單片機(jī)課程改革探索與實踐

李文方+李海霞

摘要：單片機(jī)課程作為電子通信類專業(yè)學(xué)生的一門專業(yè)課，具有舉足輕重的地位。通過分析該課程的課程地位、存在問題，提出一系列課程改革的方案，旨在樹立工程教育的理念。在課程內(nèi)容上進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，引入C51教學(xué)的同時加入PROTEUS仿真，并對新型器件的實用進(jìn)行相關(guān)介紹；在實踐教學(xué)改革上增加綜合性設(shè)計性實驗；提倡項目法教學(xué)，改革教學(xué)手段，為提高學(xué)生的工程實踐能力奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：單片機(jī)；改革；工程教育；仿真

中圖分類號：G640文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1673-291X（2014）18-0287-03

隨著國家“卓越工程師”計劃的廣泛推進(jìn)及教育部“應(yīng)用科技大學(xué)”戰(zhàn)略技術(shù)的實施，對應(yīng)用型高校的人才培養(yǎng)起到了巨大的推進(jìn)和促進(jìn)作用。隨之帶來的是教學(xué)方法、人才培養(yǎng)模式及各類實踐性課程的課程內(nèi)容的改革。對電子信息工程、通信工程、測控技術(shù)及儀器等專業(yè)而言，單片機(jī)原理是一門重要的專業(yè)課。其內(nèi)容以單片機(jī)的原理、結(jié)構(gòu)及實際應(yīng)用為主，掌握單片機(jī)設(shè)計開發(fā)技術(shù)，具有一定的軟、硬件設(shè)計基礎(chǔ)和動手能力，已成為電類專業(yè)學(xué)生的必備技能。單片機(jī)應(yīng)用能力的高低對于電類專業(yè)學(xué)生的就業(yè)及綜合素質(zhì)的提高具有重要的意義[1~2]。因此，對電類專業(yè)而言，培養(yǎng)工程實踐人才，提高人才的綜合素質(zhì)，單片機(jī)課程的改革勢在必行。

在本課程的改革中，本著“理論夠用，強化實踐”和“輕內(nèi)部結(jié)構(gòu)，重外圍系統(tǒng)和編程”的思想，對本課程的課程內(nèi)容和教學(xué)方法以及考核方式進(jìn)行一系列的改革。

一、課程內(nèi)容的改革

1.改變單片機(jī)教學(xué)編程語言，引入C51教學(xué)

單片機(jī)的編程是課程教學(xué)內(nèi)容的重要組成部分，在以往的教學(xué)中，通常采用匯編語言教學(xué)，國內(nèi)公開出版的教材，也大多都是基于匯編語言的。在本課程的教學(xué)中，由于課時有限，只是在教材的其中1章，對C51進(jìn)行了2~4學(xué)時的簡要介紹，結(jié)合學(xué)生以前有過的C語言的基礎(chǔ)，讓學(xué)生課下學(xué)習(xí)的時候有個起點。但是，通過教學(xué)實踐發(fā)現(xiàn)，這樣的效果并不好：一方面，很多學(xué)生覺得匯編語言晦澀難懂，加之單片機(jī)發(fā)展很快，單片機(jī)的型號也很多，不同系列的單片機(jī)匯編語言幾乎都不一樣，可移植性較差，所以單片機(jī)實際開發(fā)過程中，很多學(xué)生沒法用匯編語言進(jìn)行稍微復(fù)雜的程序編寫；另一方面，學(xué)生對C51的學(xué)習(xí)，缺乏連貫的學(xué)習(xí)和引導(dǎo)，課下又有沒有自主學(xué)習(xí)的習(xí)慣，因此也無法熟練進(jìn)行C51編程。這就導(dǎo)致學(xué)生在單片機(jī)編程方面存在著很大的缺陷[3]。

鑒于此種現(xiàn)象，為了讓學(xué)生在學(xué)習(xí)完單片機(jī)之后，能夠切實掌握一種編程語言，熟練進(jìn)行單片機(jī)軟件的編程，在課程內(nèi)容改革中，刪掉對匯編語言的介紹，只簡要介紹幾種尋址方式，以便讓學(xué)生對存儲器結(jié)構(gòu)及尋址方式有一定的認(rèn)識，在各個模塊的學(xué)習(xí)中，全部采用C51進(jìn)行講解。采用C51編程，一方面降低了編程的難度，另一方面隨著C語言編譯器的升級，C51編程的效率已經(jīng)非常接近匯編語言[4]。所以在單片機(jī)教學(xué)過程中選擇單片機(jī)C51語言作為主要的編程語言來講授，借助學(xué)生在前續(xù)課程中C語言的學(xué)習(xí)，采用C51作為單片機(jī)學(xué)習(xí)的常規(guī)編程語言，對學(xué)生而言難度不大。

2.引入Proteus仿真技術(shù)

由于單片機(jī)的實踐性強，教學(xué)的過程中必須軟硬件結(jié)合，也就是將單片機(jī)編程和外圍電路設(shè)計相結(jié)合，才能讓學(xué)生對單片機(jī)的功能有深刻的認(rèn)識并掌握其設(shè)計技巧。在單片機(jī)應(yīng)用開發(fā)過程中，硬件外圍電路的設(shè)計和軟硬件結(jié)合的調(diào)試過程是非常重要的環(huán)節(jié)，但是由于硬件條件所限或時間不允許，課堂上很難實現(xiàn)這些，這就導(dǎo)致了學(xué)生課堂學(xué)習(xí)認(rèn)識較膚淺。即使老師在課堂上講解一些實際應(yīng)用案例，學(xué)生也只能通過老師的分析和自己的理解勉強明白其中的意思，所以課堂教學(xué)更偏重于理論的講解、分析和軟件教學(xué)，無法使學(xué)生有更進(jìn)一步的深刻認(rèn)識。而傳統(tǒng)實驗教學(xué)又多停留在實驗箱操作上，設(shè)備維護(hù)需花費較多的時間和經(jīng)費，容易造成資源浪費，而且以驗證性和模仿性實驗為主，無法讓學(xué)生完成純粹設(shè)計性的實驗[5~6]。為此，在單片機(jī)的教學(xué)中我們采用了單片機(jī)系統(tǒng)的虛擬仿真軟件——Proteus，從而提高課堂授課效率以及學(xué)生實驗實施效率。

