基于應用型人才培養的單片機教學實踐體系探索

摘要：根據單片機教學的現狀，探討了單片機教學中普遍出現的問題。針對這些問題提出了基于應用型人才培養的單片機教學實踐體系，即理論、實驗、實踐及認證考核四個層次漸進培養，在實際中達到了理想的培養效果。

關鍵詞：單片機；教學實踐；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）26-0080-02

隨著計算機技術的快速發展，“單片機原理與應用”以及相關課程已經成為了電子信息類以及控制類專業的基礎課程，經過長期的探索，很多高校都形成了成熟的教學體系。但是，如何使自身的教學體系與時俱進，從而滿足培養高素質應用型人才的需要是高校必須面對的問題。同時，單片機課程的應用性較強，與實際聯系較為緊密，對動手能力的要求也相對較高。因此，如何將課程的理論與實踐緊密結合起來，使得課程教授能夠取得良好的效果，達到培養高質量應用型人才的要求，也是一個值得探討的問題。

一、單片機實踐教學中普遍存在的問題

由于單片機課程在電子類專業中的重要性，許多高校與教師都在探討如何提高課程的教學質量。[1-4]而單片機課程的應用性較強，理論教學與實驗教學結合緊密，因此教學中普遍存在一些問題，導致教學效果不佳。

1.教學內容與實際應用脫節

單片機課程與一般的理論課程不同，是一門實踐性極強的課程。因此需要將理論課與實驗實踐課程緊密連接起來才能達到較好的教學效果，二者不能脫節。而在一些學校的教學活動中，普遍存在重課堂輕實驗的狀況。同時，擔任理論課程的教師與實踐課程的教師互相溝通不足，更易導致教學內容與實際應用脫節。

2.教學實驗方法以及內容陳舊

高校實驗內容單一、陳舊也是單片機教學中普遍存在的問題。大多數高校的單片機實驗往往是學生根據實驗指導書的內容，在實驗箱上接插導線，按照書中的步驟完成實驗，學生在實驗中較為盲目。同時實驗教學方法與內容都較為陳舊，比如實驗中使用的8155、8255、74LS373等擴展芯片的實驗教學內容在實際中大多已被PLD芯片取代。

同樣由于設備的局限性等諸多原因，導致驗證性實驗較多，設計性以及綜合性實驗偏少，學生缺乏興趣，上完全部實驗課程而不知一個簡單的單片機系統究竟如何開發的學生比比皆是，絲毫達不到培養應用型人才的效果。

3.理論教學與實驗教學不夠系統

傳統的單片機理論與實驗教學往往就單片機中的某個部分內容進行教授或者訓練。而對于單片機系統完整的開發方法、使用的設備以及應用講授較少，學生面對實驗箱也無法接觸真正的開發工具與設備，導致學生學習了理論課程，會編寫一些程序，卻不能熟練地利用各種應用開發設備，更無法開發完整的單片機系統。

二、基于單片機教學的應用型人才培養方法探討

在這種前提下，首先對任課教師提出了較高的要求。任課教師需要不斷提高自身的理論與實際科研水平，在實踐中不斷提高自己的素質，才可能高質量完成課程的教學任務，不至于與實際應用脫節；其次，學校在制訂單片機課程的培養大綱時，需要用發展的眼光看待單片機課程教學，由于信息技術的迅速發展，單片機教學也應根據實際應用適當微調，而不能由于已經具備了成熟的教學體系忽略了時代的發展，導致與實際應用脫節；更重要的是需要以高素質應用型人才培養為目標，合理設計單片機教學方法。

因此，在近年的單片機教學摸索中，總結出基于應用型人才培養的單片機教學方法，即四層次教學法：“理論打基礎，實驗幫融會，實踐做貫通，認證促拔高”，而參加各類比賽，如電子設計大賽、飛思卡爾智能車比賽對高素質應用型人才的培養更可錦上添花?；趹眯腿瞬排囵B的單片機教學實踐體系如圖1所示。

1.理論與實驗教學

在上海電力學院電子信息系單片機教學的課程體系中，理論課程教學是單片機教學的基礎。在學生沒有任何基礎的情況下，理論教學可以盡快使得學生了解、認知單片機的基本知識，掌握編程的基本指令以及內部資源的使用方法。同時，除單片機基本理論教學之外，還應涉及單片機高級接口技術等基本知識，如單片機Can總線接口技術、單總線接口技術、SPI總線接口技術及I2C總線接口技術等。掌握單片機接口技術可使得學生深入了解單片機應用方法及擴展方案，擴展課程覆蓋面。

