单片机课程教学实践创新改革探讨

黄翠翠

[摘 要] 针对目前单片机课程教学普遍存在的理论与实践分离，实践与实际应用分离的传统教学方法提出了一种边学边做，为了学而做，为了做而学的创新性教学改革方案，以提高学生的学习兴趣和热情。在学生轻松掌握理论知识的同时培养学生软硬件系统设计开发能力，适应创新应用型人才体系教育的需要。

[关 键 词] 单片机；创新；教学改革

[中图分类号] G642 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2017）31-0176-02

一、引言

单片机作为微处理器的一个分支，以其高性价比、完善的性能及高可靠性在控制领域得到广泛的应用，人们的日常工作生活学习中随处可见单片机的身影[1]。单片机技术是一门实用性极强且在当今社会上应用最为广泛的电子技术之一，是电子类专业的一门核心专业课程，在弱电类系列课程中占有较为重要的位置。但是由于单片机课程的理论抽象枯燥、逻辑性强，其难学难教也是公认的。往往教师想出各种心思教，学生花了大量精力学，但最终的学习效果却不尽如人意。笔者根据多年教学经验，摸索出了一种边学边做，为了学而做，为了做而学的创新性教学实践改革方案。

二、单片机课程教学现状

单片机课程实践性强，开课学校也比较重视，但在课程安排和考核方式上存在以下三个方面的问题。

首先，国内很多单片机教材主要以80C51为例，编程语言也主要讲解80C51的汇编指令集[2]，但是目前实际应用中多使用8951单片机，且大多以C语言作为开发语言，导致学生学习完课程后不能立刻进行实际的开发工作，还需要再次参加培训，降低了单片机课程的实用性。

其次，大部分课程开设基本上以理论为主、实验为辅，课程设计等综合系统设计开发课程则安排在理论课结束之后。这样安排虽然实践课程的课时量足够了，但效果却不太明显。这主要是因为学生在课堂上对理论知识的学习脱离了实践，导致对知识点的理解仅仅基于理论；实验课上基本依赖于现有的单片机实验平台，单纯在计算机上进行程序设计，最终利用现成的实验箱进行功能验证，期间系统硬件总体结构及工作原理知之甚少。此外，实验箱支持的实验一般属于验证性内容，与实际应用相去甚远，学生做实验时仅仅机械式地按照实验指导书或教师指导进行程序编写、编译、仿真、下载，造成学生常常知其然而不知其所以然[3]，对理论知识的消化理解和灵活运用帮助不大，也无法培养其自主创新能力。综合性课程设计安排在理论课程结束之后，本来目的是为了使学生能对理论知识巩固加深及综合运用，培养其软硬件系统设计开发及实际制作能力，但此时学生没有任何硬件设计制作基础，往往为了完成教师要求而照着现成的设计样品依葫芦画瓢，导致最终完成设计制作后，所有的成品千篇一律，大部分学生甚至根本不知道为何如此布局布线，产品工作原理似懂非懂，完全达不到课程开设目的。

最后，考核方式一般为闭卷笔试考试，仅考核学生对硬件基础及单片机指令的记忆程度，考核手段单一，效果有限，对单片机原理课程来说，存在着对学生实践能力、系统设计能力考核不足的问题，考核成绩高不代表其实际应用能力和系统设计能力强[4]。

三、单片机课程教学改革方案

为了体现出单片机课程软硬件结合的特点，真正培养出具备一定单片机产品开发能力的应用型人才，可以从课程体系、教学手段、教学内容及考核方式等几个方面进行改革。

（一）构建课程体系

单片机是一门课程实践应用性强且范围广泛的课程。要学好单片机技术，不仅仅需要单片机的理论知识，更需要有坚实的相关理论基础。例如，单片机硬件设计需要具有良好的模拟电子技术、数字电子技术、微机原理与接口技术、传感器技术等课程基础；单片机软件开发需要具备熟练的C语言编程能力；单片机产品的制作需要有电子电路CAD、Protel等画图布线技能。学生在单独学习每门课程时，缺乏相关性，会觉得学习课程多，任务重，不利于知识的融会贯通。教师在课程教学时，可根据课程相关程度构建课程体系，进行体系教学，在讲授体系内课程时联系其他课程进行举例设计分析，令学生在学习一门课程的同时巩固或接触其他课程的内容，有利于培养学生对各种专业知识的理解及综合应用能力。

（二）教学手段

1.设置教学项目

教学时不再以理论为主、实例为辅，而以项目实例推动理论教学，让学生在项目实践中加强理论知识的学习和掌握。项目设置可以按照单片机最小系统、单片机外部中断系统、单片机定时/计数系统、单片机串行通信系统、单片机输入输出模块、单片机智能控制系统等进行，每个项目包含不同的理论知识，通过项目的学习和实践来掌握理论知识，让学生处于边学边用的状态，从而提高学生的学习兴趣和理论知识的实际应用能力。例如，单片机最小系统可设计“简易流水灯控制系统”项目，通过对该项目的学习，要求学生掌握单片机内部结构、引脚功能、时钟电路、复位电路、工作时序及C51编程语言、keil软件开发平台等方面的知识点；单片机外部中断系统可设置“按键计数器”或“红外防盗报警器”等项目，通过项目学习，学生应掌握单片机外部中断控制原理、中断控制寄存器、源程序开发、硬件电路设计等方面的知识点并锻炼实际产品制作的动手能力。

