師范院校計算機專業單片機課程教學改革探討

艾玲梅，王振榮

（1.陜西師范大學 計算機科學學院，陜西 西安 710062；2.陜西省電子信息產品監督檢驗院 陜西 西安 710002）

單片機具有體積小、性價比高且易于產品化等優點，在智能儀器、機電產品一體化、工控、測控等領域得到了廣泛的應用。對于師范院校非師范類計算機專業的學生而言，掌握好單片機技術，無論是對其工程素質的培養、職業技能的提高還是就業，都是大有益處的。單片機課程屬于軟、硬件結合的計算機應用課程，實踐性很強。學習這門課程的學生普遍反映單片機硬件基礎知識部分抽象概念太多、入門難，而且整個課程的學習還要有較好的電子技術、傳感器技術和計算機技術等相關課程的基礎等等。由于現有的師范院校的課程體系沒有或者有較少課時的傳感器、電子技術等課程的開設，所以教與學的難度都很大。為了培養社會所需的單片機應用人才，必須首先分析單片機教學過程中存在的問題，然后從實踐能力的提高及社會對單片機人才的要求入手，對現有的教學內容及方式進行改革。

1 目前單片機課程教學中存在的問題

相對于工科院校而言，通常師范院校對該課程重視程度不夠。很多師范院校的單片機課程開設歷史較短甚至沒有設置該課程，即使開課大都作為選修課，很少的院校定位為必修課。這些原因導致了單片機在教學與實踐的方面出現了許多問題。

1.1 現有的教學大綱與單片機課程體系培養模式脫節

師范院校非師范專業的單片機人才培養的課程體系設置應盡量與工科院校相同，比如有些沒有列入教學大綱的課程，但單片機課程體系需要掌握的核心課程應至少以選修課的形式設置，以便將來可能從事單片機工作的學生有良好的專業基礎，為進一步的就業和發展做好準備。

1.2 教師教學經驗不足、教材陳舊及教學內容不平衡

教師在單片機課程方面的教學經驗少，教材陳舊，教學手段單一，教學內容偏重理論，不能調動學生的學習興趣。

單片機課程中的結構原理和指令等內容抽象，需要有微機原理和電子技術等方面的專業知識。如果課程順序安排不合理，教學從理論到理論，按照傳統課本順序講解，要求學生死記指令，這樣學生學起來吃力，缺乏興趣，更為嚴重的事，學生學完該課程后連基本概念都沒搞懂，畢業設計時逃避該方面的設計課題，更不可能以該課程體系學習為突破口，找到自己今后從事職業的方向。

1.3 單片機課程課時少

實驗課時與理論課時比例不恰當，且無課程實訓環節。一般地，總課時不超過60學時，忽視了單片機課程實踐性很強的特點。

1.4 實驗設備落后，實踐教學環節欠缺

由于課程定位，加之師范院校設備基金的局限性，使得設備落后，大部分學校只能開基本的實驗，不能拓展功能。再者指導教師實踐意識薄弱，實踐教學環節內容較少，不能充分發揮學生的想象力和主觀能動性。

2 單片機教學和實驗改革

2.1 理論教學改革

2.1.1 以興趣和實用為導向，調動學生學習的積極性

傳統的教學方法是按照教材的順序，先講單片機硬件基礎知識，再講指令系統和匯編語言的編制，最后講接口等內容。學生只有在學習課程的最后才接觸到單片機的應用系統，在此之前由于學習目標不明確，學生會感到枯燥乏味，學習沒興趣。所以，在第一節課的講解設計上如何能抓住學生的心，激發他們學習該門課程的積極性顯得尤為重要。

