单片机原理及应用课程教学改革与实践

    李栓明 田敏

    摘? 要 对单片机原理及应用课程教学中存在的问题进行梳理和分析，发现在传统的教学中存在学用脱节、教学方式单一、重理论轻实践的问题，在相关研究及教学实践的基础上针对问题提出相应的改革措施。

    关键词 单片机原理及应用;教学改革;微课;实验室;实验教学

    中图分类号：G642.0? ? 文献标识码：B

    文章编号：1671-489X（2020）17-0101-03

    1 引言

    随着信息化时代的到来，单片机在工业自动化、家用电器、智能仪器仪表等领域得到广泛应用。单片机原理及应用作为高校电气控制、自动化、电子信息等专业的必修课之一，具有较强的实践性与综合性，能够有效发展学生对于软硬件结合的认知，提高学生运用单片机进行综合设计实践的能力，为后续相关课程的学习和从事电信相关领域的工作提供支持[1]。

    在单片机原理及应用课程中，学生以51单片机为学习对象，不仅需要学习单片机的硬件结构及各类指令，还要学习汇编语言与硬件接口设计，最后综合以上学到的知识来进行应用系统的设计。学生在这一课程中需要熟悉单片机工作原理及运行机制，提升自己在软件方面的编程能力和硬件的操作调试能力，能够独立解决单片机开发过程中的常见问题[2]。由上可知，单片机课程的教学目标不仅仅局限于对于抽象理论知识的理解，更重要的是能够通过编写程序与硬件调试来完成常见的工程项目，从而提升学生的单片机的理论与实践水平。

    2 单片机教学中存在的问题

    学用脱节，教学内容陈旧? 单片机课程知识点抽象，学生在学习过程中不能将理论知识与实际操作相结合，导致教学效果不佳。传统的单片机课程教学模式一般以单片机结构为基础，通常讲授单片机硬件结构基础及各类指令，接着学生需要学习系统的扩展及各类外围器件，最后通过简单的验证性实验进行实践教学[3]。整个课程的教学过程可以总结为先理论后实践，这种教学模式可以使学生简单掌握单片机综合设计的能力，但难以提升学生的综合实践能力。

    单片机原理及应用课程教学内容相对抽象，知识点对于初学者难以理解，尤其是课程后期对于串行并行接口、定时器等内容的学习，需要结合单片机结构和指令系统进行学习，两者无法充分结合则会造成学生知识体系的不连贯[4]。除此之外，单片机实用性较强，在应用过程中更新迭代速度迅速，C語言慢慢取代汇编语言在工程应用中的地位，因此，学生在教学中除了要学习基于汇编语言的指令系统和结构，还需要结合此前学习过的C语言等高级语言进行单片机的学习。

    讲授为主，教学方式单一? 在当前工科课程教学中，简单的理论讲授替代了学生的创新学习，这种以讲授为主的单一的教学方法也大量出现在单片机课程的教学过程中。教师在教学中一般在课堂中借助多媒体进行教学内容的讲授，一定程度上将抽象的知识点进行形象表达，有助于学生建立对学习内容的感性认识;但是学生在课堂中缺乏对知识点实际应用的认识，难以激发对学习过程的主动参与，学习的积极性不足，教学过程中的重难点难以被突破。随着课程的深入，学生的问题不断累积，难免打击学生学习单片机原理及应用课程的兴趣和积极性，使其慢慢丧失学习的信心[5]。

    创新不足，实践内容固定? 单片机教学一般遵循基础知识讲解—典型案例讲授—实际动手操作的教学模式。在教学中，教师成为课堂的主体，学生被动地进行学习，不能主动思考和提出问题。消极的学习方式不仅不能发展学生在解决问题方面的创新能力，而且教学与实践的分离也不利于学生知识体系的构建[6]。

    单片机课程作为一门实用性较强的学科，重在发展学生的实践操作能力和问题解决能力。在单片机课程的实践环节，实验开展在课程的后部分，并且课内实验是实验教学的主体，主要利用实验箱和Keil软件进行系统仿真。学生在实验中按照指导书连好线之后测试程序，进行实验仿真，观察实验现象，记录实验结果。在该实践课程的教学方式下，学生能够进行单片机的简单操作，不利于发展单片机系统的设计与开发能力，固定的实验内容使学生在学习中创新不足。

    纸笔测验，考核方式单一? 在原有的单片机原理及应用课程中，对于知识掌握程度的考核以纸笔测验为主，考卷设置的出发点是单片机课程中讲授的理论知识点，缺少对于单片机具体应用的考核。对于学生对课程知识的掌握程度和应用水平的考核除了理论知识点外，还需要考查他们规范的程序编写、电路设计及制作等实际操作能力。单一传统的终结性考核方式无法真正检测学生的学习水平，无法诊断教学过程，难以实现教学评价激励与改进教学的功能。

    3 单片机课程教学改革措施

    调整教学内容，课外主题分享? 针对单片机课程原有教学模式学用脱节的问题，在前期的理论教学过程中加入对元器件结构及原理的学习。在硬件学习方面，课程前期可以简单介绍单片机的硬件结构，然后在后期结合定时、中断、串口通信等功能进行重点讲解，在中断系统操作过程中开展指令系统相关知识点的教学。在软件学习方面，在兼顾汇编语言教学的基础上，针对学习程度较好的学生利用微课资源进行C语言等编程语言的教学，使学生对单片机的应用有更深的了解。

