应用型本科院校单片机原理与应用课程教改探索

吴爱萍 盛党红

南京工程学院 江苏南京 211167

应用型本科院校单片机原理与应用课程教改探索

吴爱萍 盛党红

南京工程学院 江苏南京 211167

本文分析了当前单片机教学过程中存在的问题，结合单片机的课程特点，提出了单片机理论教学内容、教学组织形式、实验教学的改革方案和措施，以便更好地培养学生的实践创新能力，符合应用型本科院校的培养目标。

单片机；教改；开发创新

单片机在工业过程控制、智能仪表、通信及家电等诸多领域得到广泛的应用。在国内，单片机原理与应用已成为控制工程、应用电子、机电等专业的一门非常重要的主干课。通过该课程的学习，可以使学生掌握单片机及接口电路的基本原理，系统地学习汇编语言编程方法，锻炼学生分析设计和动手调试能力，为将来从事各种智能化产品的开发设计提供技术支撑。然而，目前绝大多数院校的单片机原理与应用课程教学效果却不是很理想，致使单片机教学改革成为众多应用型院校需要重点解决的一项教研课题。

一、教学现状及存在的问题

目前，我校单片机的教学基本上采取板书为主，多媒体为辅的教学方式，教学内容主要包括单片机的硬件结构及基本原理、汇编语言设计、接口电路技术、应用系统设计等几部分内容。多年来，感觉相当部分同学在分析设计、动手调试上还非常欠缺，面对设计要求，无从下手。甚至有些同学对这门课产生惧怕感。我们一方面深入学生，了解他们的学习情况，另一方面，我们也在反思，从教师的角度去寻找原因。

1.对单片机的结构组成及工作原理理解不透

不了解CPU内部指令执行的微操作，自然不会用计算机的思维去开发设计。

2.由于采用汇编语言编程，学生感觉语句抽象，编程效率低

单个指令好理解，写成的程序由于与硬件相关，难以阅读，容易感到枯燥乏味，缺乏学习积极性。这使得学生对单片机缺乏全局观，顾了硬件，顾不了软件，工程意识薄弱，系统性差。这大大影响了学生以后项目开发能力。

3.实验设备相对落后

大多数院校的单片机实验都是在实验箱上完成的。而实验箱的开发手段及外围器件扩展技术严重滞后于现实应用。致使学生毕业后面对新的扩展方法、新的元器件无所适从。此外由于实验箱往往都是多个接口电路单元的高度集成，当学生面对这么复杂的实验箱时，易产生畏难心理，干脆不想去搞清实验箱上的硬件电路。实验时，按实验指导书的要求和步骤，完成验证性的实验内容还行，但面对设计性的实验，就不能灵活使用实验箱上的硬件资源构成自己所需的硬件基础，这严重影响了动手实践能力的培养，使学生缺乏创新精神。

4.软硬件学习脱节

教材及教师对单片机软硬件结合的系统设计方法强调不够，实例过少，缺乏单片机系统完整实用研发过程的实例，致使学生在构建实际单片机应用时没有系统化的思路，更谈不上工程意识。这严重影响了学生创新能力的培养。

二、单片机教学的改进措施

针对目前单片机的教学现状，根据我们多年来的教学经验，积极探讨单片机的教学改革方法。

1.精选教学内容，更新教学内容的组织形式

针对单片机实践性强的特点，打破传统教学模式，重新确定单片机原理及应用课程建设思想：以应用为导向，构建新的以项目为中心课程体系，确保教学内容的合理性、实用性和先进性。

教学内容遵循“以传统知识为基础、以新器件为背景”的原则，在保留MCS-51传统内核的基础上，引入新的先进器件，让学生跟上技术的发展。将只讲汇编语言的设计方法改变为以汇编为基础，以C语言为应用目标的模式，使学生对编程感兴趣，提高学生竞争力。

改变教学组织形式，实现“以项目立模块，以模块构知识，以知识定章节”的教学模式，便于学生学、记、用。针对传统教学内容广而全，实例分散，教学目的不够明确，系统性差的缺点，我们采取以下教学组织形式：以一个典型项目设计作实例(比如，温度调节与显示系统)，将该实例分解得到各相应的知识模块，将这些知识模块分别放到各章节作为典型实例详细剖析讲解，并分别调试通过(比如，温度调节规律放在程序设计章节讲，显示程序放在接口电路章节讲，温度采集放在A/D转换章节讲)，最后将前述的模块进行综合得到一个完整的项目实例程序。这种用典型项目实例贯穿整个教材，把单片机的教学过程演绎成为一个典型的最小应用系统的研发过程，使学生更加清楚本课程的用途，更容易掌握项目开发过程，更加能够系统地理解单片机的原理，培养他们的工程意识，激发他们的创新热情。

