《单片机原理及应用》课程教学改革研究

聂森

摘要：单片机原理及应用作为电气类方向的专业基础课，是一门对于理论和实际操作要求很高的课程。本文在其教学现状的基础上，从教学内容、教学方式及教学目标等方面提出了课程教学改革措施，并说明了其实施效果。

关键词：《单片机原理及应用》；教学现状；教学改革

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）52-0085-02

一、引言

单片机作为社会生产生活中广泛使用的器件，在监控系统、仪器仪表设备、电子元器件等等方面都有很重要的应用[1，2]。作为电气与自动化专业学生的专业基础课程，《单片机原理及应用》课程系统培养了学生对于软硬件结合学习的认知，提高了学生硬件操作的动手能力，并为后续相关课程提供了基础，是一门理论性、技术性和实践性都很强的课程，更是学生就业的一大核心竞争力[3]。

同时，单片机原理及应用课程作为专业基础课程具有一定难度，在传统的教学模式下，学生总觉得难以理解较为抽象的知识点，难以将理论知识和实际操作相结合，从而产生单片机课程很难学习的感觉。因此如何教授该课程使得学生对单片机产生兴趣并真正掌握其原理和应用具有重要的意义[4]。

本文首先介绍了单片机原理及应用课程的教学现状，通过结合单片机的实际应用情况与实际教学的经验，对现状中存在的困境及问题提出了一系列的改善和改革举措。

二、单片机课程教学现状

单片机原理及应用是面向电气类本科生的专业基础课程，该课程以MCS-51单片机为对象，详细介绍了单片机的硬件结构、指令系统，并从实际应用的角度介绍了汇编语言程序设计与硬件接口设计、常用数据运算和处理程序、接口驱动程序及应用系统的设计。通过软硬件相结合的方式，使得学生能够深刻地认识和理解单片机的原理与内在机制，锻炼学生程序的编写能力以及硬件的实际操作、调试能力，培养其综合性解决问题的能力。该课程包含内容较多，既有较强的理论抽象性，同时又要求较高的实际动手能力，因此教学具有一定的难度。尽管近年来国内高校在该课程的教学上有一定地改革和尝试，但是仍然存在一些比较明显的问题。

1.教学内容安排不够合理。课程的前半部分集中于单片机的结构、工作原理和指令系统等内容，这些知识点相对来说比较抽象，特别是对于未接触过硬件的学生来说很多内容难以理解和前后贯通；而课程的后半部涉及的中断、并行口、串行口和定时器等内容需要和前半部的内容相结合，许多学生此时已经忘记了之前所学的知识点，无法将两者相结合从而造成知识点上的断层。另外，由于单片机更新换代速度较快，汇编语言作为入门级的语言在实际应用中也逐渐被C语言等高级语言所取代，因此教学中仅仅强调汇编语言的指令系统和逻辑结构是不够的。

2.教学方式较为单一。教学以教师讲授为主，通过板书和多媒体的方式，将课程内容讲授给学生，虽然多媒体可以直接将图片、视频及结果展示给学生，但是这其中学生参与的部分较少，很难让学生抓住学习重点，并且不易激发学生的学习热情，导致学生主动性不足、积极性不够。随着教学的推进，部分学生不懂的问题积累得越来越多，逐渐对课程产生“害怕”心理，甚至丧失了对课程学习的兴趣和信心。同时，单纯地讲授对于单片机中抽象部分的知识理解较为困难，学生单方面接收知识，较为被动，不利于学生的掌握。

3.缺少对学生独立思考能力的培养。现有的教学方式一般遵循基础知识的讲授、例题的讲解及实际动手操作。在此过程中，大部分的学生习惯于依赖老师的讲授而被动地接受知识，不会主动思考、发现和提出问题，因此缺少独立思考的能力。对于单片机课程的学习来说，由于其知识点多且杂，被动地接受知识点，很难将其软硬件特性相结合，往往会造成顾此失彼、边学边忘的情况，从而无法达到将所有内容贯穿掌握、灵活运用的标准。

4.对于学生实际操作动手能力培养不足。课程教学中涉及到的实验课较少，且都集中于课程的后半部分，导致学生对于新接触知识点的理解停留在表面，而无法通过实际操作彻底明白其中的机理。而单片机原理及应用课程的教学目标最需要强调的即培养学生实际操作和解决问题的能力，因此，仅仅掌握知识点和程序语言的编写是不够的。另外，实验课程的设定基本都是论证性实验，学生只需要按部就班地操作都能够得到预期的结果，无法锻炼学生独立思考和解决问题的能力。因此现有的实验设定缺少能够让学生自己设计的创新性，无法提高学生实际操作中独立分析和解决问题的能力。

