“单片机原理与应用”课程教学分析

陈新芬 黄文明

摘要：“单片机原理与应用”是一门实践性很强的专业技术课，传统的教学模式难以培养出学生的技术实践能力。为了提高毕业生的就业竞争力，文章从创新性项目开发教学、综合性实践环节教学、利用开放性教学实验装置、课外兴趣实践、课程考核形式等几个方面，探讨了单片机教学改革实践，旨在提高学生的系统开发能力、创新能力。

关键词：单片机；教学；创新；实践

在我国《中国制造2025》纲要的驱使下，在进行大学生的单片机基础课程教学过程中，不能只局限于传统的理论灌输的教育方式，不能忽略了社会需求和学生动手能力及创新思维的提高。针对该问题，本文结合现阶段大学生单片机基础课程教学的实际情况，探索应当如何提高大学生在单片机设计方面的动手能力和产品设计的创新开发能力，促使学生能力的提高，更好地服务于未来的社会需求。

1 项目教学具备创新性

单片机课程具备很强的实践应用性，真正意义上掌握了该课程的学生，应该具备以下几方面的能力：系统硬件设计及软件开发，电路板设计，元器件选型，焊接及软件程序编写，软硬件系统联调。为了培养学生的系统设计开发能力，进而培养学生的创新设计能力，必须改变传统的学科知识传授的教学方式，将教学内容进行精心设计，以项目案例的形式展开教学。正在进行教学的项目案例，应该贴近目前行业企业的生产应用实际。单片机课程软硬件知识点，分散在这些项目案例之中，学生熟悉掌握了项目案例的设计开发，自然就掌握了单片机课程的各项知识点。项目案例既能够体现不同型号单片机的共性知识，又能够体现单片机发展趋势，比如现在比较热门的技术：人机接口技术、通信技术、智能铃声技术、盆栽自动灌溉技术、变频控制技术、自动避障车技术，IC卡应用技术、温湿度控制技术、模糊控制技术等。这就要求项目案例的教学中，要能够包含这些最新技术的应用，利用上述高新技术，正确引导学生，学生的知识面才会开阔，才能激发学生的学习兴趣和学习积极性，为学生的创新能力培养提供前提条件。

2 展开综合性实践环节教学

2.1课程设计

学生创新精神、创新能力的培养，源自学生遇到问题，需要发挥创新性思维来解决，源自课程体系中所学知识的综合运用、灵活运用。单片机系统开发就需要用到各门课程的知识，所以课程教学的后期，需要配套有对应的课程设计环节，来培养学生的创新能力。学习该课程的学生，一般前期都学过“电子电路”“电路板设计与PCB板设计”“传感器与检测技术”“电机驱动”等课程，在课程设计环节，要求学生分组，2-3人_组，利用一周的時间来完成一个综合性的基于单片机系统开发的作品。这个作品的命题可以是开放式的、自由命题，也可以来自教师的横向课题的子项目，也可以来自目前各级各类大学生电子设计大赛，智能车，机器人大赛的赛题。创新能力的培养，不是纸上谈兵，而是来自实际的问题解决的需求。学生为了完成既定命题下的课程设计，中间的实践环节会遇到各种问题，在问题的驱动下，创新性地解决问题，完成课程设计，能力得以提升。

通过课程设计，学生能巩固和掌握单片机基本原理，并在此基础上使学生的综合设计能力和创新应用能力得到大幅提升。围绕工程教育的特点和国际工程师认证要求，侧重创新能力和素质培养的要求，明确课程设计环节的能力指标：（1）围绕课题设计要求，综合运用课程体系知识，给出系统解决方案，并具备系统设计、分析、测试的能力。（2）具有运用信息网络、技术手册、说明书查阅有关技术资料的能力。（3）能够就系统解决方案、过程与结果，通过书面报告和口头陈述清晰地表达个人观点。

最终教师制定具体的评分原则，分别对方案设计、原理图设计、硬件制作、软件设计、调试结果、设计报告和口头陈述进行考评。

2.2小型智能产品开发

为了进一步培养学生的单片机系统开发能力，创新问题解决能力，无锡城市职业技术学院电子大类专业的学生培养计划中有一个集中实训的环节，即小型智能产品开发实训。

集中实训环节为期两周，在教师的指导下，学生自主定题，两人_组，共同完成一个智能产品的开发任务。近两年实践完成情况来看，学生做得比较多的实训作品有：智能寻迹避障小车、智能窗户设计、智能抢答器、基于单片机的任意波形发生器、温室温湿测控系统设计、简易电子琴设计、多样彩灯控制系统、电子秤设计、自控打钟铃设计。 经过小型智能产品的开发制作，学生体验了从绘制草图、设计单片机电路、手工制作电路板、程序烧写、调试电路板，最后完成单片机组装的实践机会。在作品制作完成过程中，两人一组的学生，各有分工，—人主要负责硬件电路的设计与元器件选型与焊接制作，另—人负责软件程序的编写与调试、下载。两人在完成任务的过程中，各有分工又需要通力合作，负责硬件的学生也要能够熟悉软件部分的操作，负责程序编写的学生，也要有一定的硬件电路制作能力，能够在后期的组装、程序下载、排错环节得心应手。在智能产品开发制作过程中，学生会遇到问题，有解决问题的需求，查找资料，创新性地解决问题，学生的实际动手能力、创新能力得以提升。

