提高单片机课程教学质量的探索与实践

艾海提?赛买提　李春兰

摘 要：针对单片机技术课程理论抽象实践性强的特点，结合我校电气工程及其自动化专业如何提升该课程的教学质量，从理论教学、实验教学和课程设计、教学方法等几个方面进行了探讨，并逐步在单片机技术教学中实践。通过该课程的多种模式的实践教学，强化了学生创新能力的培养，有力地促进了人才培养质量的提高，取得了好的效果。

关键词：单片机 课程设计 教学方法 教学质量

嵌入式单片机技术是高校工科类各专业重要的专业基础课，是后续专业课程学习的基础。由于“单片机技术”课程理论抽象、与实际问题结合紧密、实践要求较高， 因此大多数学生掌握起来有一定的难度，常常感到内容枯燥无味、无所适从。学生对单片机技术课程的学习和掌握往往缺乏行之有效的方法，难以达到社会上对应用性及创新性人才的要求。[1]

针对该课程的以上特点，为了在有限的课时内能够尽快引导学生入门，在理论及实践教学的各个环节教师都必须注重实践教学的渗透，帮助学生对各知识点的理解和掌握。笔者在多年的“单片机技术”课程教学实践中，不断探索新的教学方法和手段，在工程应用及创新性人才培养、全面提高“单片机技术”课程教学质量等方面进行了一定的探索和实践。[2]

一、基于问题导入的理论教学探索与实践

为了能够进行有效的课堂教学，激发学生对该课程的兴趣及自主学习能力，首先要在理论教学过程中充分发挥多媒体课件信息量的优势。讲授绪论时在课件中引入单片机在家用电器、工业控制、机器人控制、智能控制等方面的静态及动态实例画面引导学生入门，以激发学生学习单片机技术的兴趣。

在讲授单片机工作过程的抽象概念时，先向学生提出问题，如思考 “5+6=11”在单片机中如何计算完成？以此来吸引学生的注意力，然后用动画将上述运算过程的“取指令阶段”、“执行指令阶段”等抽象概念通过文字、静态和动态图形生动地表现，使学生初步掌握单片机的整体工作过程，有效地弥补了以教师为中心的理论教学方式。下图为单片机运算过程示意图。

图1 单片机运算过程

其次在理论教学过程中，以章节为单元，以实际问题为实例，将单片机仿真调试软件keil与单片机及外围硬件仿真软件Proteus相结合，通过课堂中给学生演示软件编写，调试与相应的硬件电路结合联调的过程，将抽象的理论用软件仿真的形式加以具体化、形象化，使得学生能够进一步理解单片机内部结构，加深对单片机内部的剖析，然后将相应的软件发给学生使学生能够在自己的计算机进行仿真实验，提高学生的学习兴趣。

二、探索实验教学，开设综合性设计型实验

为了理论教学与实验教学有机地结合起来，使实验教学由辅助地位变为创新能力培养的重要环节，笔者所在“单片机技术” 课程组提出，打破以往的理论教学和实验教学由不同老师教授的教学方式，要求理论课和实验课由同一个老师讲授，这样做的好处是教师可以根据自己的理论授课内容和实验内容掌握教学进度，并能及时了解学生在课堂掌握的理论知识结合实际的能力。[3]

实验内容安排的重点是培养学生的理论联系实际的能力。为了构建与课程体系相配套的实验教学体系，将实验教学内容分为验证性、基础性、综合设计性实验等三个层次。在验证性、基础性实验教学中，实施了以学生为主体、教师为主导的自主式教学，引导学生用所学理论知识解决实验中的问题。针对综合设计性实验内容，要求学生做实验前根据已学过的基础性实验知识，编写实验方案及实验程序，最后通过实验室平台验证，并就实验过程出现的问题进行讨论。如，定时/计数器实验和步进电机控制实验。通过这样的实验教学模式，使学生加深巩固了前期所学知识，并且培养了学生所学知识综合应用能力及创新精神。[4]

