单片机原理及应用课程教学改革——以湖南人文科技学院为例

谢四莲，方智文

(湖南人文科技学院 信息学院，湖南 娄底 417000)

单片机原理及应用是湖南人文科技学院电子信息工程、电子信息科学与技术、通信工程、物联网工程专业的一门专业必修课，是在学生学完电子技术类基础课程和计算机应用类基础课程之后，为加强对学生技术应用能力的培养而开设的体现电子技术、计算机技术综合应用的一门课程[1]。本课程的目的和任务是使学生获得单片机应用系统设计的基本理论、基本知识与基本技能，掌握单片机应用系统各主要环节的设计、调试方法，并了解单片机在测量、控制等电子技术应用领域的应用。初步具备应用单片机进行设备技术改造、产品开发及维护的能力，为走向工作岗位后从事单片机与嵌入式系统的研究及开发打下良好的基础[2]。

一、突出应用、创新型人才培养的课程教学方法与教学内容改革

(一)传统教学方法的局限性

几十年来我国高等院校在教学内容上多以单纯验证与理论相关内容为主，在教学过程中过分强调实验课作为理论课的验证手段，实验教学作为深入理解理论课所学知识的辅助方法，忽视对学生能力的培养，缺乏学生的主动参与及师生的双向交流和对学生实践能力的客观考察[3]。特别是二十世纪八九十年代我国高校开始大量扩招，有不少原本是师范性或是专科性的高校为适应新形势也开始招收一些新专业、或是向综合性大学发展，这部分高校由于缺乏经验或是教师本身观念上转变具有一定的难度。这些院校在实验教学上存在着很多问题。比如实验条件差，实验教学总体目标和基本思路不清晰，实验教学内容、方法和手段跟不上时代，实验教学管理制度不完备，实验成绩评定体系不完善等[4]。以往的单片机原理及应用课程中，实验课时少，只有12课时，占课程总时的22.2%。实验用汇编语言，主要实验内容多为利用仿真器熟悉、单个指令的验证以及对部分外设的简单编程验证。高校开设的单片机原理及应用这门课程，大部分的教材都是采用汇编语言来编写，存在学生必须熟记复杂的指令，难于掌握课程的内容，设计能力难以提高的问题。

(二)突出应用、创新型人才培养的教学内容改革

1．精心组织教学内容

单片机原理及应用教学团队通过多年对本课程的教学内容研究，总结出该课程的重点内容，并对其内容进行了大的改革，打破了以往“老师一讲到底，学生最后做几个实验，最终什么都没有学会”的现象。教学团队于2016年8月出版了《单片机原理及应用项目化教程》，在教学内容上我们选取了涵盖51系列单片机的重要知识点，并以典型的11个项目的形式分别介绍了51单片机的基础知识、常用软件Keil C与Proteus的使用、单片机的输入/输出功能、数码管基础与矩阵键盘扫描、定时器与数码管动态显示、外部中断与串行通信、LCD1602显示原理及实现、I2C总线与EEPROM、DS18B20与蜂鸣器、A/D与D/A转换、实时时钟DS1302。

2．由浅入深、由易到难的任务安排

在各个项目的教学内容编排上，我们将单片机的基本理论与任务有机结合，每个知识点后都用一个具体的任务来强化，采用了由浅入深，由易到难，课后强化的方式。如在单片机的输入输出功能的教学内容安排上，我们将其分成了输出与输入功能两个部分，每部分都安排了任务，具体见图1所示。

图1 单片机的输入/输出功能教学内容安排

3．突出应用、创新型人才培养的教学方法改革

(1)采用层次递进的任务教学法

该课程采用任务教学法[5]，使学生在“做中学，学中做”。在上课时要求学生自带开发板和电脑到教室上课，使学生能够“看得见，摸得着”。首先从基本的控制入手，如做“LED流水灯”，教师先提出任务，要求学生去自学相关的知识，在分析任务要求的基础上，搜索查找资料提出开发项目产品的初步方案以培养锻炼学生的专业能力和应用能力。然后由教师在课堂上依次讲解“LED”点亮的原理，然后编程演示如何点亮一个LED灯，接着进一步启发学生如何点亮8个LED灯，并演示给学生看，具备了上述基础后，要求学生在课堂上独立完成“LED流水灯”，通过一个简单项目的制作，学生的学习兴趣将大大提高，最后加强学生的课后练习，布置学生完成花样流水灯的任务，如此经过一步步的任务推进，激发学生的学习兴趣，提高学生的应用能力。

(2)将实践环节与课堂有机结合

单片机原理及应用的理论课时与实验课时分别为32课时，我们将实验课程进行了改革，不再单独开设实验课程，每次课中都要求学生进行实际项目编程与操作，打破了以往理论与实验脱钩的现象，使学生的实验能力逐步提升。我们还将课程设计与期末的技能测评有机结合起来。课程设计是学生学完本课程后综合设计能力与创新能力的体现。在开学初任课教师将课程设计的题目下发到各班级，由学生自由分组与选择，可以使学生在课程学习中有目的、有针对性地学习。

4．突出应用、创新型人才培养的考核方式改革

单片机原理及应用课程的考核打破以往用试卷考核的方式，采取了项目加综合设计形式，以有利于考核学生对知识的理解和综合应用能力、实践和创新能力。具体考核方法是平时出勤、平时项目操作以及期终技能测评成绩相结合。具体比例为：上课出勤占20%，平时项目操作占30%，期末技能测评成绩占50%。每个环节都制定了具体的评分细节，如表1所示。

表1 考核评分细节表

二、课程改革实施的效果

通过单片机原理和应用课程的改革，湖南人文科技学院学生的嵌入式开发能力和创新能力大大提高，电子类的学生近年来在全国大学生电子设计大赛中，共获得国家一等奖2项、国家二等奖1项；省一等奖5项，省二、三等奖共20余项的好成绩；共获湖南省大学生研究性学习和创新性实验计划项目10余项。很多学生在毕业时拿到了电工技术等级证和上岗操作证、家电维修证、Protel等级证书、EDA证等相关的授权证书，就业率和就业层次明显高于其他同学。

[1]秦仙蓉，张氢，管彤贤，等.面向卓越工程师"培育的现代机械工程师基础"课程建设[J].中国高等工程教育研究，2014(3):153-157

[2]艾学忠，王立国，孙明格.围绕"三三式”现代工程师培养模式建设单片机课程[J].吉林化工学院学报，2014(6): 30-32.

[3]潘懋元，周群英.从高校分类的视角看应用型本科课程建设[J].中国大学教学，2009(3):4-7．

[4]刘献忠.大学课程建设的发展趋势[J].高等教育研究，2014( 2) :62-69．

[5]谢四莲,成运.任务教学法在《单片机原理及应用》教学中的应用[J].电脑知识与技术．2008, 4(3)：125-127.