2.加强课堂演示

課堂演示作为提升学生学习积极性和对理论知识的认知程度有着非常重要的作用。每次开展新的教学项目时，可以从课堂演示开始，通过事先给学生演示项目完成效果提高学生的学习热情，让学生知道学完该项目后可以自行完成什么类型的单片机控制电路的设计开发。在学习过程中，通过改变硬件电路连接和下载到芯片中的源程序来改变演示结果，让学生能更加直观地感受、了解硬件设计和软件对最终产品功能和运行效果的影响，从而更加牢固地掌握影响单片机产品开发设计的每个知识点。例如，学习单片机外部中断触发方式时，可设计一个一旦按键触发外部中断即可令单片机外接蜂鸣器鸣笛的系统，通过修改源程序中IT0/IT1，学生将会发现在演示时出现两种情况：一种是长时间按下按键后蜂鸣器只短暂鸣笛一声；另一种则是按下按键的动作保持多久则鸣笛持续多久。

3.课堂教学改为实验室教学

传统的课堂教学主要是教师讲解理论知识，学生被动接收。对单片机这类以实际开发应用为主的课程而言，这种教学方式取得的效果极其有限。将课堂教学改为实验室教学，教师在教学时，首先利用实际产品的不同演示效果讲解各知识点，接着让学生自行动手模仿演示效果，最后针对不同知识点布置小项目要求学生自行设计完成。这种教学方式将极大提高课堂学习的趣味性和教师学生之间的互动性，可以将学生在学习过程中的被动接收转变为主动掌握，也可以极好地锻炼学生的动手能力。

（三）教学内容

结合单片机课程实践性强的特点，教学内容的设置必须与实际开发紧密结合。教学知识点的设置不应广而深，而是应由浅入深，由集中到扩展。如上文所提到的项目式教学，教学知识点可设置为：

项目一，单片机最小系统。知识点包括：单片机内部结构、引脚功能、时钟电路、复位电路、工作时序及C51编程语言；keil软件开发平台。练习项目包括流水灯、简易音乐播放器等。

项目二，单片机外部中断系统。知识点包括：单片机中断概念、中断源、中断优先级、中断条件、中断过程、中断入口地址；特殊功能寄存器IE、IP、TCON；外部中断源程序开发、硬件电路设计。练习项目包括简易红外报警器、水位报警器、按键计数器、抢答器等。

项目三，单片机定时/计数系统。知识点包括：单片机定时/计数工作原理、工作方式、工作模式、启动方式；特殊功能寄存器TCON、TMOD；定时/计数源程序开发、硬件电路设计。练习项目包括秒表、电子时钟、课间铃控制器、频率计、心率监测器等。

项目四，单片机串行通信系统。知识点包括：单片机串行通信工作原理、工作方式、波特率发生器；特殊功能寄存器SCON、SMOD；单机通信及多机通信源程序开发、硬件电路设计。练习项目包括单片机与计算机通信系统、单机通信系统、多机通信系统。

项目五，单片机键盘输入输出系统。知识点包括：独立键盘工作识别原理；矩阵键盘工作识别原理；键盘识别源程序开发；键盘与单片机接口电路设计；数码管工作原理；LCD液晶显示屏工作原理；数码管、LCD液晶显示屏驱动程序开发、与单片机接口电路设计。练习项目包括智能彩灯控制器、多首音乐播放选择器、四则运算计算器、智能移动显示屏等。

（四）考核方式

传统的笔试考核方式主要考查学生对理论知识点的掌握程度，对实践性强的单片机课程而言，仅仅考核理论掌握显然是不全面的。结合上文中的教学内容和教学手段，可采用平时练习项目完成程度和期末上机考试综合的方式对学生的学习掌握情况进行考核。平时项目完成程度能反映学生在课堂学习时对教师讲解知识点的理解程度和平时实际动手能力。期末上机考试的电子试卷主要以考核学生知识点、开发软件掌握情况、软硬件设计能力方面出题，考前准备多份电子试卷，以抽题的形式对学生进行考核，避免抄袭现象。最终综合成绩能很好地反映学生对单片机开发技术的综合掌握情况。

四、结束语

单片机技术是一门实用性强、应用范围广的重要专业课程，要掌握好这门课程，不仅需要学生自身的努力，更需要教师找到快捷有效的教学方法。本文从单片机教学的课程体系、教学手段、内容及考核方式简单分析了改革方法，提出了项目式教学方案，令学生从被动接收变成主动学习，能极大地改善教学效果，增强学生的学习动手能力。

参考文献：

[1]汪萬维.单片机课程教学改革探讨[J].武汉大学学报（理学版），2012，58（S2）.95-97.

[2]王元鹏.单片机教学中误区的分析[J].理论研究，2013（3）：126.

[3]翟玉文.单片机课程教学改革探究[J].吉林化工学院学报，2013，30（4）.34-37.

[4]向继文，陈善荣，刘昕，等.单片机原理教学改革探究与实践[J].计算机时代，2016（7）：98-101.