【单片机课程教育革新研讨】 单片机课程

单片机课程教育革新研讨

目前机电类学生在学习单片机原理与应用课程中主要 有以下问题：(1)机电类学生的程序编写能力和硬件设计能 力较差。在学习本课程前，机电类学生一般只学过高级语言 程序设计和最基本的电工电子课程，没有系统学过微机原理 及汇编程序设计，所以在学习该课程时普遍感觉课程抽象， 内容多，难以掌握。(2)学生对单片机应用技术在机电控制 领域中的应用和意义认识不清，学习积极性不高。大部分学 生认为该课程和自己的专业关系不大，导致其学习被动，学 习效果差。(3)该课程学时偏少，实践教学环节比较薄弱。

机电类专业的单片机课程总学时一般为32～48学时，其中实 验一般为8学时，任课教师为了让学生能够系统学习单片机 的基础理论知识，往往在教学安排上对实践教学重视不够， 使大部分学生对一些记忆性的内容掌握得较好，但应用和创 新能力较弱，没有达到应有的学习效果。由于单片机原理与应用课程本身概念多且抽象难懂[3]， 涉及的知识面广，信息量大，使学生在学习过程中无从下手， 学习积极性不高。另外，机电类专业学生的电类及微机原理 类知识基础较薄弱，造成了该课程难教难学的局面，一些学 生学完该课程后，不能理解和掌握单片机应用系统的结构， 不会应用相关仿真及设计软件，不具有设计应用能力。因此， 如何提高机电类学生学习单片机的兴趣，培养其开发设计能 力，是当前机电类专业单片机教学中必须解决的问题，为此， 笔者对该课程的教学改革进行了一些探索。

1教学方法的改革尝试 由于单片机课程实用性很强，教师教学中首先要与实际 系统相结合，例如：上第一节课时拿一个单片机应用系统实 物进行演示，使学生对单片机应用系统有完整的认识，调动 其学习的积极主动性。随后，引导学生思考单片机需要哪些 部件可以实现上述应用系统的功能？让学生思考讨论后，教 师再系统地给学生讲解课程内容，结合实物讲其组成、主要 讲授芯片―AT89C51的外部引脚、功能和使用方法及其基本 功能部件CPU，RAM，ROM与定时器/计数器以及I/O接口[1]， 并对单片机应用系统所必需的外围电路进行简单介绍，引起 学生的好奇心。

在课堂教学中采用启发式和比拟教学方法。教师在讲授 知识的过程中要引导学生不断发现问题，提高其学习兴趣。

在每章的开始，首先强调学生应该掌握和了解的内容以及具体的学时安排，教师在课堂上只讲主要内容以及该部分重点、 难点，对一些仅需要了解或特别简单的问题，可以让学生在 课下自学。另外，课堂作业一定要有一些有难度的扩展性思 考题，使学生有机会做深度思考。对于学生难以理解的内容， 可以采取比拟法教学，例如，在程序设计教学环节中，可以 将单片机比作人脑，单片机的系统指令相当于人所掌握的词 汇，我们表达思想需要将词汇组合起来形成语言，同理，针 对某个特定问题，我们要将指令组合形成一个有实际意义的 程序供单片机执行。

采用专题教学方法让学生掌握学习的方法和步骤。学生 感觉学习单片机课程非常困难，部分原因在于没有把握住该 课程的学习方法，教师应该给学生一把学习的钥匙，用科学 的方法指导他们学会学习。循环程序的编写是令许多学生头 疼的问题，我们将这类题目做一个教学专题讲解，分三步进 行：(1)让学生学会阅读编程要求，分析清楚循环初始条件、 循环结束条件、循环内容等。(2)引导学生编写简单的没有 循环的单次运行程序。(3)寻找程序运行中的变量，在单次 运行程序中加上循环体，完成循环程序设计。学习过程中要 求学生每个循环程序的设计都严格按照这三个步骤进行。经 过几次练习，学生基本上都能顺利地按要求编写出循环程序。

2改革教学手段，在课堂教学中引入多媒体和仿真模拟 软件 在传统的课堂教学模式中，教师主要通过语言传递信息，学生只能被动接受教师所讲内容，而且教师的课程进度只能 根据大部分学生的学习水平安排，不能兼顾“两头”的学生， 特别是不能兼顾学习成绩差的学生，学生和教师都很辛苦， 但是整体学习效果往往不理想。为了克服上述缺点，在单片 机的课堂教学中要充分利用现代多媒体教学资源。我们制作 了单片机原理与应用多媒体教学课件，采用动画和图片的方 式加深学生对教学内容的理解，提高了课堂教学效果。但是， 由于多媒体教学讲课速度一般比较快，课堂信息量大，学生 没有自主思考时间，所以教师在使用多媒体课件时，要对授 课内容认真安排，要特别重视锻炼学生的思维能力。