而實驗課程多為基礎性實驗，附加提高性實驗，主要以鍛煉學生的編程能力為目標。實驗課程可幫助學生在理論學習的基礎上進一步掌握單片機的各個內部資源的使用方法，如中斷系統、定時器系統、I/O口、一般接口技術等基本應用。同時實驗還應包括單片機高級接口技術應用，以擴展學生知識面。這些實驗可包括“I2C智能卡的讀寫實驗”、“Can總線應用試驗”及“數字溫度傳感器DS18B20應用實驗”等。

2.實踐教學

在學生對單片機理論知識以及編程技術熟練掌握的基礎上，利用期末兩周時間進行實踐課程的教學。實踐課程教學以學生自主開發一個完整的單片機系統為主要內容，設計不同的單片機系統開發項目，可供學生選擇。選擇合適的設計題目是提高單片機設計性實驗教學效果的關鍵。題目太大、太難會使學生完成不了，題目太小、太易就達不到設計的目的和要求。設計的內容要考慮它的先進性、實踐性和實用性。不同的實踐課程項目提供學生各種相關電子元器件，從圖紙的設計開始，到整個系統調試完成，教師僅僅輔助學生解決問題，檢查學生搭建的電路以及流程圖等，所有的硬件設計以及軟件設計的內容需要學生獨立完成。整個項目的完成實施過程如圖2所示。由圖2可知，學生完成項目可分為根據元器件清單及課題要求設計電路圖、根據電路圖搭建實際電路、設計電路驅動軟件、分塊調試系統、系統聯調等幾個部分。

具體實踐項目可包括基于微處理器的函數信號發生器的設計、多功能計算器的設計、定時器的設計及簡易電子琴的設計等。以函數信號發生器為例，課題要求其應輸出多種標準波形信號，如方波、鋸齒波、三角波和正弦波等，輸出信號的波形頻率、幅度應可調，用示波器觀察時波形應光滑，周期應與設計的頻率相一致。由課題要求可以看出，項目難度適中，具備實用性。為了提高課題的可實現性，項目實施的過程中教師將任務分解細化，即每日任務指標化，并在次日上課時首先檢查前日任務的完成情況。如多功能計算器課題電路板調試可分解為“單片機最小系統模塊”“蜂鳴器驅動模塊”“液晶顯示模塊”及“鍵盤識別模塊”等，明確每日任務要求并根據學生調試結果調整及時指導方法及指導內容。

實踐課程的教學將單片機系統硬件設計、軟件設計到整個系統的調試完全融合在一起，教會學生如何開發一個完整的單片機系統，將單片機整個學習內容融會貫通。

3.電子設計工程師認證

電子設計工程師認證是中國電子學會電子信息技術資格認證工作之一，也是中國工程師職稱改革、申請國際互認的試點工作之一，是國家正式批準并認可的認證體系，也是目前國內電子設計專業技術資格唯一的權威認證。上海電力學院電子信息工程系建立了中國電子學會電子設計工程師認證考試中心，學生可報名參加電子設計工程師認證考試。由于認證考試分為理論與實操兩個部分。理論考核包括數字電路設計及單片機基本原理，實操考核需要學生在較短時間內設計一個完整的電子產品，因此考試難度較大，而參加這類認證考試將會大大鍛煉學生的實踐能力，促進學生進一步提高自身的應用能力，對應用型人才的培養有很大的推動作用。

同時，院系積極鼓勵一些單片機學習成績較為突出的學生參加電子設計大賽與飛思卡爾智能車比賽，通過更高水平的競賽以及競賽前的輔導使得一部分學生的應用能力得以更大幅度的提高，對于應用型人才的培養作用也較為明顯。

三、結語

通過教學、實驗、實踐、認證考核以及參加大賽等一系列的教學培養過程，使得大多數學生都經過了完整的單片機學習訓練，并提高了自身的水平，又對學習突出的同學有提升的作用。如一些同學參加了飛思卡爾智能車大賽，獲得了全國二等獎的好成績。各個培養方法之間結合緊密，層層推進，學生普遍反映學到了“真”東西，對應用型人才的培養起到了較為明顯的作用，并為后續課程的學習打下了堅實的基礎。

參考文獻：

[1]史英侃.單片機實驗教學三步曲[J].實驗室研究與探索，2009，

28（5）：57-59.

[2]朱衛華，龔學余，黃智偉，等.提高“單片機原理及應用”實踐課程教學效果的方法和途徑[J].自動化與儀器儀表，2008，（6）：90-92.

[3]廖平.單片機實驗教學的改革[J].實驗室研究與探索，2004，

23（7）：36-38.

[4]鳳俊翔.優化《單片機及應用》實驗教學的實踐與探索[J].價值工程，2010，29（29）：192-193.

（責任編輯：王祝萍）