探索地方高校单片机之教学改革

敖邦乾 邹江 熊飞峤

【摘要】传统的单片机教学，已经远远不能跟上当前的高校对社会需求的人才培养，如何培养能解决具体实际问题、服务于地方的优秀单片机人才，是一个亟待解决的问题。本文分析单片机传统教学及实验的不足入手，提出了一些改革方法，实践证明最终能有效提高学生的单片机学习与应用能力。

【关键词】单片机 改革 仿真

【Abstract】The traditional teaching of the SCM， has been far from the current college for the social needs of personnel training. How to cultivate people to handle the special practical things and serve the local economics is an urgent problem to be solved. This paper analyzes the disadvantage of the traditional teaching and experiments of the SCM， and put forward some reforming methods.The result proved it can effectively improve the students ability of learning and application of SCM.

【Keywords】SCM； reformation； simulation

【基金项目】贵州省地方本科院校转型发展的理论与实践研究（2014ZD008）。

【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）04-0218-02

科学技术的不断发展，极大的改善了人们的生活水平，尤其是最近二十年硬件水平的高速发展，不断有新型号的单片机出现，其处理速度已经能解决很多如工业控制、航空航天、高精度传感器、智能家居等领域的相关问题[1]。同时为了适应地方社会的需求，包括很多地方高校的工科专业，单片机都是必修的课程。但是，由于各种原因，很多高校还在使用最原始的51单片机来进行教学，这已经远远不能满足要求了。

1、传统单片机的教学特点

传统的单片机教学，主要是以教学大纲为准，主要讲授课本里面的内容，很多情况下是老师在台上讲，学生在台下听。这种传统教学模式存在很大的弊端，教学效果不是很好。

（一）理论知识繁杂，课程内容枯燥

绝大部分传统的单片机教学，都是把单片机知识系统的分成硬件结构、指令系统、软件程序编程、主要功能单元、单片机的系统扩展、接口技术以及应用系统的设计与开发，授课也是按照这个顺序来讲解，最后才是一些实例[2]，这些理论知识体系虽然完整、严密，但是讲解起来很是复杂，学生容易陷入疲劳，没有等到自己设计开发的时候就已经心生厌倦，无法再坚持下去了，也就享受不到其中的乐趣了。

（二）验证性实验多，动手能力差

传统单片机教学，为了形成单片机系统设计的概念，常常需要构建完整的理论知识体系，这占据了大量的时间及精力，学生没有太多的精力进行开发实践，因此就形成了理论知识多、动手能力差这种纸上谈兵的局面[3]。而且，大多数学校所采购的设备中，都是一些成型的实验箱，硬件电路已经固定，学生对硬件的操作仅仅是连连线，或者拨动一下某些开关。实验时，老师演示，学生只是观看，照着老师的操作步骤进行机械的连线，然后编写、烧写、下载程序，完全照本宣科，虽然也可以看到实验现象，但是却背离了单片机需要根据实际情况自己设计电路的精髓[4]。事实上，单片机系统的设计，就像人一样，硬件是躯体，软件是灵魂，硬件的设计是非常重要的一环，软件代码的编写也是基于硬件电路的。一个完整单片机系统的设计开发，包括设计电路、购买元器件、电路布局、制板以及元器件的焊接，都是至关重要的。而传统的教学模式无法实现学生自主设计单片机产品，也就根本解决不了具体的自动控制问题。

（三）考核机制落后，缺乏创新

传统单片机课程的考核往往在期末用试卷进行考试，这种方法只能考查学生对单片机理论知识的背诵掌握情况，根本无法考察学生的动手实践能力以及产品的设计开发能力，往往是能突击背诵的学生成绩分数较高，而这些同学，即使给出一个完整的最小单片机系统，也无法设计一个合格的产品。这对那些动手能力强、注重实践的同学是很不公平的。

