高职机械专业单片机课程教学改革的研究

摘要：在分析高职机械专业学生单片机教学难点的基础上，针对传统教学模式的弊端，从教学内容、教学方法、教学手段、考核方式等方面，详细阐述了单片机教学的具体改进措施。实践教学结果表明，改进后的教学模式要优于过去传统教学模式的教学效果，达到了单片机课程教学改革的预期目标。

关键词：单片机 教学改革 单片机开发板 单片机课程设计

0 引言

单片机因体积小、功能强、可靠性高和价格低廉等一系列优点，已渗入到人们工作和生活的各个角落，应用前景广阔[1]。目前多数高职院校的机械专业都开设了单片机课程，但大多院校的教学思路仍然借鉴本科先基础后应用的常规教学模式，理论教学与实际应用结合较少。对于高职学生，课程入门比较困难，知识不易掌握，实际应用较少，学习兴趣不高，该课程的实际教学效果并不理想。因此，单片机的教学模式亟需改革，改变原来以知识传授为目标的教学方式，要理论与实践并重，以实践入门来吸引学生学习的兴趣，提高教学质量。

1 高职机械专业单片机教学现存的难点

单片机是一门理论性很强的专业基础课程，同时也是一门实践性和技术性很强的学科。要求学生掌握一定的电子电路知识，还要熟练掌握计算机的相关知识，掌握编程的思维和方法。高职学生的基础知识相对薄弱，对于单片机的学习有一定的困难。

1.1 对于单片机中的专业术语和电路很难理解

学习单片机要以电路原理、模拟电子技术、数字电子技术、计算机基础知识等相关课程的理论知识为基础。与电子专业学生不同的是，我校机械专业学生只开设一门电工电子课程，所有的电路、模电和数电的相关知识都集中在一门课程中讲授，知识点多且课时量偏少，知识点讲授较为粗浅，不能深入展开。因此，学生对于单片机中遇到的一些专业术语和电路，如集电极开路、上拉电阻、存储器地址、D触发器、555振荡电路等，很难理解。这些知识都需要重新讲授，且讲授效果不佳。学生往往在学到单片机的硬件电路部分时，突然间觉得很难，学习的积极性下降，甚至有了厌学的情绪。

1.2 对于汇编指令不易理解

像所有其他的指令一样，汇编指令也是英文的，我校机械专业大部分学生的英语能力比较差，遇到有英文的地方，本能地会回避，更不要说进行深入的研究。单片机中要求他们短时间记忆和理解数十条甚至上百条指令的格式和功能，他们觉得比较有压力，很多学生达不到这个目标。

汇编语言是一种低级语言，每一条汇编指令都与机器的硬件结构密切相关，

如果学生对于硬件结构没有掌握好，那么对于汇编语言的指令也很难完全理解。即使学生勉强知道每条指令的大概意思，但由于没有充分理解其内涵，不能做到融会贯通，常常错误地运用指令，即使在一个程序里运用正确，可能题型改变，就做不出来了。

1.3 对于单片机的应用比较陌生

我们在学校的教学中，受制于课时量的不足和传统教学思维和方法的限制，通常都以传授理论知识为主，实际应用提到的比较少。因此，出现一些学生直到学完这门课程，都不知道单片机能干什么。有些学生告诉老师，以前我们学过的课程，如机械制图，很有实用性，单片机讲的这么多、这么复杂，到底有什么用，我们机械专业为什么要学这一门课程。学生不能深入理解该门课程的实际应用，认为学了无用知识。

2 高职机械专业单片机教学改革的具体措施

学习单片机的最终目标是能运用单片机进行一些项目的开发，解决生产和生活中遇到的实际问题。人才市场需要的不是只懂理论、不懂实践的研究型人才，而是既懂理论，又能实践的应用型人才。因此，单片机的改革也要以就业市场为导向，结合高职机械类学生的特点，做一些针对性的调整，使学生既能学好，又能快速地适应社会的需求。本文针对单片机课程在教学方面现有的种种弊端，提出了单片机课程教学改革实施的一些具体措施。

2.1 实施“项目任务驱动法”，理论教学紧扣实践应用

单片机教学应该采用工程实际应用课题或实践案例进行教学的方法，实施“项目任务驱动法”，即课程教学以单片机应用技术的典型实用案例进行分析讲授的一种教学方法。授课时以单片机技术“案例”演示作为引入，以实现“案例”为主线讲述各相关理论知识。为巩固理论知识的学习和培养学生实际动手的能力，理论教学应与实际“案例”实验教学穿插进行，以实验教学充实理论内容，使两者融会贯通。整个教学过程的思路设计如下：

例如，在第一次上单片机的课时，就应该给学生演示单片机的用途，如单片机驱动流水灯、驱动数码管显示数字，驱动16×16点阵显示汉字，驱动蜂鸣器演奏一段铃声等，让学生了解单片机的应用，领略单片机的妙处，激发学生学习的兴趣。兴趣对一个学生学习一门课程很重要，如果学生对某门课程失去兴趣，即使再好的老师也教不好。第二次上课可以选择一个简单的应用，如单片机驱动一个LED的亮灭，通过仿真软件，当堂给学生画电路图，编写软件，使学生感到单片机并不是很难，自己也可以学会，打消他学不好的顾虑。后面每次课都以项目任务为导向，每次课时可以先将我们要实现的功能给学生演示一遍，然后告诉学生我们实现这个功能的思路是什么，我们要实现这个功能，需要学习哪些基础知识，让学生有一个清晰的概况和热切学习的期盼。下表为四个常用的典型项目的实验任务设置：

