單片機課程教學改革探討

白小梅 黃江艷

【摘要】本文從單片機課堂教學、實訓、考核三方面進行改革探索。以教學一體化為突破口，以培養(yǎng)學生單片機應用技能為目標，課堂采用以面包板加開發(fā)板方式實現項目教學法，實訓完成開發(fā)板制作，建立以能力考核為主的考核模式。

【關鍵詞】單片機;一體化教學;能力考核

一個單片機應用系統是由硬件和軟件兩部分構成的，缺一不可。過去單片機教學采用現成的實驗箱進行，這些實驗箱硬件電路已經完全做好，學生操作時只能按給定的硬件，在預留的電路插孔上接幾根線，然后編程下載。學生根本無法弄清各實驗內容的具體硬件電路，實際上這種實驗教學方式把單片機硬件電路設計制作忽略掉了，由于缺少硬件電路設計制作訓練，使得學生在構建實際的單片機應用系統時無從下手，簡言之，就是單片機學完了并不會應用。面對這種狀況，我們不斷進行教學改革。經過幾個學期的探索改進，取得了良好效果。

一、課堂采用面包板加開發(fā)板實現項目教學法

我們首先把單片機課程全部搬到實訓室上。課程的理論教學與實踐教學融合在一起，采取教學做一體化模式，改變原有實驗方式，脫離開實驗箱。從硬件電路設計制作入手，起初任課老師之間也有爭議，有的老師認為讓學生直接在萬能電路板上焊接，有的老師則主張在面包板上插接。兩種方式我們同時應用到不同的班級，經過一個學期教學驗證，使用面包板上插接效果更好，課堂效率更高，搭建電路更快速，并且電路可以反復修改，大多數同學都能完成規(guī)定電路。部分學生還能不斷實驗與探索，改成新的電路。對學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是一種有效手段。由于不用焊接也十分安全，老師能較好地掌控全局。而使用萬能板在規(guī)定時間能夠焊接出來的同學寥寥無幾。這是由于課堂教學時間有限，而萬能板焊接通常是一次性的，出錯后修改很麻煩，對于初學者是比較困難的。更談不上電路的更改創(chuàng)新。基于以上情況，同時考慮到學習的靈活性、簡便性、可實施性，我們現在統一采用面包板加開發(fā)板的學習方式。

每學期開課前，我們?yōu)槊恳粋€同學準備好電子元件包，每一個元件包配備了STC89C52單片機、STC-ISP單片機下載器，杜邦線、面包板、面包線、1602液晶屏、數碼管、蜂鳴器等單片機實驗開發(fā)常用器件。同時我們也為每個同學配備一塊現成的開發(fā)板，畢竟面包板插接的電路穩(wěn)定性差。如果僅使用面包板，一旦出問題，是程序的問題還是硬件問題，是很難判斷的。學生每人一定要有一塊提前作好的開發(fā)板來同時使用。有了這個元件包加開發(fā)板，不僅可以在課堂學，而且可以帶到課下學習。我們鼓勵學生把元件包帶回宿舍去插接電路，由于使用STC-ISP單片機下載器，學生隨時可以插到自己筆記本USB口上進行程序下載、調試，體會到經過自己努力，項目成功的喜悅。單片機課程的學習氣氛發(fā)生了變化，學習積極性明顯增強。

面包板加開發(fā)板這種方式在實際教學使用中應靈活掌握。如果所有項目都用面包板實現，那占用時間較多，課堂效率差，制定項目時要考慮這一層因素，我們通常采用每一種典型電路先用開發(fā)板編程控制，讓學生熟悉硬件電路和軟件程序控制，然后再用面包板插接訓練，讓學生自己去嘗試錯誤，進而自己探索在面包板上電路的各種變換。這樣有的放矢，出現問題學生自己就能排查解決。而且能清楚是硬件問題還是軟件問題。這大大增強了學生自主學習的意思。在單片機課堂教學中，我們主要選擇了如下項目：單片機最小系統、流水燈、蜂鳴器、波形發(fā)生器、計數器、秒表、時鐘、1602液晶屏控制、串口收發(fā)數據等等。這些項目覆蓋了單片機主要知識點，趣味性和實用性相結合。我們力爭讓每一節(jié)課都有一個亮點，讓學生感覺每節(jié)課都象是很新鮮，能夠吸引住學生，讓每個學生真正的參與到教學中。