三、教学内容改革

基于单片机原理及应用的教学现状，本文仅就实践教学中存在的问题提供了一些有效的改革建议，具体建议如下：

1.调整并合理安排教学内容。针对课程教学内容上前后部分不够连贯的问题，在教学内容中进行适当穿插，对于理论知识的讲解结合涉及到的硬件元器件的结构与原理。比如对于指令系统的讲解，对于指令的格式、寻址方式可以结合后面的中断系统操作来讲授；对于单片机的硬件结构在前半部分理论讲授时可简单介绍，而在课程后半部分涉及中断、定时、串口通信的内容时再详细讲授；另外，对于软件部分的教学，可以将汇编语言作为基础重点介绍，在学生掌握之后可适当引入关于C语言等更加主流，使用更多的语言，从而使得学生在真正接触到实际应用，或从事该方面工作时不会过于陌生，而容易上手。

2.丰富教学方式，激发学生的学习兴趣。单片机的内容相对来说比较容易让学生感觉枯燥而提不起兴趣。因此教师应该投入更多的精力和热情来吸引学生的注意力，唤起他们的兴趣。选择与教学相关且与实际应用联系紧密的实例，以此开始讲授、分析和讨论，帮助学生理解知识点并理清重点。适当地运用讲授法、讨论法、练习法和指导法准备课程主题，让学生记忆难忘。同时，在每次课程结束时可适时地采用随堂测验或者提问的方式来约束和提醒学生，增强记忆。

3.引导学生多思考和参与。单片机课程的教学仅仅依靠教师的讲授，很难取得好的教学效果。因此对于该门课程的教学应该以学生的需求为中心，坚持启发式教学，引导学生通过发现问题从而分析问题和解决问题，而不是仅仅被“灌输”知识点。秉承“授人以鱼不如授人以渔”的思想，带领学生从问题入手，帮助学生理解问题，进而分析问题的原因和本质，从而通过已掌握或还未掌握的知识点解决问题。同时在此过程中，可以引起学生对于未知内容的兴趣，从而适时地讲解新知识点，让学生通过问题学习内容，使得学生能够深刻理解單片机的功能及其工作原理。

4.激励学生勤动手，不怕犯错。单片机课程教学的最终目标是培养学生使用单片机解决实际问题的能力，因此需要鼓励学生多动手，只有在动手的过程中才能梳理和强化知识点，发现问题并且解决问题。可在教学的适当阶段以小组为单位，让学生通过思考、讨论和合作的形式解决开放性的实际问题。不论是对软件的编程还是硬件的调试，只有通过动手才能让学生发现自己的问题，鼓励学生不怕错误和失败，在实践中发现自己未理解或者未掌握的知识点，在不断犯错的过程中解决问题，通过动手加深对单片机原理的理解，而不是仅仅停留在对课本知识的“死记硬背”中。

四、结束语

针对单片机原理及应用课程教学长期存在的不足和问题，本人结合自身的教学实践，从教学内容、教学方式以及教学目标等方面提出了一系列改进和改革措施，通过长期的教学实践观察和结果反馈，上述的改革措施可以取得一定的成效。学生对于单片机学习的兴趣增强，发现和分析问题的能力以及解决问题的能力都得到了很好地提高。同时，增进了师生之间的沟通；学生对于单片机课程的学习，不再因为较为抽象的理论知识而“害怕”，教学氛围良好，促进了教学工作的开展。因此，这些改革措施为单片机原理及应用课程的教学带来了积极正面的影响。

参考文献：

[1]张霓.关于“单片机原理及应用”课程教学改革的几点思考[J].电气电子教学学报，2004，26（5）：21-23.

[2]唐炜.基于“项目驱动”的单片机类课程实践教学改革[J].实验室研究与探索，2010，（5）：130-132.

[3]赵月静，陈继荣，张永弟.单片机原理及应用课程创新实践教学改革[J].实验技术与管理，2013，30（1）：176-179.

[4]Yikang Zu，Miaojing Xu.Research on the teaching reform of a Single Chip Microcomputer course based on the concept of CDIO[J].World Transactions on Engineering and Technology Education，2017，15（2）：169-173.