單片機原理教學改革研究與實踐

向繼文+陳善榮+劉昕+廖柏林

DOI：10.16644/j.cnki.cn33-1094/tp.2016.07.029

摘 要： 文章討論了單片機原理課程教學改革的有關問題。選取STC15F2K60S2單片機作為教學機型，保證了教學內容的先進性；改革教學方法，強化課堂教學，激發學生思考，提高了教學效果；精選實驗項目，深化實驗教學與理論教學的融合；采用“平時成績+實驗成績+期末卷面成績+作品加分”的考核方式，突出綜合考核。經過長期的研究與實踐，證明了這些方法能很好地提高課程教學效果。

關鍵詞： 單片機原理； STC單片機； 教學改革； 研究； 實踐

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：1006-8228（2016）07-98-04

Research and practice on the teaching reform of SCM principle

Xiang Jiwen， Chen Shanrong， Liu Xin， Liao Bolin

（College of Information Science and Engineering， Jishou University， Jishou， Hunan 416000， China）

Abstract： This paper discusses the problems about SCM （single chip microcomputer） principle teaching reform. Select STC15F2K60S2 single chip microcomputer for the teaching model， to ensure the advanced nature of teaching content； reform the teaching method， and strengthen the classroom teaching to stimulate students thinking and improve teaching effect； carefully select the experiment project to deepen the fusion of experiment teaching and theory teaching； and use the assessment method of "regular grades+experiment grades+final grades+works bonus grades" to highlight the comprehensive assessment. After a long period of research and practice， it is proved that these methods can well improve the teaching effect of the course.

Key words： SCM principle； STC SCM； teaching reform； research； practice

0 引言

“單片機原理”是電類專業一門十分重要的主干課程，該課程對于培養學生以單片機為核心控制器件，綜合運用所學電子、通信、控制、計算機等方面的知識分析、設計、制作單片機應用系統具有重要的作用。長期以來，單片機課程教學通常采用“先理論講解，再動手實驗，期末試卷考試”的教學模式，這種模式使得學生理解困難，學習枯燥乏味，課堂氣氛沉悶。教學過程中，以單片機原理為核心，其應用只是點綴，這造成學生的應用能力培養不足；將軟硬件分離介紹，對單片機軟硬件結合的系統設計方法強調不夠，這使得學生在構建實際的應用系統時，缺少系統化的思路[1]。單片機教學往往存在教學內容、考核方式與實際應用脫節，學生成績不能真實反映開發能力等問題[2]。所以，改革單片機原理課程教學模式，突出實際應用，培養學生綜合運用知識解決實際問題的能力，實踐證明是行之有效的。

1 與時俱進，構建新的教學體系

1.1 明確教學目標的定位

明確教學目標是做好課程教學工作的重要環節。不同的課程有不同的教學目標，有些課程的目標在于構建學生的基礎理論體系，有些課程更注重培養學生的實踐能力。

鑒于單片機應用系統開發能力對電類專業學生的重要性，單片機原理課程的教學目標應該著力于學生實際應用能力的培養，強化學生實戰能力，并打通相關課程之間的壁壘，促進學生對相關課程知識的融會貫通。

1.2 與時俱進，優化理論課教學體系

在人才培養方案中，很多高校將單片機原理放在模擬電子技術基礎、數字電子技術基礎、C語言程序設計、微機原理與接口技術等課程的后面，或者與其中一部分課程同時開設，學生從事單片機系統開發所需要的基礎知識已經基本具備。在教材選用方面，由于實驗設備的原因，通常選用8051系列單片機教材。但是，傳統的51單片機已經顯得太過陳舊，落后于時代發展，所以需要結合實際對教學內容加以優化整合。既要考慮到前期基礎減少不必要的重復，又要考慮到單片機自身的特點，結合單片機技術的發展將最重要的教學內容梳理出來，在教學中貫徹實施。本課程理論教學安排了36學時，單片機型號選用了增強型的51單片機STC15F2K60S2，教學時間緊，任務重，為了順利地完成教學任務，實現既定的教學目標，經優化以后的教學內容[3-4]如表1所示。

對于教材中的數制系統、A/D及D/A接口等與“微機原理”課程相重復的內容做刪減，由學生自主學習；對于C語言部分，只學習單片機C語言特有的內容，其余部分刪減，以便節省教學時間。此外，還強調了STC15F2K60S2單片機由于內部資源豐富，存儲器容量大，基本上不需要做存儲器的擴展，而其他很多系列的單片機可能需要做擴展，以便于學生設計制作單片機應用系統時選擇機型。

