机械工程专业“单片机原理与接口技术”课程教学改革与实践

仝军令 司卓印 梁斌

摘要：单片机课程是我校机械工程专业的核心课程。在基于汇编语言的传统教学模式下，遇到了学生学习兴趣下降、实践训练不够充分、单片机应用系统开发能力不足等问题。通过改用C语言版单片机教材，采用便携式单片机开发板与Proteus仿真软件相结合的实验教学模式，引入直播技术辅助理论教学，解决了上述問题，提高了教学效果。

关键词：单片机;教学改革;C语言;便携式;直播技术

中图分类号：G642.0     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2019）42-0127-02

一、引言

单片机是现代机电控制系统的核心之一，因此我校机械工程专业将“单片机原理与接口技术”设为专业核心课程。作为专业核心课程，本应该被学生熟练掌握并加以运用，然而在实际的理论教学和实验教学中却存在着一些问题，导致学生的学习效果不尽如人意。为了提高单片机课程的教学效果，使本课程能够真正发挥其专业核心课程的作用，为后续机电控制系统相关专业课程的学习打下良好基础，对“单片机原理与接口技术”课程进行改革势在必行。

二、目前单片机教学存在的问题

1.抽象的汇编语言导致学生学习兴趣不高。在讲授单片机时，传统的教学模式是采用汇编语言进行授课。因为汇编语言是最接近机器码的一种语言，有助于对单片机的工作机理进行阐释。然而汇编指令较多，过于抽象，对于机械工程专业学生来说不容易理解，使得学生在初学汇编指令时便遇到了困难。由于学时所限，又不能花更多的时间去解决这些困难，导致学生进一步学习单片机的兴趣下降。

2.单片机应用系统开发学时不足。由于汇编指令难以理解，在讲授时必然要占用一定的学时，导致单片机应用系统设计开发的学时数相对不足。学生不能有效掌握单片机应用系统设计开发的过程，单片机应用能力较弱。学而不用造成的结果是学生在结课之后就把单片机忘得一干二净，更谈不上在后续专业课程中的应用了。

3.传统的实验设备达不到实验效果。传统的单片机实验箱较大，学生只能在实验室进行单片机实验。由于单片机课程是一门应用性和实践性较强的课程，实践机会不够充分，导致理论学习效果不够牢固，影响单片机后续知识的学习。同时，传统的单片机实验箱为了涵盖更多的实验内容，偏重于通用性，与单片机应用系统硬件构成差别较大，学生无法完全了解电路原理[1]，导致学生认为单片机应用系统就是单片机实验箱，对整个单片机系统的开发及应用没有一个完整的概念[2]。

三、单片机教学改革措施

1.以C语言为编程语言进行单片机教学。机械工程专业对单片机的学习以应用为主，对单片机的底层机理可以不做深究。如单片机的寻址方式、指令系统、汇编语言等，理论性很强，但是在实际中应用很少，这些内容可以选择少讲或者不讲[1]。且在项目开发中，C语言现在已经代替汇编语言，成为单片机编程的重要语言[1]。因此可以淡化汇编语言，主要以C语言作为单片机的编程语言来讲解，将有限的学时有效地利用在单片机应用系统开发的学习上，提高单片机的应用能力。为此，需要选择合适的教材。

目前，C语言与单片机相结合的相关教材不少。通过分析发现，这些教材主要分为以下三类：（1）基于汇编语言讲解单片机，仅把C语言作为附录添加到教材中;（2）在单片机硬件结构知识之后，加入汇编指令介绍，后续仅采用C语言编程来讲解单片机，或者同时采用C语言和汇编语言进行讲解;（3）简明扼要地列举汇编指令，或不再介绍汇编指令，教材通篇采用C语言作为编程语言来讲解单片机。

本专业之前采用的是第一类教材，然而从专业特点来看，第三类教材较为适合机械工程专业的学生，因此本教改决定选用第三类教材。

由于本专业学生已经学习过C语言课程，采用C语言版单片机教材以后，原来讲解汇编语言的学时可以节省出来，用于单片机应用系统开发相关知识的学习。

2.采用便携式单片机开发板与Proteus仿真软件相结合的实验教学模式。为了克服传统单片机实验箱的不足，有的学校采用Proteus仿真软件代替传统的实验箱进行实验教学[3]。这种实验教学模式能够对软件编程能力进行很好的训练，但是不利于单片机应用系统的硬件电路学习。

为此，本教改采用一种便携式单片机开发板作为单片机的实验教学平台。该开发板与单片机应用系统的硬件构成比较接近，可以开展多种实验项目的教学。同时，开发板配有完整的电路原理图。对开发板电路原理图进行适当的裁减，即可形成针对某个实验项目的电路原理图，进而可以绘制电路板图以及焊接电路板，实现硬件系统的设计与制作。因此，便携式单片机开发板有利于学生的单片机应用系统开发能力的综合培养。

另外，由于开发板的便携性，学生不再受到实验场地的限制，可以灵活掌握时间进行单片机的学习。由于实践机会比较充分，加深了理论知识的理解，有利于单片机后续课程的学习。

然而，基于开发板开发出的实验项目是有限的。为了扩展实验项目，本教改将Proteus仿真软件实验作为开发板实验的补充，以满足学有余力的学生拓展学习单片机的需求。

3.利用直播技术辅助理论教学。单片机课程是一门实践性很强的课程，为了增加课堂理论教学的直观性，提高学生的学习兴趣，有的学校采用Proteus仿真软件辅助课堂教学，演示一些实例。但是软件仿真毕竟不是实物，直观性仍然不足。而且对于有些项目，比如涉及LED的项目，由于LED的余辉效应及人眼的视觉暂留特性，仿真与真实的硬件演示存在很大差别[4]。因此，对于需要培养单片机应用系统软、硬件综合开发能力的机械工程专业的学生来说，采用实物电路进行演示更贴近实际。

为此，笔者在理论教学时，将便携式单片机开发板带到教室，利用直播的方法，将开发板显示到屏幕上。对于理论教学过程中的实例演示，学生可以直接看到教师的操作过程，以及在实物电路上呈现的运行效果。在激发学习兴趣的同时，可以使学生熟悉实验操作，有利于单片机实验课程的顺利开展。

教师在进行实物演示的时候，有时会出现一些类似于现场软、硬件联合调试时的“莫名其妙”的问题，这些问题在课本上找不到答案，需要综合分析才能解决。教师在进行软、硬件综合分析并最终解决问题的过程中，为学生展示了分析、解决问题的基本思路和方法，有利于学生实践经验的积累。

四、总结

本文针对我校机械工程专业单片机课程教学过程中的实际问题，提出了相应的改进措施，包括改用C语言版单片机教材、采用便携式单片机开发板与Proteus仿真软件相结合的实验教学模式以及利用直播技术辅助理论教学的教学方法等。实践表明，上述措施有效地激发了学生的学习兴趣，增强了学习单片机的信心，提高了教学效果。

参考文献：

[1]李礴.高职院校单片机课程教学改革探讨[J].电脑知识与技术，2017，13（33）：154-155.

[2]邹云峰.应用型本科单片机教学改革探讨[J].信息记录材料，2017，19（1）：151-152.

[3]李建波，陈榕福，张永亮.基于Proteus的高职单片机课程教学改革[J].福建电脑，2017，（12）：54，76.

[4]郭维家，蒋积超，王树宝，杨迎新，高赫鑫.专科学校单片机课程教学模式改革初探[J].科技创新导报，2017，（32）：227-228.