基于創新能力培養的《單片機》課程教學研究

崔晗，黃思博，林宏翔，魏曉慧

（惠州學院電子信息與電氣工程學院，惠州516007）

0 引言

創新能力與科技水平關乎社會發展、民族進步和國家的興旺發達。培養創新精神、提升科研能力已經成為新時代高等教育的首要課題。《單片機》課程是一門基礎性、技術性、工程性、實踐性很強的工科電類專業課程，綜合融入了編語言、微機接口、通信技術等知識，是一門入門基礎教學課程。該課程作為電子專業最重要的核心課程之一，是電子信息和自動化技術領域非常關鍵和非常重要的技術，在工業控制、智能電表、工業機器人、信號處理和家用電器等領域有著廣泛應用［1－2］。

對于《單片機》這門課程無論是只學習51還是只學習STM32都是不盡合理的。本次教學改革在教學內容、教學方式、教學評價上都進行的一定程度的改革［3］。

1 模塊化授課51單片機

以往的51單片機教學是按照先理論再實操的步驟開展。從長期的實踐教學來看，這種教學方式存在一定的弊端：學生在初次接觸理論教學（見表1）時，由于缺乏對單片機原理構造和實際用途的認知，理論知識理解起來略感抽象、吃力，理論和實踐做不到“無縫對接”。針對這一問題，我們對51單片機授課模式進行改革，同樣的授課內容，在保證數量不變的條件下，我們對學習內容進行分解，重構學習內容，從而保證授課質量的提高。

表1 傳統51單片機教學內容

首先將具體授課內容分成固定內容和動態內容。固定內容包括主要講解單片機概念和原理；對于動態內容，構建模塊、課題、任務“三位一體”教學體系結構，采取“化整為零”的方式，將課程有機分解成多個模塊（見表2），模塊由若干課題組成，課題由若干任務組成，任務又包括目標、分析、相關知識和實施四個部分。將教學授課場地調整為實驗室，每個模塊和真實的環境相結合，把教學模塊放到真實的環境中。這樣可以縮短51單片機授課學時，短時高效地讓學生們對51單片機有了深刻的理解［4－7］。

表2 動態模塊化授課內容

2 配以“口袋式”實驗平臺，增強學生自主學習能力

傳統的實驗教學主要依托體積大且笨重的實驗箱，雖然集成了較多的外設資源，但很多實驗都是驗證性的實驗，學生的自主設計性不強。而且受到時間、地點的制約，只能在實驗課時間在實驗室完成實驗，導致實驗箱資源的浪費。2012年，美國德州儀器公司（TI）提出了“口袋實驗室”理念。所謂口袋實驗室，是指不受時間、空間限制的，并且實驗功能豐富的小型開發板，方便學生學習和二次開發［8］。便攜性的實驗平臺可以解決上述問題，通過購買或者自制便攜式的“口袋式”實驗平臺，此類實驗平臺價格較低，學生辦理相關手續可以每人外借一套，配合學生自己的筆記本電腦，在宿舍、圖書館或者教室也可以繼續做實驗和開發，可隨身攜帶，學生有想法隨時可以做實驗驗證，真正做到實驗室開放性。

學生的實驗按照“吃透原理、夯實基礎，拓展創新、提升能力”的原則和靶向，既要通過演示和驗證性實驗，采用經典的技術、方法和手段，通過獨立完成的方式，將經典實驗按照實驗原理要求演示得“一目了然”，讓學生掌握實驗的基本操作和基本技術，確實讓學生學懂弄通、吃透悟透原理，領悟設計者的原創思想；又要注重突出綜合性、設計性、綜合設計性和開放性實驗，采取獨立或合作完成的方式，引導學生開動腦筋、活躍思維，做到舉一反三、觸類旁通，努力提高學生拓展創新能力，力爭使學生的實驗水平達到實驗室的最高水平。

3 增加以STM32為主的項目應用

在51單片機的理論與實操學習的基礎上，適當增加STM32單片機的入門學習。由于STM32系列單片機屬于ARM系列，單片機原理上更加復雜，實踐性更強［1］，所以不太適合51單片機那種以各個知識點為主線逐步對各個知識進行講解的授課方式。在教學方法上，本次教學改革著重對學生的實踐能力進行培養，因為學生對STM32理論知識的理解（書本內容）與具體的實踐項目之間其實是有很大差距的。所以學生對STM32的知識點的掌握不是要求大而全，而是要求短時間內能夠把所學的一些知識點能夠靈活的運用到實際的項目過程中，這樣把一些從理論上學到的一些知識點能夠分散到一些由淺入深的項目中去。通過理論教學與項目操作練習相結合的模式，讓學生逐個項目不斷攻克難關，取得項目開發過程中的實際經驗。例如通過基于STM32智能可穿戴項目，可以對STM32里各個模塊有了初步的使用了解，同時教會學生們查閱手冊。

4 結語

通過對《單片機》課程內容和教學方式的改革，教學內容覆蓋面增大，整個教學內容從簡單的51單片機過渡到復雜的ARM系列STM32單片機，教學方式從理論和實踐單獨開展，轉換到理論與實踐緊密結合，使其收益面擴大，使所學的各種理論知識能夠真正的實現知識上的融會貫通，讓學生充分融入到項目的設計和開發過程中去，助力學生參加各類學生競賽，增強學生做畢業設計的能力，增加學生的畢業就業面，真正培養出具有項目開發能力和設計能力的人才，能夠為學生提供更多的鍛煉機會，對其畢業就業也有很大的幫助，從而對提高教學質量產生非常深遠的影響。