基于提高高职生就业竞争力的单片机实验教学改革研究

赵光胜, 严 健

(山东交通职业学院, 山东 潍坊 261206)

高职毕业生的就业问题是一个艰巨、长期、复杂的问题，这个问题越来越受到社会各界的关注，越来越多的人已经意识到大学生就业的紧迫性。2020年我国高校毕业生人数又创新高——达到909万人，同比增加35万人，毕业人数的增加以及当前受新冠疫情、经济下行压力等多种因素的影响，使得今年应届毕业生在就业问题上面临着不同以往的难题。

面对如此紧张的就业形势，高职院校需要做的工作很多，涉及的方面也很广，强化学生的实操能力，提高其就业竞争力是很重要的方面之一。多年来，尽管国内教育改革的力度和广度都是空前的，但是应试教育和单纯的理论知识教育依然普遍存在。应用型人才所必需的操作技能、工程实践能力以及知识的外化、转化等能力一直是制约学生自身成长的瓶颈。面对日益严峻的就业形势，毕业生的无助、无措乃至无奈，说到底都是就业竞争力不足的问题。所以，目前高职院校一项现实而紧迫的任务就是着眼于学生工程实际和实战训练，切实加强毕业生工程实践能力的培养[1]。

单片机原理与应用是工科电类专业的重要课程之一。单片机在航空航天、智能仪器仪表、无线通信、消费类电子产品、工业自动化等诸多领域中已经得到广泛应用，已成为测控技术现代化不可缺少的重要工具。本课程的主要任务是从应用的角度出发，以MCS-51系列单片机为基础，介绍单片机的硬件结构、软件设计、系统扩展、接口技术、抗干扰技术以及单片机应用系统开发等。学生应该掌握单片机的基本组成、接口技术及程序设计的基本方法，通过课堂理论学习和实操训练使学生具备简单的单片机应用系统开发的基本能力。该课程是一门涉及理论和实践、硬件和软件的综合性课程，实践性很强，对学生动手能力的培养、就业竞争力的提高有着重要意义。

1 单片机实验教学现状

我院单片机实验教学采用的实验系统为启东计算机厂的DVCC系列实验箱，该实验系统将仿真器与实验板结合在一起，基本具备了51系列单片机的简单硬件系统和常用外设。主要有以下硬件：①8031 及内存系统；②8255、8155、8279外扩芯片；③A/D0809及 D/A0832 模块；④输出系统——12个LED，6位动态扫描数码管显示；⑤输入系统——拨盘开关、单键按钮、键盘系统。

为避免以往实验过程中存在着的将综合性、设计性实验做成验证性实验问题的出现，大家在少做验证性实验，多做综合性、设计性实验思路指导下，修改了各专业、各门课程的大纲，并重新编写了各门实验课程的实验指导书。可在接下来的实际教学工作中我们却发现，该举措对单片机原理与应用这门课程的实验来说作用不大。原因是我们的实验指导书制作得很“完善”，每个实验的硬件、软件都已经做好了，学生只需要按照实验指导书给出的电路图搭接硬件电路，将实验指导书提供的程序经过编译软件编译后，通过串行口下载到单片机中运行即可。每个实验只要按实验指导书要求的固定步骤操作必定会得到正确的结果。所以，做这种实验时,学生往往是照搬实验指导书，只注重实验结果的正确与否，而不注重软硬件设计，对什么情况下程序应该如何编写以及硬件电路如何设计等问题都漠不关心。这样的实验内容，既不利于学生学习积极性和主动性的发挥，更不利于培养学生的工程意识及解决实际问题的能力，与培养工程应用型人才的初衷不相吻合。这样的实验教学需要改革。

2 改革教学内容

2.1 在理论教学中增加C51部分

目前单片机已经具有了C51语言编译系统以及实时多任务操作系统，用它来开发项目方便快捷，省时高效。C51功能非常强大，特别适用于控制系统的开发。在一些规模较大的软件设计中，使用C51语言开发程序的效率都要高于汇编语言。所以现在大多数企业都使用C51进行单片机系统开发，而传统的单片机教学内容不包括该部分，学生只会使用汇编语言，不会用C51，毕业后就难以马上适应工作要求[2]。

2.2 指导学生自学Proteus与Keil

Proteus是英国Labcenter Electronics公司推出的电路分析、实物仿真系统。它可以对基于微控制器的设计连同所有的周围电子器件进行仿真，可以仿真各种电路和集成IC，最关键的是它支持多种不同型号的单片机仿真，另外还可提供Schematic Drawing与PCB设计功能。Proteus元件库很齐全，使用方便，是最常用的单片机系统设计辅助软件。Keil软件是德国Keil公司出品的一个商业软件，是目前为止世界上最好的51系列单片机的汇编和C51语言的开发工具。它支持C51语言、汇编以及混合编程，同时具备功能强大的软件仿真和硬件仿真功能[3]。二者可以单独使用，结合起来效果会更好。Proteus提供了丰富的外围硬件，而且支持第三方集成开发环境IDE，在嵌入 Keil 后，学生不仅可以很快组合硬件电路，学会编程和调试，还可以看到仿真效果。

