《单片机原理与应用》教学方式的探索

摘要：《单片机原理与应用》是一门应用型的技术课程，需要实验课程和理论课程教学的相结合。本文从理论教学与实验演示、实验教学方法的改革，考核方式的改进等方面进行研究和探索，提出一系列的改革思路，并取得一定的成效。

关键词：理论教学 实验演示 考核方式

1.引言

《单片机原理与应用》课程是一门工科专业学生必修的实践性强的技术课程，有几个主要的任务：首先，让学生掌握单片机的基本原理与应用，了解单片机的内部结构、硬件部分的工作原理及使用方法和单片机应用系统的组成原理，其次是掌握单片机的编程语言和编程方法以及软件开发技术和单片机系统常用接口、扩展电路及其C语言应用程序设计，最后使学生较为熟练地掌握一种类型单片机产品的应用开发技术，从而有能力进一步对其它单片机产品的应用系统从事研制和开发工作。现行的单片机教学模式主要采用理论和实验分开的教学模式，这种教学模式体现出以下几个特点：第一，理论课时所占总课时的比例非常大，通常情况下，实验课时与理论课时的比例低于1:3, 而且以验证性实验居多，造成设计性、综合性试验更少，学生要在这么短的时间内完成单片机的实验课程和提高他们的动手能力，是一项非常艰巨的任务；第二，理论教学和实验教学分开授课，实验课单独设置。教师一般先进行理论教学，实验课一般被安排在理论课结束一段时间后才进行，这种传统的教学方式，学生一般处于被动的学习状态，学生在教师的指导下，按实验书上的统一的步骤进行，最后得到大致相同的实验结论，而很少能达到通过做试验加深对抽象理论知识深入、透彻理解的目的，因此这种教学模式在一定程度上制约了实验课程的作用；第三，理论教学内容和实验室的设备陈旧，对学生以后从事的电子研发工作作用有限。很多高校的单片机教师还是采用十几年前出版的教材，实验室的设备也是现在市场上很难再找到的单片机型号和一些设备，目前电子产品每几年就会更新换代一次，过于陈旧的实验设备不利于学生的学习；第四，实验评价程序不完善，没有起到提升学生综合实践能力（包括设计思维、操作能力、处理方法、技能应用等）的目的[1]。

2.教学改革思路

随着《单片机原理与应用》课程教学改革的不断发展和完善，努力提高学生的动手能力是现在教学改革的重要任务。探讨如何使理论教学更加贴近、更加面向实践应用，找出“理论与实践交融的教学方法和手段，合理、有机、有序地安排理论教学和实践教学内容，用最少的教学时数达到最佳的教学效果，实现理论教学和实践教学相互补充、相互促进、共同提高的教学目的[2]已成广大高校教师的共识。

笔者通过几年的单片机教学实践积累，发现教师如能在教学过程中处理好理论教学和实验环节，尝试在理论教学的过程中，通过一边讲解理论知识，同时通过课堂实验演示理论知识，这种打破理论教学和实验教学分离的方式，将两者有机结合，可有效激发学生的学习兴趣和提高学生的学习热情，能够有效的提高教学效果。同时对单片机实验教学的内容和考核方法也提出了一系列改革的思路和意见。

⑴要实现理论与实践合理、有机的交融的教学方法和手段，需要在理论课程讲授的同时，配合相应的现场实验演示

对于《单片机原理与应用》这门课程，将理论课程讲授和现场实验演示相配合是完全可以实现的。首先，现在高校的教室，基本都配备了多媒体，只要配备了电脑，就可以进行现场编程，单片机的现场实验演示就可以实现；其次，现在的单片机实验板便于携带，不管是教师自己制作的单片机实验板和仿真板，还是在市场上购买的单片机实验板和仿真板，体积和重量都很小，便于教师上课时携带。基于上面提到的两点，要实现理论课程讲授和现场实验演示相配合这种教学模式完全可以在我们广大高校的教学中实现的。

