应用驱动的单片机教学方法研究与探讨

郭一军

（黄山学院 机电工程学院，安徽 黄山245041）

应用驱动的单片机教学方法研究与探讨

郭一军

（黄山学院 机电工程学院，安徽 黄山245041）

单片机作为一门实践性极强的课程，在应用型人才培养中具有重要地位。分析当前单片机教学中存在问题，提出了采用应用驱动的单片机教学方法。实践证明该教学方法能充分激发学生学习单片机课程的兴趣，变被动接受为自主学习，实现理论教学与实践应用的有效结合；同时也为学生应用和创新能力的培养提供了空间，使学生在应用系统开发方面的能力得到了很好的训练，教学效果明显提高。

单片机；教学方法；学习兴趣；应用型

0引　言

单片机由于具有体积小、功能强、可靠性高等许多优点，越来越广泛地应用于工业、农业、军事和日常生活的各个领域。《单片机原理及应用》课程是工科院校多数专业所开设的一门专业技术基础课，对于培养学生动手能力和创新思维能力具有重要意义［1］，但目前的单片机课程教学方法上存在一些问题，如理论教学与实践应用结合度低，学生普遍感觉这门课程内容抽象难学，学习提不起兴趣缺乏主动性。理论课的学习主要是为了应付考试，没有与实践应用很好地联系起来。后续的课程设计由于学时等方面因素的限制，对学生的实践动手能力也不能起到一个充分的训练作用，导致一个学期学下来，学生不能将所学理论应用到实际项目的开发中去，不能做到学以致用的效果。

为了提高学生的应用能力，本文尝试从理论教学和课程设计两个方面对单片机的教学方法进行改革，提高学生对本课程的学习积极性，增强对于应用系统的设计开发能力，切实提高应用型人才的培养质量。

1　改进课堂教学方法，激发学生学习兴趣

从目前单片机课堂教学方法来看，教师普遍注重理论教学，授课一般按照单片机结构体系——单片机指令系统——编程语言——单片机外围常用电路扩展等步骤讲解［4］，课程一上来马上介绍单片机体系结构，这一章内容中出现了大量的专业术语，象寄存器、堆栈、指针、程序状态字、溢出等概念，对一个还不了解什么是单片机，能做什么都也不清楚的初学者，就要理解这些抽象概念是比较困难的，致使初学者普遍感觉这门课抽象难学。的确理论教学是需要重视的，但由于单片机课程是一门实践性强，专业术语抽象的课程，这样满堂灌的课堂教学方法势必是枯燥乏味的，进而会影响学生的学习兴趣。

为了改变这种状况，本文考虑将教学内容模块化，同时在课堂中引入Protues+KeilC51软件平台构建的实验环境，在理论教学中，让同学切实感受单片机的强大功能，提高学生的学习兴趣，化抽象为形象。从而，可将单片机课堂教学内容分为3个模块进行：课程学习引导模块，传统教学内容模块，案例教学模块。

1.1课程学习引导模块

通过Protues+KeilC51软件平台设计一个简单单片机应用案例，课堂上教师把整个应用设计过程展现给学生，包括硬件电路的搭建和程序的编写编译、程序下载调试、结果展示都给学生完整的做一遍，通过这样的一个模块目的不是为了使学生掌握设计流程，而是使学生对单片机的应用有一个感性的认识，大概清楚单片机的功能，通过这门课程的学习他们能够获得一种怎样的能力，明确学习目的，提高对本课程的学习兴趣。

1.2传统教学内容模块

传统课堂理论教学过于重视理论的讲授，且部分教材脱离实际，导致学生学用分离，学习目的主要是为了应付考试。为了提升学生的应用能力，尝试将传统的理论教学模块课时做了适当的压缩，抽出一些学时用于案例教学模块的教学。以自动化专业为例，将传统教学内容的学时做适当调整，如表1所示。

表1　传统教学模块课时调整表

1.3案例教学模块

采用Protues+KeilC51软件平台，教师在课堂上利用此平台进行案例教学，可使学生将模块二所学的各知识点与实际应用联系起来，有效解决理课堂理论教学与实际应用脱节的问题，提升学生的应用能力。

案例项目选择时要考虑循序渐进的原则，第一个案例可以设计一个简单的应用，考虑的知识点不要太多，给学生以适应的时间，接下来的案例可以逐步增加难度。这个模块的教学中教师可以设计4个典型的案例，将单片机应用系统的开发步骤和设计过程融入其中，给学生做详细的介绍，通过这个模块的学习使学生在课堂教学中就能基本掌握单片机应用系统的开发流程，充分调动他们的学习积极性，变被动接受为主动学习，为进一步的实践提高

2案例教学模块项目安排表

项目名称　课时　任务说明　知识点　开发平台1.节日彩灯控制器设计　3以单片机为核心，设计一个节日彩灯控制器，具有启停和流动功能。单片机最小系统构成、信号引脚、存储器结构、并口、时钟电路、时序Keil、Protues软件2.交通灯控制器设计　4东西南北方向各一组（红、黄、绿）指示灯，按主干道每次放行30S，支杆道每次放行15S，每次绿灯变红灯前黄灯亮4S规则控制灯的循环顺序亮灭。显示电路、键盘电路的软硬件设计、中断技术Keil、Protues软件3.基于51单片机的空调温度控制系统设计5要求以51单片机为控制器，通过温度传感器、ADC、LCD、继电器、压缩机和蜂鸣器等构成一个对室内温度实时调节、显示的空调温控系统。温度采集、显示电路设计、PID算法、定时/计数器应用Keil、Protues软件4.基于单片机的步进电机控制5采用单片机控制一个三相单三拍的步进电机工作，步进电机的正反转、步数由键盘控制，具有键盘锁功能，具有电机故障报警功能。步进电机工作原理，键盘接口和报警电路接口的软硬件设计Keil、Protues软件

