高職院校單片機原理及應用課程教學改革的探討與實踐

王文霞

[摘要]針對當前高職院校單片機原理及應用課程中存在的教學問題，提出了單片機課程改革的具體教學措施，從選取教學內容、理實一體化教學、拓展實踐能力、課程考核方式四個方面進行探討，并結合高職學生喜歡動手操作的特點進行了實踐，旨在激發學生的學習興趣和積極性，提高學生面向企業工程所具有的應用能力和創新能力，提升單片機課程的教學質量。

[關鍵詞]單片機;教學改革;教學措施

[中圖分類號]G712

[文獻標志碼]A

[文章編號]2096-0603（2019）07-0148-02

單片機原理及應用課程是高等職業院校電子信息技術和計算機專業的核心課程，也是一門理論教學與動手實踐相結合應用型很強的綜合性學科，涉及電子技術、傳感器C語言程序等課程具體的實際應用。高職院校人才培養方案就是把學生培養成能夠滿足當代企業人才需求的具有扎實理論功底、熟練的專業實踐技能及較強創新能力的應用型人才。因此，做好單片機課程的教學實踐，具有非常重要的意義。

一、當前單片機課程存在的教學問題

（一）單片機課程理論教學與實踐教學脫節

長期以來，高職院校單片機課程的理論教學與實踐教學是分開進行的。授課老師按照教材章節寫好教學計劃，按部就班地在教室里進行一個學期的理論教學，在整個教學過程中老師始終圍繞單片機的基本原理和分析程序作為突破口讓學生掌握單片機的基礎知識。在課堂教學中學生無法主動參與整個教學活動，只能被動地接受晦澀難懂的原理和程序，盡管第二學期實訓課教師帶著學生進行為期四周的單片機實驗實訓，但課堂教學環節與實驗實訓環節沒有在同一個學期里交替進行，課堂教學與學生操作不能容融為一體，而理論課教師和實踐課教師分開教學導致理論與實踐不同步，影響教學效果。單片機考試形式和內容多以理論知識及程序分析題為主，憑學期期末考試的一張試卷考核學生的能力。因此，單片機課程理論教學與實踐教學的脫節，直接影響學生對單片機的認知、應用和設計能力，無法滿足社會對創新型人才培養的需求。

（二）教學內容簡單陳舊，缺乏前沿性

目前高職院校單片機課程教學內容，大部分都是以MCS-51系列8位8051單片機為主，MCS-51系列單片機程序寫入還需要專門的編程器，沒有JTAG接口，不支持在線編程，使用不方便。隨著微電子技術發展，市場上流行的STC、MSP430系列單片機有的不需外部晶振、不需外部復位、大部分單片機芯片是可以直接仿真的，無需專用的仿真器。授課時用到的開發板下載線直接用手機數據線代替，直接連接充電寶當電源，可以在教室里走動，向學生演示起來很方便。雖然MSC-51系列單片機入門比較容易，但新技術介紹比較少缺乏前沿性，應將應用廣泛的液晶顯示、觸摸屏、紅外線遙控等高新技術納入單片機教學內容，適當引入這些單片機的新技術到課堂教學中是很有必要的。

二、教學改革的幾個方面

單片機課程教學改革是以學生為主體，搭建相應的教學平臺，目的是提高學生的學習興趣，注重學生實踐、動手和創新能力的培養。

（一）選取合適的教學內容

單片機課程教學內容緊跟單片機高新技術的發展潮流，學生才能更多地接觸業界的最新技術。本課程在內容上主要有12個章節：單片機基礎知識、單片機C語言程序設計基礎、I/0口操作、定時/計數器操作、中斷系統、串行通信接口、單片機系統擴展、單片機接口、電機控制液晶顯示控制、I2C總線接口、單總線與SPI總線技術。教師根據教材重新整合教學內容，修訂課程標準，編寫教學計劃，精選教學案例，例如手機控制LED、花樣流水燈、動態數碼管顯示、單片機與PC機的串行通信、設計簡易數字電壓表（ADC0808）、紅外遙控調速、顯示萬年歷、測溫系統（DS18B20）、12864漢顯、DS1302時鐘（LCD1602顯示）等。教學過程中減少存儲器擴展、普通I/0擴展等內容，增大Proteus、Keil軟件聯合調試運行案例的覆蓋面，提升單片機實訓室試驗箱和單片機開發板的使用頻率，增加面包板搭建電路的次數，增強學生對單片機的認識程度，增多學生動手實踐機會。

（二）理實一體化教學

課堂教學時單片機課程都采用B類理實一體化教學模式。教師在第一次授課時就建立了班級QQ群，課前發布教學案例，學生利用課余時間掃二維碼來學習相關知識點，上課時教師在課堂利用多媒體課件講解相關單片機基礎知識。學生實驗實訓以教學案例為對象，在單片機實訓室學生用Proteus 仿真軟件繪制案例的電路圖，再用Keil uVision4軟件生成十六進制的HEX文件，然后對仿真電路和程序進行聯合調試運行，達成預期的效果。教師對學生操作過程中出現的難點問題進行單獨輔導，對普遍性問題，授課教師集中解答。在仿真成功的基礎上，要求學生修改電路和程序，利用proteus和Keil 軟件進行與單片機相關的虛擬仿真實驗開發，努力培養學生的創新能力。最后學生在理解程序的前提下完成程序修改，學生動手在單片機實訓室DICE-5212K單片機試驗箱上完成硬件電路的接線，結合Keil 軟件，下載程序完成實訓。理實一體化教學主要完成演示性、驗證性、和初步綜合性實驗項目等基礎性單片機實驗實訓，促進學生認識單片機，為學生進行創新設計打下基礎。

