单片机原理及应用课程教学改革的研究

【摘 要】单片机原理及应用是一门应用型的专业课程，具有综合型强、实践性强和工程性强等特点。针对该课程的特点，分析了课程教学现状及存在的问题，并从教学方法、教学内容、实践教学及考评机制等环节提出了具体的改革措施，以提高学生运用已学单片机知识解决实际工程问题的能力。

【关键词】单片机；教学改革；考核方式

0 引言

单片机技术作为计算机技术的一个分支，广泛地应用于工业控制、智能仪器仪表、机电一体化产品、家用电器等各个领域。“单片机原理与应用”在工科院校各专业中已作为一门重要的专业基础课而普遍开设[1]。本文在分析该课程教学现状的基础上，针对存在的问题从课程内容体系安排和考核方式等方面进行了一定的探索和研究。

1 课程内容与教学现状

单片机原理及应用这门课程要求学生掌握单片机硬件、软件及接口设计的基本概念，并能够根据需求设计出应用系统，培养其实际动手能力[2]。传统的单片机教学基本上都是按照单片机的基本概念、硬件结构、指令系统、汇编语言、中断系统、定时器计数器、串行口、存储器的扩展、A/D和D/A接口、人机接口以及应用系统设计这样的顺序进行，各知识点的学习相对独立，学生在学习结束后仍然不了解单片机开发的完整过程、各部分之间的相互联系，甚至不清楚编程器和仿真器的概念。因此，整合教学内容，安排教学顺序，将各部分内容合理组合，就显得至关重要，也是改变传统教学存在问题的关键所在。

目前的实践教学主要以课内实验为主，通常教师预先设计相应的实验项目，如清零拆字、I/O口使用、中断与定时器使用、A/D转换、D/A显示、键盘显示、小直流电机调速等，然后学生根据各实验的教学要求完成相应的操作[3]。该方法一定程度上可以让学生尽快熟悉和进入单片机这个领域，但不能激发学生的学习兴趣和发挥他们的主观能动性，更不利于培养学生的动手能力、创新能力及综合运用知识的能力。经过分析，笔者认为以往的实验课程体系存在如下弊端：（1）验证性实验过多，综合性、启发性实验不够；（2）缺少设计性和综合性实验；（3）基本没有进行过动手能力训练，更能培养学生的创新能力。

从以上现状及存在问题可看出，该课程教学的主要矛盾点在于理论和实践教学相脱节，理论教学单纯学理论知识；实践教学浮于形式，不利于学生实践技能的培养，更谈不上工程应用能力的培养，不利于培养目标的实现。理论教学缺乏实践的支撑和验证，使得理论教学无的放矢。实践教学也不能对理论教学起到很好的推进作用，最有效的方法是改革现有的课程教学体系，在实践教学中学习理论知识，加深对理论知识的理解和运用，使得理论教学有的放矢。采用理论和实践教学有机结合的方法，有利于提高学生的工程应用能力。

2 课程教学改革的具体措施

2.1 提高学生学习单片机的兴趣

兴趣是最好的老师，为了提高学生对《单片机原理及应用》这门课程的学习兴趣，充分调动学生的主观能动性，开课之初，可以邀请一些著名的单片机开发公司技术人员来校做“单片机与就业”、“单片机的应用”等方面的专题讲座，使学生了解单片机在工业控制、智能仪器仪表、计算机外部设备和家用电器等领域的广泛应用，并使之认识到成长为一个电子工程师，学好单片机的重要性和必要性。

2.2 改革理论教学内容

以培养学生工程应用能力为主线，按项目模块重构课程内容，用实例组织单元教学，将单片机应用系统设计所需要的基本知识穿插在各个实例中进行讲解，打破了传统知识体系的束缚，改变了以往按知识点为序组织编排的方法。根据项目知识点的需要讲解，合理、科学地进行教学内容体系改革。

如在“单片机指令系统及汇编语言程序设计”模块的学习过程中，不是让学生简单地记忆单片机的所有指令，而是要使其学会正确、合理地运用单片机的指令来释读程序和编写程序。以实际例题来讲解各个指令如何使用，并通过其实际操作牢固掌握单片机常用基本程序设计的思路、方法及要注意的问题。

