單片機課程實踐教學模式的改進與思考

【摘要】本文介紹了目前高校單片機課程教學所存在的局限性，提出改進單片機課程實踐教學模式，就該門課程實驗教學方式的改進，以及課程設計的選題和實施過程進行了新的探討。意在改進教學模式，促進教學改革，把教學和實踐相結合，培養學生創新實踐能力。

【關鍵詞】單片機；實驗；課程設計

單片機課程是高校電子信息類專業的一門重要的專業基礎課，單片機技術無論在現實生活中如儀器儀表、信號處理、家用電器等領域，還是在大學生電子設計競賽，以及電子信息類的課程設計和畢業設計中，均得到大量的應用。針對單片機原理及應用課程實踐性強的特點， 尋求一種能較好地培養學生實踐動手能力的教學模式，是任課教師應認真關注和思考的問題。

一、單片機教學的現狀與存在的問題

從我校電子信息類專業的畢業生情況看，該專業學生畢業設計課題有不少是單片機應用類的，如單片機電機調速控制、單片機溫度控制、單片機數據采集系統等等。雖然多數學生在畢業設計過程中，能通過查找資料，最終也能完成一篇不錯的畢業設計說明書，可很少有人完成實物的?；蛘哒f多數人仍停留在純理論的“開發”上，而把一門應用性很強的課程與工程實踐完全脫離了。工科院校在單片機課程上重理論教學、輕實踐指導是普遍存在的問題。分析其問題根源，主要存在以下幾個方面原因：首先，教學理念上的誤區，常規教學模式是老師在課堂上完成理論講授，實驗室完成規定的實驗，而該課程在許多應用方面的特點無法在實驗儀器上體現出來；其次，設備條件的束縛，缺少必要的開發應用裝置，沒有完善的條件讓學生動手去獨立設計和開發產品；另外，部分單片機教師自己從未開發過任何相關產品，缺少指導學生開發單片機產品的實踐和經驗。這些問題促使我們應認真思考單片機教學方式的改進，重點在于提高學生實踐應用能力。

二、實驗教學方式的改進

1.注重基本實驗內容，提高實驗要求

通過課程實驗，學生將課堂上所學的理論知識用于實踐當中，用理論知識去分析、解決實際的工程問題，加深學生對所學知識的認識。要搞好實驗教學就離不開基本的實驗內容，因為基本實驗可以加深對單片機基本模塊的理解、掌握及運用。如I/O口控制、定時器、串口等模塊的實驗，使學生熟練掌握其使用和編程。

2.增加設計性仿真試驗

為了培養學生自己分析、設計單片機電路的能力，可以利用單片機電路仿真軟件（如PROTEUS等），讓學生自己在計算機上設計電路，編寫程序，然后進行仿真調試、分析、修改，實現電路功能等。單片機軟件仿真能完全用軟件實現對單片機的軟、硬件工作環境及工作過程的動態模擬，可以實現硬件仿真器的大多功能并克服硬件仿真器存在的諸多缺陷（如價格高、易損壞等） ，雖也存在硬件診斷、實時仿真等方面不足，但在教學研究中或實時性要求不太高的場合，應用軟件仿真器進行單片機教學與開發是一種行之有效的方案。

通過這些仿真工具，學生能夠非常簡便地選擇元器件，快速設計電路原理圖，進行系統仿真。在這些實驗平臺上，可以采用驗證型、綜合型、設計型和創新型等不同訓練形式，能夠有效提高學生分析、設計和應用能力。

三、課程設計的有序組織

單片機的實驗通常是在實驗系統（如實驗箱）上完成的，實驗系統除單片機芯片外還有許多支撐的外圍芯片，學生通過實驗可以深化理論，對鞏固課堂所學理論知識有極大的幫助，但實驗系統與單片機開發應用的產品之間存在差別。為了使學生真正理解單片機系統的開發流程，需要在單片機教學中環節中引入課程設計項目。

