专业竞赛驱动下单片机课程改革

黄敏 张荣辉

摘 要：文章分析了目前单片机课程教学普遍存在的问题，针对学习不连贯性提出打通理论课程与实验课程；针对传统教材脱离社会应用实际，结合“合泰杯”学科竞赛改革教学内容；建立创新实验室作为第二课堂，打造学生参加竞赛、申报项目、锻炼专业能力的基地。

关键词：单片机教学 學生竞赛 创新实验室

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）10（a）-0162-03

单片机原理与应用是电子通信自动化等专业的核心课程，是一门与学生就业密切相关的实践性很强的课程。交通、医疗、通讯等与衣食住行息息相关的方方面面都少不了单片机微控制器的身影，与之相关的嵌入式、智能硬件、机械自动化等就业岗位的人才需求量依旧旺盛。高校学科竞赛不仅是培养创新人才的重要手段，也是用人单位筛选人才的重要标准[1]。中国高等教育学会《高校竞赛评估与管理体系研究》专家工作组在《中国高校创新人才培养暨学科竞赛评估结果》共筛选了18个竞赛项目纳入排行，其中与单片机等微控器直接关连的比赛有全国大学生电子设计竞赛和全国大学生智能汽车竞赛，另外含有单片等微控器的作品能够参加的比赛不下半数。

虽然不论从社会需求还是学生竞赛来看，单片机这门课的重要性都是不容忽视的，但是不少学生仍然将其当成一门普通的需要考试拿学分的课程来学，更有甚者学了一个学期之后连最基本的单片机工具软件都不熟练，以至于到了就业找工作的时候或者出了校园工作一段时间才意识到自己本应该从单片机课程中得到一项技能。造成这种现象的原因是多方面的，本文将从下述几个点进行分析和解决。

1 课程连贯性不够，需要打通理论课与实验课来加强

1.1 目前单片机课程排课存在的问题

目前普遍存在的问题：理论课和实验课脱离，以一门80学时/16周的单片机课程为例，课程安排一般是每周理论3课时和实验2课时，实验课排课一般滞后于理论课，有时候甚至隔了3～4天，很多学生在实验课实践的时候对理论课上的知识点和相应原理操作已经遗忘不少。大多数教师的做法是在实验课之前先复习上次理论课教学内容，然后给学生布置实验课任务，学生在实验课上调试遇到问题举手示意请老师帮忙解答。如果是一些普遍性的问题，任课老师将会在次周的理论课上统一讲解。若学生想及时验证理论课上的内容又得等到课后或者下一次实验课。这样的安排导致学习连贯性不佳。

1.2 改变排课方式

在安排单片机课程教学需打破传统的理论课与实验课分离的排课方式，将单片机课程全部安排在单片机实验室，采用教师讲解、学生能及时操作的方式。实验室虽然配有台式机但原则上要求学生带个人电脑进实验室：台式机主要用来教师演示和讲解，学生用个人电脑实现程序的调试和实现。这样确保单片机课程的相关专业软件装在同学们自己的电脑里，也可以让大家能够将课堂上学的和写的代码和实验项目留存在自己个人电脑里，让学习不仅仅只停留在课堂上，离开教室以后也能及时调试和复习训练。

2 结合单片机竞赛的课程安排

2.1 目前单片机课程教学内容存在的问题及解决方法

现行的主流单片机教材都是基于STC89C52双列直插封装的单片机，对于教学来说这款单片机有它的优势：寄存器配置少，学生理解起来较容易[2]；网络资源丰富，各种例程和问题学生都可以在技术论坛上得到解答，方便课后学习。但是存在的问题是社会上的电子产品开发，很少使用这个型号，若只教授STC89C52芯片与社会需求不匹配。教学的目的是授学生以“渔”，而非授之以“鱼”。故在课程设置上需要加入一款对寄存器配置需求较为频繁的单片机教学，这么做主要是教会学生在网络现成资源较少的情况下，能够通过阅读芯片的数据手册做出相应的开发。

比较好的解决办法是将课程分为两部分，前期入门以STC89C52单片机为主，后期开发板实操以合泰单片机开发板为主。合泰单片机的生产产商是盛群半导体公司，该公司实施的大学计划之一是每年举行合泰杯单片机创意竞赛，目前已有天津合泰杯、福建合泰杯、重庆合泰杯和广东合泰杯。将合泰单片机的学习融入课程目的是为了能够让学生在课程的学习之后能够学以致用，参加一个省级专业竞赛，一方面将课堂知识运用到实际，另一方面学生参加比赛的过程中遇到问题解决问题的过程对专业能力是一种很好的锻炼和提升。

