单片机课程改革探索与实践

李文方+李海霞

摘要：单片机课程作为电子通信类专业学生的一门专业课，具有举足轻重的地位。通过分析该课程的课程地位、存在问题，提出一系列课程改革的方案，旨在树立工程教育的理念。在课程内容上进行适当调整，引入C51教学的同时加入PROTEUS仿真，并对新型器件的实用进行相关介绍；在实践教学改革上增加综合性设计性实验；提倡项目法教学，改革教学手段，为提高学生的工程实践能力奠定了基础。

关键词：单片机；改革；工程教育；仿真

中图分类号：G640文献标志码：A文章编号：1673-291X（2014）18-0287-03

随着国家“卓越工程师”计划的广泛推进及教育部“应用科技大学”战略技术的实施，对应用型高校的人才培养起到了巨大的推进和促进作用。随之带来的是教学方法、人才培养模式及各类实践性课程的课程内容的改革。对电子信息工程、通信工程、测控技术及仪器等专业而言，单片机原理是一门重要的专业课。其内容以单片机的原理、结构及实际应用为主，掌握单片机设计开发技术，具有一定的软、硬件设计基础和动手能力，已成为电类专业学生的必备技能。单片机应用能力的高低对于电类专业学生的就业及综合素质的提高具有重要的意义[1~2]。因此，对电类专业而言，培养工程实践人才，提高人才的综合素质，单片机课程的改革势在必行。

在本课程的改革中，本着“理论够用，强化实践”和“轻内部结构，重外围系统和编程”的思想，对本课程的课程内容和教学方法以及考核方式进行一系列的改革。

一、课程内容的改革

1.改变单片机教学编程语言，引入C51教学

单片机的编程是课程教学内容的重要组成部分，在以往的教学中，通常采用汇编语言教学，国内公开出版的教材，也大多都是基于汇编语言的。在本课程的教学中，由于课时有限，只是在教材的其中1章，对C51进行了2~4学时的简要介绍，结合学生以前有过的C语言的基础，让学生课下学习的时候有个起点。但是，通过教学实践发现，这样的效果并不好：一方面，很多学生觉得汇编语言晦涩难懂，加之单片机发展很快，单片机的型号也很多，不同系列的单片机汇编语言几乎都不一样，可移植性较差，所以单片机实际开发过程中，很多学生没法用汇编语言进行稍微复杂的程序编写；另一方面，学生对C51的学习，缺乏连贯的学习和引导，课下又有没有自主学习的习惯，因此也无法熟练进行C51编程。这就导致学生在单片机编程方面存在着很大的缺陷[3]。

鉴于此种现象，为了让学生在学习完单片机之后，能够切实掌握一种编程语言，熟练进行单片机软件的编程，在课程内容改革中，删掉对汇编语言的介绍，只简要介绍几种寻址方式，以便让学生对存储器结构及寻址方式有一定的认识，在各个模块的学习中，全部采用C51进行讲解。采用C51编程，一方面降低了编程的难度，另一方面随着C语言编译器的升级，C51编程的效率已经非常接近汇编语言[4]。所以在单片机教学过程中选择单片机C51语言作为主要的编程语言来讲授，借助学生在前续课程中C语言的学习，采用C51作为单片机学习的常规编程语言，对学生而言难度不大。

2.引入Proteus仿真技术

由于单片机的实践性强，教学的过程中必须软硬件结合，也就是将单片机编程和外围电路设计相结合，才能让学生对单片机的功能有深刻的认识并掌握其设计技巧。在单片机应用开发过程中，硬件外围电路的设计和软硬件结合的调试过程是非常重要的环节，但是由于硬件条件所限或时间不允许，课堂上很难实现这些，这就导致了学生课堂学习认识较肤浅。即使老师在课堂上讲解一些实际应用案例，学生也只能通过老师的分析和自己的理解勉强明白其中的意思，所以课堂教学更偏重于理论的讲解、分析和软件教学，无法使学生有更进一步的深刻认识。而传统实验教学又多停留在实验箱操作上，设备维护需花费较多的时间和经费，容易造成资源浪费，而且以验证性和模仿性实验为主，无法让学生完成纯粹设计性的实验[5~6]。为此，在单片机的教学中我们采用了单片机系统的虚拟仿真软件——Proteus，从而提高课堂授课效率以及学生实验实施效率。