为了提高课堂教学质量，我们在教学中引入了MedWin， Proteus等计算机仿真软件。MedWin是集编辑、编译/汇编、 在线及模拟调试为一体的单片机开发工具[4]，在教学过程 中采用MedWin进行计算机仿真演示，使学生可以实时观察指 令执行情况，将枯燥难懂的程序分析变得形象、生动。

Proteus是英国Labcenterelectronics公司研发的多功能 EDA(ElectronicDesignAutomation，电子设计自动化)工具 软件[5,6]，同时支持第三方的软件编译和调试环境，如 MedWin和Keil等。教师可以利用Proteus在课堂上进行单片 机应用系统电路设计，并将采用MedWin或Keil调试好的程序 传送到所设计的应用系统中，然后在Proteus平台上进行软 硬件结合仿真，不但使抽象的教学变得直观，而且训练了学 生的硬件设计能力。3改革实验内容，加强实践创新能力培养 单片机原理与应用课程应用性强，实验是提高该课程教 学效果的非常重要的环节。实验不但可以提高学生的动手能 力，而且通过对课本上抽象命令的应用、程序的编制、单片 机应用系统的现场调试，加深了其对理论知识的理解和实践 应用能力。在我院原来的实验教学中，由实验教师讲解实验 内容和详细实验步骤，学生按部就班在单片机实验平台上做 完全相同的实验，并且基本上都是验证性实验，大部分学生 对实验根本没有兴趣，做实验仅是为了获得实验成绩，所以 收获并不大。为此，我们对实验项目和实验方法进行了重新 设计，实验课上基本取消了验证性实验，如数据块传送等一 些纯软件验证性实验作为作业让学生在课下通过MedWin等 计算机仿真软件完成。

另外，增加了综合性和创新性实验。为了加强学生综合 设计能力的培养，我们将有内在联系的知识安排为一个实验， 例如将LED显示器接口及键盘接口安排为一个实验，让学生 根据教师提供的Proteus工程原理图编写LED显示器驱动程 序及键盘扫描程序，并采用定时器实现电子钟功能，从而实 现时间的动态显示和设置。为了提高学生的创新能力，在单 片机综合实验中，我们要求学生根据单片机实验箱所能提供 的硬件资源，自行设计一个单片机应用产品，经过MedWin结 合Proteus调试后，写入实验箱进行现场调试。另外，我们 充分利用该课程实践性、技术性强的特点，积极引导学生参加课外科技制作、电子科技制作大赛等第二课堂创新活动， 并让有潜力的学生参与教师的相关科研项目，极大地提高了 学生的实际动手能力和单片机项目的开发能力。

4改革课程成绩考核评定方法 在原来的单片机课程成绩考核评定中，期末考试成绩一 般占总成绩的70%，并且为了提高学生的考试成绩，重点考 核基本理论知识，考题中记忆型题目偏多，程序设计型题目 一般比较简单，考查学生应用实践类题目几乎没有，这样的 考核方式不能完全检测出学生学习该门功课的实际效果，使 在平时学习中知识掌握程度和单片机应用能力不够的学生， 通过考前突击也能取得不错的成绩。我们考虑到单片机原理 与应用为技术应用类课程，改革了成绩考核评定方法，侧重 于应用能力的考核，将成绩评定方式改为上课出勤、作业情 况、实验情况占总成绩20%；
学生自己选题，完成课外设计 和制作情况占30%；
期末考试成绩占50%，并且在试题中增加 了实验考核题。

5建设网络课程 网络技术可以使教师将各种教学资源非常方便地放在 学校的网络教学平台上并组织实施教学活动，而且可以及时 更新教学内容。网络课程以学生为中心，为学生提供了丰富 的学习资料和采用现代化教学手段进行交互式学习的机会， 是一种很好的课下辅助学习手段。为了进一步提高学生学习 效果，我们利用我院网络教学平台建设了单片机原理与应用网络课程，将授课计划、教学大纲、电子教案、多媒体课件、 测试题、视频学习资料等进行整理，并以教学单元为组织单 位上传到我院网络教学平台上供学生自主学习，还在该平台 上设计了在线答疑、作业讲评等交互式的教学活动。通过网 络课程的建设可以使学生巩固课堂教学内容，能够对单片机 系统应用等复杂的问题做深入学习和实践，并给师生进一步 学习交流提供了平台。

6结束语 随着科技的不断发展，单片机及其在各领域的应用也在 迅速发展，这就要求教师不断更新教学内容和教学方法，充 分利用多种媒体教学资源，改革教学手段，加强实践教学的 教学改革，加快网络课程建设，采取多种有效形式手段，指 导和激励学生浏览网上教学资源，并积极参加各种网上教学 活动。