《单片机原理与应用》课程教学改革与实践
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摘 要：《单片机原理与应用》作为电子信息类专业学生的必修课程之一，具有很强的应用性和实践性。但目前老师授课现状大多数以课本知识为主体，很少使用仿真工具实际操作。几乎纯理论的输出教学使大多数学生感到课程内容十分抽象，导致学生学习兴趣匮乏。笔者根据多年的教学经验，总结了近年来单片机教学现状和主要问题，提出了对《单片机原理与应用》的教学改革的建议。
关键词：单片机 教學改革 考核方式 实践创新能力
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2019）02（b）-0199-02
1 教学改革的必要性
现代社会生产的结构一直在不断地发生变化，对人才的需求也不断地随着变化。如今我国国力日益强盛，邓小平提出“科技是第一生产力”的论断也不断地被证实，要提高生产力就必须不断地提升科技水平。其中比较重要的一个方面就是自控系统设计和制造业。自控系统的出现，使得社会生产中能节省大量劳动力，将人类从复杂、危险的劳动环境中解放出来并显著提高控制效率，提升企业、社会、乃至国家的生产力和竞争力。但是由于我国接触自控系统较世界各科技大国晚，我国非常缺少自控系统方面的人才，单片机更是自控系统的核心，所以社会和国家需要培养储备优秀的单片机人才。
除此之外，如今各高校的《单片机》教材基本都是20世纪八九十年代的国外教材的译文和翻版，教材的内容知识体系已然落后陈旧，而各高校依然是使用这些落后的教材教育学生，试想又怎么能培养出优秀的人才。作为为社会造就人才的教育机构，应该关注社会行业的发展，紧跟时代的步伐，这样才能培养出社会人才。
而且学生作为被动接受知识的个体，在教学关系中处于一个弱势的地位，如果知识的实用性和先进性很差，使得学生进入社会后不能发挥自己的价值，势必也会被学生厌弃，对教学机构也会产生不利的评价与看法，可谓两败俱伤。所以《单片机原理与应用》的课程教学改革势在必行。
2 教学现状和主要问题
（1）教学手段单一。有违于传统的板书教学，有条件的学校都开始使用多媒体设备来教学，希望通过多媒体的手段来丰富教学的形式，改变板书教学单调枯燥的弊端。然而，多媒体的普及在某种程度上却造成了更大的危害。许多PPT的制作仅仅是把课本上的内容复制到多媒体上，教师再按照PPT的内容进行授课。这似乎仅仅是减轻了教师的负担，把以前需要板书的内容，搬到了PPT上，从而把课堂变成了电影院。这在单片机教学上也有充分的体现，例如教师大多以描述或图片的形式来展现仿真结果，没有使用或很少使用仿真工具实际操作。并且由于课时限制、仿真工具和实验器材的缺少，在教学过程中，教师有意或无意重视理论教学，忽视实践能力的培养[2]。但是单片机的学习必须落到实际上，学会理论知识仅仅只是空中楼阁，也会导致学生实践能力的缺失。
（2）缺少对学生独立思考能力的培养。传统的《单片机原理与应用》教学更多的以课本知识为主体[3-4]，以章节的顺序向学生传授，注重于整个知识体系的培养。但知识体系的搭建不是一朝一夕的事情，漫长的知识传授无法给与学生直观的感受。在这个过程中，大多数的学生都在被动的接受着知识，没有主动去思考，完全依赖教师的传授。可是单片机课程有着知识点多，跨越性强的特点，仅仅被动的接受知识，这往往使学生顾此失彼，只学到了单片机的皮毛，无法搭建整个单片机的知识体系。而且在课堂教学中，仍存在部分教师忽视学生的消化能力，仅仅是照本宣科地把书本知识灌输给学生，这更加剧了这个问题的严重性。在这样的教学模式下，学生缺少独立思考的能力，且抑制了学生的创造力和学习积极性，无法达成教学目标。
（3）考核方式脱离实际。考试基本上以笔试为主，从题库随机抽取试题或是任课教师自主出题，重点考察主要芯片的结构和使用方法，学生总成绩主要由平时成绩（考勤、作业）和期末考试成绩按一定比例决定[5-6]。然而，无论是平时成绩还是最终考试，考核的内容都是基于理论知识。学生对单片机的综合使用、实际设计能力却不在考试范围内，这对一门以注重实践的课程来说，是不够合理的。因此，这种仅限于理论知识的考核违背了单片机学以致用的宗旨。
3 教学改革的几点建议
《单片机原理与应用》课程在所有的工科专业课程中是最具有实践性和实用性的一门课程，可有效培养学生的创新思维和实践能力，因此针对单片机教学中的弊端进行研究探讨，并总结出单片机教学的几点改革意见可以概括如下。
