單片機原理及應用教學改革探討

沙愛軍 郭麗紅

摘要：單片機原理及應用課程具有知識點較多，內容抽象，實踐性強等特點，且課程的教學目標更側重于培養學生設計和調試單片機系統的應用能力，為了讓學生更好地掌握本門課程，需要從調整單片機課程體系、激發學生興趣、改進教學方式、加強實踐環節等角度，對單片機原理及應用教學改革進行探討和改進，以提高教學效果。

關鍵詞：單片機原理及應用;教學改革;課程體系;教學方式;實踐教學

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? 文章編號：1009-3044（2018）31-0185-02

Discussion on Teaching Reform of Principle and Application of SCM

SHA Ai-jun， GUO Li-hong

（School of Communication Engineering， Nanjing Institute of Technology， Nanjing 211167， China）

Abstract： The course of principle and application of SCM has the characteristics of more knowledge points， abstract content and strong practicality， and the teaching goal of the course lays more emphasis on training students' ability to design and debug the application of SCM system. In order to let students better grasp this course， this paper discusses the teaching reform of principle and application of SCM from the angle of adjusting the course system of SCM， stimulating students' interest， improving the teaching method and strengthening the practice links， so as to improve the teaching effect.

Key words：principle and application of SCM; teaching reform; Curriculum system; teaching method ; practical teaching

隨著物聯網、機器人以及更多智能設備的發展，單片機必將得到更多的應用。因此，工科電子、通信、信息、計算機、自動化等專業都將“單片機原理及應用”作為一門必修的課程，以便學生掌握單片機原理與系統設計，為后續的嵌入式課程學習以及未來的工作打下良好的基礎。

而單片機課程內容相對抽象，知識點細碎，且單片機課程更注重實踐，既有電路設計，又有軟件編程，給學習帶來了難度。為了讓學生掌握某種單片機的硬件結構、引腳、資源等，并編程對其加以控制，使得學生最終具備設計、調試、開發小型單片機系統的初步能力，需要調整課程體系，教學中采取多種方式，加強實踐，循序漸進，提高學生的單片機應用能力。

1 調整單片機課程體系

單片機理論課程一般包括如下內容：1）單片機的概述、發展、特點;2）單片機芯片的結構原理;3）單片機的匯編指令和匯編語言編程;4）單片機的C51編程;5）單片機的芯片內部資源;6）單片機系統的擴展（存儲器、各類接口如鍵盤、顯示、A/D、D/A以及單總線、I2C總線、SPI總線等）。要在課堂上完全講完所有知識需要較多的學時。

本校為應用型本科工科院校，對實踐教學非常重視。為了取得好的教學效果，我們適當精簡了理論學時（原先為64學時，對單片機系統的擴展部分等進行適當精簡），理論課主要講解必要的理論知識，而留出更多的時間讓學生來參與實踐環節。構建了如下的課程體系：理論課+課內實驗+課程設計+實訓（新增）。其中理論課有40學時，8學時課內實驗，此外還有1周的課程設計。在后面的學期中，針對此方面有興趣同學，選擇有關單片機方面的為期4周的實訓。圖1為調整后的單片機課程體系。

2 關于采取多種方式來提高理論課教學效果

由于課時有限，理論課上主要通過相關知識點的介紹，以及一些具體的實例，幫助學生建立一個完整的框架，熟悉系統的開發流程，幫助學生講清楚基本的知識點，掌握學習的方法，掃除相關的難點。在教學中，要達到好的教學效果，需要激發學生興趣，并綜合運用多種教學手段和方法。

2.1 激發學生興趣，激活其無限潛能

興趣是很好的老師，做自己喜歡的事可以廢寢忘食，在教學中，第一節課中可以配合相關圖片以夸張的流水賬的形式來記錄“我的一天”。早晨，在鬧鐘聲醒來，手機連接健康手環查看了的睡眠質量，用豆漿機磨了個豆漿，用微波爐熱了個包子，用電磁爐煎了個雞蛋，打開收音機，打開太陽能（燃氣）熱水器開始洗漱，用剃須刀整理面部，然后打開洗衣機衣服，并開始吃早飯，天氣有點冷，還開了個空調……在學生的哈哈大笑中，學生體會到了單片機離我們如此之近，一天需要接觸這么多的單片機，興趣和動力油然而生，此外，還可以把一些學生的科創作品帶到課堂，讓他們觀摩體會，讓學生覺得他也能行。

