单片机应用技术课程实践教学改革探讨

冯泽虎

摘要：传统单片机课程实践教学主要采用课内实验的方式，授课模式基本是沿袭老一套的方式：实验目的、实验原理、实验方法与步骤、实验注意事项等等。因此学生在实验过程中只需按实验步骤操作，输入实验参考程序，运行仿真后验证实验结果。这种按部就班的教学模式只让学生熟悉了单片机的开发流程，并没有起到任何提高学生单片机实践应用能力的作用。在电子设计单片机项目培训中，学生以3人为一组，实验以项目为单元，每个项目只有具体指标参数和最终所要达到的效果要求，不提供任何的实验步骤、实验程序或硬件电路等相关信息。这促使学生必须针对项目要求，通过各种途径自己找到解决问题的方法。这种项目任务布局极大的推动了单片机课程实践教学从验证性向设计性的转变趋势。

关键词：单片机；实践教学；转变

目前的单片机实践教学主要是利用单片机系统平台、仿真器和系统开发软件KeiluVision4进行的一种模拟仿真实验，可操作的空间很小，学生很难通过现有的平台进行单片机项目的设计与开发。因此，彻底摒弃现有的单片机系统平台和仿真器，才能真正实现单片机课程实践教学从验证性向设计性的彻底转变。主要体现在以下两个方面：

1.自己搭建实验平台。在电子设计单片机项目培训中，没有现成的单片机系统平台。所有学生都要通过组内讨论和分工协作，运用各种分立元器件来完成从设计、制作到调试单片机系统平台的全部过程。这个过程既培养了学生对理论知识的深入理解，又培养了他们的实践动手能力。

2.自己制作仿真模块。在传统的单片机课程实践教学中，与系统平台配套的一般为专用仿真器，不仅集成度较高，而且价格不菲。在电子设计单片机项目培训中，我们采用由SST公司生产的仿真芯片SST89E516RD和PL2303通信模块构建的仿真系统。其中PL2303模块从电路设计、PCB制板到元器件焊接的全部过程都由学生自行完成。这样不仅让学生实践了单片机串口通信的功能，而且极大的降低了单片机实验教学的成本。

一、实践教学模式的改革

1.基于项目引领的实验模式

我们许多课程的实验课教学模式，基本上都出于传统的公共基础课实践教学。其特点是对单一某个理论教学内容进行实验演示和验证。由于思维的惯性，这种传统自然也延续到单片机实验课中，致使学生综合性实验能力较弱，完成课程设计和实际应用设计的难度较大。作为嵌入式基础和初级应用的单片机基础课程，其最大特点是工程性。单片机本身是一个强大的系统集成工具，学生在专业知识基础上用单片机及相关器件进行综合分析和设计，最终要制作出满足用户要求的产品。因此，单片机实验课的主体思路是综合性、工程性。基于这一点，我们对实验课在宏观上调整为基于项目引领的实验模式。首先是将基础性实验以Proteus软件仿真形式在理论课上实验和演示；其次是配合理论课将整个学期的实验课安排成一个应用项目，将整个项目按照内部资源、扩展资源、前向通道、后向通道和人机通道等部分分解成各个模块作为每次试验课的内容。学生在完成单次试验的基础上，从软硬件的角度对项目整体架构不断地加深认识和理解，最后完成一个项目的全过程实验。在这个过程中，学生不断地积累系统级分析设计的能力，不断地积累着成就感。学生增强了对实验课的兴趣，大幅提高了单片机实验课的效率和效果。

