高职单片机应用技术课程教学改革

邓建锋，王 杰 ，刘卫想，李 哲，于瑞锋

(河南林业职业学院，河南 洛阳 471002)

1 引言

单片机技术是高职机电一体化技术等专业的一门核心课程，学习该课程对于学生初步认识单片机的整体设计过程和从事电子产品设计、检测和维修等具有重要的意义。该课程具有实践性、实用性、综合性强的特点，需要教师在讲课的过程中重视理论与实践的紧密结合，以具体的电子产品设计为例着重培养学生的动手实践能力。对高职院校学生来说，理论基础知识薄弱，动手实践能力强才能提高自身竞争力，因此更应注重学生在动手实践的过程中对理论知识的掌握和创新能力的培养。

2 高职单片机教学现状

2.1 教材内容枯燥，学生兴趣不高

当前，大部分的单片机应用技术教材以MCS-51系列单片机为主要内容，对51单片机运行机理、寄存器、汇编语言等内容都做了详细的描述，这些知识枯燥且难度较大，学生不易理解，大大降低了学生学习单片机课程的兴趣。随着高职的扩招，单招成为招生的主渠道，生源群体发生重大变化，大部分学生更乐意动手进行实践操作，对需要理解和记忆的知识缺乏兴趣。

2.2 教学资源有限，学生实践环节不充分

单片机是一门综合了理论知识与工程实践的高实用性课程，需要大量的实际工程项目实践来提高学生的动手能力，并夯实理论基础。但在实际的教学过程中，由于实验室资源相对紧张，主要采用的是用理论加软件仿真或者理论加试验箱实训，理论课上完之后，在实验室中经常出现一个学生操作电脑或者试验箱一群学生围观的现象，学生实践时间的不充分不利于单片机的学习。

2.2 教学项目固化，学生缺乏创新能力

教材中的教学项目和试验箱上可操作的实验是很成熟的实例，一般很少变化，在实验室进行单片机项目实训时，大部分学生在学习过程中缺少自主思维，单纯地参照给定的代码进行验证，没有进行很好地理解掌握，难以实现高质量的学习和创新。

3 教学改革的措施

3.1 教材改革

教学团队通过整理和分析51单片机的主要知识点，以项目教学为主线，以增强学生就业能力为导向，以培养学生实践和创新能力为目标来设计教材。删除企业中一般不使用的汇编语言和复杂很少使用的寄存器等内容，以C语言为程序开发语言，结合学生的专业设计扩展性实验，合理将知识点融合于项目中，由浅入深循序渐进的编排教材。

3.2 教学项目改革

教学实践项目(图1)的合理设计是学生学好单片机的重要保障，学生具备单片机应用能力和实践创新能力，是循序渐进、不断积累和长期训练的结果。为此，以培养学生的技术应用、实践创新能力为目标，将单片机实践项目划分3个阶段来进行实施，逐层深入。

图1 教学实践项目

(1)基础打牢阶段。此阶段让学生掌握单片机的基础知识、基本原理、基本的程序编写和调试技能，主要包括单片机运行原理、IO口控制、按键、7段数码管、AD/DA转换、定时器、中断、串口通信等内容。

(2)综合扩展阶段。通过前一阶段的学习，此阶段设计趣味性强，贴近生活结合专业且包含多个单片机基础知识点的各种电子产品小项目，如花样流水灯、交通灯、数字钟、密码锁、抢答器、温度检测系统、PWM电机调速等。通过这些项目的训练，可调动学生的学习积极性，提高学生解决实际问题的能力。

(3)实践创新阶段。设计固定或开放的课题让学生参与单片机电子系统开发的全流程，即原理图设计，PCB设计，仿真调试，器件选型，电路板打样，元器件焊接，软硬件联调等。可让每个学生的实践动手能力、软硬件设计能力都得到了一定的训练和提高。

教学项目的改革让学生首先认识到单片机可以解决实际中的哪些问题，学生在学习的过程中结合本专业对单片机的应用会有更进一步的认知，项目的趣味性和实用性让学生有兴趣花更多的时间去动脑思考和实践。理论知识带动实践训练，项目实践训练又巩固了理论知识，做到了理论与实践的相互融合，体现了“学中做，做中学”的教学理念。通过设计恰当的项目，有利于培养学生分析和解决实际应用项目的能力，强化学生项目组织与实施的能力，实践动手和创新的能力。

在整个项目实施过程中将理论知识融入到实际应用案例中，通过理论知识应用—案例仿真—案例应用动手实践—理论知识验证学习网络来实现对单片机知识的深入学习。学生循序渐进，由浅入深地练习和实践，能够大大提高学生的就业技能综合素质，不仅使学生对单片机知识还能对电子线路、电子元件、计算机应用、编程、焊接等知识和技术进行掌握，成长为复合技能型人才。

3.3 教学方法改革

主要采用的教学方法有现场教学法、任务驱动法、分组讨论法等，旨在将课上、课下、线上和线下需要学习的内容有机地结合起来。课上学生利用Proteus软件绘制原理图，并编写相应的C语言代码进行仿真模拟，然后分组在试验箱中进行验证；课下学生利用课余时间在宿舍或者实验室进行强化学习，教学团队安排老师针对性的进行指导；线上录制了单片机各种知识点和程序代码讲解的微课小视频，还配置有相应的章节测试供学生练习；线下学生可利用碎片化的时间学习各知识点和练习相关的项目。

以机房为主要的教学环境，保证每个学生一台计算机，三人一组共用一块51单片机实验板的硬件资源。老师采用Proteus仿真软件和Keil编程软件进行现场教学，将理论教学部分搬进了机房，理论结束后学生可直接进行项目模仿和创新实践。采用Proteus软件模拟仿真的项目直观性和灵活性大大提高了学生的学习兴趣，小组内部成员互帮互助一起进步增强了学生的团队协作能力，小组之间争先恐后相互竞争提高了整个班级的学习效果。

4 教学改革效果

教学改革改变了单片机以往教学模式枯燥的教学方式，将理论—仿真—实践等紧密结合起来，更好地实现学生“学中做，做中学”，提高了学生的学习兴趣，加强学生对单片机知识的掌握。除了采用仿真形式对单片机知识进行验证之外，通过设计固定或开放的课题让学生参与单片机电子系统开发的全流程，即原理图设计，PCB设计，仿真调试，器件选型，电路板打样，元器件焊接，软硬件联调等，可让每个学生的实践动手能力、软硬件设计能力都得到了一定的训练和提高。

通过改革，使学生的单片机应用水平有了极大的提高。有学生参加蓝桥杯单片机设计与开发竞赛中获得国家级竞赛二等奖、省级竞赛一等奖的好成绩，且毕业后从事电子产品开发相关工作的学生也越来越多。

5 结语

通过教学改革，让学生在课堂上从被动学习转变到主动参与，大大提高了课堂教学质量，使学生掌握了一定的单片机开发知识。通过小组的形式进行大量的实践项目不仅提高了学生的动手实践能力，培养了学生的团队合作意识，而且加强了学生的专业水平和创新能力，为以后的工作打下了坚实的基础。