单片机课程在应用型本科工程化教学中的改革初探

蚌埠学院电子与电气工程学院 刘 旭

1 目前课程教学中的现状

目前我校开设单片机课程的专业较多，有电子类、电气类专业，还有机械类的专业。学生的层次也多种多样，有专升本、对口高考和普高的学生，学生起点不尽相同，给教学带来了很大的难度。单片机课程理论讲授中，基本采用89C51单片机作为对象，有的使用汇编，有的使用C51进行编程。实验教学中，一般采用实验箱或开发板，给定实验内容和程序对各个模块进行验证性实验，观察现象。

（1）理论教学内容枯燥，缺乏工程化思想。

由于单片机课程的知识面广、综合性强，教学通常以单片机的内部结构和原理为主线，其次介绍指令系统和软件编程，在介绍单片机的I/O电路。基础理论知识较多，感觉抽象枯燥，学生很难自己实现一个完整项目，课堂教学效果不是很好。比如很多学生在学习C51编程一章时看到大段的程序，就望而生畏，没有了学习的兴趣，自然没有好的学习效果。这样也就引起了大家的思考，怎么能让学生在学习单片机的过程中产生兴趣，自己愿意去学习而乐在其中呢？我认为可以引入一些小的同学们感兴趣的项目，比如说智能手环、移动机器人等来引导学生入门，激发学习兴趣，也有些老师在日常的教学中这样做了，也起到了一些成效，但是不足以满足应用型本科对工程化教学的要求。

（2）学生起点不同，但教学方法单一，没有针对性。

我校因历史原因，招生层次多种多样，学生的综合素质不尽相同，对专业知识的理解和接受能力也不一样。但教师在教学过程中方法较为单一，无视学生间的单体差异，再加上现今学生的求知欲和主动学习的意识较差，使得学生对课程丧失了学习兴趣，当然课题教学效果也不会好。

（3）实验教学以验证为主，缺乏创新型、自主性。

实验教学针对不同专业，有采用实验箱、有的采用开发板，学生根据配备的实验指导书，按照给定的电路和示范程序，下载到单片机，观察实验结果。这种简单的验证性实验很难引起学生的好奇心和学习兴趣，也不能锻炼学生的开发设计能力。另外，随着时间的流逝，实验室的实验设备损耗较大，计算机、实验箱、开发板都有不同程度的损耗，即使班级分组进行试验也很难做到一人一机，并且实验室不开放，学生课外很难有机会进行实践。学生的创新性、自主性得不到很好的培养。

2 工程化在教学中实施及相关成果

应用型本科的单品机教学应该采用“以职业为导向，以能力为核心，以学生为主体”的CDIO（构思、设计、实施、运行）教学理念，通过一个个小的项目和模块化的教学设过程来进行理论和实验教学。教研室的多位老师通过几年的时间尝试采用“仿真平台+开发板+课程设计+竞赛”的教学模式，来优化我们的单片机课程的教学，收到了不少的效果，学生们的学习热情和对单片机的兴趣都有不少的提高，学习成效也比较明显。

（1）基于Proteus和Keil 的仿真实验平台构建。

如何将工程化引入到平常的课堂教学和试验教学中呢？“项目教学法”是一个很好的办法，但是有的项目如何在有限的学时内想通过电路设计、焊接、调试又很难做到，那么构建一个仿真平台也就很有必要了。基于Proteus和Keil 的仿真实验平台构建可以将实验实践教学与课堂教学有机的结合起来。

开发虚拟仿真平台的构建也不需额外增加硬件设备，同时也减少设备维护开支，让每个学生不仅在课内在课外也可以培养开发设计的能力。仿真调试过程中不仅可以看到实验现象，也可以对单片机内部资源随程序运行时的变化有直观的认识，使得软硬件能有机的结合起来，真正实现了软硬件协同仿真，比传统的教学方式有明显的改善。

（2）基于项目驱动的单片机案例开发及项目化教材建设。

针对单片机课程特点进行分析后，归纳总结出其所需要的信号灯闪烁系统设计，流水等模拟系统设计等能力而设置的工程任务，每个工程分成几个学习任务，学习任务完全按照基于工作过程的教学模式展开教学，有助于提高学生的动手能力、自学能力、创新能力以及岗位能力等各项素质。通过项目化教学的开展，学生能很快的融入到单片机设计研发过程当中，对基础知识的学习也更加容易和快速，并将所学知识构成了一个完整的系统。

结合一些项目驱动的单片机案例，比如说交通灯、数字温度计等来编写项目化特色教材《单片机原理及应用》，对教材的内容编排进行全新的尝试，课程内容先由工程项目导入，然后展开理论学习，方便学生透彻地理解理论知识在工程中的运用。在教材中增加开发板的制作，使用配套的开发板来激发学生的学习兴趣，也避免了实验设备重复使用造成损坏对教学效果的影响，让每一个同学都有自己的开发板。

（3）开发制作发配套单片机实验板，用作实验教学、课程设计和大学生单片机竞赛。

将项目驱动法引入单片机教学，同时结合教师的科研项目、大学生创新创业项目以及大学生单片机竞赛，把所要讲授的理论基础知识和实验实践技能分解到一个个小的任务中，让学生在项目中学习成长。通过大学生创新创业项目的开展和学生参加教师科研项目引导学生掌握提出问题、分析问题和解决问题的方法，最终让学生通过自己的努力和教师的指导，参加大学生单片机竞赛来考验自己对知识的掌握。

3 结论

以工程设计为主线，将设计教育贯穿于整个单片机课程教学。在单片机课程开始就引入开发板的设计理念，通过开设不同的项目和模块进行理论课程和实践课程的讲授，在课程中完成每个小项目、小模块，最终完成整个开发板的设计、焊接及调试，培养学生的系统设计的能力。大学生竞赛时学生可以利用完成的开发板加上一些扩展模块，例如WT588语音模块、红外模块等，自主完成电路设计、PCB电路板制作，Proteus仿真调试，实物制作等，有效提高学生的工程实践能力。

[1]许景辉,张成凤,李宗利.“单片机原理及应用”课程改革实践和探索[J].中国电力教育,2013(35)：74-75+82.

[2]段英宏,田志宏,刘秀红.《单片机原理及应用》课程改革与创新能力的培养[J].现代教育技术,2009,19(S1)：282-284.

[3]白艳霞,温成卓.《单片机原理与应用技术》课程项目化教学探索与研究[J].山东工业技术,2016(08)：266-267.

[4]邹孝,刘美容,马天雨.从大学生电子设计竞赛探索电子信息类专业实践教学改革研究[J].教育现代化,2017,4(43)：46-47.

[5]李冰.单片机课程的项目化教学改革与实践[J].实验室科学,2014,17(01)：101-103.

[6]李萍,李红萍.基于项目教学法的单片机课程改革[J].甘肃科技纵横,2010,39(02)：46-47.

[7]杨明欣,郑郁正,赵建,郑小彪.结合电子设计竞赛进行单片机课程改革[J].实验科学与技术,2007(04)：94-97.

[8]王金波,姜华,王学惠,王立新.面向工程强化实践的“单片机”课程改革与探索[J].中国电力教育,2013(07)：77-79.

[9]曹建树,代峰燕,俞建荣,李明利.应用型工科院校单片机课程教学改革与实践[J].实验室研究与探索,2012,31(03)：129-132.