2　强化课程设计环节，提升学生实践动手能力

《单片机原理及应用》课程设计是自动化专业学生重要的实践环节，提高课程设计的教学质量对于培养学生分析和解决实际工程问题具有重要意义［3］。但由于种种原因，这个环节没有发挥应有的作用。

1.课程设计学时安排不足。目前大纲规定本课程的教学实践安排1周的时间，即要求学生在修好《单片机原理及应用》课程的1周时间内独立完成课题的设计任务，在这么短的时间内完成方案论证、PCB布线、电路焊接、电路调试、撰写设计报告，其效果可想而知。所以在时间安排上我们做了调整，在理论课开课前几周就将课程设计的任务布置给学生，让学生早做准备，带着问题听课，这样边学边做一方面可以提高本课程的理论教学效果，另一方面给学生足够的时间思考问题，避免课程设计流于形式应付了事。

2.选题形式单一。选题时通常的做法是，教师根据大纲要求拟定4-6个题目供全班学生选择，这种被动式的选题方式不利于学生的创造能力的培养，部分同学可能通过理论课程的学习，找到了自己感兴趣的问题，而这些问题又不再教师拟定的题目当中，这对于学生创造性和积极性的调动是非常不利的。

考虑以上的因素，我们采用二种方式相结合的办法：（1）教师指定课题，说明所选课题要实现的功能，功能可细分为基本功能和附加功能。基本功能是比较简单容易实现的功能，大部分的学生都可以完成；附加功能是要发挥学生的创新思维，实现一些比较复杂的功能。（2）学生自拟题目，学生可以根据自己的兴趣来拟定课程设计的题目，然后与指导教师研究讨论后确定。这样的模式让学生有更多的选择性，更有利于培养学生的实践和创新能力。

3.由于课时有限通常课程设计是在现成的开发板上完成的，这样学生的主要工作集中在软件设计方面，而对于器件选型、方案论证、线路焊接等方面的能力锻炼非常不够，为了切实提高学生的工程设计能力、创新思维能力，需要改革这样的课程设计方法。从2010级学生开始我们改变了以往的设计方法，所有设计项目不能在现成开发板上进行，要求学生完成器件选型及PCB设计后，统一采购元器件和制版，自己独立搭建硬件电路，在此基础上再完成软件的设计和调试。从几届学生的设计效果来看，设计过程极大地提高了学生的实践和创新能力。图1是学生独立完成的基于AT89C51单片机的超声波测距系统设计课题的实物图。

图1　基于AT89C51单片机的超声波测距系统设计实物图

3结　论

《单片机原理及应用》是一门理论性和实践性都很强的课程，本课程的学习可以培养学生知识运用和协调创新能力，提高应用型人才培养质量。通过改进教学环节和课程设计环节，一方面充分激发了学生学习单片机课程的兴趣，解决了教与学的矛盾，变被动接受为自主学习；另一方面也克服了以往教学中存在的一些问题，为学生应用和创新能力的培养提供了空间，使学生在应用系统开发方面的能力得到了很好的训练，并取得了良好的教学效果。

［1］韩冰，孙抒雨，柳军，等.“单片机原理及应用”课程教学研究与探索［J］.工业与信息化教育，2014（5）56-58.

［2］张法伟，王新环.工程应用型自动化专业单片机教学改革与实践［J］.实验室科学与技术，2013，16（6）：60-62.

［3］胡瑞强，张毅刚，李成伟.单片机课程设计教学改革探讨［J］.实验科学与技术，2010，8（3）：46-49.

［4］陈飞，顾启民，王伟.基于Proteus和Keil的项目教学法在单片机教学中的应用［J］.实验科学与技术，2013，11（5）：48-52.

［5］马金祥，陈伦琼.“单片机课程设计”教学改革探讨［J］.常熟工学院学报，2011，24（1）：77-79.

责任编辑：胡德明

A Research and Discussion on the Application-driven Teaching Method of SCM

Guo Yijun
（School of Mechanical and Electrical Engineering，Huangshan University，Huangshan 245041，China）

As a highly practical course，single-chip microcomputer（SCM）occupies an important position in application-oriented talents training.Based on the problem analysis of the current SCM teaching，this paper puts forward an application-driven SCM teaching method.It is proven by practice that the method can stimulate students’interest in learning SCM and transform passive acceptance to autonomous learning，thereby efficiently combining theoretical teaching and practical application.In the meantime，it can also provide space for students to cultivate their application and innovation ability，thus making students well trained in developing application systems，so the teaching effect is obviously improved.

single-chip microcomputer；teaching method；learning interest；application-oriented

G642

A

1672-447X（2016）03-0113-003

2015-05-22

郭一军（1977-），浙江兰溪人，硕士，黄山学院机电工程学院助教，研究方向为自动化技术应用。