探索地方高校單片機之教學改革

敖邦乾 鄒江 熊飛嶠

【摘要】傳統的單片機教學，已經遠遠不能跟上當前的高校對社會需求的人才培養，如何培養能解決具體實際問題、服務于地方的優秀單片機人才，是一個亟待解決的問題。本文分析單片機傳統教學及實驗的不足入手，提出了一些改革方法，實踐證明最終能有效提高學生的單片機學習與應用能力。

【關鍵詞】單片機 改革 仿真

【Abstract】The traditional teaching of the SCM， has been far from the current college for the social needs of personnel training. How to cultivate people to handle the special practical things and serve the local economics is an urgent problem to be solved. This paper analyzes the disadvantage of the traditional teaching and experiments of the SCM， and put forward some reforming methods.The result proved it can effectively improve the students ability of learning and application of SCM.

【Keywords】SCM； reformation； simulation

【基金項目】貴州省地方本科院校轉型發展的理論與實踐研究（2014ZD008）。

【中圖分類號】G642 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2016）04-0218-02

科學技術的不斷發展，極大的改善了人們的生活水平，尤其是最近二十年硬件水平的高速發展，不斷有新型號的單片機出現，其處理速度已經能解決很多如工業控制、航空航天、高精度傳感器、智能家居等領域的相關問題[1]。同時為了適應地方社會的需求，包括很多地方高校的工科專業，單片機都是必修的課程。但是，由于各種原因，很多高校還在使用最原始的51單片機來進行教學，這已經遠遠不能滿足要求了。

1、傳統單片機的教學特點

傳統的單片機教學，主要是以教學大綱為準，主要講授課本里面的內容，很多情況下是老師在臺上講，學生在臺下聽。這種傳統教學模式存在很大的弊端，教學效果不是很好。

（一）理論知識繁雜，課程內容枯燥

絕大部分傳統的單片機教學，都是把單片機知識系統的分成硬件結構、指令系統、軟件程序編程、主要功能單元、單片機的系統擴展、接口技術以及應用系統的設計與開發，授課也是按照這個順序來講解，最后才是一些實例[2]，這些理論知識體系雖然完整、嚴密，但是講解起來很是復雜，學生容易陷入疲勞，沒有等到自己設計開發的時候就已經心生厭倦，無法再堅持下去了，也就享受不到其中的樂趣了。

（二）驗證性實驗多，動手能力差

傳統單片機教學，為了形成單片機系統設計的概念，常常需要構建完整的理論知識體系，這占據了大量的時間及精力，學生沒有太多的精力進行開發實踐，因此就形成了理論知識多、動手能力差這種紙上談兵的局面[3]。而且，大多數學校所采購的設備中，都是一些成型的實驗箱，硬件電路已經固定，學生對硬件的操作僅僅是連連線，或者撥動一下某些開關。實驗時，老師演示，學生只是觀看，照著老師的操作步驟進行機械的連線，然后編寫、燒寫、下載程序，完全照本宣科，雖然也可以看到實驗現象，但是卻背離了單片機需要根據實際情況自己設計電路的精髓[4]。事實上，單片機系統的設計，就像人一樣，硬件是軀體，軟件是靈魂，硬件的設計是非常重要的一環，軟件代碼的編寫也是基于硬件電路的。一個完整單片機系統的設計開發，包括設計電路、購買元器件、電路布局、制板以及元器件的焊接，都是至關重要的。而傳統的教學模式無法實現學生自主設計單片機產品，也就根本解決不了具體的自動控制問題。

（三）考核機制落后，缺乏創新

傳統單片機課程的考核往往在期末用試卷進行考試，這種方法只能考查學生對單片機理論知識的背誦掌握情況，根本無法考察學生的動手實踐能力以及產品的設計開發能力，往往是能突擊背誦的學生成績分數較高，而這些同學，即使給出一個完整的最小單片機系統，也無法設計一個合格的產品。這對那些動手能力強、注重實踐的同學是很不公平的。

