应用型高校单片机课程教学改革研究

王英赫

摘 要：在电子科学领域蓬勃发展的今天，单片机课程的教学对电子、通信等专业学生的素质提高和职业能力培养起到了至关重要的作用。文章针对传统单片机课程中存在的问题，从教学内容及形式、实验任务安排、教学过程控制等多方面对单片机课程的教学方法提出改革措施。力争通过教学方法的改变，激发学生的学习兴趣，提高自身能力，为学生更好地适应未来的工作打下扎实的基础。

关键词：应用型高校；单片机课程；教学改革

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2017）13-0117-03

Abstract： Nowadays， the field of electronic science is developing rapidly. The teaching of MCU Course plays an important role in improving the quality of students majoring in electronics and communication. In this paper， some reform measures are proposed for the teaching method of MCU course from many aspects， such as the content and form of teaching， experimental task arrangement， teaching process control， etc. This paper tries to arouse interest in learning， improve their ability， and lay a solid foundation for students adapting to the future work though The change of teaching methods.

Keywords： application-oriented university； MCU course； reform in education

目前電子科学的长足发展已经深入到了现代生产生活的各个方面。在这其中，单片机作为智能化产业的重要部件在现代工农业自动化、智能仪器仪表、实时控制系统、军事装备应用、汽车电子系统、信息和通信系统、消费类电子产品等诸多领域均有着较为广泛的应用[1]。据统计，我国目前每年单片机需求量为1-3亿片，且年增速为16%。可见单片机技术在单子科学领域具有非常广阔的应用前景。据此，我国的高等院校在上世纪九十年代开始，对电子信息、电气工程等专业开设单片机原理及应用课程，目的在于对此类专业学生普及单片机技术，并培养一批具有单片机软硬件开发水平的高层次人才。“单片机原理及应用”是一门综合了多项课程基础，注重实践的应用类专业基础课，能够充分体现学生利用所学知识解决实际工程问题的能力，对于电子、通信和电气等专业的学生来说，是一门较为重要的核心必修课程。该课程在教学过程中需要软硬件结合，原理和实践并重，因此对授课教师提出了更高的要求。本文面向应用技术型高校的实际情况，针对以往单片机原理及应用课程中存在的问题，提出教学实践改革方法，力求通过教学方法的改变激发学生的学习兴趣，提高教学效果，帮助学生学好单片机这门课程，为后续课程的学习和职业能力的提高打好基础。

一、单片机课程教学现状

单片机课程作为一门相关专业的核心课程，具有非常重要的教学意义。但在传统的教学方法中，却存在着重理论、轻实践，讲授多、动手少，基础多、前沿少等现象，在一定程度上影响了学生对单片机开发和应用技术的掌握，往往达不到较好的教学效果。具体表现在以下几个方面[2，3]：

（一）理论教学抽象，难理解

在传统的单片机教学中，通常以理论教学为主，采用的授课方法主要是“讲解+PPT+板书”的方式。目前普遍使用的单片机原理教材中，理论内容偏多，教师在讲授过程中大多是使用PPT或板书的形式将理论要点进行归纳总结，并口头为学生讲解，因此大量抽象的原理和概念无法形象的表达，学生难以接受和理解，感觉枯燥无味，激不起学生学习的热情和主动性。即便教师在讲授过程中采用多次重复的方式，使学生强化记忆，但学生理解不足，仍然起不到较好的效果，并且重复过多浪费了较多的课堂时间。

（二）实践教学的创新性培养不足

程序设计要求较少。近几年，单片机课程的教学方法已经有了一定的改善，随着针对单片机课程的专业实验箱的出现，单片机教学除了在教室完成理论讲解之外，还可以在实验室内应用实验箱进行实际操作。虽然这一改变有助于提高学生的学习兴趣，但仍有其不足之处。例如，实验箱是由生产厂家开发好的硬件产品，虽然有些试验箱功能比较强大，但还是仅限于一些基础实验。学生在实验过程中只能按照指导手册完成既定的实验内容，无法发挥自主的想法去完成多样的开发工作，从而限制了学生创新能力的培养。

（三）前沿理论及技术介绍不够

目前的单片机课程主要针对51系列单片机展开教学。51系列单片机虽然比较经典，无论是理论学习或是实验操作均易于上手。但随着单片机的发展，更多采用前沿技术的单片机芯片被开发和使用，51系列单片机已经远远跟不上现代产业应用的形势。因此，目前的单片机教学与实际应用较为脱节，无法更好地培养学生的技术水平和职业能力。

二、单片机课程教学实践方法

针对以上在传统单片机课程教学中存在的问题，笔者经过长期的摸索实践，提出一套适合应用技术型高校学生的单片机课程教学方法。本方法从理论讲解、实验和课程设计等方面进行教学方法改革，在授课效果上不但要使学生掌握课内所要求的知识点，更要力争达到培养学生思考问题解决问题的独立创新能力，以满足提高职业技能的目标。

在教学过程中，主要采用启发式教学法和讨论式教学法相结合的教学方法，打破以往讲授为主、实验为辅的教学形式，重点以实践为主要手段，使学生在动脑思考和动手操作中完成对知识的掌握和创新能力的培养。图1为单片机课程教学方法改革体系。

（一）教学内容及形式分配

从前面的分析中可以了解到，以往传统的单片机原理教学主要采用理论讲解为主、实验为辅的教学方式，单片机的概述、结构和工作原理、指令系统、内部功能单元，以及接口与总线等内容均是教师通过PPT+板书的形式向学生进行讲授，往往造成学生学了后面忘前面，理论与实践脱节，无法有的放矢的在实验中运用所学的理论知识。

