单片机实践教学方法的探索

【摘要】现今高校工科类课程的教学，通常是以理论为主，配以验证性实验为辅。学习内容枯燥、学生积极性不高。本文以单片机教学为例，提出加强实践环节。一方面给出单片机实验教学环节具体步骤和实施的办法，另一方面提出单片机实训的教学过程。

【关键词】工科课程；单片机；实践教学方法

一、工科教学基本情况

单片机是典型的工科科目，是电子、计算机、自动化等本科专业重要的专业选修课，内容涉及51系列单片机的内部结构、指令系统及电路的开发应用等。早期的单片机教学是以理论教学和验证性的实验为主，教学效果不明显。随着实践教学及其改革在高校的深入，在单片机的教学中，要特别加强实践环节的教学。本文主要从单片机实验教学和单片机实训两个方面来探讨单片机的实践教学方法，以期调动学生的积极性和创造性，让学生在充分实践中理解和掌握课本上的理论知识并学会灵活运用。

二、单片机实验教学方法

1.教师讲授实验相关内容并给学生设置层进式的实验目标。每次实验开始前，要求学生首先了解实验的目的，所用到的仪器、器件，实验方法，实验效果等。在实验教学中，教师应该事先了解需要用到或者涉及的理论知识和实验原理，并在实验开始之前用引导式的教学方法给学生讲解。例如，在讲授发光二极管的基本原理、单片机引脚功能以及简单的C语言编程技巧后，通过点亮一个发光二极管的实验，让学生了解到单片机的独立引脚的作用，同理，通过流水灯的实验，让学生知道如何控制成组的单片机输入输出引脚P0～P3。此外，教师必须事先给学生设定合适的实验目标。例如，数码管显示实验，教师先要求学生完成一个数码管的显示；然后再静态显示多个数码管；接着让多个数码管分时显示不同的字符，使得数码管“同时”显示多个不同字符（数码管的动态显示）。通过层进式的目标设定后，学生遇到的问题被分解，难度降低，学生独立实验的能力加强，创造性思维也会被开启。

2.学生自己动手做实验。学生动手环节是实验课的主要部分。实验设备建议用开发板。通常单片机的实验都是从简单的点亮发光二极管和流水灯开始，到数码管的显示、键盘的检测，再到单片机的定时器/计数器实验、串行口实验以及芯片A/D、D/A、存储器芯片读写及液晶显示等。在教师介绍实验设备、实验原理和方法以及常用技巧后，学生可以自行动手实验，在验证理论的基础上，根据教师的鼓励和提示，提出的新的问题并进行创新性的实验内容，扩展实验本身的内容。例如，流水灯的编程技巧，可以使用最直接的给每一个单片机引脚直接赋值再循环的方法，也可以直接给整个P0口赋值，利用自带头文件库的左移右移库函数即可。

3.教师对学生实验过程中出现的问题给予分析、指导和总结。学生在自己动手环节一定会遇到很多问题，有基本的原理问题、连线问题、编程问题或者调试问题等。遇到问题、解决问题是实践获取知识的快捷途径。教师要有较为成熟的经验，能随时回答和解决学生遇到的问题。对于随意短接或者跳接等接线问题，以及不良编程习惯问题一律扼杀在摇篮里。对于学识性的问题，则采取反问设问等启发分析引导方式，将学生不能解决的大问题分解为他们能够解决的小问题，尽力让学生自己独立完成实验。对于学生实验过程中的失误和错误等问题，则可直接指导其从硬件到软件逐一查错排错的方法，让学生学会自己解决问题。最后还要重视实验总结，包括知识点总结，查错排错方法等。例如做完键盘检测实验，总结单键盘和矩阵键盘的检测原理（相同），矩阵键盘检测的编程技巧，检测过程中常见问题及解决方案等。

4.鼓励学生发散式思维、大胆实验创新。每一个人的思维方式都是不同的，教师的方式会给学生一个方向导向，但同时不能忽略学生自己的主观能动性。鼓励学生大胆试验创新、百花齐放百家争鸣，能够达到更好的实验效果。例如，在做电子时钟的实验时，有些同学选择用数码管作为显示器，有些同学选择液晶显示器；另外，在时分秒的编程显示和中，每个学生都可以按照自己的方式来定义键盘和选择时分秒的显示方式。