（三）拓展實踐能力

1.引入“互聯網+”口袋實驗室

“互聯網+”與口袋實驗室相結合的實踐，使學生能隨時隨地學習單片機理論知識，可以進行大量實踐訓練，真正接觸單片機的實物，深刻理解單片機的工作原理，感受單片機強大的實用性，從而促進對單片機的學習興趣。單片機口袋實驗室可以完成的實驗項目非常豐富，例如學生可以宿舍里在裝有STC89C52RC單片機芯片的開發板上，完成步進電機速度、轉向和開停控制的硬件電路連接，首先拿6根杜邦線在開發板上一頭接在單片機PO口的P0.0-P0.3和P3口P3.2、P3.3對應的排針上，另一頭接對應的按鈕K1 K2、K3、K4、K5、K6，用于步進電機的1檔、2檔、3檔.4檔調速和步進電機開關、轉向，再拿4根杜邦線一頭接單片機P1口P1.0-P1.3對應的排針上，再接驅動芯片四個輸入端NIN_A、IN_B、IN_C、IN_D，最后再拿4根杜邦線一頭接驅動芯片的四個輸出端A+、A

一、B+.B一，另一頭接步進電機對應的A+、A

一、B+、B一端，用PZ一ISP 普中自動下載軟件，選擇芯片類型STC89Cxx（New），串口號COM4，波特率460800，打開步進電機中HEX文件，打開開發板電源，點擊程序下載，完成程序下載，調試運行程序，觀察不同轉速下步進電機的啟動、轉向時的運行情況。單片機口袋實驗室讓學生實現了想做就做的愿望，有利于培養學生的專業綜合知識應用能力，為后續創新設計、打下堅實基礎。單片機開發板有效地培養了學生學習的趣味性和動手操作能力，培養了學生創新意識與探索精神。

2.引入面包板教學

面包板是由于板子上有很多小插孔，專為電子電路的無焊接實驗設計制造的，面包板實踐教學模式給了學生寬松的電路實驗環境，做中學使學生創新性思維得到發散。教學初期認識單片機時，可以在價格低廉的面包板搭建單片機最小的應用系統。首先在面包板上插入一個DIP40封裝的STC89C52RC單片機，其次在兩個時鐘引腳上接1個11.0592MHz晶振和兩個30pF電容構成時鐘電路，再次在復位引腳上接1個10uF電容和1個10k電阻用于復位，5V連接面包板的電源，GND連接面包板負極，這兩根線可以給單片機供電，最后在P1.0上接了一個LED和電阻，用電腦下載LED閃爍的程序，可以看到紅色LED正處于點亮的狀態。整個硬件都是學生自己搭建起來的，學生的動手能力增強了，興趣也提高了，所以說做好單片機的入門工作很重要。在面包板上完成單片機實物的硬件電路的搭建，結合Keil軟件下載程序，也可完成實訓，能增加學生課后練習的機會，大大提升教學質量，同時搭建單片機電路板，進步拓展學生的實踐能力。

3.增加單片機課程設計

單片機課程執行到中期時，教師就開始部署課程設計，讓學生的思維觸角延伸到課本以外的電子科技世界，在淘寶網上收集單片機開發的各種單片機作品，讓學生更多地了解單片機的應用。學生根據所學知識，集思廣益，選擇一個合適的基于單片機設計項目，在實施過程中，遇到焊接等技術難題，可以在網，上百度，尋找改進方案。例如，學生制作一款心形流水燈，整個過程要在A+雛鷹班焊接室完成任務。硬件電路的搭建：第一步是先在PCB板對應的位置插入1個12MHz的晶振和2個22pF瓷片電容構成單片機的時鐘電路，接著插入1個10K電阻和1個10uF電解電容，構成復位電路。這兩組電路焊接好后，第二步是插入DIP40單片機底座并焊接，第三步插入35個510歐電阻并焊接，第四步插入32個5MM白發LED燈組成一個大大的心形和32個3MM藍色發光二極管組成“LOVE”字樣并焊接，注意二極管引腳的正負極，一般長腳是正極，短腳是負極，不能接錯。第五步插入DC005電源座、6腳自鎖開關并焊接，接著連接1根USB轉DC005電源線。源程序的建立：根據課題需求，完成相應的程序編寫或修改程序，最后將燒寫好程序的單片機STC89C52RC芯片插入底座上調試運行程序，運行時，64個LED燈依次點亮到全亮，產生絢麗多彩流水燈效果，激發了學生動手焊接的興趣。最后，每組提交一份基于單片機控制焊接作品，教師進行考核，推選優秀作品，進行單片機競賽。作品完成后，每個小組成員根據設計的課題每人撰寫一份相應的課程設計文稿，在整個教學過程中注重學生職業能力的提高和團隊協作能力的培養。

（四）課程考核方式改革

以前單片機課程采取比較單一考核形式，考題側重于記憶，處于認知的最基層，而改革后課程考核突出學生的實踐能力，真實有效反映學生對單片機應用能力。本課程大膽摒棄傳統單獨的筆試考核，進行課程實踐考核與評價，考查學生對課程專業知識和專業技能的掌握情況。課程整體成績由過程性評價、結果性評價兩部分組成，其中過程性評價中上課考勤情況、學習態度進行評定的權重占20%，課程實驗實訓完成情況、動手實踐情況等進行評定的權重占40%，結果性評價學生期末考試成績進行評定的權重占40%。

四、結語

本課程主要采用混合教學模式，給學生搭建不同的學習平臺，教師在不同的階段采取不同的教學設計和教學方法，引導學生積極參與教學活動，促進學生動手操作，親身體會單片機課程的魅力，以更好地適應經濟發達地區企業發展的需求。

參考文獻：

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