單片機課程在應用型本科工程化教學中的改革初探

蚌埠學院電子與電氣工程學院 劉 旭

1 目前課程教學中的現狀

目前我校開設單片機課程的專業較多，有電子類、電氣類專業，還有機械類的專業。學生的層次也多種多樣，有專升本、對口高考和普高的學生，學生起點不盡相同，給教學帶來了很大的難度。單片機課程理論講授中，基本采用89C51單片機作為對象，有的使用匯編，有的使用C51進行編程。實驗教學中，一般采用實驗箱或開發板，給定實驗內容和程序對各個模塊進行驗證性實驗，觀察現象。

（1）理論教學內容枯燥，缺乏工程化思想。

由于單片機課程的知識面廣、綜合性強，教學通常以單片機的內部結構和原理為主線，其次介紹指令系統和軟件編程，在介紹單片機的I/O電路。基礎理論知識較多，感覺抽象枯燥，學生很難自己實現一個完整項目，課堂教學效果不是很好。比如很多學生在學習C51編程一章時看到大段的程序，就望而生畏，沒有了學習的興趣，自然沒有好的學習效果。這樣也就引起了大家的思考，怎么能讓學生在學習單片機的過程中產生興趣，自己愿意去學習而樂在其中呢？我認為可以引入一些小的同學們感興趣的項目，比如說智能手環、移動機器人等來引導學生入門，激發學習興趣，也有些老師在日常的教學中這樣做了，也起到了一些成效，但是不足以滿足應用型本科對工程化教學的要求。

（2）學生起點不同，但教學方法單一，沒有針對性。

我校因歷史原因，招生層次多種多樣，學生的綜合素質不盡相同，對專業知識的理解和接受能力也不一樣。但教師在教學過程中方法較為單一，無視學生間的單體差異，再加上現今學生的求知欲和主動學習的意識較差，使得學生對課程喪失了學習興趣，當然課題教學效果也不會好。

（3）實驗教學以驗證為主，缺乏創新型、自主性。

實驗教學針對不同專業，有采用實驗箱、有的采用開發板，學生根據配備的實驗指導書，按照給定的電路和示范程序，下載到單片機，觀察實驗結果。這種簡單的驗證性實驗很難引起學生的好奇心和學習興趣，也不能鍛煉學生的開發設計能力。另外，隨著時間的流逝，實驗室的實驗設備損耗較大，計算機、實驗箱、開發板都有不同程度的損耗，即使班級分組進行試驗也很難做到一人一機，并且實驗室不開放，學生課外很難有機會進行實踐。學生的創新性、自主性得不到很好的培養。

2 工程化在教學中實施及相關成果

應用型本科的單品機教學應該采用“以職業為導向，以能力為核心，以學生為主體”的CDIO（構思、設計、實施、運行）教學理念，通過一個個小的項目和模塊化的教學設過程來進行理論和實驗教學。教研室的多位老師通過幾年的時間嘗試采用“仿真平臺+開發板+課程設計+競賽”的教學模式，來優化我們的單片機課程的教學，收到了不少的效果，學生們的學習熱情和對單片機的興趣都有不少的提高，學習成效也比較明顯。

（1）基于Proteus和Keil 的仿真實驗平臺構建。

如何將工程化引入到平常的課堂教學和試驗教學中呢？“項目教學法”是一個很好的辦法，但是有的項目如何在有限的學時內想通過電路設計、焊接、調試又很難做到，那么構建一個仿真平臺也就很有必要了。基于Proteus和Keil 的仿真實驗平臺構建可以將實驗實踐教學與課堂教學有機的結合起來。

開發虛擬仿真平臺的構建也不需額外增加硬件設備，同時也減少設備維護開支，讓每個學生不僅在課內在課外也可以培養開發設計的能力。仿真調試過程中不僅可以看到實驗現象，也可以對單片機內部資源隨程序運行時的變化有直觀的認識，使得軟硬件能有機的結合起來，真正實現了軟硬件協同仿真，比傳統的教學方式有明顯的改善。

（2）基于項目驅動的單片機案例開發及項目化教材建設。

針對單片機課程特點進行分析后，歸納總結出其所需要的信號燈閃爍系統設計，流水等模擬系統設計等能力而設置的工程任務，每個工程分成幾個學習任務，學習任務完全按照基于工作過程的教學模式展開教學，有助于提高學生的動手能力、自學能力、創新能力以及崗位能力等各項素質。通過項目化教學的開展，學生能很快的融入到單片機設計研發過程當中，對基礎知識的學習也更加容易和快速，并將所學知識構成了一個完整的系統。

結合一些項目驅動的單片機案例，比如說交通燈、數字溫度計等來編寫項目化特色教材《單片機原理及應用》，對教材的內容編排進行全新的嘗試，課程內容先由工程項目導入，然后展開理論學習，方便學生透徹地理解理論知識在工程中的運用。在教材中增加開發板的制作，使用配套的開發板來激發學生的學習興趣，也避免了實驗設備重復使用造成損壞對教學效果的影響，讓每一個同學都有自己的開發板。

（3）開發制作發配套單片機實驗板，用作實驗教學、課程設計和大學生單片機競賽。

將項目驅動法引入單片機教學，同時結合教師的科研項目、大學生創新創業項目以及大學生單片機競賽，把所要講授的理論基礎知識和實驗實踐技能分解到一個個小的任務中，讓學生在項目中學習成長。通過大學生創新創業項目的開展和學生參加教師科研項目引導學生掌握提出問題、分析問題和解決問題的方法，最終讓學生通過自己的努力和教師的指導，參加大學生單片機競賽來考驗自己對知識的掌握。

3 結論

以工程設計為主線，將設計教育貫穿于整個單片機課程教學。在單片機課程開始就引入開發板的設計理念，通過開設不同的項目和模塊進行理論課程和實踐課程的講授，在課程中完成每個小項目、小模塊，最終完成整個開發板的設計、焊接及調試，培養學生的系統設計的能力。大學生競賽時學生可以利用完成的開發板加上一些擴展模塊，例如WT588語音模塊、紅外模塊等，自主完成電路設計、PCB電路板制作，Proteus仿真調試，實物制作等，有效提高學生的工程實踐能力。

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