機電專業單片機課程教學改革及實踐

摘要：針對單片機課程的特點和教學現狀，提出了一種以理論教學為基礎、典型實例為引導、動手實踐為根本的理論聯系實踐的教學方法，并且自行開發設計了適用于機電專業學生的單片機實驗平臺。實踐證明學生的自主學習興趣和應用設計能力得到很大提高。

關鍵詞：單片機；教學方法；理論聯系實踐；實驗平臺

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）03-0049-02

單片機（亦稱微控制器，MCU）以體積小、功耗低、價格低廉、易于產品化等優點被廣泛應用于各個領域中。目前很多高校都開設了單片機課程，然而，當前大部分高校仍采用填鴨式教學來講授這門課程，忽視實踐的重要性，使得學生普遍感到深奧難懂、難以入門，因此對于單片機課程的教學模式必須改革。本文在分析傳統教學現狀的基礎上，提出了一種基于行動導向的教學模式。擬采用以理論教學為基礎、典型實例為引導、動手實踐為根本的理論聯系實踐的教學方法，并且針對本院機電專業學生設計并制作了開發板。

一、傳統教學現狀分析

1.重理論，輕實踐。現在單片機課程教學僅僅是將教材理論知識的簡單傳授和說明，而沒有通過實例來驗證各個知識點，也沒有進行完整的項目設計實踐。

2.教學內容跟不上單片機技術發展。目前，單片機技術的發展十分迅速，很多設計理念也在不斷更新。然而我們現用的教材和教學內容卻十分陳舊，技術差距較大。

3.實驗設備不利于學生學習。目前高校的單片機實驗設備有以下不足：（1）固定的實驗模塊，可擴展性差；（2）投入成本大，可維護性差；（3）不重視開發環境，缺乏直觀、友好的實驗環境和界面。

4.教學方法單一，缺乏靈活性。本課程學習需要一定的電工電子學基礎，較強的邏輯思維能力和編程能力，因此很多學生一開始就有畏懼心理，倘若不注重教學方法，不調動學生主動學習興趣，僅僅是為教而教，那么學生將被動地接受授課內容，教學效果將大打折扣。

二、基于行動導向的教學模式

行動導向教學是以建構主義學習理論為理論依據，強調以學生為中心，重視學生的主動性和積極性在學習過程中的作用，重視學習情境的設計，以任務為核心驅動學習，設計自主學習策略。根據行動導向教學理念，按照如下模式進行教學。

1.模塊化的教學內容。以MCS-51單片機為例，在保留51單片機內核的基礎上，引入新器件，讓學生跟上技術發展。在匯編語言的基礎上，增加C51程序設計，激發學生的編程興趣和訓練學生的應用設計能力。為了使枯燥的理論學習變得生動有趣，易于理解，將教學內容進行模塊劃分，如表1所示。另外，在教學內容之后還增加了綜合模塊，以強化學生對重要知識點的掌握。

2.以典型實例為引導的教學方式。教師在講解模塊化的教學內容時，可以以典型實例為引導，將離散的知識點有機地結合在一起，有利于培養學生分析問題和解決問題的能力。

3.基于教學模塊的實踐訓練。由單片機的實用性和實踐性特點可知，要充分掌握單片機技術，實踐訓練是必不可少的。由表1可見，新教學模式把教學重點從理論傳授轉移到實踐訓練上來。在實例性的講授各個模塊的內容之后，根據內容的相關性又設計了具有代表性的實驗項目，以強化學生對知識點的認知和理解。

4.分組協作的考核方式。傳統的考核方式一般采用期末考試的形式。鑒于一次考試難以判斷學生的真實掌握情況，不夠公平、公正，因此采用任務分配的形式進行考核。具體是：將全班學生分成若干小組，為每一小組同學分配一個任務，小組內學生分別完成電路設計、程序編寫、調試等環節，最后以小組為單位，展示和交流設計成果，參加期末答辯。通過這種方式，不僅使同學們學到了實用技能，還提高了協作能力以及分析問題、解決問題的能力。

三、適用于機電專業學生的單片機實驗平臺

筆者根據在高校多年的教學實踐經驗，結合本院機電專業學生情況，自行設計開發了一套單片機實驗平臺，并且在新教學模式的理念下為學生提供了充足的思考空間。自行開發實驗平臺的工作主要包括硬件電路設計和實驗配套文檔撰寫二部分。在實際的開發過程中，具體模塊的電路設計、PCB板的制作、實驗文檔編寫等均由學生來完成，教師從旁協助即可。因此這種方式不僅降低了開發成本，也鍛煉了一部分學生設計開發的能力。圖1和圖2，分別為實驗平臺的硬件配置圖和調試成功的實驗板。由圖1可知，該實驗平臺在基本功能的基礎上還增添了直流電機、步進電機的驅動模塊，繼電器，18B20溫度傳感器等以便于機電專業的學生學習。

在21世紀的今天，教師的任務將不再是確認和描述書本內容，而是教育和引導學生積極、主動地學習。通過在教學過程中的實踐發現，改革后的教學模式在很大程度上激發了學生自主學習的興趣，同時增強了學生單片機控制系統設計開發的能力。

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