西北民族大學(xué)電氣工程學(xué)院 馬惠蘭

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單片機(jī)課程的教學(xué)改革與實踐

西北民族大學(xué)電氣工程學(xué)院 馬惠蘭

【摘要】分析了民族院校單片機(jī)原理及其應(yīng)用課程在教學(xué)和實踐中存在的問題，結(jié)合多年的教學(xué)工作實踐，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、實踐教學(xué)和考核形式等方面對單片機(jī)課程進(jìn)行了教學(xué)改革和實踐，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)單片機(jī)的興趣和實踐設(shè)計能力。

【關(guān)鍵詞】單片機(jī)；教學(xué)改革；實踐

單片機(jī)具有良好的控制性能和靈活的嵌入品質(zhì)，廣泛地應(yīng)用在工業(yè)控制、儀器儀表、汽車電子、通信等領(lǐng)域。作為民族院校電氣工程及其自動化、電子信息、自動化、通信、物聯(lián)網(wǎng)、計算機(jī)技術(shù)等專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，單片機(jī)原理及其應(yīng)用課程對培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和實踐設(shè)計能力起到了舉足輕重的作用。以往傳統(tǒng)的教學(xué)模式都是老師講、學(xué)生聽，效果很差，實驗也是驗證性居多，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性不高，各類競賽不敢參加。針對這種教學(xué)現(xiàn)狀，筆者和課程組的老師們一起，結(jié)合多年的教學(xué)工作經(jīng)歷和實踐經(jīng)驗，對單片機(jī)原理及其應(yīng)用課程從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、實踐教學(xué)和考核形式等方面對單片機(jī)課程進(jìn)行了教學(xué)改革和實踐，取得了良好的效果。

1 大膽改革教學(xué)內(nèi)容，適應(yīng)單片機(jī)發(fā)展

1.1 更新教材，適應(yīng)發(fā)展需要

單片機(jī)的發(fā)展日新月異，從品種、結(jié)構(gòu)、性能、生產(chǎn)工藝、開發(fā)方式到外圍元器件都在快速發(fā)展，為了培養(yǎng)應(yīng)用型人才，必須盡快適應(yīng)這種發(fā)展變化和市場對人才的需求，傳統(tǒng)的8051單片機(jī)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足教學(xué)需要。為此，我們選用了以宏晶科技有限公司的STC15F2K60S2單片機(jī)為背景機(jī)的教材，硬件資源豐富，功能強大。STC15F2K60S2單片機(jī)采用了增強型8051內(nèi)核，片內(nèi)集成了60KBFlash程序存儲器、1KB數(shù)據(jù)Flash、2048BRAM、3個16位可自動重裝載的定時/計數(shù)器、可編程時鐘輸出功能、至多42根I/O口線、2個全雙工異步串行口、1個高速同步通信端口（SPI）、8通道10位ADC、3通道PWM/可編程計數(shù)器陣列/捕獲/比較單元、MAX810專用復(fù)位電路、硬件看門狗、高精度R/C時鐘電路等硬件資源，具有ISP功能和在線調(diào)試功能，開發(fā)環(huán)境的搭建非常容易。

1.2 教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化組合，知識結(jié)構(gòu)清晰

根據(jù)單片機(jī)概念多、內(nèi)容抽象等特點，我們在教學(xué)過程中對內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化組合，將全部內(nèi)容分為三個模塊。第一個模塊為單片機(jī)的硬件組成和工作原理，介紹單片機(jī)的整體組成和CPU、存儲器、I/O口、復(fù)位等，使學(xué)生對單片機(jī)建立整體印象，對它的核心組成及工作原理有個清楚的認(rèn)識。第二個模塊是單片機(jī)的程序設(shè)計，以匯編語言為主、C語言為輔，作為單片機(jī)應(yīng)用必須熟練掌握的工具。第三個模塊，轉(zhuǎn)變視角，從中斷的角度介紹單片機(jī)的中斷源和單片機(jī)的應(yīng)用，貫穿其中的是中斷技術(shù)。這樣模塊化整合的結(jié)果，使得課程內(nèi)容清晰，重點突出，每個模塊的基本理論和基本技能非常明確。

2 多種教學(xué)方法并用，培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣

2.1 合理使用多媒體，提高課堂效率

傳統(tǒng)的板書教學(xué)，雖然講解清楚，效果良好，但對于某些內(nèi)容的介紹卻束手無策，比如程序設(shè)計，可以設(shè)計和講解程序，但無法現(xiàn)場演示和調(diào)試程序，采用多媒體就可以輕松解決，學(xué)生在課堂上就看到了程序運行的結(jié)果和現(xiàn)象，不再懷疑程序設(shè)計的對錯，還產(chǎn)生了好奇，激發(fā)了學(xué)習(xí)興趣。對于單片機(jī)的內(nèi)部組成及其工作原理、指令的執(zhí)行過程等內(nèi)容，都必須使用多媒體進(jìn)行講解才能取得良好的教學(xué)效果。

2.2 舉一反三，強化基本技能訓(xùn)練

有些內(nèi)容和基本技能，講一遍學(xué)生可能能聽懂，但要達(dá)到熟悉或熟練掌握，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，這時候就需要反復(fù)講，但簡單的重復(fù)學(xué)生沒有興趣，教師就要采用舉一反三、觸類旁通的方法進(jìn)行講解。比如程序設(shè)計中的查表、數(shù)據(jù)塊排序、多分支轉(zhuǎn)移，各中斷源的中斷請求中斷方式和查詢方式處理，數(shù)碼管的動態(tài)顯示、矩陣鍵盤設(shè)計中鍵號設(shè)置等，都可以采用這種教學(xué)方法把本部分內(nèi)容講透，使學(xué)生印象深刻，從而掌握相應(yīng)的程序設(shè)計方法和中斷處理技巧。

