單片機教學改革探索與實踐

唐新星?岳曉峰?劉嫻萍

摘 要：針對目前單片機課程教學中存在的弊端，提出了改進教學方法與形式、調(diào)整教學大綱與學時數(shù)、參與工程項目實踐等多方面對單片機教學改革的方案和措施，以實踐激發(fā)與培養(yǎng)學生的學習單片機課程興趣，增強學生的創(chuàng)新意識，取得了良好教學效果。

關鍵詞：單片機教學；教學改革；創(chuàng)新思維

隨著科技的迅速發(fā)展，單片機對于促進各行各業(yè)實現(xiàn)信息化、數(shù)字化、智能化和產(chǎn)品化具有重要的作用，小到家用智能電器，大到工業(yè)儀表、汽車等領域，均有單片機的身影。單片機原理與接口技術作為機械電子工程專業(yè)的必修課，其培養(yǎng)目標是使學生掌握單片機的原理，并能夠進行程序設計，達到具有獨立分析、解決問題的能力。但單片機教學是一門涉及模擬、數(shù)字電子技術、信息采集、控制技術與程序設計等知識的綜合性課程，由于機械專業(yè)學生前期的電子方面基礎課程的薄弱，加上單片機課程抽象、枯燥，因此，通過單片機實驗與實踐課程激發(fā)學生的單片機學習興趣，就顯得尤為重要。本文著重討論現(xiàn)行的單片機教學環(huán)節(jié)存在的弊端，提出更加滿足學生需求的實踐性教學環(huán)節(jié)的新思路、新方法。

1.單片機教學環(huán)節(jié)存在的弊端

單片機功能越來越大，但單片機課程教學的效果不是十分理想。目前主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

（1）目前，單片機教材或參考書僅從原理上引導學生對單片機的理解，此內(nèi)容抽象難理解，同時匯編語言程序也會給學生理解帶來困難，給學生帶來一種單片機很難學的錯覺。因此，大多數(shù)學生不能深入地進行學習。

（2）單片機課程是一門針對硬件進行編程的綜合性課程，除掌握基本理論外，進行實踐鍛煉必不可少，且不容忽視。但目前理論課時和實驗課時少，不能滿足其教學計劃的需要。理論課時少致使授課過程中僅實現(xiàn)單片機原理與接口技術的講解，不能進行過深、過多地拓展；實驗課時少，只能選做一些驗證性實驗，而對于設計性或者綜合性的實驗則很難進行，這將缺乏對學生綜合運用知識的能力的培養(yǎng)和提高。

（3）課程設計要求學生能夠獨立完成查資料、定方案、軟硬件設計調(diào)試、撰寫設計說明書等工作，進一步提高學生綜合分析、設計和創(chuàng)造能力，增強學生工程設計意識。但目前，課程設計無法對系統(tǒng)設計各環(huán)節(jié)進行實戰(zhàn)練習。

（4）實驗箱數(shù)量有限，硬件資源不足，致使一組多人，多人一機，部分學生對實驗的意識不強，甚至存在偷懶、不動手的現(xiàn)象。此外，學生利用實驗箱簡單插線，往往忽略實驗電路原理的重要性，而且，實驗箱硬件設計內(nèi)容不能改變，難以進行新實驗設計，在一定程度上制約了學生創(chuàng)造力的培養(yǎng)。

2.單片機教學改革與實踐

（1）改進教學方法與形式。在單片機教學中，著重突出單片機技術的典型性，注重單片機系統(tǒng)應用設計。在單片機多媒體教學教學過程中，引入Proteus仿真工具，利用軟件模擬直觀地演示激發(fā)學生的學習主動性。學習主動性是學生探求知識的巨大動力，是激發(fā)創(chuàng)造的精神源泉，是培養(yǎng)應用創(chuàng)新型人才的關鍵。同時，在仿真設計過程中，也可以促進學生硬件電路設計能力的培養(yǎng)與提高，有利于改善教學效果。

