单片机系列课程教学改革在大学生课外科技活动中的探索*

王冠凌 陈孟元

安徽工程科技学院 安徽芜湖 241000

单片机系列课程教学改革在大学生课外科技活动中的探索*

王冠凌 陈孟元

安徽工程科技学院 安徽芜湖 241000

单片机原理及应用课程是一门与实践结合紧密的课程,在教学中存在一些教学难点。本文针对当前单片机教学过程中的现状和存在的问题,结合教学实践,提出了单片机理论教学改革和实验教学改革的方案和措施,以更好地培养学生的硬件、软件设计能力,适应创新型人才体系教育的需要。

单片机；教学改革；实践

单片机原理及应用是自动化、电子信息、计算机、测控等专业的专业基础课, 也是一门实践性很强的课程，许多学校及教师都在探索提高该课程教学效果的方法。由于该课程的实践性很强，安徽工程科技学院电气工程系单片机系列课程教学团队在教学当中始终坚持与实践紧密结合，即理论教学与实验、各类课外科技竞赛以及与学生实际能力相适应的科研相结合，运用多媒体、网络和双语等多种教学手段，及时地将单片机发展的最新技术和教师的科研成果融于教学内容中去。经过多年来的培养，单片机系列课程教学团队中一批业务能力强、敬业爱岗的教师积极投入教学研究和教学改革中，指导多名学生参加多届全国“挑战杯”大学生课外科技作品竞赛和全国电子设计竞赛，获得了较好的成绩。

一、单片机系列课程的结构、内容的优化整合

通过多年来的努力，该课程系列已构成从授课、答疑、实践环节(包括：实验、课程设计、综合实验)等完整的教学体系，保证该课程的教学质量。完成了单片机系列课程(单片机原理及应用、智能仪器及接口技术、计算机接口技术、计算机控制技术)的建设,根据专业不同制定了专业发展规划和课程教学大纲。单片机实验内容修改多次，重新编写了单片机原理及应用实验指导书,制定并已实施了：单片机原理考核方法、单片机实验考试制度细则、实验考核卡、实验预习报告的要求及实验报告的要求等实验教学管理文件及制度。为出色完成毕业设计奠定了较好的基础，通过对学生综合能力的培养,为学生就业直至学生能很快适应工作岗位起到了至关重要的作用。通过课程建设,单片机原理及应用已于2007年批准为安徽省省级精品课程。

二、教学方法与教学手段的改革

1.尝试教学实践与创新实践的紧密结合

在教学当中始终坚持与实践紧密结合：即把实验、大学生课外科技活动、各类竞赛和培养学生实际能力相结合，将单片机最新的技术、发展和教师的科研成果溶于教学内容中去。

采取部分开放的实践教学模式的试点，在时间、内容、仪器设备、教学形式等方面给学生空间。在学习的过程中，学生在开放实验室中进行了指令学习和巩固。也逐步学会单步、断点、全速运行的调试方法和排除故障能力，并能使用寄存器窗口、存储器窗口等仿真器的功能，分析各种实验现象。在教学实践的基础上，开展形式灵活、面向不同年级学生、连续不间断地创新实践，如组织电子协会进行课外科技创新活动，以多层面学生为对象与专业技术相结合的创新项目活动、组织培训学生参加全国、省大学生电子设计竞赛等。已举办五届“瑞德杯”单片机竞赛、参加多届以单片机技术为主的全国、全省大学生电子设计竞赛、全国大学生“挑战杯”竞赛，取得了良好成绩。

2.多媒体教学和网络教学

课堂教学使用多媒体教室,传统教学手段和网络化辅助教学手段相结和,采用多媒体电子教案、程序案例和网上教学资源。多媒体教学方法的使用,丰富了讲述的方法。使复杂枯燥的原理内容，变得生动，从多角度多侧面分析问题，效果显著。多媒体教学的充分使用,加大了课堂教学的信息量,沟通了教师和学生的交流,使得资源共享，效率大大提高，并有效地调动学生学习的积极性，学生的自学能力得到提高。

为了使学生了解、熟悉、掌握单片机技术的现状、发展方向，通过布置大作业的方式，鼓励学生在已掌握知识的基础上，通过查阅参考资料和网络资源，尽可能的使用新技术、新型的芯片。