要实现理论课程讲授和现场实验演示相配合的教学模式，除了上面提到的硬件条件，还需要做到以下两点：首先，我们对传统的教学内容要进行一些改变，像复杂难懂的单片机的汇编语言和相应的指令集，不应花大量课时介绍，这些汇编语言和指令集在现在的工程编程中，越来越少用到，而相对而言，C语言已成为当前举世公认的高效简洁而又贴近硬件的编程语言，由于C语言功能强大、便于模块化开发、所带库函数非常丰富、编写的程序易于移植，因此，它成为单片机应用系统开发最快速高效的程序设计语言。仅具有C语言基础知识但不熟悉单片机指令系统的读者也能很快掌握单片机C语言程序设计技术，C语言再在单片机应用系统设计上的效率优势已经远远高于汇编、BASIC等开发语言[3]。C语言已成为专业化单片机上的实用高级语言，用C语言编写的软件，可以大大缩短开发周期，且明显地增加软件的可读性，便于改进和扩充，从而研制出规模更大、性能更完善的系统。要改变传统的单片机教学，就需要联系工程实际中的发展，作出相应的改革，把单片机的教学重点放在具体的每个实验中，让学生从实验中理解理论知识。其次，在讲授某些理论性、概念性很强的内容时，可以同步通过实验演示来加强学生对其知识的体会和理解，这样就能收到事半功倍的效果。比如教师在讲授数码管动态显示和静态显示的内容时，教师可以先给学生讲解数码管能显示不同字符的原理，然后通过同学们共同讨论如何编程实现单片机数码管动态显示和静态显示，然后通过课堂编程，现场把程序下载到单片机中演示，然后再根据数码管的现象对程序做出相应的修改，直到数码管能够正确动态和静态显示我们要显示的字符为止，教师跟学生共同讨论每一次根据数码管显示的效果修改程序的原理，通过在这种讨论式的学习方法中，让学生参与到实际的单片机编程和应用中，从而激发学生的学习热情和兴趣，最终达到提高教学效率的目的。

笔者在课堂理论教学过程中就做过这样的教学尝试，获得了比较满意的教学效果。图1就是数码管动态显示图。图2就是数码管静态显示图。

通过现场编程和实验演示，可以消除学生的很多疑问，这对学生深入的、透彻的掌握单片机如何控制数码管动、静态显示是非常有用的。至此，理论课程和现场实验演示相结合的优点也就显露出来，首先，它能够很好的帮助学生理解理论知识，使理论和实验能够有机的联系起来，能够更深入的理解理论知识，其次它更能提高学生动手能力和程序分析能力，这对学生后续的科研和工作都很有利。

⑵单片机实验教学内容的改革

在《单片机原理与应用》实验课程的讲授过程中，改变以往过多的传统过时的验证性实验，建立一个递进系统的实验教学模式，它包括基础实验、设计实验、综合设计性实验、设计研究性实验[1]。在此基础上，加入现在工程经常用到的应用模块实验，鼓励学生自己动手制作相应的电路模块，鼓励同学以每年的电子大赛为平台，提高学生的电路制作和分析的综合实践能力。

（3）完善考核方法

对传统的闭卷考核方式，进行配套改革。如结合实际实行闭卷和自己制作单片机应用系统相结合的形式。闭卷考试注重理论知识、基本概念、基本定理的考核；自拟制作的单片机应用系统则是规定学生在一定时间内，设计完成一个单片机应用系统，能够完成特定的功能，最后学生提交作品，并作出相应的演示，老师根据学生的作品进行提问，最后根据学生的回答和作品的完成程度和难度打分，这样就能比较全面的衡量学生所掌握的单片机理论知识和实际的动手能力。

3.结语

对于《单片机原理与应用》这门课程的特点，教师需要把理论讲授和实验演示有机相结合起来，从而解决理论课程枯燥乏味的难题，让学生参与课堂的讨论和学习，从而提高学生学习的热情和兴趣，最终达到提高教学效果的目的。同时，对《单片机原理与应用》实验课程的内容和考核方法，也作了一些探讨，尝试建立一个递进式的实验教学系统模式，鼓励学生多动手，以自拟制作的单片机应用系统作为考核的一个方面，督促学生提高自身的综合实践动手能力。

参考文献：

[1]徐莹隽.基于开放教学模式的数字逻辑电路实验教学改革[J].电气电子教学学报，2006（6）.

[2]徐莹隽.基于开放教学模式的数字逻辑电路实验教学改革[J].电气电子教学学报，2006（6）.

[3]彭伟，单片机C语言程序设计实训100例[M].北京航空航天大学出版社，2010.5