專科學校單片機課程教學模式改革初探

郭維家　蔣積超　王樹寶　楊迎新　高赫鑫

摘 要：單片機課程是很實用的技術性課程，本次教學改革從提高學生學習興趣，增強學生動手能力出發，圍繞教學內容設計，實驗室建設，考核方式轉變，以賽促教等方面展開。采用項目驅動的方式將常見且實用的內容引入教學，配以與教學內容配套的實驗，提高學生的學習興趣；通過實驗增強學生的動手能力；通過轉變考核方式和以賽促教，提高學生的學習熱情。

關鍵詞：單片機 教學改革 項目驅動 以賽促教

中圖分類號：G712 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）11（b）-0227-02

單片機課程是自動化專業的專業課，在該專業學生培養中有舉足輕重的作用。單片機廣泛應用在家用電器、智能儀器儀表、工業自動化、自動控制、通信、國防技術尖端、汽車電子設備等領域[1]。在教學中，讓學生掌握單片機技術才是重中之重。單片機課程的綜合性、實踐性、應用性都很強，課程內容復雜、抽象。很多老師從不同的角度對該課程提出了各自的建議。有的將仿真軟件Proteus引入教學，有人采用“案例教學”模式，有人強化實踐教學環節[2-4]。

1 教學模式改革的初步設想

該課程傳統考核方式是閉卷，它更多的是考查知識層面的東西。單片機課程，不僅是知識，更是技術，重要的是學生能否做出有實用價值的東西來。所以本次教學改革從以下幾方面展開。

（1）從項目驅動的角度出發，選擇簡單、有趣、實用或常見的項目作為授課內容，在授課過程中加以檢驗，從中整理出適合本校專科學生的講義。（2）為各個項目制作電路板，用于課堂演示，提高學習興趣，增強學習信心。（3）建立單片機實驗室，探索單片機實驗在增強學生的動手能力及項目開發能力方面的作用。（4）探索單片機課程的考核方式，并形成一套完整的考核方案。（5）以賽促教，組織優秀學生參加智能車比賽。

2 教學模式改革的實施過程

（1）編寫講義。講義的前2章介紹51單片機，數制，回顧了C語言編程基礎。從講義的第3章開始以項目驅動的方式介紹發光二極管、蜂鳴器、數碼管、8×8點陣、鍵盤檢測、外中斷、定時器、串口通信、16×16點陣、AD轉換、DA轉換、微型直流電機控制。學好這些內容，就可以構建一個實用的控制系統。

（2）制作電路板并在授課過程中使用。在單片機課程的授課過程中，當需要演示項目實例時，有的學校引入了仿真軟件（比如PROTEUS）。這種方式在一定程度上節省了人力、物力、財力，但是其弊端也很多。比如涉及到LED的項目，由于LED的余輝效應及人眼的視覺暫留特性，仿真與真實的硬件演示存在很大差別。這部分內容就不適合仿真。故在本次教學改革中，將講義中出現的所有實例，按功能分成各個模塊，為之設計電路板。每個電路板上留出了輸入，輸出引腳。在每個項目中可以選擇合適的模塊搭建項目硬件電路。本次教改共制作了9個模塊：聲光報警電路、數碼管模塊、8×8點陣、鍵盤模塊、按鍵低電平觸發、16×16點陣、74164及電機驅動模塊、ADC模塊、DAC模塊。在授課過程中對每個實例選擇了合適的演示方式。比如聲光報警電路，可由老師獨立演示。按鍵檢測實例，則可由學生操作。直觀形象的課堂實驗激發了學生的學習熱情與興趣。

（3）建立單片機實驗室，編寫實驗講義。由筆者籌建了單片機實驗室，包括寫申請，采購元器件，完成實驗室220V交流電布線等。根據學生情況，初步設計了4個實驗：流水燈，數碼管顯示按鍵次數，數碼管由小到大顯示1位16進制數，秒表等，并為之編寫了實驗講義。通過實驗，學生確實體會到了單片機是一個“軟硬結合”才能完成預定任務的器件。他們學會了如何給單片機下程序，如何調試程序，如何排查硬件錯誤等。通過實驗很好地增強了學生的動手能力，為單片機項目開發奠定了基礎。實驗的過程中也發現了一些單片機學得好的學生。他們可以作為智能車比賽儲備選手。