1.3 精心選擇實驗項目

本課程實驗教學最多安排了24學時，時間基本夠用，但要做到面面俱到是不可能的，只能挑選部分實驗項目開設，其余實驗項目通過實驗室開放等方式由學生自主完成。開設的實驗項目包括：Proteus繪圖實驗、Keil C51開發環境的使用、基本IO口擴展實驗、P1和P3口輸入/輸出實驗、單片機的定時/計數實驗、外部中斷實驗、單片機與PC機串行通信實驗、A/D轉換實驗、矩陣鍵盤識別及顯示實驗、步進電機控制實驗、直流電機控制實驗、串并轉換實驗等，具體實驗項目則根據實驗學時的不同做選擇。

實驗系統采用原有的51單片機實驗箱以及宏晶科技公司贈送的STC單片機實驗箱，兩者相互補充。在實驗系統中，將實驗設備附帶的源程序全部刪除掉，要求學生閱讀電路，并自己編寫程序，完成實驗項目，所編寫的程序中，部分實驗項目的源程序要求用匯編語言編寫，另外一些實驗項目的源程序要求用C語言編寫，使學生匯編語言和C語言的編程能力均得到有效培養。

1.4 加強校企合作，實現校企雙贏

為了保證教學內容、實驗設施及教學機型的先進性，通過努力，開展了與南通國芯微電子有限公司的合作，建立了“STC單片機聯合實驗室”。在機型選擇方面，選用了該公司研發的STC15F2K60S2單片機作為教學機型，由該公司贈送所需要的實驗箱。通過合作，實現了校企雙贏，為企業培養了現實及未來的客戶，學校則保持了教學體系的先進性。

2 改進教學方法，強化課堂教學，提高教學效果

2.1 提高學生學習興趣是關鍵

課堂教學是教學的主陣地，高校課堂教學效果的好壞直接關系到人才培養質量的高低[5]，提高課堂教學效果的關鍵是提高學生的學習興趣。教師在課堂教學中要善于總結經驗，改進教學方法和教學手段。要注意用風趣的口頭語言、生動形象的身體語言、靈活多樣的教學方法打動學生、吸引學生、激勵學生，采用啟發式、研究型的教學方法，吸引學生跟上教師的教學節奏，激發學生思考的激情，提高學生的學習興趣，從而提高課堂教學的質量[6]。

2.2 改進教學方法，加強課堂演示

在單片機課程教學中，Proteus軟件是學生必須學習并基本掌握的一款設計與仿真軟件。Proteus軟件由ISIS和ARES兩個軟件構成，其中，ISIS是原理圖編輯與仿真軟件；ARES是布線編輯軟件，學生學習的重點是ISIS軟件，對于PCB圖的設計可使用Protel、Altium Designer、OrCAD等軟件。教學中，要充分利用Proteus軟件強大的系統仿真功能，加強課堂演示，激發學生興趣，促進學生思考，提高教學質量。

2.3 精選課后作業，激發學生潛能，轉變學習方式

為了促進學生對所學知識消化吸收，須布置適當的課后作業，但是要注意精選作業題，課后作業的布置要圍繞以應用能力的培養為教學目標。對于基礎知識類的作業，如數制系統、基本指令、尋址方式、簡單程序段的分析等，通常做為課堂作業完成；除此以外，精選部分綜合性的課題，要求學生分組完成，每組1-5人，給學生較充裕的時間查閱資料，設計電路，編寫程序，仿真調試，并完成課程設計報告的撰寫。實踐證明，這種以綜合性、設計性課題作為課后作業的方式，對于促進學生自主學習、學生團結協作、激發學生的學習潛能是非常有效的，有利于促進學生轉變以知識記憶為核心應付考試的被動式學習方式為以主動思考，尋求解決方案為核心的主動式學習方式。

2.4 引導學生構建完善的課程體系

很多學生覺得課程任務繁重，學習壓力大，其中很重要的一個原因在于學生對各門課程的學習往往是孤立的，學生缺乏將所學課程有機地串起來從而做到融會貫通的能力。通過引導，將C語言程序設計、微機原理與接口技術、模擬電子技術、數字電子技術、電子電路CAD、傳感器技術等課程串接起來，幫助學生建立課程體系的觀念，促使學生逐步融會貫通，減輕學習的壓力。

