以能力为导向的单片机应用实践教学研究

蔡云

摘要：实践教学是工科专业中非常重要的一部分，教学过程的质量直接决定了学生是否可以灵活运用所学知识。针对目前单片机应用实践教学中存在的问题，分析了实践教学的现状，并从多课程、多视角等方面探讨了实践教学的构建。

关键词：实践教学;单片机;能力导向

中图分类号：TP368.1-4;G642文献标志码：A

文章编号：2095-5383（2019）02-0104-03

Abstract：Practical teaching is a very important part of engineering majors. The quality of teaching process directly determines whether students can apply what they have learned flexibly.  In view ofthe problems existing in the practical teaching of current single chip microcomputer applications，the current situation of practical teaching was analyzed，and the construction of new practical teaching mode from multiple courses and perspectives was probed into.

Keywords：practical teaching; Single-Chip Microcomputer; capability orientation

“单片机原理与接口技术”是工科院校电气工程及相关专业的重要必修课程，实践教学环节在教学过程中占有非常重要的地位，如何有效提高实践教学质量一直是一个需要深入研究的问题[1]。针对目前单片机实践的不足，从多个实践教学相结合的角度构建了一个以能力为导向的实践教学模式。

1 当前的实践教学现状

以我院电类专业为例，在各自的人才培养方案中均设置了“单片机应用综合设计”“电子线路CAD课程设计”及“电子技术课程设计”等实践教学环节，目的是掌握学到的知识和能力，毕业后可以胜任系统的设计和应用[2]。根据近年来对毕业生的跟踪调查，参加大学生科技创新和技术竞赛的学生，真正掌握了微处理器应用系统的设计、安装和调试，他们在就业中非常受欢迎，有较理想的工作和工资[3]。但是，由于种种原因，大多数学生没有完整的系统设计能力，分析其原因主要有以下两方面：

1）虽然“单片机与接口技术”“模拟电子技术”“数字电子技术”和“电子线路CAD原理及应用”在教学计划中安排了1～2周的课程设计，目的是希望全面应用所学知识。但是，所有的课程设计都是以课程为基础，只是为了验证和巩固具体课程的相关知识。各课程设计之间前后的衔接做的不是很到位，缺少知识系统化的环节，学生获取知识相对困难，很难建立与多门课程相关的系统设计理念。

2）对于课程设计的集中环节，一方面由于学生实践能力弱，在电路板制作和元件焊接过程中必然存在许多缺陷。测试可能会导致电路板和组件损坏，从而导致材料和时间浪费。另一方面，电路板生产和元件采购需要大量投入，因此它只能与简单的基础实验单元结合使用。学生无法体验原理设计、PCB板设计、元件购买、元件安装和调试的整个过程。课程结束后，许多学生经常不了解单元电路和微控制器处理器之间的关系。

2 新型实践教学研究

安徽三联学院是培养应用型人才，以使学生真正掌握微控制处理器（MCU）应用系统的设计、安装和调试[4]。采用项目驱动的方法，按照阶段性和渐进式教学思路，构建“阶梯式”MCU应用系统设计项目，创新MCU应用系统设计教学与实践方案。通过如图1所示的3个层次的逐步培训，从子项目中的子模块编程到子项目的电路设计和安装调试。最后，学生可以根据不同的控制对象和控制方案设计、制造、购买、安装和调试控制系统。从简单到复杂的项目，从单一到综合，通过这3个阶段的实践教学，能够提高学生的综合创新能力和技术开发能力。

2.1 基础层

此部分是基于单片机原理和应用课程的实验教学。传统的实验主要分为验证性实验和综合性实验，综合性是指多个知识点的综合运用，因此这部分采用以项目为主线的教学方式，进行各模块的划分。教师采用项目驱动的方法，利用前一时期学到的知识，完成子项目子程序的准备（如数码管显示、键盘驱动、A/D转换等），淡化实验个数概念。通过实践加强微控制器的基础知识，掌握微控制器的硬件和软件资源以及工作原理。实验内容为项目中的知识点、子模块或子程序。

2.2 应用层

在单片机原理训练和应用课程实验的基础上增加实训部分，实训课程教学是用来加强学生对于单片机相关内部和外部硬件资源的认识和运用，此环节一般有1～2 周的时间，将每2～3个学生分成1个小组[5]。同时整合“电子线路CAD课程设计”“电子技术课程设计”与“单片机应用综合设计”，完成整个项目的设计。

