单片机原理及应用教学改革探讨

沙爱军 郭丽红

摘要：单片机原理及应用课程具有知识点较多，内容抽象，实践性强等特点，且课程的教学目标更侧重于培养学生设计和调试单片机系统的应用能力，为了让学生更好地掌握本门课程，需要从调整单片机课程体系、激发学生兴趣、改进教学方式、加强实践环节等角度，对单片机原理及应用教学改革进行探讨和改进，以提高教学效果。

关键词：单片机原理及应用;教学改革;课程体系;教学方式;实践教学

中图分类号：G642        文献标识码：A        文章编号：1009-3044（2018）31-0185-02

Discussion on Teaching Reform of Principle and Application of SCM

SHA Ai-jun， GUO Li-hong

（School of Communication Engineering， Nanjing Institute of Technology， Nanjing 211167， China）

Abstract： The course of principle and application of SCM has the characteristics of more knowledge points， abstract content and strong practicality， and the teaching goal of the course lays more emphasis on training students' ability to design and debug the application of SCM system. In order to let students better grasp this course， this paper discusses the teaching reform of principle and application of SCM from the angle of adjusting the course system of SCM， stimulating students' interest， improving the teaching method and strengthening the practice links， so as to improve the teaching effect.

Key words：principle and application of SCM; teaching reform; Curriculum system; teaching method ; practical teaching

随着物联网、机器人以及更多智能设备的发展，单片机必将得到更多的应用。因此，工科电子、通信、信息、计算机、自动化等专业都将“单片机原理及应用”作为一门必修的课程，以便学生掌握单片机原理与系统设计，为后续的嵌入式课程学习以及未来的工作打下良好的基础。

而单片机课程内容相对抽象，知识点细碎，且单片机课程更注重实践，既有电路设计，又有软件编程，给学习带来了难度。为了让学生掌握某种单片机的硬件结构、引脚、资源等，并编程对其加以控制，使得学生最终具备设计、调试、开发小型单片机系统的初步能力，需要调整课程体系，教学中采取多种方式，加强实践，循序渐进，提高学生的单片机应用能力。

1 调整单片机课程体系

单片机理论课程一般包括如下内容：1）单片机的概述、发展、特点;2）单片机芯片的结构原理;3）单片机的汇编指令和汇编语言编程;4）单片机的C51编程;5）单片机的芯片内部资源;6）单片机系统的扩展（存储器、各类接口如键盘、显示、A/D、D/A以及单总线、I2C总线、SPI总线等）。要在课堂上完全讲完所有知识需要较多的学时。

本校为应用型本科工科院校，对实践教学非常重视。为了取得好的教学效果，我们适当精简了理论学时（原先为64学时，对单片机系统的扩展部分等进行适当精简），理论课主要讲解必要的理论知识，而留出更多的时间让学生来参与实践环节。构建了如下的课程体系：理论课+课内实验+课程设计+实训（新增）。其中理论课有40学时，8学时课内实验，此外还有1周的课程设计。在后面的学期中，针对此方面有兴趣同学，选择有关单片机方面的为期4周的实训。图1为调整后的单片机课程体系。

2 关于采取多种方式来提高理论课教学效果

由于课时有限，理论课上主要通过相关知识点的介绍，以及一些具体的实例，帮助学生建立一个完整的框架，熟悉系统的开发流程，帮助学生讲清楚基本的知识点，掌握学习的方法，扫除相关的难点。在教学中，要达到好的教学效果，需要激发学生兴趣，并综合运用多种教学手段和方法。

2.1 激发学生兴趣，激活其无限潜能

兴趣是很好的老师，做自己喜欢的事可以废寝忘食，在教学中，第一节课中可以配合相关图片以夸张的流水账的形式来记录“我的一天”。早晨，在闹钟声醒来，手机连接健康手环查看了的睡眠质量，用豆浆机磨了个豆浆，用微波炉热了个包子，用电磁炉煎了个鸡蛋，打开收音机，打开太阳能（燃气）热水器开始洗漱，用剃须刀整理面部，然后打开洗衣机衣服，并开始吃早饭，天气有点冷，还开了个空调……在学生的哈哈大笑中，学生体会到了单片机离我们如此之近，一天需要接触这么多的单片机，兴趣和动力油然而生，此外，还可以把一些学生的科创作品带到课堂，让他們观摩体会，让学生觉得他也能行。