此外，在教学过程中，充分发挥多媒体教学的优势，将单片机内部抽象难懂的微操作以动画的形式，用声音、图文，图像等多种直观形式促进学生的记忆。

2.重视实践教学环境的改进

单片机是应用性很强的一门专业基础课，根据我校应用型本科院校的办学特点，在教学过程中应充分重视单片机的实践教学环节。使学生在动手实践的过程中增加感性知识，努力提高学生的动手能力。

首先，适当增加实验课时。传统的教学，由于实验课时少，只能做几个验证性的简单实验，较少涉及运用理论知识去解决实际问题，这样的实验体系不利于提高学生学习的主观能动，不利于培养学生动手应用能力和创新意识。实验学时增加后。可以以原先验证性实验为基础，引入要求相对较高的设计性、综合性实验，由学生自己设计硬件电路，自己构建程序模块并编写程序，教师只在关键性的地方给予指导，具体工作由学生自己完成，可以充分发挥学生自己的能动性和创造性。我们学院前几年，每届都有一个教改班，单片机总时为48学时，其中有一半学时是实验，其他非教改班总学时也是48学时，但只有10学时实验，事实证明，每届教改班学生对这门课的兴趣，动手开发能力、工程意识都比其他班学生明显强许多，并没有因为理论学时少了而影响学生的理解力。

其次，应该设法克服现有实验箱器件相对落后，扩展电路相对固定给学生做综合性，设计性实验带来的束缚。一些验证性的基础实验还是在实验箱上完成，让学生对单片机系统有感性认识，打下基础。对于设计性实验，实验时间比较长，实验箱上的外围电路未必就适用，为此我们要求基础好的同学自己制作或在老师指导下制作开放式单片机电路板，市场上也有这样的开发电路板卖，约百元左右，且具有多种新功能，比如在线编程功能，这样的开发板体积小巧，使用方便，学生可以带回宿舍调试程序，两人共用一台，也不会对学生造成太大的经济负担，学生可以在课余时间自己动手调试，不受实验室的约束。让学生体会到“学中做，做中学，边学边做,边做边学”的学习乐趣,提高学生的系统调试能力和工程实践能力,营造出学习单片机的良好氛围。

3.以课程设计为契机，培养学生的综合素质

单片机作为一门应用型很强的专业基础课，通常在基本知识讲解完后，会安排一周的课程设计。课程设计是学生将学到的基本知识加以综合运用的过程，也是基本知识的消化、升华，锻炼开发能力的过程。教师首先应在课程设计1周前将设计要求下发给学生，并向学生提供一些相关资料，并推荐单片机学习研究的优秀网站，指导学生查询资料，让学生有足够的时间去构思。随着设计内容的扩展，学生会通过课程设计的主线逐步将各部分分散的知识点串接起来，形成设计的总体框架。在设计中，充分发挥学生的能动性，鼓励学生提出自己的设计思路，教师可以在关键的地方帮学生把好关，大家在一起讨论方案的优劣和可行性，再引导学生分工协作分头完成各自的模块，最后组装调试。这样既培养了学生对所学知识的运用能力，也培养了团队协作精神，提升了学生的综合素质。

三、结束语

在这几年的教学过程中，我们应用以上的教学方法，取得了较好的教学效果，学生不再畏难单片机，提高了学生的学习热情，参加单片机方面的科技创新人数大增，经常有学生拿出一些小发明、小制作和老师交流。由此可见，只要我们用心发现问题，修正我们的教学理念，从学生自身情况出发改进教学方法，就一定可以教好单片机。

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Exploration on reform of single-chip microcomputer teaching in the applied undergraduate institute

Wu Aiping, Sheng Danghong
Nanjing institute of technology, Nanjing, 211167, China

The problems in the procedure of the single-chip microcompture teaching are analysed at present.The measures and schemes are instroduced for the theory teaching,practive teaching and teaching form to this course according to the peculiarity of the single-chip microcomputer,so that we can improved the students’ ability to innovative and practive more better. This accords with the train goal of the applied undergraduate institute.

single chip microcomputer; reform of teaching; development

book=69,ebook=518

2010-01-27

吴爱萍，硕士，副教授。盛党红，博士，副教授，自动化分院书记。