目前单片机原理与应用实验由于存在场地和时间等问题的限制，学生除了课程表上安排的实验课外，难得有机会实践。部分学生会在老师的指导下自行制作单片机实验开发系统。同时由于单片机实验箱是厂家生产的成品，学生很难参与到实验电路设计的细节中去，学生实操能力的锻炼和提高必然会受到诸多限制。而且单片机类的课程除了主要开设51系列单片机课程以外，还要开设PIC、AVR等系列的课程，为了保证相关课程实验的开设，必须要有与之配套的实验设备。同时要保证一定的台套数，这是一笔很大的开支。所以在目前经费紧张的情况下，引入仿真软件，就可以大大减少采购硬件设备的开销，降低维护实验设备的工作量。而且现在的大学生基本人手一台笔记本电脑，安装仿真软件后可随时随地学习。

2.3 调整实验内容

将实验内容分为三个部分，第一部分的目的是培养学生对80C51单片机的初步认识和基本的应用能力，为后续的复杂应用打下基础。该部分的实验内容包括硬件和软件两部分。完成本阶段训练后，学生要能看懂程序流程图，按照教师提供的程序流程图，参考程序以及实验步骤，进行硬件连接以及软硬件调试。本部分的学习目的是使学生基本掌握单片机程序的设计方法，锻炼学生基本的编程能力，学会分析程序运行结果和实验过程。

第二部分为基本接口实验，实验前不提供完整的软、硬件设计，可以根据学生的实际情况提供相应的提示，要求学生在教师的指导下能够完成设计及安装、调试。

第三部分为综合性或者称为设计性实验，是在前面两部分的基础上，要求学生充分利用实验箱上的硬件资源和所学的编程知识进行实用的单片机控制系统设计。这部分内容主要有电子音响、点阵显示、继电器控制、步进电机控制、直流电机控制等。

另外，在单片机课程将近结束的时候还会有两周的单片机课程设计，要求学生在教师的指导下完成一个实用设计，从方案的确定、硬件电路的设计、元器件的选择、软件的设计一直到安装调试，经历一个系统开发的完整过程，学生需要将所学内容整合后进行综合运用，这样做对理论知识的理解和动手能力的提高都有明显效果[4]。

3 改进教学方法

3.1 由教师为主过度到由学生独立做设计性实验

重新编写实验指导书，不再提供完整的设计内容。从实验内容的第二部分开始，逐步减少教师为学生提供的设计内容，基本过程如下：提供完整的软、硬件设计——提供大部分设计，留出少量关键内容由学生补充——给出相关提示、程序流程图等——完全由学生完成整个设计。当然如果原来没有基础，只经过一个学期有限课时的学习，要达到上述目标是有一定难度的，部分学生需要在教师的帮助下完成，少量学生能够很好地独立完成设计过程。

3.2 鼓励学生利用课余时间进行单片机应用系统开发

对于掌握了C51、Proteus和Keil的学生，教师可以鼓励他们利用课余时间自己做AD/DA 转换，步进电机控制，交通灯控制系统设计，LCD、LED显示等方面的小实验。学生也可以自愿购买单片机开发板，在开发板上进行相应的开发训练。或者在教师的指导下自行设计定做PCB板，购买相关的元器件，自己安装调试，自制单片机系统开发板[5]。

3.3 指导学生参加电子设计竞赛

全国大学生电子设计竞赛是教育部倡导的四大学科竞赛之一。这项活动的宗旨是“引导高校注重培养大学生创新能力、协作精神和理论联系实际的学风，全面训练大学生的动手能力和工程实践能力，提高学生针对工程实践中的具体问题进行电子设计制作的能力”。

在教学过程中给学生提供历年的竞赛题目和设计要求，鼓励学生亲自动手尝试；指导学生全面学习参赛所需知识。

结束语

单片机技术是现代电子工程领域一门迅速发展的技术，应用于各种嵌入式系统中。人工智能、大数据、物联网等是当前国际竞争的主战场之一，单片机原理与应用正是这方面的基础课程。单片机技术的发展和推广极大地推动了我国电子工业的发展。而单片机学习可以充分训练学生利用已学知识解决实际工程问题的能力。实践证明在这方面有一技之长的学生往往能很顺利的找到满意的工作。所以该门课程学的好与坏，会直接影响到相关专业学生的就业数量和质量。在科技飞速发展的今天，高校单片机课程的任课教师应改变教学观念，注重学生动手能力的培养，从而提高学生的就业竞争力。