三、强化课程设计教学环节

经理论教学、实验教学后，以单片机技术为核心的理论和实践知识体系已基本形成，学生具备了利用单片机技术进行综合设计的初步能力，在此基础上加强课程设计教学环节来进一步培养学生的整体动手能力和解决实际问题的能力。

在选题上，采用了实际应用项目实例，力求理论与实践相结合，如：广告灯电路设计、步进电机控制、交通灯单片机控制、直流电机调速等典型实例都来自实际工程应用，有助于培养学生解决实际工程问题。

根据课程设计题目将学生分成3～4人组成的小组，每一小组选一名组长负责。设计内容包括系统实施方案制定、硬件电路设计、元器件参数计算及选择、控制程序设计、系统软硬件仿真与调试、实际电路搭建及测试等。组长将项目内容分配给组员并协调所设计系统各个环节，有助于培养同学间的协作和团队合作、解决实际问题的能力。

课程设计环节采用了三阶段完成的教学方式，并由两名老师来指导：

1.方案选择阶段：教师根据学生所选题目布置任务书，在明确了课题所要完成的技术参数及目标后，要求学生收集相关资料，并提出可完成该项目的不同方案，确定其中的最优方案，提交指导教师审核。这一环节注重培养学生能够综合运用所学理论知识和锻炼团队协作精神及拓宽知识面。

2.实质性设计阶段：在设计系统方案确定的基础上，进行控制系统原理图设计、各单元控制电路设计及元器件参数的确定、编写控制程序；用单片机仿真调试软件keil与硬件仿真软件Proteus相结合，进行模拟调试；最后进行实物制作及程序测试，对课程设计的方案进行验证。在这一阶段根据每组同学们的完成情况，在原项目的基础上可增加一些控制功能，来激发学生的创新意识。

学生通过这一环节掌握了控制系统硬件电路的设计原理，实际元件的测量、元件的焊接、实际电路的调试，熟练了keil与Proteus仿真软件联调方法和技巧。

3.撰写课程设计说明书。参与课程设计的每位学生，根据在项目中所承担的任务进行答辩，教师根据学生完成设计的情况和质量给出考核成绩。通过这一环节培养学生对所学知识的总结及科技文献的撰写能力。

单片机技术教学团队多年来，注重学生理论联系实际的学风及协作精神和创新意识的培养，鼓励学生积极参加各种课外科技活动。在每年学校的科技节中组织学生参加组装电子产品技能竞赛和参加全国大学生电子设计科技大赛。

在近五年的全国各类大学生科技大赛中，有18人次获得新疆赛区竞赛奖项，取得了较好的成绩。通过上述课外科技活动扩大了我校与其他兄弟学校的学术交流，为提高学校知名度、促进相关学科建设和课程建设起到了积极促进作用。

结语

单片机技术的发展日新月异，面对培养创新人才，只有不断地探索新的教学方法才能适应时代发展的需要。在教学过程中，教师要不断充实自己，更新知识，要针对学生的学习状况，及时总结理论及实践教学中出现的新方法和新经验，注重理论联系实际，运用多樣化的教学方法和手段，使学生主动参与学习过程，激发学生的学习兴趣，以提高教学效果及教学水平，为社会培养出更高水平、高素质的复合型人才。

参考文献

[1]郭文川.MCS-51单片机原理、接口及应用[M].第一版.北京.电子工业出版社，2013.

[2]张仁彦，高正中，黄鹤松.单片机原理及应用[M] .第一版.北京.机械工业出版社，2016.

[3]艾海提.赛买提，李春兰.“电工学”教学质量的探索与实践.[J].中国电力教育，2014，（6）：54-55.

[4]王晓燕.建构主义教学理论与信息化教学模式的构建[J].现代情报，2006.26（2）：184-186.

作者简介

艾海提·赛买提（1965—），男，新疆乌鲁木齐人，本科，新疆农业大学机电工程学院，研究方向：检测技术。

李春兰（1967—），女，四川三台人，博士，新疆农业大学机电工程学院，研究方向：电力系统继电保护。