基于项目融合式的“单片机原理及应用”教学改革＊

刘尧，张彩红

基于项目融合式的“单片机原理及应用”教学改革＊

刘尧，张彩红

（六盘水师范学院，贵州 六盘水 553000）

以六盘水师范学院机械电子工程专业学生为教学改革对象，针对“单片机原理及应用”课程学习的特殊性，在授课计划中将项目演示融入课堂教学，将抽象难懂的知识点通过项目演示出来。经过一学期的教学实践，期末根据学生的考试情况和教学反映情况做出教学改革总结。实践证明，此教学改革法取得了较大的成效，为单片机课程教学提供了经验基础。

单片机原理及应用；教学改革；项目融入；教学效果

随着智能制造等概念的提出，机电一体化技术得到充分的应用和发展。单片机作为微型控制器，在生产生活、航空航天等各个方面都具有广泛的应用，为机电一体化技术提供了强大而方便的硬件支撑，因此各个高校将“单片机原理及应用”课程作为机械专业的必修课程，为社会培养这方面的专业人才，但单片机的理论知识晦涩难懂，注重理论与实践相结合，需要教师合理设置教学，充分利用项目演示的方法让学生更容易学习和掌握。

1 单片机课程教学现状分析

在很多高校中，机械电子工程专业的单片机课程教学一般分成了两个部分：课堂教学和实验教学，但这两个部分往往是分离的，先把教材内容采用讲授结合板书、多媒体的授课方式，将教学内容制作成幻灯片，对着PPT讲解电路和程序、CPU内部结构、I/O口、数码管、锁存器等内容。利用多媒体，可以通过图像、动画等形式进行互动教学，学生跟随教师思路来学习课程知识，对学习具有一定的辅助作用。但单片机是一门注重应用的课程，如果没有实际的操作演示，很难掌握晦涩的理论，只能知其然不知其所以然，导致学生没有学习的兴趣，最终变成为了应付考试而死记硬背。

另外在实验教学中，设备通常是集成的单片机实验箱，开设的实验内容以仿真实验系统的基本操作、汇编指令的使用及部分外设的简单编程为主。学生无法看到硬件电路，只能浅显地看到实验现象。实验完成后，对硬件及软件基本没有了解，这样的学习根本无法满足社会发展和企业对机电一体化人才的需求。

目前，这种教学方法反映出“重概念、轻应用，重理论、轻实践，重考试、轻能力”的缺陷[1]。学生在学习过程中，因为理论较难懂，导致对单片机学习丧失信心和兴趣，最终无法达到学习效果。

2 教学改革方案

2.1 项目融合式教学方案

为了彻底改变满堂灌的枯燥理论讲解，把晦涩难懂的理论知识拆分成很多个部分，每个部分找一个或几个对应的演示项目。在讲解该部分的内容时，通过单片机电路仿真软件Proteus和程序编译软件Keil联合仿真，让学生在动手操作的同时能看到直观的演示效果，这种方式使得学生对单片机产生了浓厚兴趣，不再拘泥于以往的死记硬背，兴趣会驱使学生去深入钻研，自主地学习项目演示背后的理论知识。因此在实际的教学过程中，认真地梳理教学内容，并把理论教学内容同项目演示相融合，最后总结出了一张“单片机原理及应用”课程的理论课程内容对应的项目演示表[2]，在表1中列举出了一部分。

表1 单片机课程部分理论内容对应的项目演示表

理论课程内容项目演示 单片机基本输入/输出应用计数器显示 单片机I/O口及应用流水灯闪烁、指示灯/开关控制器 学习keil编译软件/C51编程与调试指示灯循环控制 中断原理、中断编程与调试中断扫描法行列式键盘等 定时/计数器工作原理电子秒表显示器 串行口通信工作原理双机通信系统 LED动态显示、AD转换接口设计直流数字电压表设计 步进电机控制原理步进电机控制设计

下面用中断扫描法、中断编程与调试这部分内容举例说明。首先用PPT演示的形式简单介绍一下中断的原理及控 制系统组成，接着向学生简单介绍一下中断扫描法行列式键盘的电路结构和工作原理，然后就让学生们使用Proteus软

件进行电路图绘制，最终的电路仿真原理如图1所示。学生自己在绘制电路图的过程中，能直观地知道每一个元件在电路中的接线和功能，同时能将理论知识和项目演示进行自我联系和理解[3]。