（2）培養(yǎng)學生的學習興趣?！芭d趣是最好的老師。”學生一旦對單片機有了濃厚的興趣，便會主動去求知、去探索、去實踐。因此，在教學中，利用具體案例，通過啟發(fā)式教學方式，引導和培養(yǎng)學生的實際動手操作能力、設計興趣和創(chuàng)新思維。在完成理論授課后，給學生留一些實際的設計項目，使學生在實際應用中學會自己思考。

（3）以增強創(chuàng)新意識為目標，實施實驗教學環(huán)境改善。單片機技術屬于綜合技術學科，學生除能自己獨立編寫程序、完成驗證性實驗外，還需能自行搭建實驗電路進行創(chuàng)新性設計實驗。通過一系列單片機實驗了解其實際應用，培養(yǎng)學生合作能力和獨創(chuàng)精神，以達到培養(yǎng)學生綜合能力的目的。

（4）調(diào)整教學大綱。單片機課程學時較緊，實踐教學單純依靠本課程的實驗課時，遠遠不能使學生熟悉單片機知識的應用和全面掌握單片機系統(tǒng)開發(fā)方法。因此，長春工業(yè)大學機電工程學院在制訂2014版教學大綱時，對教學大綱進行了調(diào)整。自2014級入學的新生開始，將單片機原理與接口技術的總學時數(shù)調(diào)整為50學時，其中包括10學時實驗，另外，課程設計為2周。同時，在考核方式上，調(diào)整各部分所占比例，以實驗成績?yōu)橹饕獏⒖?，實驗成績不達標，則取消期末考試成績。

針對目前課程設計存在的弊端，可使得選題更加多樣化、趣味化、實用化。題目多樣化以后可以讓學生有自由選擇與發(fā)揮的空間，在完整地進行完單片機系統(tǒng)設計后，培養(yǎng)學生自主實踐能力，為將來走向工作崗位奠定堅實基礎。

（5）參與工程項目實踐。在實驗中，篩選一些動手能力強的學生，將他們選入實驗室，并依托現(xiàn)有的裝備條件，讓學生積極參與教師科研項目的研發(fā)。例如，在如圖所示的人體含水量測量控制系統(tǒng)開發(fā)中，首先向?qū)W生講解了該裝置進行人體水含量測定的基本原理、單片機與觸摸屏的接口原理，再對重量傳感器的使用、觸摸屏程序的編寫進行了分析、引導，很快實現(xiàn)了基于單片機的人體含水量測量裝置的開發(fā)，目前已交付科技展館使用，同時，控制軟件也登記了軟件著作權。

（6）以電子大賽、大學生創(chuàng)新訓練計劃項目為契機建立開放式實驗室，推進單片機課外教學。在學校、省、全國大學生電子設計競賽以及大學生創(chuàng)新訓練計劃項目的推動下，建立開放式實驗室，讓學生自主地走進實驗室，在單片機應用中進行科學創(chuàng)新，推進單片機課外教學。開放性實驗以學生為主體，充分發(fā)揮團隊以及個人的發(fā)散思維，自主設計實驗方案、自主完成實驗過程、自主處理實驗數(shù)據(jù)，為電子大賽的設計以及大學生創(chuàng)新項目的確立提供思路與參考。

3.總結(jié)

單片機原理是一門不斷更新的課程，新型芯片層出不窮，一方面，教學過程中要選用新型芯片為例進行講解與引導，另一方面，要通過實踐教學改革，提高學生創(chuàng)新能力和增強學生的綜合素質(zhì)，培養(yǎng)實際動手能力。在實踐中，不能單純地驗證單片機基本理論，更應該通過對單片機課程教學改革的實踐，培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力。教師應在實踐中加快教學方法的更新，促進創(chuàng)新實踐教學平臺的搭建，鼓勵學生積極開展課外實踐活動，并通過參加系列科技競賽或教師科研課題的研究，日益提高教學效果，為實現(xiàn)機械工程應用型本科生的培養(yǎng)的探索提供重要參考。

參考文獻：

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（作者單位：長春工業(yè)大學機電工程學院）