经过多次教学实践，笔者对单片机的教学内容及形式进行了大胆的改革。只在理论课堂上完成单片机的发展及结构的讲解。将指令系统、内部功能单元、接口模块以及C51语言的讲解移植到实验课堂中进行。使学生在接受教师讲解的同时，通过课堂实例及时在单片机专用软硬件平台上操作实践。例如，在教师讲授指令系统的时候，学生可以通过目前普遍使用的Keil4编译软件实践操作所讲指令的执行效果，使学生在接受理论要点的同时能够直观体验操作结果，有助于学生更好地进行记忆、理解和应用。通过教学实践，笔者将原来3：1（48学时理论，16学时实验）的理论、实验课时分配比例改变成3：5（24学时理论，40学时实验），保留原有较为综合的中断系统、定时器等实验外，增加相对简单的指令系统、C51语言讲解实验，起到了较好的教学效果。具体学时分配及讲解内容见表1。

在应用以上方法进行教学时，需要注意的是不能忽视讲授的作用。实验课堂并不完全是教师将实验指导书发给学生，由学生独立完成所有实验内容，而是除原有综合性实验由学生独立完成外，其他内容是由教师对知识点进行讲解的基础上在由学生进行指定指令或程序段的实践操作，以此完成理论讲解和实验内容的融合。

（二）实验教学任务安排

在综合实验环节，传统的教学方式是教师指定较为完善的实验指导书，指导学生进行某一功能单元或功能芯片的程序编写、调试及加载运行任务。实验内容较为固定，不利于学生自主创新能力的培养。针对这一现象，我们对综合实验内容和教学方式进行改进，采用开发式实验方式完成实验教学。在实验课堂上只给定需要实现的功能，而不规定学生实现该功能的方法和途径。例如，在实现数据排序实验中，只要求学生完成一列数据的排序工作，并不指定采用什么算法来完成。再如，在进行按键识别实验中，学生可以采用查询方式来完成按键识别，也可以采用中断方式完成该功能，或采用定时器间隔方式实现。通过这样的开放式实验，学生不但掌握了多种编程方法，并完成了多种方法的优劣比较，加深知识的掌握深度；更重要的是训练了学生的创新能力，为今后的学习和工作中奠定有益的基础。

（三）实验教学过程控制

由于资金紧张，单片机实验很难做到每个学生分配一台电脑和一个实验箱独立完成实验。因此大部分高校的单片机课堂采用分组实验的方式，由2-4个学生为一组，共同完成实验任务。在传统的实验课堂上會出现一组学生中动手能力较强的一个学生主导进行实验操作，而其他组员则只是旁观。最终将导致主导完成实验内容的学生学习效果较好。而其他学生由于很少亲自动手，导致学习兴趣不高，知识掌握不理想。

针对这一问题，改革后的实验课堂采用任务负责制。对于各个综合实验，教师将任务进行分解，每组选出一个学生作为任务组长负责统筹，将教师分解后的任务合理地分配给组内每个成员。成员间分工合作，共同保证实验任务的完成。当再完成下一个实验时轮换组长，确保每个学生都有主导实验的机会。该方法的优点在于：一是学生都可以参与到实验过程中，使每一个人得到锻炼，避免一人做多人看的局面；二是组内成员每人负责一部分实验内容，同学之间互相督促、协作，有助于学生沟通合作能力的培养。

（四）前沿性的保障及实现

目前大部分高校单片机课程主要51系列单片机进行讲授。51系列单片机虽经典，但已经不再是当今电子行业的主流产品。单片机课程不但要针对具有典型意义的51单片机进行讲解，使学生打好基础，更要将目前前沿的单片机产品和知识理解带给学生，使学生可以跟上时代的发展。

在保障课程前沿性方面，笔者采用较为先进的教学手段，例如微课、视频等方式，使学生通过多样化的形式来接受新技术的熏陶。此外，教师在讲解过程中还可以采用视频与实物相结合的方式，让学生对实际产品有一个直观感受。

（五）评价体系

目前大部分高校在倡导不以一次期末笔试成绩确定学生学习效果的理念。提倡从平时学生对知识的掌握情况中完成考核。因此对于单片机课程的教学改革，也将采用注重平时成绩的评价体系。由于本改革办法将理论课堂时间进行压缩，扩大了实验课堂的学时分配，因此更有助于完成平时成绩的评价。具体实施方法分为三个部分（见图2）：

1. 期末笔试考核。该项内容综合考察学生对于知识掌握的精确性。

2. 实验课堂平时表现成绩。该项内容对学生在实验过程中表现出的独立完成能力、创造能力、组织协调能力以及学习态度进行评价，全面考察学生对知识的接受度。

3. 撰写实践总结报告。能够完成高质量实验报告和实践总结的撰写是反映学生能力的一个重要方面。能够书面形式系统、完整、清晰地表达自己的研究成果，是一名合格的工程技术人员应该具备的素质。

三、结束语

单片机课程是一门非常必要的专业基础课，对学生的发展有着较为重要的作用。单片机课程的教学方法灵活多样，在教学实践过程中，不断改进教学方法，丰富教学手段，加强实践能力的培养，激发学生的学习兴趣，提高自身能力，可以为学生更好地适应未来学习和工作打下扎实的基础。

参考文献：

[1]陈锟.单片机课程案例教学的思考与探讨[J].中南民族大学学报，2008（27）：10-12.

[2]李冰.单片机课程的项目化教学改革与实践[J].实验室科学，2014（17）：101-103.

[3]焦巨.浅谈单片机模块化教学方法[J].数字技术与应用，2010（3）：114.