高职教育单片机技术课程教学改革和实践

［摘要］“单片机技术”课程是一门专业技术课程，是一门工程实践性很强的课程，也是高职高专电气、电子、信息技术、计算机等专业的必修课。但因其理论性、综合性过强，学生在学习的过程中，普遍感觉内容枯燥，难以理解和应用。文章结合教学实践经验，对单片机技术课程教学提出了一些实践分析和改革建议。
［关键词］单片机技术课程教学实践性改革与实践
［作者简介］刘晓莉（1977-），女，山西长治人，焦作大学机电学院，讲师，硕士，主要从事单片机技术的教学和科研工作；张燕玲（1977-），女，河南焦作人，焦作大学信息学院，讲师，硕士，主要从事嵌入式系统方面的教学和科研工作。（河南焦作454000）
［］A［文章编号］1004-3985（2012）27-0134-02
单片机具有体积小、功能强、应用面广等特点，目前正在迅速地取代着传统数字电路与模拟电路，完成以前由硬件完成的工作。单片机技术是现代电子工程领域一门飞速发展的技术，广泛应用于机电、自动控制以及电子等多个领域，它是自动化智能控制装置的核心技术。“单片机技术”课程是高职高专电气、电子、信息技术、计算机等专业的必修课，为从事机电产品、电子产品生产与开发的企业培养具有单片机应用产品设计、分析、调试和制作能力的实践型人才，对学生职业岗位能力培养和职业素质提高有着重要支撑作用。
在单片机课程的学习过程中，涉及的知识点比较多，既有数字电路和模拟电路的基础知识，又有以汇编和C语言为代表的程序设计知识。同时，由于现在超大规模集成电路的迅猛发展，单片机的工艺也得到了很大的改进，其型号层出不穷，更多新的知识需要学习。因此，不管是教师还是学生，在教学过程中都没有太多固定的经验可以借鉴。基于以上现状，作者针对高职高专相关专业对单片机技术课程的要求，并充分考虑该课程具有内容多、更新快、学时少的特点，对单片机技术课程从理论教学、实践教学、教学方法和教学手段三个方面对单片机技术课程的改革与实践进行了相关探析。

一、理论教学的改革与创新

1.传统教学的弊端分析。传统的单片机教学长期受普通教育的影响，注重课程本身的知识结构，过于讲究系统性和完整性以及前后的逻辑联系，忽视了教学的对象和对象的接受能力，因此，很多初学者尤其是职校的初学者，在学习过程中感到很困惑吃力。总体来看，职校学生学习单片机觉得困难，主要体现在以下三方面：首先，单片机课程本身具有综合性，整合度高。其次，教材不适合高职高专学校的学生。最后，传统单片机教学中理论和实践不能紧密结合。
2.改革与创新。第一，根据高职特点，优化教材。目前，大部分高职高专的单片机教材都是参照大学教材或技术书籍编写的，以单片机原理和应用理论作为学习重点，缺少实际的操作环节。针对高职高专学生基础知识薄弱、理解能力较差的特点，我们经过广泛调研与论证，本着知识够用、知识点新、技能应用性强、利于理解和自学的原则，编写了相应的教材。本教材联合多家职业院校以及相关企业编写而成，由河南科学技术出版社出版。该教材将单片机技术整合为两大主线：一是单片机硬件资源部分；二是单片机接口及电路部分，最后结合程序的设计编写而成。
本教材的首要特点是“教、学、做”一体化。每章都配备实训模块，每个模块的选择都配有普遍易懂的实例，教师在教授过程中可以先从实训模块入手，调动学生的学习兴趣和积极性，将每章的知识点讲解融入浅显生动的实例中。其次，反映了单片机技术的新发展，在介绍常用机型时，适当介绍了新机型的发展和应用。第三，以汇编语言为主进行讲解，考虑到C语言的应用越来越广泛，适当介绍了C语言的应用。第四，内容编排上顺序合理，力求简明扼要，深入浅出，通俗易懂，可读性强，方便读者学习和掌握。第五，教材正文与例题、习

