高職單片機應用技術課程教學改革

鄧建鋒，王 杰 ，劉衛想，李 哲，于瑞鋒

(河南林業職業學院，河南 洛陽 471002)

1 引言

單片機技術是高職機電一體化技術等專業的一門核心課程，學習該課程對于學生初步認識單片機的整體設計過程和從事電子產品設計、檢測和維修等具有重要的意義。該課程具有實踐性、實用性、綜合性強的特點，需要教師在講課的過程中重視理論與實踐的緊密結合，以具體的電子產品設計為例著重培養學生的動手實踐能力。對高職院校學生來說，理論基礎知識薄弱，動手實踐能力強才能提高自身競爭力，因此更應注重學生在動手實踐的過程中對理論知識的掌握和創新能力的培養。

2 高職單片機教學現狀

2.1 教材內容枯燥，學生興趣不高

當前，大部分的單片機應用技術教材以MCS-51系列單片機為主要內容，對51單片機運行機理、寄存器、匯編語言等內容都做了詳細的描述，這些知識枯燥且難度較大，學生不易理解，大大降低了學生學習單片機課程的興趣。隨著高職的擴招，單招成為招生的主渠道，生源群體發生重大變化，大部分學生更樂意動手進行實踐操作，對需要理解和記憶的知識缺乏興趣。

2.2 教學資源有限，學生實踐環節不充分

單片機是一門綜合了理論知識與工程實踐的高實用性課程，需要大量的實際工程項目實踐來提高學生的動手能力，并夯實理論基礎。但在實際的教學過程中，由于實驗室資源相對緊張，主要采用的是用理論加軟件仿真或者理論加試驗箱實訓，理論課上完之后，在實驗室中經常出現一個學生操作電腦或者試驗箱一群學生圍觀的現象，學生實踐時間的不充分不利于單片機的學習。

2.2 教學項目固化，學生缺乏創新能力

教材中的教學項目和試驗箱上可操作的實驗是很成熟的實例，一般很少變化，在實驗室進行單片機項目實訓時，大部分學生在學習過程中缺少自主思維，單純地參照給定的代碼進行驗證，沒有進行很好地理解掌握，難以實現高質量的學習和創新。

3 教學改革的措施

3.1 教材改革

教學團隊通過整理和分析51單片機的主要知識點，以項目教學為主線，以增強學生就業能力為導向，以培養學生實踐和創新能力為目標來設計教材。刪除企業中一般不使用的匯編語言和復雜很少使用的寄存器等內容，以C語言為程序開發語言，結合學生的專業設計擴展性實驗，合理將知識點融合于項目中，由淺入深循序漸進的編排教材。

3.2 教學項目改革

教學實踐項目(圖1)的合理設計是學生學好單片機的重要保障，學生具備單片機應用能力和實踐創新能力，是循序漸進、不斷積累和長期訓練的結果。為此，以培養學生的技術應用、實踐創新能力為目標，將單片機實踐項目劃分3個階段來進行實施，逐層深入。

圖1 教學實踐項目

(1)基礎打牢階段。此階段讓學生掌握單片機的基礎知識、基本原理、基本的程序編寫和調試技能，主要包括單片機運行原理、IO口控制、按鍵、7段數碼管、AD/DA轉換、定時器、中斷、串口通信等內容。

(2)綜合擴展階段。通過前一階段的學習，此階段設計趣味性強，貼近生活結合專業且包含多個單片機基礎知識點的各種電子產品小項目，如花樣流水燈、交通燈、數字鐘、密碼鎖、搶答器、溫度檢測系統、PWM電機調速等。通過這些項目的訓練，可調動學生的學習積極性，提高學生解決實際問題的能力。

(3)實踐創新階段。設計固定或開放的課題讓學生參與單片機電子系統開發的全流程，即原理圖設計，PCB設計，仿真調試，器件選型，電路板打樣，元器件焊接，軟硬件聯調等。可讓每個學生的實踐動手能力、軟硬件設計能力都得到了一定的訓練和提高。

教學項目的改革讓學生首先認識到單片機可以解決實際中的哪些問題，學生在學習的過程中結合本專業對單片機的應用會有更進一步的認知，項目的趣味性和實用性讓學生有興趣花更多的時間去動腦思考和實踐。理論知識帶動實踐訓練，項目實踐訓練又鞏固了理論知識，做到了理論與實踐的相互融合，體現了“學中做，做中學”的教學理念。通過設計恰當的項目，有利于培養學生分析和解決實際應用項目的能力，強化學生項目組織與實施的能力，實踐動手和創新的能力。

在整個項目實施過程中將理論知識融入到實際應用案例中，通過理論知識應用—案例仿真—案例應用動手實踐—理論知識驗證學習網絡來實現對單片機知識的深入學習。學生循序漸進，由淺入深地練習和實踐，能夠大大提高學生的就業技能綜合素質，不僅使學生對單片機知識還能對電子線路、電子元件、計算機應用、編程、焊接等知識和技術進行掌握，成長為復合技能型人才。

3.3 教學方法改革

主要采用的教學方法有現場教學法、任務驅動法、分組討論法等，旨在將課上、課下、線上和線下需要學習的內容有機地結合起來。課上學生利用Proteus軟件繪制原理圖，并編寫相應的C語言代碼進行仿真模擬，然后分組在試驗箱中進行驗證；課下學生利用課余時間在宿舍或者實驗室進行強化學習，教學團隊安排老師針對性的進行指導；線上錄制了單片機各種知識點和程序代碼講解的微課小視頻，還配置有相應的章節測試供學生練習；線下學生可利用碎片化的時間學習各知識點和練習相關的項目。

以機房為主要的教學環境，保證每個學生一臺計算機，三人一組共用一塊51單片機實驗板的硬件資源。老師采用Proteus仿真軟件和Keil編程軟件進行現場教學，將理論教學部分搬進了機房，理論結束后學生可直接進行項目模仿和創新實踐。采用Proteus軟件模擬仿真的項目直觀性和靈活性大大提高了學生的學習興趣，小組內部成員互幫互助一起進步增強了學生的團隊協作能力，小組之間爭先恐后相互競爭提高了整個班級的學習效果。

4 教學改革效果

教學改革改變了單片機以往教學模式枯燥的教學方式，將理論—仿真—實踐等緊密結合起來，更好地實現學生“學中做，做中學”，提高了學生的學習興趣，加強學生對單片機知識的掌握。除了采用仿真形式對單片機知識進行驗證之外，通過設計固定或開放的課題讓學生參與單片機電子系統開發的全流程，即原理圖設計，PCB設計，仿真調試，器件選型，電路板打樣，元器件焊接，軟硬件聯調等，可讓每個學生的實踐動手能力、軟硬件設計能力都得到了一定的訓練和提高。

通過改革，使學生的單片機應用水平有了極大的提高。有學生參加藍橋杯單片機設計與開發競賽中獲得國家級競賽二等獎、省級競賽一等獎的好成績，且畢業后從事電子產品開發相關工作的學生也越來越多。

5 結語

通過教學改革，讓學生在課堂上從被動學習轉變到主動參與，大大提高了課堂教學質量，使學生掌握了一定的單片機開發知識。通過小組的形式進行大量的實踐項目不僅提高了學生的動手實踐能力，培養了學生的團隊合作意識，而且加強了學生的專業水平和創新能力，為以后的工作打下了堅實的基礎。