上后向前覆盖，有利于知识的巩固提高，但部分内容设计成先用后学，通过“先学”，使学生能携带问题而进入课堂，使得学生在课上变成了学习的主体，以提高学生的自学及应用能力。举例如下：

LED闪烁灯项目：基本知识点：单片机结构组成，内部资源概况；单片机小系统电路；CCSv软件的使用概况；如何让程序跑起来。以上知识点通过LED闪烁灯制作项目的讲解演示与在CCSv环境中动手实现直观的、概要性的去理解掌握，使学生既学习单片机原理理论知识，又了解实际设计工具，逐步熟悉掌握编程调试工具。这是用理论指导实践，以实践巩固理论，培养学生单片机学习兴趣有效办法。

系统时钟应用项目：基本知识点：430单片机低功耗特性的重要功能单元，时钟单元基本结构，IO口作用。以上知识点通过项目的LED驱动、键盘识别及闪烁频率改变来理解掌握原理，重点理解时钟电路的结构、作用、低功耗的编程实现，直观理解IO口的功能，通过原理介绍和在CCSv环境中设计实现演示，让学生深刻理解项目的功能、设计要点、程序实现，让学生在完成任务过程中，逐渐构建单片机基础知识，提高单片机的应用编程实践能力。

中断按键项目：基本知识点：中断概念及系统，IO结构及编程，看门狗原理及应用。中断是学习单片机原理的重要内容，也是学生在单片机应用时的一个难点。把中断原理融入具体的IO、看门狗中断事件中去理解，在项目中去应用；在对已有IO口功能直观理解的基础上，进一步学习IO的结构及具体编程，使得学习效果得到很大提升。

I2C扩展IO项目：基本知识点：I2C工作原理、I2C扩展单片机IO、扩展单片机系统。通过基于TCA6416A的I2C扩展IO键盘、LCD等设备中去理解，在项目应用中掌握其编程技术，提高学生的单片机系统扩展能力，这是单片机在工程应用中非常实用的技术。

四、教学方法与手段的改进

（一）以应用为主线组织课堂教学内容

将课程内容通过项目设计合理组织，每个项目均有一定的应用目标，且包含相应的课程内容。每个项目基本按顺序依次后向前覆盖，部分交叉，体现学中做、做中学，使学生逐步加深和提高系统的应用和开发能力。

（二）采用启发式、引导式的教学方法

通过项目引入教学内容，引导学生针对项目实现目标提出寻求解决方法，课堂上在CCSv6开发环境中教师和学生利用手中的口袋实验装置共同研究项目的实现，并进行调试、演示，调动学生的学习积极性，锻炼学生的自学能力及实践能力

（三）以单片机课程带动学生科技创新实践活动

将课程教学目标和教学内容由原来的课程教学定义扩展到学生科技创新实践活动，鼓励学生利用单片机实验装置，积极申报学院大学生科技创新项目、开展电子设计竞赛等活动，调动学生利用课余时间在宿舍、实验室等各种场地开展单片机应用与电子产品制作的活动，为学生自主学习创造良好条件，扩展了单片机应用实践的时间和场地。

五.教学改革效果

对单片机课程教学改革和三轮课改实践验证，取得了很好的成效，主要体现在以下几方面：

1.学生对单片机的学习兴趣更为浓厚，由原来的被动式学习演变为主动利用开发板进行实践学习，出现了课外学生自选单片机应用系统课题进行自行设计研究的好现象，推动了学生的课外电子设计。

2.单片机课程的学习为学生参加电子设计竞赛打下较好基础，为我院学生参加大学生电子设计竞赛取得好成绩发挥了重要的作用。2015 年以来，相关学生共获省二等奖2组、三等奖6 组，另外，除等级奖外的所有参赛队均获成功参赛奖，连续三年获奖率达100%。

3.单片机设计应用能力的提高，提高了学生就业竞争力，专业对口就业比例有了较大提高，部分毕业生在毕业后进入专业电子类开发公司，成为单片机应用开发技术人才。

[1]高春甫，王冬云，马继杰.《中国制造2025》背景下单片机原理及应用课程教学改革与实践[J].教育教学论坛，2016,6（22）：141-142.

[2]卢振利，陈飞，毛丽民，单长考，刘叔军，李智超. 基于科研反哺教学理念的《单片机原理与接口技术》教学改革[J]. 黑龙江科技信息，2015（31）：62-63.

[3]谢宇希，黄顺，唐建锋，刘洪波，王文静，朱亚培. 基于项目化教学的转型探索在单片机原理课程中的应用[J].价值工程，2017（04）：168-169.

[4]傅强，杨艳. LaunchPad口袋实验平台—MSP-EXP430G2篇[M].青岛大学-德州仪器MSP430联合实验室，2013.

李伟（1961-），男，教授职称，浙江理工大学科技与艺术学院；储萍（1982-），女，讲师职称，浙江理工大学科技与艺术学院。

浙江省高等教育课堂教学改革项目 (kg2015546)“单片机原理课程项目化建设”，浙江省“十二五”新兴特色专业建设项目“电子信息工程专业”。