图1 中断扫描法行列式键盘仿真电路图

绘制好电路图之后，通过Keil程序编译软件，根据中断程序的编译规则进行C51程序编译和调试，得到最终的程序如图2所示。

图2 中断扫描法行列式键盘仿真程序编译

对Keil软件进行输出设置，程序编译无误后得到（.HEX）程序文件，仿真单片机导入仿真程序（.HEX）对话框如图3所示。通过程序导入对话框将该文件导入单片机中，并点击运行按钮，最终用中断扫描法行列式键盘仿真 模拟。

2.2 期末成绩评价方式改革

改变了教学方式，期末考核评价方式也要对应改变，本次期末考核评价通过采用期末考试成绩占50%、课堂项目演示占30%、平时考勤+课堂发言占20%的评价方式对本学期的学生效果作出总结和评价[4]。取消了以往期末考试占70%、平时考勤+课堂发言占30%的传统且单一评价方式，充分与项目融合式教学方式相结合。

图3 仿真单片机导入仿真程序（.HEX）对话框

3 教学改革成效

经过一学期的单片机原理及应用课程教学，班上的学生期末考核的时候取得了很好的成绩。下面用两张图来说明本次教学改革的成效，2016级对2017级机电专业班期末考试成绩对比如图4所示，其中2016级学生采用的是以往的教学方式，而2017级学生采用了项目融合式教学方式，另外这两次考试人数都是45人，试卷内容、题量、难度基本一致。由图4可以看出，2016级的学生90～100分的人数为0，80～90分也只有2人，大部分集中在中等或者勉强及格的成绩，甚至有8人不及格；2017级的学生90～100分的有6人，80～90分的有14人，70～80分的有18人，而不及格人数仅有2人。通过此成绩对比可以看到，采用融合式教学法，学生们的考试成绩普遍提高，高分很多，相信是因为学生们适应了这种教学方式，在理论和实践的共同作用下取得了良好的学习效果。

图4 2016级与2017级期末成绩对比图

另外，还通过匿名问卷调查的方式，对2017级机电班的学生做了一个授课方式满意度调查，结果如图5所示，全班45人参与，有44人对此授课方式表示满意，其中42人表示非常满意，无人表示不满意，并有超过80%的学生表示课程结束后，依然会自主学习单片机，甚至作为毕业设计和未来工作的方向。

图5 2017级学生对授课方式的满意度调查

4 结语

单片机原理及应用课程的学习不同于其他纯理论课程，它还包含了电工学、C语言程序设计等难度较大的内容，且是一门应用性极强的课程。因此，针对这样的课程特点，本人彻底改变了以往的分离式理论和实验教学，将项目演示融合到对应的知识点，让学生自己动手搭建项目演示平台，并进行模拟演示，与理论知识进行反复的反馈补充。经过一学期的教学改革，实践证明，基于项目融合式的“单片机原理及应用”课程教学取得了很好的反响，学生们更接受这种教学方式，为类似的课程教学提供了参考和理论基础。

［1］甄丽平，李亚梅，董建彬.基于应用型人才培养的单片机教学改革探究［J］.智库时代，2019（7）：178，180.

［2］沈旭东，朱立妙.单片机教学改革与实践创新研究——以智能小车单片机教学实践平台为例［J］.工业和信息化教育，2019（5）：90-94.

［3］申景金.以专业认证为导向的单片机教学改革方法剖析［J］.学周刊，2019（34）：5.

［4］张冬梅，左文香，刘振方.应用型人才培养体系下单片机教学改革的研究［J］.内江科技，2017，38（6）：94，120.

G642.0

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.09.025

2095－6835（2020）09－0068－02

贵州省矿山装备数字化技术工程研究中心（编号：黔教合KY字〔2017〕026号）；机械工程专业综合改革试点项目（编号：LPSSYzyzhggsd201802）；面向人工智能的机械电子工程专业改造升级路径探索与实践（编号：LPSSYxgk201803）；机械工程重点培育学科（编号：LPSSYZDPYXK201705）

刘尧（1995—），男，贵州安顺人，硕士，讲师，主要从事机电液一体化控制方面的教学与科研工作。

〔编辑：王霞〕