2.3 仿真軟件和開發(fā)板進(jìn)課堂，培養(yǎng)實踐能力

單純的板書和多媒體講解，學(xué)生不會感到新奇。對于早已廣泛使用的單片機(jī)仿真軟件Keil和電路實物仿真軟件Proteus，我們及時引進(jìn)課堂。程序設(shè)計使用Keil，硬件及中斷源部分Keil和Proteus聯(lián)合使用，一方面增強了教學(xué)效果，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；另一方面也教會了學(xué)生如何做單片機(jī)實驗，對于課后學(xué)習(xí)起到了一個指引的作用。

2.4 舉例聯(lián)系實際，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣

單片機(jī)的指令功能很強，設(shè)計的程序效率很高。在講解程序設(shè)計時盡量緊密聯(lián)系實際，讓學(xué)生感到單片機(jī)的應(yīng)用確實離大家很近。比如數(shù)據(jù)塊求極值，可以延伸應(yīng)用到查找、替換；數(shù)據(jù)塊排序可以應(yīng)用于插入、刪除，查表程序必不可少地要用在各類顯示處理中。每一部分硬件都作為單片機(jī)的中斷源處理，定時/計數(shù)器的應(yīng)用就非常典型，其定時功能應(yīng)用于常見的電子時鐘、秒表、萬年歷、交通燈控制、超聲波測距等，其計數(shù)功能可用于全自動生產(chǎn)線上的產(chǎn)品計數(shù)、出租車計價器、健身器上的計數(shù)器等，應(yīng)用非常廣泛。要讓學(xué)生充分了解單片機(jī)在實際生活中的應(yīng)用，離大家很近，產(chǎn)生親切感，從而產(chǎn)生想親手設(shè)計產(chǎn)品的愿望。

3 改革實驗教學(xué)，提高動手能力

3.1 改革實驗大綱，注重動手能力

原來的實驗教學(xué)大綱中，驗證性實驗的比例較高，實驗結(jié)果基本一樣，實驗過程無法進(jìn)行各種設(shè)計，這樣不利于培養(yǎng)學(xué)生的動手能力。為此，我們在更換教材的同時，也更新了實驗箱，圍繞新的實驗箱修改了實驗教學(xué)大綱，減少了驗證性實驗數(shù)量，增加了設(shè)計性和綜合性實驗比例，在實驗室提供了更多讓學(xué)生動手實踐的機(jī)會。

3.2 開展開放性實驗，增強設(shè)計能力

學(xué)校每年都劃撥一部分經(jīng)費專用于開展開放實驗項目，課程組的老師每個人每年均有3～4個開放實驗指導(dǎo)。鼓勵有能力和有興趣的學(xué)生積極申報開放實驗項目，并配備一定的實驗經(jīng)費，不但可以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實踐能力，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，還能有效利用和挖掘?qū)嶒炇屹Y源，充分發(fā)揮實驗室在高素質(zhì)人才培養(yǎng)過程中的重要作用，促進(jìn)實驗教學(xué)改革。

3.3 指導(dǎo)申報大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目，培養(yǎng)創(chuàng)新能力

為認(rèn)真落實教育部“本科教學(xué)工程”國家級大學(xué)生創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新訓(xùn)練計劃，我們積極動員和指導(dǎo)學(xué)生踴躍參加學(xué)校每年組織的申報活動，積極參加，充分利用全校實驗教學(xué)示范中心、各專業(yè)實驗室、科研實驗室、重點實驗室和大學(xué)生實踐創(chuàng)新基地的場地和設(shè)備資源，使學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計能力進(jìn)一步得到鍛煉和提升。

3.4 鼓勵積極參加各類設(shè)計大賽，鍛煉實戰(zhàn)能力

每年舉行的各類電子設(shè)計競賽非常多，鼓勵有創(chuàng)新和實踐設(shè)計能力的學(xué)生積極參加各類比賽，能很好地鍛煉學(xué)生的實戰(zhàn)能力、團(tuán)隊協(xié)作能力，增加成就感和自信心。學(xué)校在這方面給予了強有力的支持。

4 改革考核方式，加強實踐能力

考核是對學(xué)習(xí)成果的檢驗，以前的考核只進(jìn)行閉卷考試，無法全面反映學(xué)生的學(xué)習(xí)過程和實踐能力。對此我們我們增加了實驗考核，且占很大的比例，采用課程總評=平時×10%＋期中×10%＋實驗×30%＋期末×50%的方式進(jìn)行考核，并且期末考核中與實驗相關(guān)的實踐設(shè)計內(nèi)容占有很高的比例，學(xué)生只要平時在實驗過程中熟練掌握了基本理論和基本技能，考核成績都不會很低?？己苏嬲从沉藢W(xué)生的實踐能力，注重了學(xué)生學(xué)習(xí)單片機(jī)課程的動手能力。

本文分析了民族院校單片機(jī)課程在教學(xué)和實踐中存在的問題，結(jié)合課程組老師多年的教學(xué)工作實踐，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、實踐教學(xué)和考核形式等方面對單片機(jī)課程進(jìn)行了教學(xué)改革，并且對2012級和2013級學(xué)生進(jìn)行了實踐，取得了良好的效果，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)單片機(jī)的興趣，提高了學(xué)生的動手實踐和創(chuàng)新設(shè)計能力。

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馬惠蘭（1969—），女，甘肅康樂人，副教授，主要研究方向：嵌入式系統(tǒng)及應(yīng)用。

作者簡介：

基金項目：西北民族大學(xué)2012年精品課程建設(shè)，項目編號：12JPKC-16705925。