单片机应用课程理实合一教学探索实践

桂林电子科技大学信息科技学院 李德明

单片机应用是各高校电子信息类专业的一门非常重要的专业技术基础课程，其实践性、操作性，工程性都很强，学好单片机的相关应用对后续专业课程的学习发挥着重要的作用，毕业设计的相关课题也要用单片机来完成设计。对于电子类专业学生，如果毕业后想从事研发类工作需要具有较强单片机的应用设计能力，因此单片机课程的教学效果就显得非常重要。

1.传统教学模式的不足

单片机课程传统教学模式是理论教学与实验教学分开进行，学生先在教室进行理论知识的学习，然后根据理论课程的进度在实验室中安排相应的实验课题。理论教师只注重理论知识讲解，而单片机课程知识概念抽象，学生在学习过程中没有接触到实际操作应用，感觉学得吃力，枯燥难理解，教师也感觉到教得费劲。实验教师在实验教学中注重实际应用的需要，培养学生的实践能力，但理论课程和实验课程上课程进度难以保持一致，造成理论教学与实验教学严重脱节。当理论教学内容完成后，如果学生没能及时进行实验操作，理论知识就难以消化理解，就会给学生的学习造成很大困难。另外由于学生对理论知识掌握不好，当进行实验教学时，实验教师还要把理论知识重新给学生讲解一次，造成了重复教学和资源浪费，影响了教学质量的提高和应用性、创新型人才的培养。

2.理论与实验合一教学模式的优势

为了改变单片机课程教学效果不理想的现状，笔者进行了理论教学和实验课程教学结合在一起进行的教学改革探索。这种教学模式将理论课和实验课融于一体，打破原有界限，授课场所安排在多媒体实验室中进行，由同一教师授课，理论与实践内容间隔进行，师生双方边教、边学、边做，没有固定的顺序安排。随着教学模式革新的不断深入，理论与实验合一教学模式的优势逐渐体现出来，能有效提高学生学习的兴趣，提高教学质量，提高理论与实践应用的融会贯通能力。

理论实验合一教学较好地解决传统教学模式的弊端，增强教学的直观性，让学生能够在学习了理论知识后能马上动手做实验项目，用理论知识指导实验，在实验中掌握理解理论知识，加深印象，充分调动学生学习的热情。因此，理论实验合一教学模式是今后高校教学改革的一种趋势，会成为集理论性和实践性于一体的应用性课程的改革方向。

3.理实合一教学模式的实施

3.1 制定合理有效的课程教学计划

教学计划为教学活动指明了方向，制定合理有效的教学计划对于课程的教学起到至关重要的作用。为了符合理实合一教学的要求，教学计划的制定跟以前相比要有所不同。单片机教学传统模式在理论教学中授课顺序是先讲解硬件结构，到指令系统，然后是程序设计，最后是系统扩展及外围器件的应用，这样安排的教学计划会让学生学起来比较吃力，慢慢会失去学习的兴趣。理实合一教学计划的制定要考虑到学生的学习感受及教学大纲的要求，同时要根据本校的教学条件及实验条件情况来制定合理的教学计划。根据笔者所在独立学院的应用型人才培养要求，在制定教学计划时把实践操作部分的课时比例加大，像单片机硬件结构及指令系统这部分的内容适当删减和调整，相关的知识能满足教学的需要就可以了，不必深入研究学习，重点应放在程序设计及外围器件的应用这方面，这才是学习单片机课程要掌握的核心技能。

3.2 安排科学合理的教学内容

独立学院的学生学习的积极性普遍不高，专业课程基础薄弱，课余时间也不会利用很多时间去钻研，所以如果课程一开始安排很多理论性的知识，会让学生产生厌学的情绪。为了提高学生学习的热情和对单片机课程的兴趣，笔者采用实验设计教学法，让学生知道每次课都用单片机设计一个简单的项目，可以在实验设备上直观地感受单片机所起到的作用，从而逐步了解单片机的内部结构及功能作用。实验设计教学法打破传统教学模式，不按照教程的先后章节顺序授课，而是根据项目设计的需要来讲解相关的知识点，一个项目可以包含从单片机内部结构、寄存器设置、编程思想、外围电路等内容，虽然涵盖的面比较广，但是每个知识点的内容不多，学生完全可以接受和掌握。

为了吸引学生注意力，提高学习效果，笔者在单片机课程教学中由浅到深地进行教学项目的设计。例如以发光二极管LED灯的亮灭闪烁控制为入门项目，这个项目主要涉及到单片机I/O口的输出高低电平控制，对于初学者这是一个很好的实例，可以直观地看到LED灯的闪烁变化，结合程序就可以体会单片机的程序执行过程。这个例子的程序设计业很简单，需要一个main主函数，在里面加入循环程序：while(1){P1=0x00；delay()；P1=0xFF；delay()}，这样就实现LED灯的亮灭闪烁。实验涉及到单片机寄存器P1，还有延时程序的编写，学生很容易动手操作，然后可以修改程序的参数，观察LED灯亮灭的变化，从而加深对学习内容的理解与掌握，提高学习的兴趣。

