高校單片機課程設計教學方法探討

周洪波++李鍶+余曉峰

摘 要： 單片機原理是一門實踐性很強的課程，單片機課程設計是實踐教學中極其重要的一個環節。單片機課程設計能提高學生的實踐能力、創新意識和團隊協作能力。本文在分析單片機課程設計教學現狀的基礎上，對課程設計選題及學生分組、教學實施過程、考核方式等做了教學改革探討。

關鍵詞： 課程設計 教學改革 實踐能力

單片機技術目前已廣泛應用于自動控制、智能儀表、家電、機電一體化等領域。單片機是工科專業的專業基礎課，是一門工程實踐性很強的課程，課程設計是單片機實踐教學過程中最重要的環節。單片機課程設計是培養應用型人才，幫助學生樹立實踐觀念，培養學生發現問題、分析和解決實際問題的能力，啟迪學生的思維，提高學生綜合分析能力的重要途徑。

一、存在的問題

1.實施方案陳舊。傳統的課程設計注重理論驗證，設計過程是老師給出設計思路，學生按照老師的方案和課本已有資料進行設計，最終造成學生對單片機系統設計過程不能深刻理解，嚴重束縛學生創新才能的發揮。

2.題目選取問題。很多高校的設計題目多年來一直不變，在這種情況下，部分學生的任務完成就是直接向高年級學生索要相關資料。還有的學校題目完全由學生定，題目選的過于簡單，甚至選取教學中的例程。這兩種情況都無法達到課程設計的真正目的。

3.硬件開發環節依賴試驗箱。某些高校采用高度集成的單片機試驗箱進行課程設計，試驗箱功能強大，集成度高，用戶通過簡單連線可以完成實驗，不利于學生單片機應用開發能力培養。

二、教學改革探索

1.課程設計選題。課程設計中，題目的選取非常關鍵，一方面要使提供給學生的題目難易適中，讓學生能夠及時完成任務，另一方面選定的題目要具有科學性和新穎性，能夠激發學生的學習熱情。考慮以上因素，我們一般采用兩種方式：第一種是老師精心挑選題目，并說明要實現的功能；第二種是讓學生自擬題目，可以根據自己興趣擬定課程設計題目，然后與指導老師協商討論后確定。

2.學生分組。學生三人一組，以強帶弱，分工合作，每人負責一個方向：一人負責硬件，一人負責軟件，另一人負責報告的整理和撰寫。小組還要對項目進行評估和檢查，采取組內合作模式，充分調動每個學生的主觀能動性，培養學生的團隊協作能力。

3.課程設計實施過程。（1）課前準備：指導老師簡單講解單片機理論教學中沒涉及的但與課程設計相關的理論，同時介紹課程設計步驟和模塊化設計方法。學生根據項目需要深入了解相關器件使用方法。（2）資料查閱：鼓勵并指導學生通過各種途徑，如圖書館資料庫和互聯網等查找與項目相關的資料，確定最佳設計方案、最重要的是單片機選型，主要考慮單片機所能提供的資源，比如單片機速度、輸入/輸出端口資源、低功耗和實現難易等因素。方案如果把握不準，可與指導老師討論，修改后確定方案。（3）Proteus仿真軟件的應用：對初學者來說，如果按照傳統單片機系統設計流程制作硬件，經常會出現需要重新更改設計方案、重新購買元器件并重新焊制電路板等情況。這樣不但會浪費時間金錢，而且會挫傷學生的積極性。為解決這個問題，可以引進Proteus軟件對單片機電路進行仿真分析。在Proteus環境中軟硬件聯合調試通過的情況下再購買元件并焊接。（4）單片機硬件電路的制作：各小組根據確定方案及仿真效果，選擇元器件，列出詳細元件清單，并自行采購。然后在Protel中設計完整原理圖，生成PCB圖，進行紙板和元件焊接，最后進行系統調試。

4.考核方式。考核是檢查學生學習效果的一種方式。在實際操作中，可將考核分為平時成績、調試成績、答辯成績和報告成績幾部分。平時成績考核學生查閱資料、分析整理、工具使用熟練程度等能力。調試成績考核學生仿真和實物調試，并與預定任務目標相比較而給出成績。答辯部分反映學生對課題理解程度，針對課題設計中關鍵問題進行提問。報告部分主要從內容和格式進行評價，包括設計方案合理性、文字敘述條理性、排版規范性等。

三、結語

單片機課程設計注重培養學生的實踐動手能力和自主思考能力等，為畢業設計和將來工作打下良好基礎。培養學生單片機實踐能力是一個長期而復雜的過程，需要不斷積累經驗，進一步完善培養方法和措施。

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基金項目：湖南省普通高等學校教學改革研究項目（2013 GK3100）；湖南省機電工程及控制大學生創新訓練中心、湖南省機電工程虛擬仿真實驗教學中心建設項目。