每个项目的设计都要以实践应用为导向，让学生感觉到能学以致用。任务的设计应遵循由浅到深、循序渐进的手法，与理论章节知识的进度遥相呼应，使学生能够逐步接受并加深理解。同一个知识点，可以举不同项目中的相近任务反复讲解，使学生对所学知识点理解透彻，达到举一反三的目的。

2.2 以C语言为主，汇编语言为辅，讲授单片机的指令系统

目前单片机的实际项目开发多采用C语言程序编写，传统的单片机教材和教学，大多采用汇编语言讲授单片机的指令系统[2]。为了改变传统所学与实际所用的差别，单片机指令系统的教学，应在汇编语言的基础上，增加单片机C语言程序设计内容，采用以C语言为主，汇编语言为辅的编程方式。这样可以使学生尽快与实践接轨，提高单片机的开发效率，使学生毕业后更快更好地适应工作环境。例如：在采用案例教学过程中，同一程序分别用汇编语言和C语言编写，通过比较二者的优缺点，可以真正理解两种语言在实际应用中的效果。Keil C51程序编译工具，既可以实现汇编语言的编程，又可以实现C语言的编程。因此，在我们实际教学工作中，完全可以用Keil C51软件实现了单片机软件开发和应用案例的日常教学，简化理论课学习的内容，降低学习难度，使学生能尽快上手单片机，这样就提高了同学们学习单片机的热情，同时也非常适合实践应用的需求，为将来工作中单片机的开发应用奠定了良好的软件基础。

2.3 单片机仿真软件和实验开发板并重的双重实验教学模式

实验教学中应实施单片机仿真软件和实验开发板并重的双重实验教学模式。开发板是在一块电路板上集成了单片机常用功能模块，虽然体积小，但涵盖了绝大多数单片机常用的实验，并可以根据教学需求，开发扩展相关功能模块[3]。课堂教学结束后，学生可将开发板带回宿舍，只需要一台电脑、一根USB下载线，就可在开发板上自学单片机或是做一些小项目锻炼实际动手能力，充分调动学生学习单片机的积极性。开发板价格便宜，现在市面上简单通用的单片机开发板（适用入门者学习），每套均价不到200元，完全满足初学者做一些常用的开发应用。实验教学中，可先让学生在Keil C51和Proteus软件中编写和仿真单片机案例程序，程序仿真正确无误后，将程序下载到单片机开发板中，在开发板上实现实际电路功能的运行，强化对实际电路的认识和理解。

2.4 增添单片机课程设计专项实训，实施理论与实践并重的考核方案

在单片机课程结束前，可在临近期末设置3周的单片机课程设计专项实训，一周调研选题，一周设计软硬件、一周焊接电路板，完成作品。具体实施的方法是让学生独立在单片机开发板上完成自选项目的设计与实现，如“数字钟”、“LED显示器”、“数字温度显示计”等智能化小产品。3-4人一组，查阅资料，自选题目，自行设计电路图、编辑程序，然后选择并购买相应的元器件，亲自焊接并完成电路，提交课题设计报告。该课程设计的开展，可以使学生了解市场行情，培养学生开发项目的能力，团队合作能力等，同时也可以作为学生期末考试实践环节的考核成绩。

为防止学生原搬照抄网上和有关资料的单片机实验设计，达不到课程考核的初衷，单片机的考核还应保留原有的理论考试。应将传统的以理论考核为主的期末闭卷考试与以实践开发应用为主的单片机课程设计考核相结合，将二者的成绩共同作为单片机课程的最终考核成绩。这样，能同时对学生的理论基础知识和实践动手开发能力做出合理的考核评价。

3 结语

单片机是高职机械专业学生的重要基础课程，目前教学效果普遍不佳。在分析高职机械专业学生单片机教学难点的基础上，针对传统教学模式的弊端，提出了该课程教学改革的具体实施措施。在教学方法上，实施了“项目任务驱动法”，较好地融合了理论与实践教学；在教学内容上，紧贴能实际运用的教学理论与技术，如以C语言为主，汇编语言为辅的单片机编程语言；在教学手段上，实行单片机仿真软件和实验开发板并重的双重实验教学模式；在考核方式上，采用理论与实践并重的考核方案。实践教学结果表明，改进后的教学模式要优于过去传统教学模式的教学效果，达到了单片机课程教学改革的预期目标。

参考文献：

[1]王效华，张咏梅.单片机原理与应用[M].北京：北京交通大学出版社，2007：5.

[2]谢维成.单片机原理及应用C51程序设计[M].北京：清华大学出版社，2008.

[3]周润景，张丽娜.基于Proteus的电路及单片机系统的设计与仿真[M].北京：北京航空航天大学出版社，2006.

作者简介：

冯学敏（1985-），男，山西忻州人，硕士研究生，助教，主要研究方向为电子信息与智能控制。