3 改革實驗教學方法，深化實驗教學與理論教學的融合

傳統教學中，理論教學、實驗教學及實際應用脫節的現象相當嚴重，學生難以將課堂理論知識與實踐需求聯系起來。因此，需要改革實驗教學方法，深化實驗與理論的相互融合、相互滲透、相互促進。例如，在串并轉換實驗中，如圖1所示，一方面結合實驗系統電路，要求學生根據實驗系統電路繪制出完整電路圖，并利用Proteus和Keil軟件聯調仿真；另一方面，通過提出定時及外部中斷、定時中斷、位傳送等不同的計數啟動方式，要求學生修改電路，修改程序，實現了一個實驗項目貫穿多個知識點和多種技術方法。

通過實驗，不僅實現了理論與實驗、課外與課內、軟件仿真與實際系統的有機結合，還讓學生認識到了仿真軟件強大的功能與不足，感受到了在某些環境下，仿真系統不能完全替代實際系統，經過實際系統檢驗過的電路和程序才是更加可靠的。

4 改革考核方式，突出綜合考核

4.1 傳統考核方式存在的不足

傳統的考核方式通常采用閉卷考核，總成績由平時作業、實驗成績、課堂出勤、期末卷面成績按一定的比例構成，這種考核方式，有利于對學生理論知識及平時學習情況做綜合的考核。然而，對于單片機原理課程來說，存在著對學生實踐能力、系統設計能力考核不足的問題，考核成績高不代表其實際應用能力和系統設計能力強。

4.2 改革課程的考核方式，突出實際應用

單片機原理課程具備極強的工程應用特點，傳統的考核方式不足以全面考查學生的學業狀況，因此，需要改革課程的考核方式。

本課程采用的考核方式為：考核成績=課堂出勤+平時作業+實驗成績+期終考試+作品加分。各考核分項的分數比例一般為：課堂出勤占10%，平時作業占10%，實驗成績占15%，期終考試成績與作品加分合計占65%。作品加分的辦法為：作品分為25至40分，按照作品質量評分，獨立完成的最多加40分，合作完成的每人最多加30分，每件作品最多允許2人合作完成，作品加分與期末考試成績合計最高可為100分，合計分按65%的比例參加總成績的折算。

4.3 取得的成效

通過四年來的教學實踐及改進，學生制作的單片機作品主題逐步豐富，作品設計主題包括：電子鐘、數字溫度計、搖搖棒、交通燈控制系統、鍵盤顯示系統、籃球賽計分器、GPS定位儀、紅外測距儀、音樂播放器、智能玩具、語音控制系統及學生感興趣的其他課題。

四年來，我院電類專業學生共制作了單片機作品252件，學生實踐能力獲得了顯著增強，對于提高學生學科競賽成績也起到了顯著的促進作用，部分學生的作品如圖2、圖3和圖4所示。

5 結束語

單片機原理教學改革，特別是考核方式的改革取得了顯著的成效，獲得了學校有關領導及教學督導團的一致好評，具有較好的推廣價值。

⑴ 選用STC15F2K60S2單片機作為教學機型，保證了教學內容的先進性。

⑵ 強調啟發式教學，激發學生的學習興趣，引導學生開展自主性、研究性的學習，改變學生為考試而學的被動式學習，踐行了“教師為主導，學生為主體”的教學理念。

⑶ 采用“平時成績+實驗成績+期末卷面成績+作品加分”的考核方式，實現了對學生平時學習、理論知識及工程能力的綜合考核。

⑷ 通過與企業開展合作，實現了校企雙贏。

參考文獻（References）：

[1] 王海燕，楊艷華.Proteus和Keil軟件在單片機實驗教學中的

應用[J].實驗室研究與探索，2012.31（5）：88-91

[2] 朱敏杰，羅珩，余亞東.改革單片機教學 培養應用型人才[J].實

驗室研究與探索，2012.31（2）：144-147

[3] 丁向榮.單片微機原理與接口技術：基于STC15系列單片機[M].

電子工業出版社，2012.

[4] 陳桂友.單片微型計算機原理及接口技術[M].高等教育出版

社，2012.

[5] 黎奇升，吳青峰.地方性高校課堂教學中存在的問題及對策

探索[J].高等理科教育，2011.5：142-145

[6] 向繼文.以應用為目標的單片機原理教學[J].計算機教育，

2013.22：49-54