2.多种实验手段的综合运用

现在高校学生基本上都基于实验箱做实验。相对于传统实验手段（手工焊接或用面包板），实验箱在单片机应用系统的软件实验方面具有优越性，但在硬件实验方面，则现出其明显的弊端。学生按照实验指导书的指示在实验箱上连接各端子，学生大多不去了解这种连接后形成的电路；没有从设计、元器件连接、调试到完成全过程的锻炼；实验箱资源有限；不能进行多种硬件方案的试验、硬件电路的优化设计和创新。我们根据实验不同分别采用不同的实验手段。应用面包板的实验，侧重于自己设计电路实验方案、创新潜能的开发和硬件系统级调试技术的学习；手工焊接的实验侧重于实际动手技能和模块及硬件调试方法的学习和锻炼；应用试验箱的实验则重点侧重于复杂系统的编程和软件调试。同时，这些实验手段的综合应用，给学生创造了一个宽松的软硬件实验环境和发挥创造性的空间，增大了实验课的吸引力，促进了对理论教学的理解，达到了很好的效果。

3.发掘第二课堂的深度和广度

单片机课外教学活动是可行和必要的。组织成立学生课外活动小组，为学生设计阶段性任务。这些任务可以是承担科研项目的分解部分，也可以是有意义和价值的小题目。学生的任务可以指标化，小组实行优胜劣汰。这对学生提高课程兴趣、加深理解、拓展知识和带动整体学习起到了重要作用。每年一次由教育部和信息产业部共同举办的大学生电子设计竞赛，是一次极好的单片机实践教学活动。要进行规范整理，优化模块设计，使之成为标准件，进而成为教学资源，进而促进教学教改工作进展和良好学风校风的建设。

二、优化考核制度

1.项目考核取代理论笔试

电子设计的单片机项目培训由6个子项目组成，在每个子项目开始前，指导老师都会布置该项目的具体内容、完成时间以及项目要求。每个子项目完成后，指导老师都会以组为单位，对该项目进行阶段性验收。验收过程中，以实时问答的方式考核每组3位同学在查找资料、芯片选取、理论计算、模块制作及系统调试等方面和专业素养和掌握程度。最终，以这6个子项目的考核等级综合决定整个单片机项目的总成绩。这种考核方式着重考查了学生在应用中运用单片机理论知识来解决实际问题的能力，完全切合了单片机这类工科课程教学大纲的要求。

2.考核秉承两个原则

首先，在考核过程中不以项目完成的时间长短来决定每个子项目的考核结果。在传统的理论考试中，考生面对的考题是一样的，考试的时间也是一样的，即客观环境是相对公平的，而项目实操具有很大的偶然性和不确定性。因为项目要求虽然相同，但不同的组会有不同的设计方案和线路布局，这就使得每组遇到的故障问题的类型及数量也都是不一样的，如果我们还是按照统一的标准去衡量就会有失公平。因此，在电子设计单片机项目的考核中，指导老师还是着重考查学生解决问题的能力，不会以完成时间的长短作为主要衡量标准。其次，每个子项目都没有唯一正确答案，只有最优方案。针对同一项目要求，解決的方案却会有很多种，条条大道通罗马。在完全达到项目要求的前提下，指导老师会从软件编码长度、硬件接口分配、模块电路布局及系统稳定性等方面进行综合考核，评出性价比更优的方案。并在每个培训项目完成之后，集中全体学生，由指导老师或班长主持，进行该项目的阶段性总结分析。这样使得考核并不是项目的最终目的，而是通过合理的考核体系真正实现资源共享，知识爆炸。

结论：本文针对单片机课程的教学特点，结合电子设计竞赛的培训模式，从教学方法、实验类型、开发环境和考核制度等方面探讨与总结了单片机课程教学改革的具体实施方法。淄博职业学院电子设计创新实训中心通过五年多的实践证明，全国大学生电子设计竞赛给单片机课程的教学改革指出了一个方向。我们将以此为契机，积极主动地将以上探讨与总结落到实处，并拓展到相关专业，这无疑对促进我院课程体系和课程内容的改革具有明显的积极意义。

参考文献：

[1]单片机课程教学改革的探索 梅丽凤 辽宁工业大学学报 2008

[2]单片机课程教学改革与探索 王琦 河南机电高等专科学校学报 2015endprint