在教學中是用匯編還是用C語言進行單片機程序設計，哪種效果好，我們也不斷嘗試，早期課堂教學和實訓均用匯編語言，考慮到C語言在?單?片?機?開?發(fā)?中?的?重?要?性，以后改為課堂教學用匯編，而最后綜合實訓采用C語言。這是我們比較理想化的模式。從匯編過渡到C語言， 即讓學生熟悉底層的存儲器結構和與硬件相關的指令系統。然后再用編程效率更高，更符合軟件開發(fā)主流的C語言。但是由于匯編語言抽象難懂，對硬件結構依賴大，對于高職學生還是很困難的，實際效果還不如使用一種語言。現在我們全部采用C語言教學，在程序編寫中，引導學生遵循讀程序、修改程序、參照編寫3個階段進行。實踐證明學生能較快入門，經過訓練能編寫相對復雜程序。

二、實訓教學完成開發(fā)板制作

我們在單片機課程結束后安排2周時間的課程綜合實訓。實訓內容圍繞著設計、制作一個完整的單片機開發(fā)板為目標。而這塊開發(fā)板包括了單片機常用外圍器件，有8個按鍵的矩陣鍵盤、8個LED、一個4位數碼管、時鐘芯片、蜂鳴器、串口通信、紅外接收頭、1602液晶顯示、AD轉換器、串行EEPROM24C08等。這個系統制作調試好后，即可以作為下一個班同學課堂學習單片機的實驗開發(fā)板。從開發(fā)板的原理圖設計分析到電路設計、電路板制作、元器件選擇、焊接、硬件故障排查、制作成品、程序編制、下載調試運行。進行完整的項目開發(fā)訓練。對于這樣一個相對復雜的綜合系統，由于在前面的教學中一直在使用這塊開發(fā)板，學生已經比較熟悉了，有了前面教學的鋪墊，這2周的實訓效果比較好。第1周安排用Protel進行原理圖、PCB圖設計，每個同學都要獨立完成這部分內容。第2周2個同學一組焊接電路，每組要做2塊板。這樣做比一個同學單獨制作一塊板效果要好，兩個同學互相配合，一人負責元件測量，一人負責焊接。做第二塊板時，2人交換。我們提前準備好印制板和元器件。

實踐證明若沒有這個完整具體的綜合實踐項目為對象，學生很難從局部的訓練內容中建構出與實際應用相對應的整體應用知識體系，也就不能很好地掌握實際應用的技能。通過單片機實訓，學生不僅增長了技能，同時也培養(yǎng)了團隊合作精神和一絲不茍的工作作風。

三、改革單片機課程考核方式

隨著單片機課程教學方法的改革，對該課程的考試方式也不斷進行探索，把考核重點放到應用能力上[3]，應用能力考核包括兩部分：基礎應用能力考核，主要考核學生對單片機應用的硬件知識，常用儀器儀表的應用，單片機應用開發(fā)工具和軟件的使用以及程序的設計和調試等方面的掌握情況，考核方法為每個學生隨機抽題，獨立完成一個實際應用項目，根據各個具體項目的評分標準進行成績評定;以往采取當堂課抽題，當堂測試的方法，經過實踐驗證，部分同學較難完成，目前采用提前一次課抽題方法，讓學生課下充分準備，效果較好。綜合應用能力的考核，方法更加靈活，主要體現在實訓教學中，學生以2人為一個組，自由組隊，在自己制作開發(fā)板基礎上，根據自己興趣選擇課題，每個課題設定設定基本功能，對于學有余力的同學，鼓勵繼續(xù)鉆研，達到某些功能，會得到進一步的獎勵，頒發(fā)自做的系統開發(fā)板一塊。考核方式的改革，充分調動了學生學習積極性，真實反映了學生對單片機應用能力的掌握狀況，學生的自主學習精神得以全面調動，實施效果較好。

參考文獻

[1]張濤等.單片機課程教學改革之我見[J].天津職業(yè)院校聯合學報，2012（08）：101-102.

[2]彭芬.單片機C語言應用技術[M].西安電子科技大學出版社，2012.

[3]翟紅云，等.電子設計競賽促進下的單片機教學改革初步探索與研究[J].廣西大學學報：自然科學版，2008（B06）：365-367.

作者簡介：白小梅（1962—），女，遼寧鞍山人，大學本科，首鋼工學院機電系副教授，研究方向：電氣自動化。