3.双语教学

近些年来，科技发展日新月异，知识更新速度加快，互联网提供了更为自由与宽广的知识获取途径，可以直接为学生提供与单片机课程相关的外文资料，学生利用互联网去搜索外文信息，作为课程知识的补充材料，这样学生不仅可以直接了解国外单片机技术的最新动态，更主要地是教给学生一种自主学习的态度与查阅外文技能。我们已在电子信息工程、电子信息科学与技术和通信工程专业进行单片机课程的双语教学试点,双语教学的方法是使用英文自编教材,教师板书以英语为主,讲授以汉语为主,内容以英语讲解。

三、重视实践性教学环节,改善实验条件

学校加大对实验设备的投入,大大改善了实践性教学环境,为单片机原理及应用及相关课程的教学改革打下了良好的基础,设备在原来22台(DP51)的基础上增加了24台(DP51-PRO),由原来的两人1组增加为1人1组；学生利用生产实习制作的几十套信号源、多种实验板还可以完成多个开放性实验和单片机相关的课程设计,随着新的培养计划的实施,电气系各专业学生在大四开展了综合性大实验,在这个过程中制作不同的实验板,学生一方面得到工程实践的实际锻炼，另一方面制作的实验板为下一届正在学单片机的学生做开放性实验提供了一些条件。具体方法是：

1.加强课程设计环节

课程设计是一个提高综合应用能力的重要环节。它注重锻炼学生分析问题和解决问题的能力，课程设计的过程就是系统地完成一个小系统从硬件设计、软件设计、汇编、模拟仿真调试、直至脱机运行等开发全过程。让学生掌握单片机应用系统设计的方法和过程，能初步掌握单片机系统的设计方法。在DP-51实验仪上仿真调试，并与下载软件DPFLASH配合，学习编程器的基本用法，如类型选择、厂家选择、器件选择、读入、编程、擦除等操作。这种建立在应用系统上的逐步扩展、循环上升的教学方法目的非常明确，就是利用单片机完成相应的控制要求。这有助于学生建立系统概念，形成独立开发与应用能力。

2.多种教学手段的应用(注重第二课堂的训练)

在注重课堂教学的同时，课外组织学生成立单片机兴趣小组。运用DP-51的更高级资源:如Flash器件AT29C040A,CAN控制器SJA1000,CAN收发器TJA1050T,USB器件PDIUSBD12,CPLD器件XC9572等,在创新实验室指导学生开发、研制一些感兴趣或实用的小产品，积极参加电子竞赛和挑战杯大赛。这样做一方面有利于巩固理论知识，缩短从理论到实际应用的过程；另一方面可使学生产生一种创业成就感，有利于培养他们的学习兴趣，增强其创新意识，提高实际应用能力。

3.综合性实验

根据新的培养方案，为了提高学生科研动手能力，在第8学期开设专业综合大实验，时间为4周，内容是学生选定一个科研小课题，首先进行电路设计，再焊接元器件，最后，调试程序，完成小课题。具体步骤为：

(1)向学生提出具体的控制要求，让学生自己完成硬件设计和软件编程。

(2)采用PROTEL画图。

(3)采用印刷电路制板机制作硬件电路。

(4)实验板的焊接。

(5)对实验板仿真调试，学习编程器的基本用法，如类型选择、厂家选择、器件选择、读入、编程、擦除等操作。

(6)软、硬件调试结束后，脱机运行。

通过这些教改项目及措施,改善了学生实验条件、提高了实验的质量、大大提高了学生动手能力的培养,增强了学生对实验的兴趣和自信心；完善了实验管理制度,从制度上对实验质量进行科学评价；针对现有设备的技术改造,利用有限的资金,改善了学生的实验条件、提高了设备的利用率,更新了实验内容,完成从验证性实验到设计性和探索性实验的过渡。

四、探索中形成的特色成果

第一，基于本校“深度融合地方经济，着力打造安徽省工程技术人才培养基地，积极主动为地方经济建设和社会发展服务”的办学定位，在教学中特别注重学生动手实践能力的培养。单片机原理及应用是电类及相近专业基础课程，具有鲜明的实践性和技术性的特点。老师结合科研进行理论教学，将科研成果及工程实际适当引入课堂，使理论紧密联系生产实际，学生反映普遍较好。课程设置相应的实验和课程设计，提高学生的学习兴趣和动手实践能力，使学生受到用人单位的普遍欢迎。

