基于应用型人才培养的单片机教学实践体系探索

摘要：根据单片机教学的现状，探讨了单片机教学中普遍出现的问题。针对这些问题提出了基于应用型人才培养的单片机教学实践体系，即理论、实验、实践及认证考核四个层次渐进培养，在实际中达到了理想的培养效果。

关键词：单片机；教学实践；教学改革

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）26-0080-02

随着计算机技术的快速发展，“单片机原理与应用”以及相关课程已经成为了电子信息类以及控制类专业的基础课程，经过长期的探索，很多高校都形成了成熟的教学体系。但是，如何使自身的教学体系与时俱进，从而满足培养高素质应用型人才的需要是高校必须面对的问题。同时，单片机课程的应用性较强，与实际联系较为紧密，对动手能力的要求也相对较高。因此，如何将课程的理论与实践紧密结合起来，使得课程教授能够取得良好的效果，达到培养高质量应用型人才的要求，也是一个值得探讨的问题。

一、单片机实践教学中普遍存在的问题

由于单片机课程在电子类专业中的重要性，许多高校与教师都在探讨如何提高课程的教学质量。[1-4]而单片机课程的应用性较强，理论教学与实验教学结合紧密，因此教学中普遍存在一些问题，导致教学效果不佳。

1.教学内容与实际应用脱节

单片机课程与一般的理论课程不同，是一门实践性极强的课程。因此需要将理论课与实验实践课程紧密连接起来才能达到较好的教学效果，二者不能脱节。而在一些学校的教学活动中，普遍存在重课堂轻实验的状况。同时，担任理论课程的教师与实践课程的教师互相沟通不足，更易导致教学内容与实际应用脱节。

2.教学实验方法以及内容陈旧

高校实验内容单一、陈旧也是单片机教学中普遍存在的问题。大多数高校的单片机实验往往是学生根据实验指导书的内容，在实验箱上接插导线，按照书中的步骤完成实验，学生在实验中较为盲目。同时实验教学方法与内容都较为陈旧，比如实验中使用的8155、8255、74LS373等扩展芯片的实验教学内容在实际中大多已被PLD芯片取代。

同样由于设备的局限性等诸多原因，导致验证性实验较多，设计性以及综合性实验偏少，学生缺乏兴趣，上完全部实验课程而不知一个简单的单片机系统究竟如何开发的学生比比皆是，丝毫达不到培养应用型人才的效果。

3.理论教学与实验教学不够系统

传统的单片机理论与实验教学往往就单片机中的某个部分内容进行教授或者训练。而对于单片机系统完整的开发方法、使用的设备以及应用讲授较少，学生面对实验箱也无法接触真正的开发工具与设备，导致学生学习了理论课程，会编写一些程序，却不能熟练地利用各种应用开发设备，更无法开发完整的单片机系统。

二、基于单片机教学的应用型人才培养方法探讨

在这种前提下，首先对任课教师提出了较高的要求。任课教师需要不断提高自身的理论与实际科研水平，在实践中不断提高自己的素质，才可能高质量完成课程的教学任务，不至于与实际应用脱节；其次，学校在制订单片机课程的培养大纲时，需要用发展的眼光看待单片机课程教学，由于信息技术的迅速发展，单片机教学也应根据实际应用适当微调，而不能由于已经具备了成熟的教学体系忽略了时代的发展，导致与实际应用脱节；更重要的是需要以高素质应用型人才培养为目标，合理设计单片机教学方法。

因此，在近年的单片机教学摸索中，总结出基于应用型人才培养的单片机教学方法，即四层次教学法：“理论打基础，实验帮融会，实践做贯通，认证促拔高”，而参加各类比赛，如电子设计大赛、飞思卡尔智能车比赛对高素质应用型人才的培养更可锦上添花。基于应用型人才培养的单片机教学实践体系如图1所示。

1.理论与实验教学

在上海电力学院电子信息系单片机教学的课程体系中，理论课程教学是单片机教学的基础。在学生没有任何基础的情况下，理论教学可以尽快使得学生了解、认知单片机的基本知识，掌握编程的基本指令以及内部资源的使用方法。同时，除单片机基本理论教学之外，还应涉及单片机高级接口技术等基本知识，如单片机Can总线接口技术、单总线接口技术、SPI总线接口技术及I2C总线接口技术等。掌握单片机接口技术可使得学生深入了解单片机应用方法及扩展方案，扩展课程覆盖面。