1）在“单片机应用综合设计”中，利用keil、IAR、protues软件的配合使用。首先教师布置相应的实训设计任务，学生利用所学知识及一切可以利用的资源，确定整个系统的方案设计。在前期课程实验完成的各个子模块或子程序的基础上，利用protues软件绘制整体电路的仿真电路，在keil或者IAR编程软件中完成程序的编写、整个项目程序的编写及仿真工作。

2）在“电子线路CAD课程设计”中，学生根据自己在1）所画的电路仿真图画出整体电路的PCB电路板图，教师进行统一的指导，并自行制作相应的电路板。

3）在“电子技术课程设计”中，通过1）、2）的课程设计，进行器件的选购，教师对学生课题进行集中指导和验收，完成整个项目的系統调试及硬件制作。这样学生不仅自己动手焊接并进行硬件系统调试，同时加强了对硬件的认识和电路的理解。学生能够利用课外时间自学，完成课程设计和其它方面的评估，使课程设计更加注重学习过程，注重学习效果[6]，让学生实现MCU应用系统的设计、生产和调试功能，达到全面培训的目的。

2.3 创新层

通过对基础层、应用层单片机应用系统设计的子项目设计、调试的全过程培训，学生有能力设计、制造和调试单片机应用系统。在这一阶段，学生需要进行全面的项目设计。通过学生自制作品、参加学校举办的电子设计比赛或其它各种学科大赛，测试学习效果，测试实践创新能力。同时，毕业论文可用于测试学生使用综合知识的能力。这一阶段以学生为主，从文献综述、程序开发、可行性分析、设计、模拟、实验调试和总结工作，充分发挥学生的积极性和主动性，分析和解决设计和调试过程中实际遇到的问题，培养学生的创新意识和能力，以实践为基础的科学精神和严谨的科学态度。

3 模块化教学资源整合

前面应用层提到，整合“电子线路CAD课程设计”“电子技术课程设计”与“单片机应用综合设计”，完成整个项目的设计。根据人才培养方案规定，这3门课分布在不同的学期，学期的分布正好符合3个阶段实践教学的开展时间。课题组主讲教师根据大纲要求将内容进行分解整合，这样就可以在各自的课程中完成相应的设计内容。

从图2中可以看出，通过对各课程设计的内容整合，學生从子项目的“子模块编程”到“电路设计”及“安装调试”，由简单到复杂，由单一到综合，这种循序渐进的实践教学能将单片机技术实实在在的展现在学生面前。最终，学生可以根据不同的控制对象和控制方案设计、制造、购买、安装和调试控制系统，做到学以致用。

4 多形式考核方式

为了适应培养应用型人才需要，在单片机应用实践教学研究的基础上，课题组对考核方式进行了认真地思考，目的是使学生能够从根本上重视实践教学，使本门课程的考核真正体现“学以致用”的原则。考核主要从以下几方面进行：一方面考查学生的团结合作能力。项目中将学生分2～3人一组，每人负责不同的部分，共同完成整个设计;另一方面学生可根据自己情况提交完整的仿真电路、硬件实物的制作、或是撰写设计论文并发表等不同的方式进行考核，真正做到考核学生的综合运用能力，真正将单片机应用能力考核落到实处[7]。

5 结语

分析和讨论了单片机应用实践教学中存在的问题，并在实践教学的基础上提出了具体的措施和建议。通过前期的调查，学生普遍反映自己能够从中了解单片机开发设计的整个过程，学完本课程后，学生能顺利完成电子元器件的选用、单片机产品的焊接与组装、产品的调试等任务。能顺利完成硬件电路设计、软件设计、软硬件统调、产品仿真与测试。学生满意率达90%以上。这种实践教学改革针对性地培养学生的应用能力和创新能力，有效地提高了学生的实践能力，更符合高校培养应用型人才的目标。

参考文献：

[1]凌锋，吴晓飞，王野.单片机实验实践教学研究[J].电子世界，2018（7）：107-108.

[2]黄晶.基于应用能力培养的单片机课程实践教学模式研究与构建[J].教育教学论坛，2018（10）：150-151.

[3]章军.基于项目教学法的单片机实践教学研究[J].计算机产品与流通，2018（1）：184.

[4]赵小英.单片机实践教学探讨[J].信息记录材料，2017，18（9）：133-134.

[5]丁娟.本科院校单片机课程实践教学[J].时代农机，2017，44（7）：246，249.

[6]李星星，张开洪，张颖.单片机课程实践教学改革与创新[J].当代教育实践与教学研究，2017（6）：173，191.

[7]史先桂.应用型人才培养模式下《单片机原理及应用》实践教学体系建设[J].湖北科技学院学报，2015，35（10）：168-170.