（4）改革課程考核方式。從課程的性質出發，將閉卷考試改為上機考試。對于這本課程來講，重點不在于學生掌握了多少知識，而在于學生能用單片機做什么。在上機考試中由學生抽簽決定考試題目，所有的題目均是編程題。題目難度不高于講義中實例。題目源于講義，又不同于講義。一方面可在一定程度上防止作弊，另外一方面也可以檢查學生有沒有消化所學知識。每個題目都要求學生自行設計電路，并編寫控制程序。一方面在考試過程中總結防作弊經驗。另一方面按學生答題情況選拔智能車比賽儲備選手。在最終成績的評定中平時成績占一部分，實驗成績占一部分，上機考試成績占一部分。從而綜合考查學生在本門課程全過程的表現。

（5）選取并組織優秀學生參加智能汽車比賽。智能汽車比賽由教育部主辦的一項面向全國大學生的電子競賽。它涉及到了很多專業課的應用。對自動化專業學生來說，是一次大練兵。故該比賽深受國內各大高校的歡迎。它已經發展成了一個國際性的比賽。在單片機上課之初，筆者就向學生介紹了智能車比賽這一重大賽事，說明單片機課程與該比賽的關系，并演示本校在智能車領域已經取得的成績，激發學生的學習積極性，同時向他們說明參賽選手選取的標準。在第二學期，按此標準初選了若干學生，對他們進行了硬件設計及軟件培訓。在3月中旬初選參賽選手，6月中旬完成最終的報名。在7月中下旬，按分賽區組委會指定的時間地點參加比賽。

3 單片機課程教學模式改革的效果

講義經過了2輪的使用后，征集了學生意見。從反饋來看，該講義的結構及其實例還是適合本校專科學生的。自制電路板的使用，極大地激發了學生的學習興趣，提高了學生的課堂參與度，甚至有學生會積極主動地走上講臺參與到項目的演示中來。實驗課的開設讓學生深刻體會了“麻雀雖小，五臟俱全”。學生對單片機強大的控制功能有了更好的認識。改變考核方式以后，學生的考試成績沒有明顯比閉卷考試好。但是這并不意味著這種考核方式不好。考核方式的改變暴露出一個很大的問題：先修課程學得太差。導致后續課程很難繼續。對很多學生來講，課程能不能過，全靠最后一次課。歸根到底是良好的學風沒有培養起來。智能車比賽方面，經過對智能車選手的精心培養，由我指導的電磁普通組，在2017年7月華北賽區比賽中取得二等獎。

4 單片機課程教學模式改革的反思

通過近2年的探索，終于找到了單片機課程的癥結所在：先修課程學得太差。即使是“所謂”的好學生，在學習中遇到困難時，也會病急亂投醫。他們不會或者很少去想問題在哪，該怎么辦，而是習慣性地報怨某某課程太難，某某課聽不懂。筆者覺得：在學生的培養過程中，任何一門課程都不能也不應該是“上課玩手機，考前突擊一下就能過”。只有從這個角度出發，掌握好每一門課程的授課及考核，為后續課程的展開鋪平道路，才能盡快養成良好學風及考風。就單片機這門課來講，還可以將課程的學習延伸到課外，通過學生自學的方式增強其動手能力。比如成立校內的單片機協會，由該協會承接節日的舞臺背景裝飾或者校內的小型夜景設計，通過這種方式增強學生的單片機項目開發能力與動手能力。這也許就是這次教學改革最大的收獲。

參考文獻

[1] 張毅剛.單片機原理及應用[M].北京：高等教育出版社，2007.

[2] 周冠玲，馮占英，李戰.“單片機原理及應用”課程教學改革的探討[J].中國電化教育，2012（6）：105-107.

[3] 胡玲艷.單片機“案例教學”模式改革與探索[J].科技論壇，2016（14）：142-143.

[4] 劉霞，王宜志，陳德根.民辦高校單片機課程實踐教學改革的若干思考[J].機電教育發展與革新，2016（8）：95-96.endprint