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题紧密配合。习题除了配备与正文知识点相对应的题目以外，还增加了拓展环节，增加了一些小的实训设计，为动手能力较强的同学提供了帮助。
第二，理论和实践相结合，引入情境教学。单片机应用技术强调硬件与软件的结合。首先，要掌握大量的硬件资源，对单片机的硬件结构非常熟悉，诸如存储方式、接口电路、定时\计数器的选择、串口通信等资源，而且还要对其进行合理的硬件电路设计。其次，要完成软件部分的工作，也就是在硬件电路设计的基础上完成软件编程及资源的运用。最后，在完成了硬件和软件的基础上，还要实现软硬件的联调工作，因此，如果能结合一个综合实例来进行教学，就可以达到一个比较好的教学效果。
针对于此，我们引入了智能小车控制系统作为载体，该产品以单片机作为控制核心，包括电机驱动模块、显示模块、语音模块、遥控模块、液晶显示模块以及多种转换模块，从多个角度达到对单片机知识的深入学习。各个模块的控制方式灵活，可以通过多种方式实现。例如，显示模块可以选择数码管、液晶等方式；语音模块可以采用蜂鸣器或语音芯片等，所以选用智能小车作为载体有很好的可选性和可扩展性。
本课程共设计了以下几个学习情境。时间模块设计：依次利用单片机的软件延时实现；再利用单片机定时器实现。显示模块设计：依次用发光二极管、数码管、字符液晶、图形液晶实现。控制模块设计：依次练习独立式按键、矩阵式按键、无线遥控实现。电机驱动模块设计：主要练习直流电机的转速、方向的控制；步进电机的换相。语音模块、通信模块设计：是该项目产品的扩展性模块，当然还可以扩展其他更丰富的功能。
第三，完善教学资源，提供自学环境。（1）制作教学录像。制作完整的视频录像资料以便于课程教学，学生根据需要，可重复观看教学录像，以更好地掌握单片机技术应用课程的相关知识和技能。视频指导学生学习的形式是将整个实验、实训过程播放出来，相当于老师在实验室手把手地指导，起到示教的作用，学生因此可以在课前课后参照视频进行实验实训的操作。（2）完善教学课件。制作了理论课、实践课教学用课件后，为了解决教学中重点、难点问题，可通过图片、动画、视频使教学内容以直观、生动的形式表现出来，提高教学效率和质量，促进学生的学习。（3）及时更新习题、教学资源库。结合课程内容，完成多媒体课件的制作，建立试题库，完成所有实验实训及教学视频的制作，实现课程网络教学。同时，课程的电子教材、教案、学习指导、习题库等都可在网上操作，为学生创造自主学习平台。

二、实践教学的改革与实践

1.改善实验条件，更新实验设备。单片机实验室近几年来取得较大的发展，对外交流合作也得到了不断扩展。2009年引进了浙江天煌公司THWSKW-2型单片机开发综合实验装置和THGDK-2K型单片机控制对象实验箱。
其中THWSKW-2型实验装置是针对各大中专院校开设的单片机课程而设计的实验装置，本实验装置提供了75个实验项目，既有软件编程，又有硬件仿真，还有CPLD实验。既增加了实验的灵活性和生动性，使学生从抽象的软件编程中解脱出来，加深对单片机和CPLD的认识，同时还提高学生的学习兴趣。THGDK-2K型单片机控制对象实验箱则可以GPS、位置控制、航模舵机控制、伺服电机等综合性设计，帮助学生完成单片机课程的实验进阶，提高学生对于单片机综合知识的应用。
2.注重创新，自主开发实用型学习板。为切实提高学生的动手能力，可根据课程实践性强的特点，在课程教学过程中，给学生提供较为完善的自主学习平台，使课内教学与课外自学相互结合，相得益彰。针对市场中单片机实验、实训装置费用较高，我们开发设计了基于51单片机最小系统的开发学习板，每个学生只需花费50元左右就可以拥有一套实验实训装置，有效地打通了课内与课外的局限，为学生提供了“做中学”的空间。
3.组织学生开展电子设计竞赛。实现实验室对外开放，让学生可以在业余时间内，在教师的指导下，选择一些趣味性、实用性强的项目（如智能时钟、温度计、智能风扇等）。自己购写元器件，完成硬件焊接与调试、软件编程以及软硬件联调等工作。学生还可以分组合作，分模块设计，既能加深对所学知识的理解，增强学生的动手能力，同时还增进学生之间的团结协作能力。学院每学年都组织一次电子设计大赛，并设置一定的奖项。一方面，可以提高学生的学习积极性；另一方面，也为学生提供了参加全国电子设计大赛的参赛资格。

