单片机技术在中职学校的教学探索和实践——实训教学探索和实践

浙江 周海兵

单片机技术课程是高校电类专业必学的专业课，甚至是计算机专业学习的专业课。单片机技术的应用涉及人类社会的方方面面，并且起到非常重要的作用。比如：在工业、军事、航天、服务业、农业等都有广泛的应用，甚至我们生活中使用的电子产品都有单片机的应用。在这样的社会背景下，社会需要大量的单片机技术人员从事单片机的技术开发、维护和维修。在这种需求关系下，中职学校开设了单片机技术课程，培养单片机技能人才供应社会的需求。单片机技术是注重实际应用的技术，怎样培养学生的单片机技术的应用能力一直是难题。现在普遍采用理实一体化教学，理论课和实训课同时进行。笔者从事多年单片机技术教学，在教学过程不断探索、实践单片机技术的多种实训教学方式。

一、面包板实训教学形式

中职学校刚开设单片机技术，学校缺少单片机实训的设备和设施。某些中职学校的财政拨款数额有限，学校不会采购大量单片机实训设备。但是单片机技术课程是一门重理论与实践相结合的技术，光学习理论知识，不实践，是做无用功。在这种情况，笔者设计了一套低成本的单片机实训形式——面包板实训教学形式。如图1所示

图1 面包板实物图

教师在课堂结合实训传授理论知识，考虑中职学生的知识水平要删除次要的实训未应用到的知识点，重点讲解实训应用到的知识点。实训课前教师下达实训任务，学生根据任务在课前或实训课堂设计硬件电路，再在机房计算机上编写设计程序，通过编程器下载程序到单片机进行调试，指导任务完成。在这个过程中，教师辅助指导，引导学生思考，帮助学生完成任务。

这种在面包板实训教学形式的优缺点。

优点：

1.项目的电路由学生亲自动手设计，教师起辅导作用，提高了学生的硬件设计能力。

2.元器件和导线都是插在面包板上的，出现错误时可以随时拔插更改，提高了调试的效率。

3.硬件电路全要学生亲自设计，学生必须深入学习外围元件、芯片的资料，扩展了学生的知识面。

4.由于面包板和元器件由学生自己保管，学生可以在课余时间设计单片机电路，更好培养优秀学生。

缺点：

1.由于元器件的经常插拔，造成面包板上的接口接触不良，造成功能无法实现，这时学生不清楚是电路出问题，还是程序出问题，给调试带来困难。

2.由于电路学生设计，会出现设计错误，通电后损坏元器件。整套材料是学生自己保管，会出现丢失小元器件的现象。

二、单片机开发板实训教学形式

某些中职学校教学经费允许的话，可以采用单片机开发板实训教学形式。单片机开发板网络上有销售，可以通过网络购买，价格实惠。也可以组织学生开发一套单片机开发板。笔者组织了学校掌握单片机技术扎实的学生开发单片机开发板。教师和学生共同讨论确定开发板上实验项目内容，并确定了实验项目分基础实验项目和提高实验项目。基础实验项目是最基本的实验，要求每个学生要掌握的。提高实验项目难度较大的实验，是提供给优秀学生继续深造学习的。确定了实验项目，学生根据教师的指导，在面包板上逐个设计实验项目的电路，再编程调试，确定电路的正确性，最终整合设计了一个单片机学习开发板，如图2所示。

图2 单片机开发板实物图

采用单片机开发板教学，学生不用自己设计硬件电路，而是根据开发板上的电路去编写程序，实现任务的功能要求。上实训课时，教师先讲解开发板上该实验项目电路的原理，再编写个小程序演示，接着学生们开始着手设计自己的程序实现实验功能，教师及时辅导帮助。这种教学方式几年下来，发现学生的编程设计能力提高很快，但硬件设计能力下降了。教师在实训课时，大力讲解硬件电路的原理，想弥补学生硬件设计的能力，但学生没有亲自动手设计电路，光靠教师的讲解，学生的硬件设计能力明显偏差。

这种单片机开发板实训教学形式的优缺点。

优点：

1.克服了在面包板设计电路由于接触不良造成的困难。学生考虑自己设计的程序的正确性，不需要考虑电路的问题，这样提高了实验的成功率。

2.电路板都是成品，不需要插拔元器件，不会由于学生的误操作损坏元器件。

缺点：

1.电路都做好了，学生不需要自己设计，不利于学生的硬件电路的设计能力培养。

三、“实验箱”（需要连线）实训教学形式

面包板的接触不良给单片机实训造成难度，单片机开发板的电路已经确定学生只管编程不利于培养硬件电路的设计能力，这种情况下笔者开始探索新的实训教学方式。亚龙单片机实训台把单片机的硬件电路做成模块化，模块之间需要导线连接，连接好之后编程实现功能。这种形式有助于硬件设计能力提高，但模块中电路是固定的，不利于培养硬件设计能力。在这种设备的启发下，笔者构思出了一种新的单片机实训方式——“实验箱”（需要连线）实训教学形式。

“实验箱”实训方式不同市场上所说的实验箱。根据单片机实验的要求，把所需要的元器件和芯片做到电路板上。但各元器件和芯片之间没有任何电路连接，把各元器件和芯片的管脚通过电路板的电路引出一个圆形端口可供连线。在实训课时，学生根据实验要求，选择元器件和芯片，通过连接线连接形成实验电路，再编程调试。整个电路需要学生自己设计和连接，但不同于面包板，它是采用专门的连接线连接的，克服面包板的接触不良的问题。这样很好地提高学生的硬件设计能力。

前面叙述的三种单片机实训方式中，前面两种是笔者已经实践了多年，总结分析了他们的优缺点。第三种是笔者的构想，已经正在努力实施开发，不久将应用到笔者所教的职业学校的单片机课堂。

[1]刘扬.单片机原理及应用.北京理工大学出版社，2009-8-1.

[2]宁凡,王宇.51单片机基础教程.北京航空航天大学出版社，2008-3-1.