鼓励学生多观察身边还有哪些不便利的地方，能否思考把这些小不便，变成一个个有实际意义的小创意、小发明，来激发学生兴趣，形成动力，激活潜能。

2.2 综合运用多种教学手段和方法

在教学中，要采用案例法、启发式教学等教学方法，并采用多媒体和板书相结合。由于学习时间有限，更要精心选择好有代表性的小项目作为案例，通过一些有联系但又有不同的案例贯穿始终，通过提问的方式，启发学生体会其中的同与不同。如：在学习单片机基本机构后，如何设计一个最小系统;在学完并行口后，如何在最小系统的基础上利用并行口来实现二极管流水灯，如何用软件延时的方式控制流水灯的闪烁时间;在学完定时器后，又启发学生思考如何用定时器的方式来控制闪烁时间，在此基础上，可以加进数码管，要求学生思考它们和发光二极管在连线和编程上有何区别;还可以加入键盘以及串口等，来控制显示的内容和显示方式的控制和切换。通过这种形式，每次的案例跟前一次相比，有点类似，却又不尽相同，每一次要求都在前一次基础上有所提高，系统综合性越来越高，学生对知识点的掌握和能力得到逐步提高，克服了畏难情绪，获得了成就感。

3 加强实践，循序渐进，提高学生的单片机应用能力

如前所述，本专业实践环节主要为：课内实验+课程设计+实训。

课内实验部分，包含8个学时的实验，包括并口、定时器、串口、键盘和数码管等内容。可让学生尝试利用Proteus来仿真，然后在实验箱上连接电路，编写、编译、下载、调试相关程序，巩固课堂的学习。每个课内实验可以循序渐进的提出要求，要求学生完成验证、设计、综合性实验。

课程设计部分，包含一周的时间，则提出了一个较高的要求。我们会布置一些基于单片机的题目（学生也可以自己选择题目，但要得到指导教师批准），这些题目会用到课堂上没讲过的一些芯片或模块，如温度计设计会用到单总线（1-Wire）的DS18B20，数字电压计设计会用到串行A/DTLC1549芯片，实时时钟设计会用I2C 总线时序控制PCF8563芯片，电子琴的弹奏和存储会用到I2C 总线时序控制24C16 E2PROM存储器等等，这些内容，由于课堂学时有限，没有学习，我们要求学生选择相关的一个题目作为自己的题目，花点时间，先进行这些模块的单独学习和实现，在弄清楚这些模块的基础上再设计整个系统，然后，再利用Proteus仿真和实验箱来实现（由于时间有限，此部分还是在实验箱上来运行）。通过这个过程，一方面弥补理论学时有限带来的缺憾，另一方面，也培养了学生的自主查阅知识、自主学习的能力。此外，对于每个题目，我们还设置了基本要求和扩展要求，鼓励同学去创新。

实训部分，则给出4周左右的时间，本院在大四上学期开设相关的实训课程，会给出若干个涉及不同种类和方向的题目，学生可根据自己的兴趣和未来打算从事专业的方向来选择自己的实训题目。而单片机方面又分51和STM32等方向，由学生根据自己的情况选择。实训过程中，让3-4个学生组成一个团队（每组设置一个组长），来分工合作完成一个带上位机的小型的产品，从需求的描述，任务书的制定、方案的设计（可进行Proteus的仿真）、到原理图和PCB图的绘制、元器件的焊接以及程序的编写，调试，最后得到一个较为完整的系统。在此过程中，学生得到了一个较全面的单片机系统的设计、调试等方面的训练，而且，将其他课程所学的上位机设计和单片机设计整合起来，丰富了系统。此外，学生的团队协作、沟通等能力也得到了培养和提升，而这些都是工程教育中所看重的。

此外，还可开放实验室以及结合大学生科技創新、电子竞赛等来进一步利用课外时间来实践。

在实践环节，要纠正一些学生不够踏实，滥竽充数的现象，更注重考核学生的动手能力。一些学生往往只满足于跟着别的同学设计、连线，而对背后的电路原理和程序等不去深究，在验收环节，除了传统的提问外，还可以故意在硬件和软件上设置一些问题，让学生现场来排查，督促他们认真投入时间和精力，认真对待实践环节。

4结论

单片机原理及应用是一门综合性、实践性很高的课程，需要理论和实践相结合、硬件和软件相结合，课内和课外相结合、Proteus仿真和真实电路板相结合，需要综合运用各种教学方法和考核手段，激发学生兴趣和潜能，并鼓励学生动手操作，参加科创和竞赛，以便提高教学效果。

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