    将课外教学引进到单片机的学习中，以此来激发学生对于单片机学习的兴趣，借助课外主题分享的形式，将最新最前沿的单片机的应用借助课外活动的渠道介绍给学生。如邀请单片机从业人员进课堂，对相关专业的学生开展科技讲座;联系相关公司组织学生参观学习，将课堂理论知识与实际应用相结合，激发学生的学习兴趣。

    创新教学方式，分层进行实验教学? 在原有的单片机课程教学中，通常采用先理论后实验的方式，在课堂开展理论课教学，在讲授相关知识点之后单独安排时间在实验室进行实验。这样的教学方式导致理论与实验结合不够紧密，学生在实验过程中需要再复习理论知识，无形中加重了学习负担。为了增强理论课和实验课的结合程度，进行教学方式的创新。

    在改革教学方式上，一方面将理论课的教学场所换成实验室，教师在讲授理论知识时通过实验过程进行演示，增加知识点的直观性。在理论知识讲授后，引导学生开展相应的验证性实验，学生需要在教师引导下进行电路设计，绘制仿真原理图。这一教学方式将理论课与实验课紧密结合，能压实学生的基础知识，有利于学生将刚学习的内容灵活应用到实践中，增强对知识的理解;同时有利于教师发现理论教学中的不足并及时解决。另一方面，不需要实物支撑的实验及对应理论内容在课堂上进行讲授，学生使用计算机进行课堂小设计。这一部分分组进行，学生使用Proteus软件进行仿真，使用C语言编写程序并进行联机调用，进行实验效果的演示。

    在以上实验过程中，学生遇到问题在小组学习氛围下进行讨论，解决不了的问题可请求教师帮助，尽量将遇到的问题在课堂上解决，确保每个学生完成学习任务，实现学习目标。

    结合不同学习层次的学生，在实验内容设置上进行分层。实验内容主要分为两类：基础性实验与创新性实验。

    基础性实验主要是课堂知识点的验证实验和单片机的功能性实验，比如通过点亮发光管、中断循环控制灯和音乐播放来巩固单片机输入/输出端口的基本操作;通过8*8点阵显示来熟悉LCD显示相关知识点。所有学生都需要完成基础性实验。

    学习水平高的学生在完成基础性实验的基础上，根据所学知识点和相关主题，可开展更高难度的创新性实验。如综合水箱控制系统，学生需要根据需求进行功能设计，学习通过水位传感器实现信号输入、外部中断设计、A/D及D/A转换相关知识点。除此之外，学生可以设计温度控制系统、多音阶电子琴、读卡器等，实现对单片机知识的综合应用与创新。

    整合多种评价方式，促进教学提升? 在原有的教学体系中，学生的学习成果评价主要由期末的纸笔测验分数组成，部分教师会结合平時表现，但是没有形成规范化的评价体系。因此，在教学改革中为了更好地促进教学质量的提升，改善学生的学习状态，应尽可能全面地考查学生的学习水平，整合多种评价方式。

    新的评价体系基于理论与实践并重的理念，引导鼓励学生重视实验及知识应用等实践环节，提升学生平常学习的学习积极性，积极参与课堂教学及实践;真实反映学生对于知识的掌握情况，将一次性的期末评价转变为过程性考核。新的评价体系注重对学生实践操作能力和知识应用能力的考查，调整后的评价结构为“期末考试40%+期末综合设计40%+课内实验完成情况20%”。课内实验成绩主要由学生在课程实践教学中实验的完成情况和期末单片机综合设计组成。课程实验的完成情况考查主要参考学生实验操作过程、实验结果、实验报告等因素进行评定。期末综合设计由教师进行分组，每组分工进行系统设计并完成设计报告。这部分分数主要对单片机设计作品的完成度、难度、创新程度等方面进行考查。为了鼓励学生综合应用所学单片机知识进行积极探索，将学生在相关学科竞赛中的成绩按一定比例折合加到实践部分的分数中。

    4 结语

    作为一门强实践性，高综合性的课程，单片机原理及应用课程在教学中存在教学与应用脱节、重理论轻实践等问题。对单片机课程进行教学改革，将理论教学与实践环节紧密结合，将实验教学与理论教学穿插进行，及时巩固所学知识，提高教学效率;调整教学内容，引进单片机知识分享讲座和课外参观，使学生对于所学知识应用有直观的感受，激发学生的学习兴趣。在教学评价上，重构教学评价体系，理论与实践并重地开展过程性评价，极大程度上使得评价更好地促进教学。教学实践表明，这些措施对于解决单片机原理及应用课程传统教学中存在的问题，提升教学质量，具有积极作用。■

    参考文献

    [1]李秀滢，段晓毅，赵成，等.实践为主导的单片机课程立体化教学模式的探索[J].实验技术与管理，2018（1）：190-193.

    [2]燕芳.基于雨课堂的单片机课程混合式教学改革探索[J].教育教学论坛，2019（30）：90-91.

    [3]宣传忠，曲辉，张永，等.基于复合应用型人才培养的单片机课程实践教学改革与创新[J].内蒙古农业大学学报（社会科学版），2018（6）：39-43.

    [4]郭宏，胡威.基于学生创新能力培养的单片机课程改革探讨[J].教育教学论坛，2019（6）：119-121.

    [5]李传锋，舒云星，李蒙.地方本科院校转型发展下单片机课程教学改革与实践[J].计算机教育，2017（6）：157-160.

    [6]王英赫.应用型高校单片机课程教学改革研究[J].高教学刊，2017（13）：117-119.