2、單片機教學改革方法

為了能夠真正培養單片機應用型人才，必須改革傳統的單片機教學模式，以項目單片機產品開發為參考，設計一套全新的教學方法，從根本上改革傳統的教學方法。

（一）教學方式的改革

轉變教學方式，教學的目的最終是讓學生能有效的學習，讓學生能真正獲得解決問題的思維方式和方法，教師的主要作用應當體現在耐心的引導和指導上，盡量擺脫傳統的灌輸式講授方法，可以把教學場所轉移到實驗室，采用項目教學法，老師可以利用自己的項目，先制作一些如交通燈、數碼管動態顯示、1602液晶顯示、電機正反轉控制、自動調溫系統等產品，在實驗室演示給學生看，然后再講解相關的原理以及電路設計、布線、制版、元件焊接等方法。這能極大的引起學生的興趣，比直接枯燥的教學效果好很多。然后，把學生分組，每個人負責一個模塊，通過同伴教學法，讓學生自己在學習制作的過程中對知識進行系統化、邏輯化的分析及總結。同時，注重課堂內容的開放性，充分鼓勵學生進行自主分析，自己單獨設計。

還可以使用微課程教學方式，把對單片機開發有興趣的同學集中在一起，3-4個人一組，通過對自己感興趣的產品進行設計，老師從旁指導即可。

（二）教學項目的選取

單片機課程的學習，主要是以培養學生的綜合素質為基礎、以能力培養為核心、以能根據要求設計應用為目的。因此，傳統的單片機課程內容必須優化，結合新的技術以適應社會的需求。總的來說，單片機其實包含的內容不多，就是寄存器的使用、定時計數器、中斷、串口通訊等幾個核心知識點，至于芯片內部的結構，可以只做簡單的了解。為了能夠掌握這些核心模塊，選取幾個具有代表性的實驗作為單片機教學項目，以達到能初步使用的目的，其中，有幾個實驗比較重要：

1.交通燈實驗

2.DS18B20溫度實驗

3.電子鐘實驗

4.12864液晶顯示實驗

5.單片機多機通訊實驗

6.電機正反轉實驗

7.循跡小車實驗

8.電子游戲系統的開發

一般而言，絕大部分學校使用的試驗箱都有前面六個實驗，學生可以先做實驗看一下這些現象，然后自己研究。有條件的實驗室還可以先給學生準備一些單片機的最小系統，然后設計外圍電路，有興趣的同學還可以從設計最小系統開始，自己選擇購買元器件、設計電路、焊接器件、軟件仿真調試、代碼的燒寫下載，最終完成一個獨立的單片機電子產品。如果前面的感覺基本上都掌握了，那就可以試著開發一些簡單的電子游戲系統，這樣就能把自己的知識形成一個完整的系統。

（三）軟件代碼與硬件仿真相結合

一個完整的單片機系統產品，軟件方面，代碼不能出現語法與邏輯錯誤，否則根本無法編譯或者編譯出來有錯，因此，必須熟悉keil軟件的編程以及調試，對于代碼比較復雜的程序，尤其是一些在使用調用文件的時候，要會設置斷點，看代碼是否按照邏輯順序來進行的；硬件方面，要會使用proteus仿真軟件進行硬件電路的仿真，要能找出并改正電路出現錯誤的地方。

（四）考試方式的改革

單片機的學習，和其它理論學科的學習有很大的差別，并不適合傳統的試卷考核方式，適當改革考核方式是很有必要的，如：降低期末考試成績所占的比例，增加應用型設計題目以及一些原理性的分析題目，理論與實際結合，盡量減少計算，重分析過程而不重計算結果，且不限設計方法。考試時也可以實行開卷考試，“與其讓你小心翼翼的翻書，不如讓你開開心心的看書”。

3、單片機教學改革后的效果

在采取了改變教學方式、刪選實驗內容、改革考核方式等一系列措施以后，學生學習的效果顯著提高，主觀能動性大大增強，學習成績明顯進步。在參加的最近兩屆大學生電子競賽比賽當中，在控制方面獲得了多項獎勵，有很多同學把自己的一些生活中的想法，通過單片機來實現了更加智能化的控制，甚至有同學能自己制作高精度無線搶答器、多功能籃球加分計時器等產品。這些都表明，改革后的單片機教學取得了明顯的效果。

參考文獻：

[1]徐敏，盧周平.《單片機原理與應用》，課程教學改革與實踐[J].實驗室研究與探索，2006.25（1）：82-84.

[2]張霓.關于“單片機原理與應用”課程教學改革的幾點思考[J].電氣電子教學學報，2004.26（5）：21-23.

[3]楊保亮，楊守良.應用型人才培養體系下單片機教學的改革探索[J].教育教學論壇，2014.18（2）：31-33.

[4]方怡冰.單片機課程的教學與實驗改革[J].電氣電子教學學報，2006.28（3）：76-79.

作者簡介：

敖邦乾（1984-），男，碩士研究生，遵義師范學院工學院，講師，研究方向：自動控制技術。