5.写好实验总结报告。实验是一个过程，实验报告是对该过程的总结、是实验成果的书面提交。实验报告必须要认真严肃对待，它也是良好科研能力的体现。实验报告书写，一方面能够加深学生对实验的认识，另一方面它也是科研能力、书面表达能力良好培养和体现。实验报告内容一般包括：实验题目，实验目的，实验原理（硬件和软件），实验步骤，实验内容——包含实验当中遇到的问题和解决方案总结，实验结果分析论证以及实验心得体会，和实验总结。

理论课是以教师为中心的，实验课则是把学生推到前台，让学生去实践去碰壁去解决问题。教师看似退至幕后却要对实验有预见性认识，要成为实验的掌控者，引导学生实验。这样的教学才不会是肤浅的，实践教学环节对学生才有启发也更有价值。在学生的动手能力增强、自信提高的时候、学习兴趣倍增、后续的教学也有更加好的动力。

三、开展单片机实训

单片机实验主要目的是学习和理解单片机；开展单片机实训则是掌握和利用单片机，将理论知识转化为实践能力。如实训项目“设计基于单片机的多点测温系统”其基本内容包括：（1）设计集成电路并完成PCB板及硬件的制作并测试硬件；

（2）用程序设计语言编程实现多点温度控制功能；（3）将程序下载到硬件中进行综合调试。实训项目选题可以是教师较为熟悉的领域或学生特别感兴趣的课题。为方便教师指导和节约学生宝贵的学习时间，实训可与课程实验同步进行，充分利用学生的课余时间。实训也可以作为课程设计来做，安排在课程结束后，具体安排计划如下：第1天，教师布置实训课题。同时给出并讨论实训的任务——包括实训设计目的要求，设计方式方法以及设计想要达到的效果。第2～3天，学生根据任务自行查阅资料，提出2～3个设计方案并对它们进行比较择优；指导老师在此过程中主要起辅导作用。第4～7天，设计方案实现，主要包括电路图的绘制，软件程序的编写以及软硬件的调试。最后得出结论并撰写实训设计报告。实训的过程，是学生独立运用所学理论知识进行创作开发应用系统的过程。要求学生根据设计任务自主查找相关资料；根据设计需要复习教材中的知识点并灵活运用；遇到困难时积极寻找解决方案并和师生讨论技术性可行性；实施方案过程中反复验证调试，并得出最佳解决方案。整个过程使得学生对单片机的学习达到最好的效果。实训过程中，教师更是积极配合辅导，监督指导学生。教师参与的积极性，直接影响学生的积极性，不容忽视。一方面，教师参与到学生的设计和讨论中，及时解决他们遇到的问题以及开拓他们的思路；另一方面，教师鼓励学生多思考多探索，多给他们提供一些有用的实物及电子资源。实训设计方案、硬件和软件的实现无不凝结着学生的辛劳和创造。教师要针对各种不同的设计方案进行深入浅出的分析，对其中的优选方案给予正面的评价和讨论，对不合理的设计进行探讨和指正。让学生从设计的实现难度，相关损耗，性价比等多方面认识自己的设计，对以后的工作和学习有更深层次的认识。

实践出真知，工科科目的学习更是如此。只有经过不断的“尝试——失败——总结——再尝试——再总结”等一系列活动，学生才能不断的吸取经验教训并积累属于自己的实践经验。实践越多，电路规模和复杂程度越大，学习兴趣和能力越强，成功的次数也越多。成功使人发自内心的喜悦，由此能激发新的创造力。实践的过程是将学生引入到“自己动手——获得成功——兴趣提高”这样的模式，实践教学除检验真知也增强了学习兴趣。对于单片机课程，实践是很重要的。大学还有很多工科科目也需要适当的多开展实践教学，以上实践教学方法可供参考使用。

参 考 文 献

[1]宋跃，余炽业，胡胜.省级精品单片机课程教学改革探索[J].实验室研究与探索.2012（4）

[2]左韬，熊庆国.微机原理实践教学方法的研究[J].科技信息（学术研究）.2007（34）

[3]郭天祥.51单片机C语言教程[M].北京：电子工业出版社，2011