以兴趣培养为先导的单片机课程学生竞赛实训教学模式

阜阳师范学院计算机与信息工程学院 王中心 张 文 孙 刚



以兴趣培养为先导的单片机课程学生竞赛实训教学模式

阜阳师范学院计算机与信息工程学院 王中心 张 文 孙 刚

【摘要】单片机原理及应用是一门重要的专业课程，有很强的工程实践性，在课程体系中有很重要地位；本文就该课程为什么要对学生进行早期兴趣培养及具体的兴趣培养流程，实施方法进行了详细阐述。 实践证明，以兴趣培养为先导的单片机课程学生竞赛实训教学模式效果良好。

【关键词】兴趣；单片机教学；实训

《单片机原理及应用》做为计算机、嵌入式、物联网及自动控制等专业的专业课程，其在这类专业的课程体系中有着非常重要的作用；单片机做为控制系统的核心，它在这类专业的课程设计、专业实践技能竞赛、学生创新项目活动中起着无比重要的作用。然而单片机原理及应用课程，通常在我们的本科课程开设计划中都是安排在大三才开设这门课程，这样的后果就是到了大三阶段，很多学生特别是电类应用型专业的学生，很多人已经丧失了对单片机的学习兴趣，错过了大一大二这两年实践动手能力培养，专业知识综合应用能力培养、系统设计能力培养的黄金阶段。

但是单片机的学习也并非容易，因为它涉及到很多的计算机专业的概念。因此如何引导学生克服困难，提高学生学习兴趣和热情，让学生以“玩单片机”的形式运用基本的c语言对单片机进行控制、对基本外设进行控制，很有必要！

以兴趣培养为先导，在兴趣培养的过程中让学生无形中了解单片机的原理及结构，掌握单片机的基本知识及应用，让学生提前参与到学科技能竞赛及项目设计，笔者在对大一学生学科竞赛招新指导培训过程采用如此方式，取得很好效果。

1　必须改变传统的单片机教学模式

如今单片机做为控制系统的核心，在各类系统、项目设计中无所不在：从大学生创新创业计划项目参与到全国大学生电子设计竞赛、NXP智能车竞赛、各类物联网竞赛及单片机竞赛等均要用到各种类型的单片机；做为电类应用型专业的学生倘若等到大三开设了单片机原理及应用课程、学习了单片机知识才参与系统设计项目设计肯定太晚太迟，不利于学生专业技能的培养及发展；随着很多高校人才培养模式向应用型专业建设及发展，更需要对应用型课程进行加大改革力度，提高学生学习兴趣及热情，让越多的学生有兴趣有能力参与到项目设计中，锻炼提高学生专业技能水平，提高学生人才培养质量。

2　兴趣培养的过程

兴趣是人们倾向于了解、认识、熟悉研究某种事物的心理特征；学习的兴趣对于学生至关重要。有了兴趣，学生才能积极主动的去参与到学习过程中，并乐此不疲。学生的学习兴趣与学生年龄、所在年级，专业引导及当时的知识水平密切相关；及时合理的对学生进行单片机学习的兴趣引导，激发学生进行单片机应用系统设计的热情，有助于学生创新能力的培养。

2.1搭建简单易用的开发环境

单片机课程的学习离不开实验。对于初学者最好的开发环境就是先借助PROTEUS仿真实验平台及KEIL C软件开发平台采用仿真的方式进行入门学习。我院选拔学生进行各类竞赛的招新培训，通常是从大一下学期开始，此时学生已经学习了C语言或者正在开设C语言课程，有了一定的C语言基础，电路课程也已经开设中；加上此阶段的学生已经基本掌握一些常用软件的使用，通过简单的讲解及演示，很快学生就懂得如何在PROTES中进行元器件的选取、原理图的搭建以及在KEIL C中进行一个简单Project的建立、编辑编译等操作。采用仿真平台，学习地点不局限于实验室机房，学生可以随时随地利用宿舍个人电脑进行仿真学习，使用安全且没有耗材损失。学生单片机学习兴趣的培养就从图1、图2开始。

图1　PROREUS仿真平台

图2　KEIL C软件开发环境

2.2单片机学习兴趣培养的具体实施过程

本次课程改革的重点就是把原有的教学内容以趣味化的形式借助声、光、电生动形象的表达出来，从而激发学生的兴趣及学习的自主性能动性；让学生体验到单片机结合原来不知何用的几行C语言程序，竟能起到如此大的控制作用。

单片机学习兴趣的培养，从闪灯项目开始，原理图及项目文件如图1、图2所示，其中代码和原理图简单易懂。二者关联好之后，点击运行按钮，学生就可以观察到LED灯再不断闪烁；只要修改延时函数实参，灯闪的频率就会变化；如果把图2中P1.0口连接到蜂鸣器的SPK节点，再次运行，学生就可以听到蜂鸣器发出的声音；此时我们可以告诉学生，单片机的四个P口的32个口线，都具有如此的功能，学生就是进一步的体验到单片机如此大的控制能力。