2.2 STC89C52型单片机教学安排

STC89C52的学习主要通过proteus仿真软件，教学过程轻理论重实践，坚决做到知识点—范例—练习紧密结合：老师讲完理论知识后，通过proteus连接简单原理电路图，keil软件C语言编程并载入proteus给学生演示实验现象，在画图与编程的过程中注意与理论结合，范例演示完毕，布置学生实验任务：（1）在自己电脑上完成刚才老师讲授的范例；（2）完成老师布置的练习题。STC89C52的学习安排课时为30学时，具体如表1。

2.3 结合“合泰杯”专业竞赛的单片机教学安排

合泰单片机教学主要围绕合泰ESK-301开发板，搭载主控芯片是8位微控制器HT66F70A，开发板外围资源有8盏led，6片数码管，4*4矩阵按键，E2PROM，电机驱动模块，红外发射接收模块等[3]，针对这些资源展开关于合泰单片机的26个课时的教学。教学过程仍然紧紧围绕“知识点—范例—练习”确保学生在实践中感悟和学习。

完成51单片机入门与合泰单片机的学习之后，学生需完成课程设计连续3d共计24学时。课程设计完成内容之一是学生结合所学知识结合合泰开发板设计并实现一个综合性小项目；课程设计内容之二是完成一个设计报告的撰写，设计报告要求与格式参照福建省合泰杯初赛报告书，评分标准为作品创意40%，技术可行性40%，文字排版20%。在学生上交的设计报告中老师可以筛选出优秀组别以便后续培养以及参赛。

3 建立学生创新实验室作为第二课堂

课堂上老师的讲授以及练习让学生少走弯路快速入门，但是精通单片机编程以及电子系统设计，光靠課堂时间是远不够的。由于单片机这门课课时有限，大部分老师的授课过程并未实际涉及电路板的硬件设计，电子元器件的选型、购买以及焊接，在课堂上学生也没有过多机会涉及实际电路的调试，然而不论是参加专业竞赛还是电子研发相关的就业岗位来说，这些技能也是必不可少的。学生创新实验室可以引导学生在课堂之外能够继续学习，并且持续在实际项目中得到课堂教学中无法获得的锻炼。

创新实验室可以作为学生的第二课堂[4]。在硬件设施上创新实验室内配备有钻孔机、热转印机、打印机等设备供给学生制作电路板；有万用表、数字电源、示波器等仪表帮助调试和排查电路问题。有3D打印机、激光雕刻机以及电钻电锯等设备供给学生搭建模型。实验室有指导老师和学生管理小组主要负责：（1）实验室培养计划的修订和执行；（2）组织学生申报创新创业立项，组织学生参加电子设计大赛、光电设计大赛、单片机设计大赛等赛事；（3）督促作品完成进度。

为了能够让实验室有一个良好的学习氛围，实验室必须设置一个准入标准：通过实验室的考试。考试针对所有同学开放，考试形式是现场调试编程：C语言或者单片机。通过考试的同学在创新实验室有一个固定工位，并强制要求将学生个人电脑从宿舍带入实验室，没有申请不允许带出：这样可以使学生处在一个学习环境中，而不是下课后就回宿舍玩电脑。学生考入实验室之后，会每一周或者两周有学习任务，并安排上一级学生一对一指导。形成“老带新，传帮带”的风气。若没有按时完成会有相应的惩戒，连续两次没有完成则需退出实验室。在这样一个培养体系完整、制度严格的创新实验室里，学生的专业技能得到快速的提升，在一次一次的任务以及参赛的过程中，学生得到的是实际的项目经验，赢得的不仅仅是学科竞赛得奖的荣誉，更是自己就业的筹码。

4 结语

单片机这门课具有显著的实践性，本文分析了目前单片机教学存在的主要问题，不论是从排课方式的改变，到结合学科竞赛“合泰杯”教学内容的改变，还是最后探讨的学生创新实验室的培养和管理制度，都紧紧围绕着提升学生专业动手能力这一主旨。在向应用型本科高校转型背景下，这样的教学改革和探索显得尤为重要。

参考文献

[1] 陆国栋，陈临强，何钦铭，等.高校学科竞赛评估：思路、方法和探索[J].中国高教研究，2018（2）：63-68，74.

[2] 徐春燕，杨海清，刘恺.基于多层次的单片机实验课程改革[J].教育现代化，2018，5（10）：53-57，63.

[3] 钟启仁.HT66Fxx Flash单片机原理与实践——C语言篇 （简体版） [M].北京：北京航空航天大学出版社，2012：22-25.

[4] 杨志东，陈小桥.学科竞赛与创新人才培养模式的探索与研究——以电子类学科竞赛为例[J].实验技术与管理，2016，33（2）：14-16，23.