2、单片机教学改革方法

为了能够真正培养单片机应用型人才，必须改革传统的单片机教学模式，以项目单片机产品开发为参考，设计一套全新的教学方法，从根本上改革传统的教学方法。

（一）教学方式的改革

转变教学方式，教学的目的最终是让学生能有效的学习，让学生能真正获得解决问题的思维方式和方法，教师的主要作用应当体现在耐心的引导和指导上，尽量摆脱传统的灌输式讲授方法，可以把教学场所转移到实验室，采用项目教学法，老师可以利用自己的项目，先制作一些如交通灯、数码管动态显示、1602液晶显示、电机正反转控制、自动调温系统等产品，在实验室演示给学生看，然后再讲解相关的原理以及电路设计、布线、制版、元件焊接等方法。这能极大的引起学生的兴趣，比直接枯燥的教学效果好很多。然后，把学生分组，每个人负责一个模块，通过同伴教学法，让学生自己在学习制作的过程中对知识进行系统化、逻辑化的分析及总结。同时，注重课堂内容的开放性，充分鼓励学生进行自主分析，自己单独设计。

还可以使用微课程教学方式，把对单片机开发有兴趣的同学集中在一起，3-4个人一组，通过对自己感兴趣的产品进行设计，老师从旁指导即可。

（二）教学项目的选取

单片机课程的学习，主要是以培养学生的综合素质为基础、以能力培养为核心、以能根据要求设计应用为目的。因此，传统的单片机课程内容必须优化，结合新的技术以适应社会的需求。总的来说，单片机其实包含的内容不多，就是寄存器的使用、定时计数器、中断、串口通讯等几个核心知识点，至于芯片内部的结构，可以只做简单的了解。为了能够掌握这些核心模块，选取几个具有代表性的实验作为单片机教学项目，以达到能初步使用的目的，其中，有几个实验比较重要：

1.交通灯实验

2.DS18B20温度实验

3.电子钟实验

4.12864液晶显示实验

5.单片机多机通讯实验

6.电机正反转实验

7.循迹小车实验

8.电子游戏系统的开发

一般而言，绝大部分学校使用的试验箱都有前面六个实验，学生可以先做实验看一下这些现象，然后自己研究。有条件的实验室还可以先给学生准备一些单片机的最小系统，然后设计外围电路，有兴趣的同学还可以从设计最小系统开始，自己选择购买元器件、设计电路、焊接器件、软件仿真调试、代码的烧写下载，最终完成一个独立的单片机电子产品。如果前面的感觉基本上都掌握了，那就可以试着开发一些简单的电子游戏系统，这样就能把自己的知识形成一个完整的系统。

（三）软件代码与硬件仿真相结合

一个完整的单片机系统产品，软件方面，代码不能出现语法与逻辑错误，否则根本无法编译或者编译出来有错，因此，必须熟悉keil软件的编程以及调试，对于代码比较复杂的程序，尤其是一些在使用调用文件的时候，要会设置断点，看代码是否按照逻辑顺序来进行的；硬件方面，要会使用proteus仿真软件进行硬件电路的仿真，要能找出并改正电路出现错误的地方。

（四）考试方式的改革

单片机的学习，和其它理论学科的学习有很大的差别，并不适合传统的试卷考核方式，适当改革考核方式是很有必要的，如：降低期末考试成绩所占的比例，增加应用型设计题目以及一些原理性的分析题目，理论与实际结合，尽量减少计算，重分析过程而不重计算结果，且不限设计方法。考试时也可以实行开卷考试，“与其让你小心翼翼的翻书，不如让你开开心心的看书”。

3、单片机教学改革后的效果

在采取了改变教学方式、删选实验内容、改革考核方式等一系列措施以后，学生学习的效果显著提高，主观能动性大大增强，学习成绩明显进步。在参加的最近两届大学生电子竞赛比赛当中，在控制方面获得了多项奖励，有很多同学把自己的一些生活中的想法，通过单片机来实现了更加智能化的控制，甚至有同学能自己制作高精度无线抢答器、多功能篮球加分计时器等产品。这些都表明，改革后的单片机教学取得了明显的效果。

参考文献：

[1]徐敏，卢周平.《单片机原理与应用》，课程教学改革与实践[J].实验室研究与探索，2006.25（1）：82-84.

[2]张霓.关于“单片机原理与应用”课程教学改革的几点思考[J].电气电子教学学报，2004.26（5）：21-23.

[3]杨保亮，杨守良.应用型人才培养体系下单片机教学的改革探索[J].教育教学论坛，2014.18（2）：31-33.

[4]方怡冰.单片机课程的教学与实验改革[J].电气电子教学学报，2006.28（3）：76-79.

作者简介：

敖邦乾（1984-），男，硕士研究生，遵义师范学院工学院，讲师，研究方向：自动控制技术。