如果再程序中再加入对图1中Button的独立按键扫描，当只有Button被按下的时候才反复执行LED=！LED和delay（250），此时就相当于给蜂鸣器加上了一个控制开关；再此例的基础上简单修改，就可以进一步设计出一个门铃。简单的2节课，短短的90分钟，学生学习单片机的兴趣自然而然的就产生了。之后可以让学生自行通过虚拟仪器观察P1.0口的输出波形，或者P1.0接直流电机模型，进行电机的转速控制，告诉学生什么是PWM。也可以通过延时函数，告诉学生如何进行独立按键的消抖等知识的学习。

在此后的学习过程，我们可以教学生如何使用循环方式或者查表的方式进行流水灯的控制以及单个数码管的循环显示控制；有了单个数码管的知识储备，进一步可以学习多位数码管的动态扫描以及简单液晶1602的使用、矩阵键盘的扫描识别等。到此阶段，系统设计所需的输入、输出都解决了。

以上的学习过程几乎没有涉及到单片机的工作原理及内部结构，这对于学习者远远不够，但是学生学习的兴趣肯定早已激发出来，此时可以安排学生课余自行阅读单片机的内部结构、工作原理等章节内容，学生带着兴趣去阅读学习，就能事半功倍。学生阅读完毕就可以进一步讲解定时器、中断、串行通信以及模数数模转换等专业知识。同样采用闪灯的项目，以定时方式实现还是以外部中断的方式实现，让学生理解实现原理的不同之处。此阶段可以安排专题进行中断、AD、DA及双机通讯的专题讲座。

2.3需要注意的问题

需要注意的是，在学生兴趣培养过程中一定要理顺教学过程所涉及的知识点，兴趣培养案例要由浅入深，循序渐进；每个案例之后及时进行总结，留出时间让学生进行拓展实训教学案例并进行思考；另外开始阶段不要强调细节，不要什么都要解释清楚，力求简单话语告诉学生如何编程应用单片机就行。最重要的要通过简单示例激发兴趣，活跃教学氛围，让学生亲身体验学习的快乐，收获成功喜悦。

师父领进门，修行在个人。单片机应用系统的设计，涉及到各种电子知识，因此对于入了门的学生，一定要告知他们仅仅会点单片机的知识远是不够；一定要在数字电路、模拟电路等课程中继续下功夫，学会PCB的设计制作，焊接调试等才能提高自身的专业技能。

3　成果初探

3.1学生自主参加培训学习积极性主动性显著提高

我院近年学生创新实验室招新参与培训学生数量逐年提升，并且很多学生一直坚持到最后的实验室招新正式成员的考核选拔；学生课余时间玩游戏、看视频的人数、时间减少，学生课余时间大都利用个人电脑在宿舍仿真学习。

3.2我院学生积极参与各类专业技能竞赛

在2015年安徽省大学生单片机应用技能大赛中，我院大二学生取得一等奖的好成绩；在刚刚结束的蓝桥杯（电子类）竞赛中，我院学生多人入围国赛。

除此之外，我院学生各类项目申报及毕业论文选题，与单片机相关项目明显增多，多个学生获得了大学生创新创业训练计划项目国家级立项。

4　结束语

以兴趣为先导，让学生在无意识中建立单片机课程的学习兴趣，掌握单片机的应用技能，围绕单片机应用系统设计，学生学习各种专业知识技能，有利于学生专业实践实训能力的提升，有利于学生竞赛水平的提高及应用型人才的培养。

参考文献

［1］沈张果.以学科竞赛为平台培养大学生的创新实践能力［J］.教育教学论坛，2016（16）.

［2］张旭涛.构建单片机课程项目化教学模式的实践探究［J］.山东工业技术，2013（10）.

［3］刘振.单片机课程实践教学研究［J］.安庆师范学院学报（自然科学版），2013（01）.

［4］朱高峰，张艳蕾.项目教学法在单片机课程中的规划与实施——以湖南人文科技学院为例［J］.湖南人文科技学院学报，2013（02）.

［5］徐自远.从单片机技能大赛看单片机课程改革［J］.电子世界，2013（20）.

［6］高明亮.基于全国大学生电子设计竞赛探究单片机教学模式的改革［J］.信息系统工程，2012（04）.

基金项目：大学生创新性实验计划项目（AH201310371068）；阜阳师范学院自然科学项目（2016FSKJ17）。

作者简介：

王中心（1976—），男，硕士，讲师，研究方向：计算机应用。