随着课程学习的逐渐深入，安排的实验设计项目有按键输入及矩阵键盘的应用，可让学生掌握单片机I/O口作为输入的应用，然后学习数码管显示控制，掌握动态扫描的实现原理。学到定时器内容时可以设计一个24小时计数器，结合数码管实现时间的显示，同时加入按键调整时间功能，随着功能的扩展，让学生逐步掌握各模块的综合应用能力。另外可以根据实验室的设备条件安排其他实验项目，如单片机外部中断、串行口应用，还有常用的外围器件如液晶显示模块、电机控制、数据采集等的综合运用。

在实验中把项目细化成一个个小项目，在课堂中让学生去逐个实现其功能，重点掌握知识的综合应用及程序的编写调试。程序的编写对大部分学生来说是一个难点，在编程语言的选择上，笔者倾向于用C语言来进行单片机程序设计的教学，因为学生在大一时就进行了C语言的学习，有一定的基础，相对于汇编语言的繁琐来说，用C语言进行编程就显得简单一些，进行复杂的程序设计就更加可以体现出C语言的优势，这也符合现在企业用人的要求。笔者在课堂中经常结合具体的应用讲解编程的思路，并且现场编程示范演练给学生看，让学生体会到程序的编写是由人的想法而出，然后用相应的编程语句来实现想法的过程，这方法起到较好的教学效果。

3.3 教学实验设施的建设

理论和实践课程合一教学的实施需要建设好教学环境，以适应合一教学的需要。教学活动在实验室进行，每次课安排一个自然班授课，教师利用实验室的多媒体软件和实验开发平台进行教学。实验室需要配置电脑，让每位学生在上课中都可以支配一台电脑进行实验操作，电脑中安装Keilc编程软件、Proteus仿真软件、Protel99se画图软件等单片机课程必备的教学实验工具。另外还需要配置单片机实验箱，实验项目通过仿真后把程序下载到实验设备中运行验证，项目仿真的效果有可能跟实验箱运行的效果有区别，因为仿真的效果并不一定准确，最终还是要通过实验箱进行调试。实验箱的另一个作用是让学生更直观地看到单片机在实验过程中所起到的作用，加深对单片机程序运行的理解和体会。

单片机课程在课堂上的教学时间是有限的，为了让学生更好的掌握这门课程，在平时实验室没有有教学安排的时候都是开放的，学生可以在课余时间到实验室进行实验项目的调试。实验室给学生提供了常用的元器件及调试仪器设备，为提高他们动手实践能力提供了良好的培训环境。

3.4 双师型教师的培养

理实合一教学对教师提出了更高的要求。合一教学需要教师改变授课方式和整合授课内容，开发探索新的教学方法，让学生能更好掌握课程知识。另外教师不仅要具有全面的课程理论知识，还需要有熟练的实践操作技能，更需要有课程教学的创新能力和课堂控制应变能力，在课堂上解答学生学习遇到的各种问题。为了加快“双师型”教师的培养，学校制定了教师互相听课制度，这样可以让理论课教师和实验课教师加强沟通，互相学习，优势互补，逐渐达到合一教学的师资要求。

4.采取合适的教学方法

结合理实合一教学模式，采取合适的教学方法可以调动学生学习的热情和提高教学效果。笔者教学过程中，首先进行理论知识的讲解，为后续实践操作做好知识准备，然后结合例子进行教学示范演练，包括软件的使用，实验设备的连接，程序的编写调试等操作，从而增强单片机操作应用的直观性，让学生进一步理解相关理论知识的应用。下一步是要安排适当的实践任务给学生训练，教师进行巡回指导，以便及时解答学生遇到的问题，了解他们的实践能力和理论知识的应用水平，对于普遍存在的问题教师需要提醒学生需要注意的地方或者重新讲解一次相关内容，这样学生就会有信心继续往下操作，同时调动他们学习的积极性和主动性。最后教师需要对教学和实践情况进行总结，对学生存在的问题及时反馈，避免下次再犯错。教师也要对教学过程的控制和引导方法进行反思，为后续课程教学效果的进一步提高提供教学经验。

5.结束语

从2009年起，我院的单片机课程教学采用了理实合一教学模式进行教学。通过这几年的教学实践证明，该教学模式教学效果良好，提高了课堂教学效率，充分调动了学生学习的积极性和主动性，提高了学生对单片机的应用实践能力，多名学生在参加国家级电子设计竞赛和省级电子设计竞赛都取得了好成绩。同时负责合一教学的教师既要掌握理论知识，又要有很强的实践操作能力，有效地促进了教师专业素质的提高，提升了教学水平和教学质量。

[1]陈伟珍.做学教一体化教学在高职教学中的应用[J].职业技术,2009(2).

[2]冯遵安,蒋琴.任务驱动与项目教学法在电气控制教学中的应用[J].中国科教创新导刊,2009(2).

[3]石瑞芬,陈军.任务驱动教学法在电气控制教学中的应用[J].中国科教创新导刊,2009(29).

[4]高林.基于工作过程的课程设计方法及实施条件分析[J].职业技术教育,2008(13).