2.3 调整实验教学内容

我校采用的实验设备是深圳市雷迈特公司的DPJ-H型单片机实验箱及配套模块，实验箱采用“仿真式”设计思想，所有实验模块及CPU资源均对使用者开放，学生可结合Keil C51 μVision软件和Proteus仿真软件进行程序调试、固化，联机或脱机验证实验结果，可充分满足“验证式—模仿式—探索式—开发式”的由浅入深的各种实验要求。

DPJ-H型单片机综合仿真实验仪主要有如下一些模块：（1）LED数码管；（3）8155外扩I/O实验区；（4）输入系统：拨盘开关、单键按钮、模拟量发生器、4×6键盘系统；（5）输出系统：LED 6位数码管、LCD 液晶显示；（6）模数转换ADC0809及数模转换DAC0832模块；（7）直流电机、步进电机模块；（8）8×8点阵LED模块（9）数字温度采集实验模块；（10）电子琴模拟模块；（11）PWM模块；（12）DS12887实时时钟模块；（13）红外线发送、接收模块；还有许多与实际工程相关的实验模块。现有实验指导教材基本上只讲解一些软硬件基础实验，很少涉及到设计型甚至综合型实验。让学生运用所学理论知识做一些设计型及综合型实验以考核其独立分析问题及解决问题的能力迫在眉睫。因此，在实验教材中增加该部分内容十分必要。根据单片机课程的特点，笔者将实验教学内容按由浅入深的顺序进行如下规划及完善：第一部分为软件及硬件基础实验，主要有系统认识实验、指令系统实验、汇编语言程序设计实验。第二部分为基本接口实验及扩展接口实验，主要有利用8155进行输入、输出实验；定时器/计数器应用；ADC0809转换及DAC0832转换实验；中断系统实验；串行口通信实验及键盘扫描显示实验等。第三部分为综合性实验，该部分要求学生充分利用DPJ-H型单片机综合仿真试验仪的硬件资源，灵活运用所学理论知识进行综合性的训练。安排的内容主要有音乐选择播放、电子琴、温度测量、步进电机、直流电机控制、点阵LED广告屏、红外线遥控等。

2.4 鼓励学生利用课外时间进行单片机应用系统开发

在课外时间开放实验室，创造一个宽松的学习环境，为学生提供课外时间进行单片机综合性、设计性实验的条件，充分发挥实验室现有实验设备的效能。这种实验教学模式，既体现了高等教育以学生为中心的理念，又提高了他们的责任感和自信心，进而为激发其创造力发挥更大的作用。

2.5 注重实践技能，改进评价机制

单片机原理及应用这门课程由于其独特的要求，传统的以笔试为主的考核方式并不能真正考出学生的实际水平。该课程要注重过程实践考核，促进学生对知识的理解，真正考出其实际能力。可采取分阶段考核、多种考核手段相结合的综合考核方式，如可分为三个部分，笔试部分主要考核基本理论知识，其占总成绩的40%；实验部分主要考核学生的实验操作能力，其占总成绩的30%；设计部分侧重于考核学生运用所学知识综合分析问题及解决问题的能力，其占总成绩的30%。这样基本上达到对学生是否掌握这门课的客观综合评价。此外，通过教学内容的变化，也需要逐年更新课程体系与教学大纲，优化课堂教学内容，改进教学手段和方法，进一步把单片机课程建设成一门既深受学生喜爱，又具有市场前景的优质课程。

3 结论

本文针对“单片机原理及应用”课程的特点，从教学方法、教学内容、实践教学及考评机制等环节进行了教学改革的研究和探索。教学改革的目标是充分调动学生学习的主动性和积极性，提高其实践应用能力和解决实际工程问题的能力，并为培养其创新能力打下坚实的基础。

【参考文献】

[1]李建忠.单片机实践教学改革的探索与实践[J].云南大学学报：自然科学版，2008（30）：431-432.

[2]李学海.标准80C51单片机基础教程：原理篇[M].北京：北京航空航天大学出版社，2006.

[3]周越，张平，王斌，陈爱文.单片机技术实验实训教程[M].北京：中国水利水电出版社，2007.