（1）丰富课堂教学手段。首先加入课程导入环节，通过向学生展示单片机的实物，以及简单的操作，直观的告诉学生单片机可以做什么，形成初步印象，吸引学生的兴趣。再以实际操作中的问题引发学生的思考，从而延伸出本次上课的内容。在课堂教学中，需要在PPT中增加实物图片、模拟动画以及仿真结果等，以最直观的方式促进学生的理解。同时增加例题的数目，先让学生独立的完成例题的解答，教师再通过板书的方式对例题进行解析，加深学生的印象，培养学生的独立思考的能力。课程知识讲述完成后，有效地利用教学视频，并结合仿真软件对单片机项目进行模拟仿真，有条件的话，再进行实物验证，让学生能够体会单片机操作的整个流程。因此更丰富的教学手段，有利于开拓学生的视野，提高学习主动性，有效改善了教学效果。
（2）实践创新能力的培养。首先可以通过课后作业的形式去改善，不是传统意义上的课后习题，而是一个个简单的项目。教师根据上课的内容，以课后作业的形式让学生以小组为单位去完成简单的项目，并提交项目流程及仿真结果。这就可以让学生在完成项目的同时，既复习了单片机课程所学的知识，又熟悉了单片机系统的设计流程和程序编写，让学生将单片机理论和实践结合起来。再就是课程上的改变，在学生完成基础的理论教学课程后，以通过增加实验课的形式，让学生有机会利用单片机完成从项目设计，仿真模拟到实物验证的整个应用过程。与此同时，鼓励学生参加学科知识竞赛以及各种创新创业大赛，让学生在赛程中充分运用所学的知识，并在赛程中提高解决问题的能力，有效的培养学生的实践创新能力。 （3）采用项目教学法。首先在项目的选取上，按照由浅入深、循序渐进的原则，先从点亮一个发光二极管入手，再进行霓虹灯控制系统设计，掌握了一定的基础之后再进行中断、串口通信和时钟的设计。在进行项目教學时，要贯彻先硬件后软件的开发思路，让学生根据项目要求设计出硬件电路图，然后以此为基础画出电路流程图并编写对应的源程序，实现了基本功能之后可以根据自己的兴趣或问题进行改写程序，实现一些其他的扩展功能。这种具有延伸性的项目可以适合不同层次的学生，通过项目的设计不仅提高了学生分析问题和独立思考的能力，也更符合公司的实际需求。
（4）改善传统的考核方式。传统的单片机课程考核过于注重理论知识的掌握，从而忽略了单片机的实际应用。为改善这个状况，单片机课程的成绩应该以三部分组成，分别是课后作业、理论考试以及课程设计。其中课后作业就是上文所提到的简单的单片机项目，而课程设计可以包括在实验课中，作为的实验课考核，也可以单独列出来作为课程的最终考核，并不受课时的影响。课程设计是相对于课后作业而言更为复杂的单片机应用系统，是对整个单片机课程的总结与综合。教师需要提出一些合适的单片机项目，学生以小组为单位选取一个项目，并在规定的时间内完成项目的设计，仿真以及实物验证，最后以小型毕业论文答辩的方式，学生通过PPT进行成果展示，任课教师进行提问，并给予评分。这样既锻炼了学生的实践能力，也是变相的教学成果展示，还为以后的毕业答辩，项目答辩等积累了经验。最终的课程成绩就是将三部分成绩按比例相加，综合考察学生的能力。
4 结语
单片机的出现极大地提高了工业生产的自动化程度，在我国工业控制领域具有不可取代的地位。然而由于学校教育与企业需求的不匹配，导致当前我国单片机相关专业的学生在毕业后很难胜任自己的工作。《单片机原理与应用》是一门可以在实践中促进思维能力的学科，为了使学生更好地学习实践，教师在教育教学过程中要发挥领导组织作用，通过教学改革提高学生的积极主动性，使学生在学习过程中更有目的性和方向性。因此，重视《单片机原理与应用》的课程教学改革，提高课程的教学质量具有重要的意义。
参考文献
[1] 董娜娜.单片机教学存在的问题及改革建议[J].山东工业技术，2017（22）：270.
[2] 冯洋.基于实践创新能力培养的单片机原理及应用课程改革与实践研究[J].高教学刊，2015（15）：87-88.
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[4] 曾树华.电气自动化专业单片机教学改革探索[J].高等职业教育（天津职业大学学报），2015，24（3）：80-83.
[5] 王桥，冀慎统，马敏耀，等.以应用能力培养为目标的实践类课程教学改革——以《单片机原理与应用》课程为例[J].高教学刊，2017（15）：106-108.
[6] 姚嘉，卢伟，马丽丽，等.基于学生创新实践能力培养的单片机教学方法的改革[J].经济师，2015（5）：248-249.
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