單片機課程設計的指導思想是改革傳統的課程設計模式。變上大課為上小課，變統一課題為多樣課題，變教師指導為主為學生動手為主，變指導性實踐為探索性實踐。通常把學生分成幾人一組，指導教師向學生推薦若干個單片機應用課題，學生根據自己的能力選擇其中一個課題，或者自己查找資料和指導老師一起確定實用課題。在實踐中由學生自己設計硬件電路、軟件框圖和程序清單，自己進行電路焊接、調試，軟硬件仿真和程序固化，最終每人獨立完成一件作品（產品） ，如交通燈控制器、步進電機控制器、電子鐘、音樂控制器、溫度檢測顯示等等。指導老師的作用是讓學生明確每一步驟的任務，檢查工作進度，幫助分析解決在設計中存在的問題。

單片機課程設計是理論與實踐緊密結合的教學環節，在學生學過電工、電子技術、單片機原理及應用等理論課后，基本掌握了單片機原理及應用的簡單程序編制方法，熟悉單片機控制的開發流程，能利用實驗開發環境進行軟、硬件的調試。

課程設計的選題是一個重要環節，課程設計主要是圍繞單片機這門課程內容所做的綜合練習，題目應出自實際電路但比較簡單、定性，選題的著眼點讓學生開始從理論學習的軌道上逐漸引向實際應用方面來。題目選擇是否合適，直接關系到它的教學效果，必須認真而慎重：

1.題目首先要符合教學要求，使學生能夠運用本課程所學的基本知識，進行基本技能方面的訓練。

2.題目的主要內容應當是學生在單片機原理及應用和電子技術等課程中學過知識的綜合。如果有些知識需要深化和擴展，應在設計過程中補充講解。

3.題目不宜過大。課題指標可從學生實際出發，做到難易適中，或因人而異，讓不同程度的學生經過努力都能完成任務，有所收獲。

4.題目內容應當盡可能反映單片機在機電控制方面的應用，且具有一定的實用價值。

課程設計題目選好后，指導教師應做好以下工作：

1.教師向學生下發課程設計任務書。任務書寫明題目、主要技術指標和要求、給定條件和原始數據、所用儀器設備和元器件、應完成的具體任務，說明書的格式和內容，參考文獻等。

2.教師講解必要的電路原理和程序設計思路，明確設計任務，必要時可進行參觀和調研，增強學生的感性認識， 幫助學生盡快選擇設計方案。

3.方案確定后，就可查閱資料，確定設計方案，經指導教師檢查后，學生就可以到實驗室進行硬件的連接和軟件調試。

4.布置論文的編寫和圖紙整理工作。在完成了課程設計的實驗后，學生對設計的全過程做出總結報告，按照統一格式寫出說明書和電路原理圖等。

在做好以上準備工作后，在指導教師的指點下，由學生獨立完成，從課程設計的基本要求出發，通過課程設計的各個環節，應使學生達到鞏固和加深對單片機原理和接口技術知識的理解；培養學生根據課題需要選學參考書籍，查閱手冊和文獻資料的能力；學會方案論證的比較方法，拓寬知識初步掌握工程設計的基本方法；掌握常用儀器儀表的正確使用方法，學會軟、硬件的設計和調試方法；了解與課題有關的硬件元器件的工程規范，能按課程任務書的要求編寫課程設計說明書，能正確反映設計和實驗成果，能用計算機繪制電路圖和流程圖等。

同時，指導教師應隨時掌握學生的設計情況，可以通過答辯或經驗交流等形式，了解學生的設計水平，最后由指導教師根據學生的全面表現評定學生的課程設計成績，如基本知識掌握的程度、選定方案是否合理先進，程序設計是否最佳，電路設計和搭接是否規范，實踐動手能力強弱程度、獨立分析和解決問題的能力和創新精神、說明書編寫的水平、答辯情況，及學習態度和科學作風思想表現等，對每個學生的課程設計寫出評語，成績可按優、良、中、及格、不及格分為五等。

四、總結

本文提出了單片機實踐教學模式改革的一些思路。隨著單片機技術的迅速發展， 教師應經常研究社會對人才的需求特點，根據學生的實際情況，不斷調整教學內容，采用切實可行的教學方法，豐富教學手段，調動學生學習的積極性，培養學生的創新能力，提高實際教學效果。這樣，才能使培養出來的人才更符合社會的要求，才能使我們的教學更充滿活力。

參考文獻

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作者簡介：沈兆軍（1972—），男，江蘇鹽城人，鹽城工學院信息工程學院講師，主要從事現代通信與嵌入式系統教學。