三、教学方法与教学手段的改革与实践

在教学过程中，坚持“以教师为主导，以学生为主体”的教学理念。针对课程内容和学生特点，灵活采用讲演教学、启发讨论、案例教学、任务驱动、交互式等多种教学方法，以启发学生思维，提高其分析问题、解决问题的能力。
1.讲演教学。这一教学方法主要通过教师的课堂讲授完成。在教学中，强调与其他相关学科之间的密切联系，精心梳理知识系统的逻辑性，便于理解与掌握；充分利用多媒体课件，增加课程的形象性、直观性，拓宽学生思路。同时，注重师生互动，通过讲授、提问、启发讨论等方式活跃课堂气氛，激发学生思维，增加学生学习的积极主动性。
2.启发讨论。讲解知识点时，老师提出问题，启发学生思考并展开讨论、归纳总结出一般规律。比如教师在讲单片机定时器概念时，让学生以简易秒表为例来进行讨论，秒、分钟的计数如何解决，秒的进位如何实现。先让学生先分组讨论，然后给出答案，这样既能帮助学生掌握知识点，又能充分发挥学生的主动性，激发其学习兴趣。
3.案例教学。案例教学法是体现理论与实践、知识与能力、教学与研究相结合的一种方法。教师借助生产实践中的案例，对控制对象某一功能的背景和过程进行全面描述，将学生融于特定的单片机技术情境之中，进而组织学生对相关技术问题进行讨论、分析，解决理论知识与实践应用之间的矛盾，注重学生创新能力的培养与提高。
4.任务驱动。通过实践教学中各关键知识点的单项应用、综合应用，提高学生的实践动手操作能力，培养学生独立分析问题、解决问题的能力。教师通过布置任务、答疑、辅导，起“引导”作用，学生也可充分利用单片机DIY教学平台、实验实训仪器设备、相关专业网站等各项资源，完成项目任务。
5.交互式教学。利用校园局域网，将课程的学习指导、试题库、实训指导书、多媒体课件等教学辅助资料全部放在网上建立起翔实的教学资源。学生可在课余时间上网，进行自学或提出疑问，教师在网上进行答疑，实现师生交互式教学与学习。

四、改革考核方式，促进教学

单片机技术课程是一门实践性很强的课程，首先，学生要掌握单片机的硬件资源，并能合理地调配硬件资源，完成元器件的焊接和调试工作；其次，学生要掌握软件编程能力，即以C语言或汇编为基础的编程能力；最后，在硬件和软件实现的基础上进行软硬件联调。所以，单片机课程的考核如果仅仅依靠试卷考核的方式根本不能满足教学的要求。于是，我们将该课程的考核方式进行了改革，将课程的考试分成三大模块，理论成绩、实训成绩和平时成绩。学生期末的试卷成绩占总成绩的40%左右。学生的实践动手能力即实训成绩占总成绩的40%左右。平时成绩中可以包含提问、出勤和作业以及实验等，占总成绩的20%左右。另外，教师可以根据自己学校的实际情况，结合自己学生的特点分配各考核项所占的比例。
［参考文献］
［1］刘守义.单片机应用技术［M］.西安：西安电子科技大学出版社，2007.
［2］唐炜.基于“项目驱动”的单片机类课程实践教学改革［J］.实验室研究与探索，2010（5）.
［3］谢伟红，章健军.高职《单片机原理与应用》“主体—主导”教学设计［J］.职业技术教育，2010（20）.