Proteus软件是一个功能强大的仿真软件，能提供各种电子元器件及单片机芯片的仿真模块[5]。在此仿真环境中如同实际搭建电路一样，可以完成单片机系统电路图的绘制，然后加载对应的程序就可以启动仿真，从而验证电路结构和单片机程序的正确性，同时充分仿真单片机系统的工作情况，这实际上是用虚拟单片机系统代替实际硬件电路。Proteus软件还可以实现与Keil软件开发环境的联调。在课堂教学过程中我们除了使用Proteus和Keil软件完成例题的仿真演示外，还将单片机程序下载到单片机学习板中进行实物的演示，同时让学生参与到演示过程中，大大地提高了课堂教学的活跃性和互动性。

总之，通过引入Proteus仿真，一方面在课堂教学中，利用Proteus软件进行例题电路的原理展示与分析，电路线路清晰，分析方便，仿真结果直观清晰，大大提高学生学习兴趣，加深认识；另外，在实验课上，通过引入Proteus仿真软件，将程序运行于虚拟的单片机上，使软件调试不再依赖于实物硬件电路，仿真结果达到系统预期效果后，再进行硬件实物制作。这样既达到了实验效果，又经济方便，还节省了时间，大大提高了教学效率。

3.改革实践教学内容

对单片机课程而言，实践教学是课程教学的一个重要方面，对课程的教学质量以及学生专业素质的提高起到关键的作用。在本课程改革中，对实践教学的改革主要从内容和方式上进行。具体就是，在课程实验教学中，利用Proteus进行实验项目的的仿真，集中锻炼学生的编程能力；在仿真成功的基础上，根据实验学时的安排，选取1~2个进行实物制作。在集中实践环节中，可以选择一个典型的、技术较为先进、难度适中、测量内容较全面的某一个自动测试系统为中心来完成对应的实践任务，围绕该典型系统设计锻炼学生电路设计知识及测量技术基础，并让学生完成从原理分析、方案设计、元器件选用、电路设计、程序编制、组装、焊接等各个环节的训练。如果所有学生都能很好地经历这样一个系统设计的全过程，学生的职业能力将有一个很大的提高。

二、课程教学手段改革

1.提倡基于工作过程的新型教学方式

单片机教学围绕项目展开，以项目的开发步骤作为教学顺序，将单片机的知识点穿插到开发项目的过程中，引导学生边做边学。换句话说，将整个单片机的内容分成大大小小不同的知识点，每一个或者几个知识点对应一个小项目，项目由易到难安排，每堂课的教学任务就是完成一个项目产品，其中涵盖当次课所要讲述的单片机相应的理论知识。把所有的项目完成之后，学生就接受了单片机所有的理论知识以及对应的知识的实际运用，这样的教学方法对学生而言，既积累了动手实践经验，又能很好地掌握单片机的理论知识点。

2.加强课程和对应课程群的联系，以工程应用的思想指导教学

加强单片机课程和传感器、电子测量和智能家电课程的联系，组成对应的课程群，在课堂的教学中，脱离传统教学中单一的就课论课、在教师授课过程中对相关联的课程和学科知识点之间不进行联系或者相关知识点在不同课程中重复讲述的现象[7]。在对某个案例进行讲解的时候，结合课程群里对应的别的课程，把所用到的知识进行统一归纳，理清思路，给学生提供或者引导学生提出一个或几个合理的解决方案，并从中择优选择，然后进行软硬件的具体设计、仿真和实施。

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这种结合课程群进行案例教学的方式，一方面可以使学生将本课程与先修课程以及后续课程之间的关系有明确的认识，从而对学习的脉络有清晰的认识；另一方面结合课程群，进行项目实例的讲解和分析，跟实际应用更加接近，有利于加强学生对知识的综合运用，培养工程教育的思想。