而实验课程多为基础性实验，附加提高性实验，主要以锻炼学生的编程能力为目标。实验课程可帮助学生在理论学习的基础上进一步掌握单片机的各个内部资源的使用方法，如中断系统、定时器系统、I/O口、一般接口技术等基本应用。同时实验还应包括单片机高级接口技术应用，以扩展学生知识面。这些实验可包括“I2C智能卡的读写实验”、“Can总线应用试验”及“数字温度传感器DS18B20应用实验”等。

2.实践教学

在学生对单片机理论知识以及编程技术熟练掌握的基础上，利用期末两周时间进行实践课程的教学。实践课程教学以学生自主开发一个完整的单片机系统为主要内容，设计不同的单片机系统开发项目，可供学生选择。选择合适的设计题目是提高单片机设计性实验教学效果的关键。题目太大、太难会使学生完成不了，题目太小、太易就达不到设计的目的和要求。设计的内容要考虑它的先进性、实践性和实用性。不同的实践课程项目提供学生各种相关电子元器件，从图纸的设计开始，到整个系统调试完成，教师仅仅辅助学生解决问题，检查学生搭建的电路以及流程图等，所有的硬件设计以及软件设计的内容需要学生独立完成。整个项目的完成实施过程如图2所示。由图2可知，学生完成项目可分为根据元器件清单及课题要求设计电路图、根据电路图搭建实际电路、设计电路驱动软件、分块调试系统、系统联调等几个部分。

具体实践项目可包括基于微处理器的函数信号发生器的设计、多功能计算器的设计、定时器的设计及简易电子琴的设计等。以函数信号发生器为例，课题要求其应输出多种标准波形信号，如方波、锯齿波、三角波和正弦波等，输出信号的波形频率、幅度应可调，用示波器观察时波形应光滑，周期应与设计的频率相一致。由课题要求可以看出，项目难度适中，具备实用性。为了提高课题的可实现性，项目实施的过程中教师将任务分解细化，即每日任务指标化，并在次日上课时首先检查前日任务的完成情况。如多功能计算器课题电路板调试可分解为“单片机最小系统模块”“蜂鸣器驱动模块”“液晶显示模块”及“键盘识别模块”等，明确每日任务要求并根据学生调试结果调整及时指导方法及指导内容。

实践课程的教学将单片机系统硬件设计、软件设计到整个系统的调试完全融合在一起，教会学生如何开发一个完整的单片机系统，将单片机整个学习内容融会贯通。

3.电子设计工程师认证

电子设计工程师认证是中国电子学会电子信息技术资格认证工作之一，也是中国工程师职称改革、申请国际互认的试点工作之一，是国家正式批准并认可的认证体系，也是目前国内电子设计专业技术资格唯一的权威认证。上海电力学院电子信息工程系建立了中国电子学会电子设计工程师认证考试中心，学生可报名参加电子设计工程师认证考试。由于认证考试分为理论与实操两个部分。理论考核包括数字电路设计及单片机基本原理，实操考核需要学生在较短时间内设计一个完整的电子产品，因此考试难度较大，而参加这类认证考试将会大大锻炼学生的实践能力，促进学生进一步提高自身的应用能力，对应用型人才的培养有很大的推动作用。

同时，院系积极鼓励一些单片机学习成绩较为突出的学生参加电子设计大赛与飞思卡尔智能车比赛，通过更高水平的竞赛以及竞赛前的辅导使得一部分学生的应用能力得以更大幅度的提高，对于应用型人才的培养作用也较为明显。

三、结语

通过教学、实验、实践、认证考核以及参加大赛等一系列的教学培养过程，使得大多数学生都经过了完整的单片机学习训练，并提高了自身的水平，又对学习突出的同学有提升的作用。如一些同学参加了飞思卡尔智能车大赛，获得了全国二等奖的好成绩。各个培养方法之间结合紧密，层层推进，学生普遍反映学到了“真”东西，对应用型人才的培养起到了较为明显的作用，并为后续课程的学习打下了坚实的基础。

参考文献：

[1]史英侃.单片机实验教学三步曲[J].实验室研究与探索，2009，

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[2]朱卫华，龚学余，黄智伟，等.提高“单片机原理及应用”实践课程教学效果的方法和途径[J].自动化与仪器仪表，2008，（6）：90-92.

[3]廖平.单片机实验教学的改革[J].实验室研究与探索，2004，

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[4]凤俊翔.优化《单片机及应用》实验教学的实践与探索[J].价值工程，2010，29（29）：192-193.