第二，将传统的“课程设计”变为“小科研项目”。增强动手能力和创新能力的培养，突出了课程实践性和技术性的特点，采取项目教学法授课。编写了单片机原理与应用系列课程、“综合性大实验”等项目研究大纲、单片机原理与应用系列课程及“综合性大实验”的指导书。在项目大纲和指导书中，搜集了一些既能紧密结合单片机理论知识，又能贴近生活实际、学生感兴趣的素材作为项目研究内容，并将这些素材编排成一个个科研小课题，合理选题，精心安排。在制作工艺、技术指标等方面都提出了具体考核要求。学生们已在部分课程设计题目和综合大实验中成功地制作出了电子作品，收到了良好的教学效果。

第三，将传统的“先理论讲授，后实验验证”的教学方式变为“边讲理论,边实验”的教学方式,解决了理论与实验不同步、学生学习效率低的问题。把世界上流行的“行为教学法”引入到单片机教学中来,采取“干中学”的教学方法,具有鲜明的教育特色。

第四，教学与大学生课外科技活动、各类竞赛以及与学生实际能力相适应的科研相结合，在教学实践的基础上，开展形式灵活、面向不同年级学生、连续不间断地创新实践，如组织电子协会进行课外科技创新活动，以多层面学生为对象的创意竞赛、与专业技术相结合的创新项目活动、组织培训学生参加全国、省大学生电子设计竞赛等。让学生通过制作电子作品，加深对理论的理解；通过制作找到自己学习的目标；通过制作把被动的学习变成积极主动的学习，取得了很好的教学效果。两年来，学生制作了大量的基于单片机控制的电子作品，作品的数量之多，学生感兴趣的程度之大，参与人数之多，大大超过了以往。已成功举办了5届“瑞德杯”单片机竞赛、参加多届以单片机技术为主的全国、全省大学生电子设计竞赛，全国大学生“挑战杯”竞赛，都取得良好成绩。

五、结束语

随着计算机技术、微电子技术的发展，单片机技术在智能仪器仪表、智能传感器、数据采集与处理、家电、计算机控制系统等领域被广泛应用。特别是近几年单片机从概念到技术、结构发生了很大的变化，其性能与功能跟过去无法相比，使其应用越来越广、技术也越来越成熟。同时国家为了鼓励、提倡大学生动手能力的锻炼与培养，适应社会发展的需要，设立了各种国家级的竞赛活动，在这些竞赛中单片机技术的应用占有重要的地位。因此，在教学中注重学生动手和实践能力的培养显得尤为重要，通过毕业生反馈回的信息，近年来我校很多毕业的学生都从事有关单片机技术的开发与研究工作，学生进入工作岗位后上手较快，受到用人单位的普遍欢迎。

[1]郎朗,江明,王冠凌，等.单片机课程实验教学的研究与探讨[J].中国现代教育装备, 2006，6:28～30

[2]孙新柱,陈跃东.电力拖动控制系统课程教学改革探索[J].信息科技,2009，25:7

[3]王超,迟耀丹,王蓉晖，等.从大学生电子设计竞赛谈高校青年教师实践能力的培养[J].吉林师范大学学报(自然科学版),2008，2:117～119

MCU series teaching reform to explore college students scientif c and technological activities

Wang Guanling,Chen Mengyuan
Anhui university of science & technology,Wuhu,241000,China

The principle and application of MCU is acour se which is combined with practice closely and there are some difficulties in both teaching and learning. According to the current situation on the teaching and experiment of single-chip microcomputer, this paper analyzed some problem existed in the process of teaching and experiment, then, binding with some practice, some program about the reform in the teaching and experiment were brought forward for the sake of cultivating students’s innovative spirit and ability on system design.

MCU；teaching；practice

2009-10-27

王冠凌，在读研究生，工程师。

*本文获安徽省教育厅重点教学研究项目2008jyxm071资助。安徽省教育厅教学研究项目2008jyxm284资助。2009年安徽省《电力拖动控制系统》精品课程资助。