鼓勵學生多觀察身邊還有哪些不便利的地方，能否思考把這些小不便，變成一個個有實際意義的小創意、小發明，來激發學生興趣，形成動力，激活潛能。

2.2 綜合運用多種教學手段和方法

在教學中，要采用案例法、啟發式教學等教學方法，并采用多媒體和板書相結合。由于學習時間有限，更要精心選擇好有代表性的小項目作為案例，通過一些有聯系但又有不同的案例貫穿始終，通過提問的方式，啟發學生體會其中的同與不同。如：在學習單片機基本機構后，如何設計一個最小系統;在學完并行口后，如何在最小系統的基礎上利用并行口來實現二極管流水燈，如何用軟件延時的方式控制流水燈的閃爍時間;在學完定時器后，又啟發學生思考如何用定時器的方式來控制閃爍時間，在此基礎上，可以加進數碼管，要求學生思考它們和發光二極管在連線和編程上有何區別;還可以加入鍵盤以及串口等，來控制顯示的內容和顯示方式的控制和切換。通過這種形式，每次的案例跟前一次相比，有點類似，卻又不盡相同，每一次要求都在前一次基礎上有所提高，系統綜合性越來越高，學生對知識點的掌握和能力得到逐步提高，克服了畏難情緒，獲得了成就感。

3 加強實踐，循序漸進，提高學生的單片機應用能力

如前所述，本專業實踐環節主要為：課內實驗+課程設計+實訓。

課內實驗部分，包含8個學時的實驗，包括并口、定時器、串口、鍵盤和數碼管等內容。可讓學生嘗試利用Proteus來仿真，然后在實驗箱上連接電路，編寫、編譯、下載、調試相關程序，鞏固課堂的學習。每個課內實驗可以循序漸進的提出要求，要求學生完成驗證、設計、綜合性實驗。

課程設計部分，包含一周的時間，則提出了一個較高的要求。我們會布置一些基于單片機的題目（學生也可以自己選擇題目，但要得到指導教師批準），這些題目會用到課堂上沒講過的一些芯片或模塊，如溫度計設計會用到單總線（1-Wire）的DS18B20，數字電壓計設計會用到串行A/DTLC1549芯片，實時時鐘設計會用I2C 總線時序控制PCF8563芯片，電子琴的彈奏和存儲會用到I2C 總線時序控制24C16 E2PROM存儲器等等，這些內容，由于課堂學時有限，沒有學習，我們要求學生選擇相關的一個題目作為自己的題目，花點時間，先進行這些模塊的單獨學習和實現，在弄清楚這些模塊的基礎上再設計整個系統，然后，再利用Proteus仿真和實驗箱來實現（由于時間有限，此部分還是在實驗箱上來運行）。通過這個過程，一方面彌補理論學時有限帶來的缺憾，另一方面，也培養了學生的自主查閱知識、自主學習的能力。此外，對于每個題目，我們還設置了基本要求和擴展要求，鼓勵同學去創新。

實訓部分，則給出4周左右的時間，本院在大四上學期開設相關的實訓課程，會給出若干個涉及不同種類和方向的題目，學生可根據自己的興趣和未來打算從事專業的方向來選擇自己的實訓題目。而單片機方面又分51和STM32等方向，由學生根據自己的情況選擇。實訓過程中，讓3-4個學生組成一個團隊（每組設置一個組長），來分工合作完成一個帶上位機的小型的產品，從需求的描述，任務書的制定、方案的設計（可進行Proteus的仿真）、到原理圖和PCB圖的繪制、元器件的焊接以及程序的編寫，調試，最后得到一個較為完整的系統。在此過程中，學生得到了一個較全面的單片機系統的設計、調試等方面的訓練，而且，將其他課程所學的上位機設計和單片機設計整合起來，豐富了系統。此外，學生的團隊協作、溝通等能力也得到了培養和提升，而這些都是工程教育中所看重的。

此外，還可開放實驗室以及結合大學生科技創新、電子競賽等來進一步利用課外時間來實踐。

在實踐環節，要糾正一些學生不夠踏實，濫竽充數的現象，更注重考核學生的動手能力。一些學生往往只滿足于跟著別的同學設計、連線，而對背后的電路原理和程序等不去深究，在驗收環節，除了傳統的提問外，還可以故意在硬件和軟件上設置一些問題，讓學生現場來排查，督促他們認真投入時間和精力，認真對待實踐環節。

4結論

單片機原理及應用是一門綜合性、實踐性很高的課程，需要理論和實踐相結合、硬件和軟件相結合，課內和課外相結合、Proteus仿真和真實電路板相結合，需要綜合運用各種教學方法和考核手段，激發學生興趣和潛能，并鼓勵學生動手操作，參加科創和競賽，以便提高教學效果。

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