筆者多年從事師范院校的非師范計算機專業的單片機教學工作，多年的教學實踐深深感到第一節課教師的作用非常關鍵，第一節課教師不但要向學生介紹課程特點，學習和考核等要求，最關鍵的是要讓學生搞清開設這門課對學生會有什么樣的收獲。因此在第一節課，應首先給學生介紹單片機的發展過程及發展趨勢、應用領域以及單片機與嵌入式系統的關系，讓學生知道在PC機時代、嵌入式系統已經廣泛地滲透到科學研究、工程設計、軍事技術以及日常生活的方方面面。嵌入式設備與INTERNET結合將代表著嵌入式技術的真正未來。而單片機是嵌入式系統的核心，是通過微處理器改造自然的重要組成部分。用日常見到的大量實例介紹單片機的應用情況，激發學生學習該課程的興趣并根據自己以后的發展定位學習該課程的時間投入。同時也可挑選出往屆學生畢業設計完成得較好的題目或參與的課題展示給學生，使他們增強學習好該課程的自信心。

2.1.2 更新教學模式

注重教學手段改革。充分利用先進的教學工具，采用多媒體課件授課，創造一種圖文并茂，有聲有色，生動逼真的教學環境。例如在講解單片機的P口功能時，利用FLASH制作豐富表現力的動畫，配合適當的講解，使學生能將數據、地址等分時復用過程一覽無遺，從而使學生輕松掌握這一難點，也提高了授課效率。再用節約出來的時間給學生講一些教材上沒有但卻十分實用的知識，如單片機高級語言開發工具Keil51，如何燒寫程序軟件等內容，既拓寬了學生的知識面，又有利于畢業設計選單片機學生的設計工作。

2.1.3 充分利用網絡資源

隨著信息技術的發展，向網絡要知識已成為很重要的學習手段。互聯網上有著豐富的教學資源，可引導學生在業余時間利用網絡來學習和查找資料，訪問好的單片機學習網站如周立功單片機、水木清華等和技術論壇，了解單片機應用熱點和發展趨勢，鼓勵探討學習中的各種問題，這樣不但使課堂教學得到了延伸，同時也增加了他們學習的興趣和信心，更為部分同學日后進一步更深入地學習和從事單片機設計指引了方向。

2.2 實驗教學改革

單片機是一門實踐性很強的課程，只有理論聯系實際，確實加強實驗教學環節，才能使學生真正的將理論與實踐相結合，掌握單片機技術這門課程。通過實驗教學環節，可以使學生鞏固課堂所學的理論知識，進一步加深對所學理論知識的理解和感性認識。在實驗課程的安排上，必須注意從以下幾個方面加以著手：

2.2.1 注重基礎，牢記驗證性實驗的必要性

多年的實驗經驗表明設立一些驗證性的實驗是必需的。通過驗證性實驗使學生進一步加深課堂講授內容的感性認識，掌握一些基本的指令和編程方法，從而加深鞏固基礎理論知識。驗證性實驗的內容應選擇理論學習中的重點和難點，這樣不但使學生從抽象到具體，也使學生通過實驗對所學知識又作了一次消化、吸收和理解。同時驗證性實驗也使學生的基本動手能力得到了培養和訓練。例如實驗內容選擇“數據傳送”、“雙字節乘法”、“定時器實驗”以及“顯示器與鍵盤接口”和“模數與數模轉換”等較有代表性的基本實驗，以達到學習、使用單片機編程和熟悉實驗環境的目的，為后續的綜合性和創新性實驗打下良好的基礎。

2.2.2 綜合性設計實驗占主導地位

綜合性實驗是在學生做完驗證性等基礎實驗基礎上的重要環節，屬于提高性實驗。開設此類實驗的目的在于使學生從更高層面上將所學的知識融會貫通，啟發和培養學生提高分析問題和解決問題的能力，同時更重要的是提高學生的動手能力。在綜合實驗內容的設置上，應緊密結合師范院校計算機專業的特點，實現軟、硬件結合的實驗模式。構造一套由淺入深、從基礎到前沿和從被動接受知識到培養綜合能力的新的實驗體系。在實驗內容的安排上應突出知識的綜合性、實踐性強等特點。 從提升學生的知識綜合運用水準上為突破口設計題目。比如鍵盤顯示綜合實驗、步進電機調速等實驗。