3.寓教于赛，教赛结合

对应用型高校的电子类专业学生而言，两年一度的全国电子设计大赛和每年进行的全国电子专业人才与技能大赛是很好地检验自我的机会，结合我校近几年在全国各类电子类赛事的良好成绩和成功经验，探索出了“寓教于赛，教赛结合”的教学模式。在教学过程中，结合对应的电子设计赛题进行深入剖析，分析题目用到了所学的哪些知识点以及如何实现，让学生对当前所学知识的具体应用有明确的认识。这样，一方面提高学生学习的兴趣，另一方面也锻炼了学生分析解决实际问题的能力，提高了他们参赛的积极性，从而有利于在大赛中取得更好的成绩。

三、考核方式的改革

传统的终结性考核以理论知识、标准答案、闭卷形式为主，课程的考核要灵活多样，激发学生的学习自主性，提高学习的自觉性和自学能力。课程体系的过程性考核以技能、综合评价、开卷等方式为主，同时可以加入实物制作成绩等。根据单片机课程的特点，可以在终结性考核中采取“实验20%+自主设计30%+卷面成绩50%”的方式，对参加电子设计大赛并取得良好成绩的学生，适当加大创新分数，这样可以给动手能力强、具有创新意识的学生机会，此法也利于激发学生的创新积极性。

四、结论

本项目体现工程教育的思想及应用型人才培养目标下单片机课程理论实践一体化教学模式的尝试，改变传统的先在体现课堂讲理论，再到实验室去做实验的方式。是把讲解基本理论和编写程序、软件和硬件的仿真相结合；并利用案例教学，给学生创造机会，拉近与实际应用的距离；把教学与电子设计大赛相结合，“寓教于赛，教赛结合”。

整个项目的实施，始终贯彻以学生为主题，以专业人才培养目标为准绳，以就业为导向，把“教、学、做、训、赛”有机结合，加强了学生核心技能的培养和训练，使教学效果达到了最优化。

参考文献：

[1]牛晓玲.浅谈单片机教学改革[J].中国科技信息，2012，(16)：170.

[2]淡海英.谈高职教育中《单片机原理及应用》课程改革的一点思考[J].软件，2012，(7)：158-159.

[3]曾维鹏，蔡莉莎，吴恒玉.基于“教学做合一”的单片机教学改革研究[J].苏州市职业大学学报，2013，(2)：84-86.

[4]罗维平，王东，李宇，刘纯天.“单片机原理及应用”课程设计的改革探讨[J].武汉科技学院学报，2005，(11)：47-50.

[5]李万军.基于Proteus的单片机虚拟实验平台的开发[J].工业控制计算机，2O08，(8)：53-54.

[6]李鹏飞.Proteus软件在单片机一体化教学中的应用[J].信息通信，2014，(1)：287-288.

[7]张丽霞.单片机课程教学改革与实践探索[J].电子世界，2014，(1)：174-175.

Exploration and Practice on MCU Course Reform

LI Wen-fang，LI Hai-xia

（Huanghe Science and Technology College，Zhengzhou450063，China）

Abstract：Single chip microcomputer has a pivotal position as a Professional course for students majoring in electronic communication.By analyzing the status and existing problems of the course，it puts forward a series of curriculum reform，aims to build up the idea of engineering education.Particular way is to adjust the course content，use C51 language as the main programming language and use PROTEUS to simulate the result；increase the comprehensive design experiments on practice teaching；advocate the project teaching method and reform the teaching methods in order to improve the students ability of engineering.

Key words：single chip microcomputer；reform；engineering education；simulation[责任编辑 魏杰]

收稿日期：2014-01-18

基金项目：郑州市2013年教改项目—民办本科高校基于应用型科技人才培养的《单片机原理及应用》课程教学体系改革（ZZJG-A6024）

作者简介：李文方（1983-），女，河南驻马店人，测控技术与仪器教研室负责人，讲师，硕士，从事电子与通信系统研究。

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