3 利用开放性教学实验装置

单片机实验箱用于完成基础类验证性实验，促进学生对单片机基础知识的理解和掌握。比如：I/O口实验、键盘显示实验、中断实验、定时器实验等。

同时，每个学生配备开放式实验开发板，开发板以STC89C52为控制核心，采用USB线供电，H340型USB转串口下载线，另配5V稳压电源及光盘资料。STC89C52核心板上整合了8位LED、6个独立按键、4位共阳极数码管、1个蜂鸣器、1个继电器、16脚和20脚两组液晶接口，红外接收头（H1838）接口以及、温感DS18820接口。该核心板能够完成I/O端口实验、中断二级嵌套实验、定时器实验等，两块板可以进行串口通信。只要有一台电脑，学生在哪都可以进行实验。在机房课堂上，学生跟随教师完成课内训练内容。课外，学生可以在宿舍、家庭等场所继续实验练习，这种方式便于在学生中形成共同学习单片机的氛围。理论教学与“实物”相结合之后，使得单片机教学中所涉及的抽象内容变得直观易懂了，使得学生直观具体地认识和了解单片机的实际工作和应用方式。在教学中为学生提供电路板的完整电路原理图，将课堂教学的内容和其“实物”联系起来，并逐步让学生学会读图、识图，为设计单片机系统的应用电路打好基础，逐步培养应用创新能力。

4课外兴趣实践

4.1鼓励参加各类赛事

对部分单片机技术掌握非常好的学生，鼓励他们积极参加江苏省大学生创新创业大赛，省、市级的大学生电子设计大赛，机器人大赛以及各类由地区行业企业主办的智能产品设计大赛。这类大赛一般以单片机为核心主控元件，配以外围传感器相关电路，执行相应的功能。由此把多门课程有机结合并拓展，进一步提高实践能力、设计能力、理论水平，增强创新意识。参加比赛的学生在规定时间内，合理分工合作，按照赛事要求，完成设计与制作调试，过程中遇到问题，学生通力合作有效解决。这个任务的完成过程中，培养了参赛学生的团队协作能力，有效解决问题的实践动手能力，创新性解决问题的能力水平得到提升。

4.2社会实践锻炼

系统的培养计划包括课内实验、开放实验、科技竞赛、企业实习等。无锡城市职业技术学院应用电子专业大二的学生，在二年级下学期有一个企业参观实习体验周。目前无锡城市职业技术学院的做法是将这部分学生由带队老师带领，进入到无锡市公共实训基地进行参观学习。无锡市公共实训基地是在地方产业转型发展急需高技能人才的背景下，由市政府公共财政投入建设的面向全社会开放的公共服务平台。目前己成为国家级高技能人才公共实训基地，建成并投入使用的有110个实训鉴定室，涵盖现代制造业、现代服务业、现代信息技术、现代电工电子技术等八大实训门类。基地里的电工电子技术实训室有我们专业高度相关的实训设备，贴合市场开发需求，符合当下行业应用主流机型。实习周校内带队老师将学生带入进去后，里面有专门的技术师傅介绍设备如何使用，感受設备运行的控制功能，学生现场参观学习.倾听师傅讲解。学生在实习周内能够接触到非常丰富的企业生产一线的设备，开阔了视野，激发了兴趣。

一周的实习体验，对提升学生的实践能力显然是远远不够的，对电子大类专业的学生，可以利用无锡地区产业发展优势，寻求校企合作渠道。在校企深度合作的基础上，可以实施目前的最新做法，签订企业订单班，冠名班。无锡城市职业技术学院大三学生需要完成企业顶岗实习一年，企业订单班的学生进入对口企业，直接上岗训练，利用企业的先进设备，项目开发需求，来激发学生的创新动力。在校期间的学习，接触的单片机型号有限，一般都是比较经典的型号。学生可以利用在企业实习的机会，接触到当下生产一线普遍使用的机型，了解最前沿的科技咨询。

5 改革传统课程考核形式

考核方法的改革是推动教学改革的有力措施，建立有利于学生发挥创造性能力的考核体系，对学生进行多方面、多角度、多形式、多层次的综合评价，更符合创新教育的要求。传统的期末闭卷考试的形式，考核面比较单一，无法完成对学生在该课程学习过程中各种表现的一个综合性考量。期末闭卷考试的形式，形成不了对学生督促学习的作用。所以除了期末闭卷考试之外，还需要有期中综合性大作业检查、课后作业、实验考核、课堂小测验等形式，确保对学生形成一个客观、公正、合理，能起到督促课程学习作用的考核体系。

传统的实验考核，主要通过实验结果、实验报告进行考核，形式过于单一，大部分实验报告千篇一律，抄袭严重，难以提高学生的积极性。因此，对实验成绩的评定不能简单地看实验结果是否准确，而要以实验预习、实验过程、分析和处理问题的思路、实验操作规范程度和实验报告书写内容等来综合评价实验成绩。鼓励学生自主设计，自行实验，独立完成实验方案和实验报告。对通过查阅资料、独立思考并解决实验中问题、有新颖设计方法的学生，从实验成绩上给予肯定。

期中综合性大作业可以是学生小组的形式来完成任务。学生2-3人为一组，每组学生可以自主选题，也可以在教师的辅导下完成选题任务。在选题确定的情况下，然后进行实践训练，可以是实物形式的制作调试，完成一个实际的小作品，也可以是PROTEUS仿真的形式，完成原理图绘制与程序编写和调试。同时将过程中的各个环节记录下来，形成纸质综合设计报告，教师根据设计报告以及完成作品，进行过程性成绩评定。