2.2.3 開放式的實驗方法

為了更好地激發學生學習單片機課程的積極性和主動性，在課程學習的后期，可使學生不受具體教學內容和實踐的限制，自選自定開發性實驗項目，獨立或合作設計、調試和運行設計系統。比如讓學生將實驗系統攜帶到宿舍，利用業余時間學習、研究所設計的系統，或跟配備實驗老師約定時間單獨輔導。資金可考慮院里出一點，學生自籌一點或有合作的公司出一點等形式加以解決，讓學生以興趣小組的形式自由組成團隊。這樣做的好處是學生可以不受時間、地點限制隨時隨地進行單片機系統應用設計。對本身有興趣的同學來說，可以極大的促進其學習該課程的主動性，而對于其他的同學，也通過耳濡目染對單片機有一個更加切身的感受。

3 單片機課程其他改革

3.1 改革評價方法，培養學生工程素質

思想指導行動。長期以來，以考試作為動力的學習方式主宰著相當一部分學生的學習方式，尤其是在閉卷考試的指導方式下，無法準確評價學生的實際動手及工程實踐能力和水平，因此僅靠單一的閉卷考試作為評價并檢驗學生掌握該門課程的程度的做法應重新做一些修改。加強實驗環節是增強學生提高工程素質和自主設計能力的有效環節。

在課程的自主設計過程中，注重培養學生的工程素質。從開始選題，就應強調工程的設計理念，無論從收集資料、實驗、調試等環節以及方案論證、軟、硬件設計、印刷電路板、結構、安裝等電子設計的全過程，都應讓學生有所了解，系統培養學生的綜合技能。引導學生從不同角度觀察問題、培養學生提出問題以及解決問題的能力，并進一步實現創新設計。

3.2 鼓勵課外實踐，提高創新意識

為了發現人才，每年我國都要舉行各種各樣的電子創新大賽，這種活動的開展不但可以促進學生學習該課程的積極性，也使他們能夠學以致用，親身感受該課程的實用性。參加大賽不但使學生開闊視野，還可看到自己與外校競賽優勝者的的差距，為繼續努力提供了方向，很有必要。設立專項經費，成立科技創新活動實驗室。一方面，讓學生自主選題，在專業導師的指導下經論證確實可行后給予經費資助及技術指導，促進學生快速成長。

3.3 改革課程考核方式，培養學生創造性思維能力

單片機課程是應用性很強的一門課程，并且需要記憶的內容很多，比如可編程芯片的各種控制字、定時/計數器的工作方式等內容，在常規的閉卷考試時，要花大量的時間來記憶，這就使得出題不可能太靈活，較難測出學生的真實水平。從筆者多年的工作經驗發現，在應用中能否牢記這些指示并不重要，關鍵在于能深刻理解每一個知識點的含義及其工作原理，有些細節若是記不清了，但只要思路清楚，隨時翻書能找到效果就可以了。因此考核不能采取單一的閉卷形式，應多種方式并存，多方位考查學生的掌握情況。可采取開卷考試占50%，小論文或設計一個系統作為平時的作業占20%，實驗占30%。

4 結束語

文中針對當前師范院校計算機專業單片機教學過程中存在的不足，提出了單片機課程改革的一些思路。本文所探討的教學內容、形式和實踐環節的方法已經在實際教學過程中得到實施，有了一些初步的成果。具體表現為：學生首先能認識自己的情況并針對自己以后可能的發展對自己學習該課程有一個基本定位，激發了那些以后有志于從事單片機設計的學生的學習積極性，一些學生主動要求進實驗室鍛煉，在學習過程中表現出較強分析問題和解決實際問題的能力，為后續的求職打下了一定的基礎。

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