Proteus軟件是一個功能強大的仿真軟件，能提供各種電子元器件及單片機(jī)芯片的仿真模塊[5]。在此仿真環(huán)境中如同實際搭建電路一樣，可以完成單片機(jī)系統(tǒng)電路圖的繪制，然后加載對應(yīng)的程序就可以啟動仿真，從而驗證電路結(jié)構(gòu)和單片機(jī)程序的正確性，同時充分仿真單片機(jī)系統(tǒng)的工作情況，這實際上是用虛擬單片機(jī)系統(tǒng)代替實際硬件電路。Proteus軟件還可以實現(xiàn)與Keil軟件開發(fā)環(huán)境的聯(lián)調(diào)。在課堂教學(xué)過程中我們除了使用Proteus和Keil軟件完成例題的仿真演示外，還將單片機(jī)程序下載到單片機(jī)學(xué)習(xí)板中進(jìn)行實物的演示，同時讓學(xué)生參與到演示過程中，大大地提高了課堂教學(xué)的活躍性和互動性。

總之，通過引入Proteus仿真，一方面在課堂教學(xué)中，利用Proteus軟件進(jìn)行例題電路的原理展示與分析，電路線路清晰，分析方便，仿真結(jié)果直觀清晰，大大提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，加深認(rèn)識；另外，在實驗課上，通過引入Proteus仿真軟件，將程序運行于虛擬的單片機(jī)上，使軟件調(diào)試不再依賴于實物硬件電路，仿真結(jié)果達(dá)到系統(tǒng)預(yù)期效果后，再進(jìn)行硬件實物制作。這樣既達(dá)到了實驗效果，又經(jīng)濟(jì)方便，還節(jié)省了時間，大大提高了教學(xué)效率。

3.改革實踐教學(xué)內(nèi)容

對單片機(jī)課程而言，實踐教學(xué)是課程教學(xué)的一個重要方面，對課程的教學(xué)質(zhì)量以及學(xué)生專業(yè)素質(zhì)的提高起到關(guān)鍵的作用。在本課程改革中，對實踐教學(xué)的改革主要從內(nèi)容和方式上進(jìn)行。具體就是，在課程實驗教學(xué)中，利用Proteus進(jìn)行實驗項目的的仿真，集中鍛煉學(xué)生的編程能力；在仿真成功的基礎(chǔ)上，根據(jù)實驗學(xué)時的安排，選取1~2個進(jìn)行實物制作。在集中實踐環(huán)節(jié)中，可以選擇一個典型的、技術(shù)較為先進(jìn)、難度適中、測量內(nèi)容較全面的某一個自動測試系統(tǒng)為中心來完成對應(yīng)的實踐任務(wù)，圍繞該典型系統(tǒng)設(shè)計鍛煉學(xué)生電路設(shè)計知識及測量技術(shù)基礎(chǔ)，并讓學(xué)生完成從原理分析、方案設(shè)計、元器件選用、電路設(shè)計、程序編制、組裝、焊接等各個環(huán)節(jié)的訓(xùn)練。如果所有學(xué)生都能很好地經(jīng)歷這樣一個系統(tǒng)設(shè)計的全過程，學(xué)生的職業(yè)能力將有一個很大的提高。

二、課程教學(xué)手段改革

1.提倡基于工作過程的新型教學(xué)方式

單片機(jī)教學(xué)圍繞項目展開，以項目的開發(fā)步驟作為教學(xué)順序，將單片機(jī)的知識點穿插到開發(fā)項目的過程中，引導(dǎo)學(xué)生邊做邊學(xué)。換句話說，將整個單片機(jī)的內(nèi)容分成大大小小不同的知識點，每一個或者幾個知識點對應(yīng)一個小項目，項目由易到難安排，每堂課的教學(xué)任務(wù)就是完成一個項目產(chǎn)品，其中涵蓋當(dāng)次課所要講述的單片機(jī)相應(yīng)的理論知識。把所有的項目完成之后，學(xué)生就接受了單片機(jī)所有的理論知識以及對應(yīng)的知識的實際運用，這樣的教學(xué)方法對學(xué)生而言，既積累了動手實踐經(jīng)驗，又能很好地掌握單片機(jī)的理論知識點。

2.加強課程和對應(yīng)課程群的聯(lián)系，以工程應(yīng)用的思想指導(dǎo)教學(xué)

加強單片機(jī)課程和傳感器、電子測量和智能家電課程的聯(lián)系，組成對應(yīng)的課程群，在課堂的教學(xué)中，脫離傳統(tǒng)教學(xué)中單一的就課論課、在教師授課過程中對相關(guān)聯(lián)的課程和學(xué)科知識點之間不進(jìn)行聯(lián)系或者相關(guān)知識點在不同課程中重復(fù)講述的現(xiàn)象[7]。在對某個案例進(jìn)行講解的時候，結(jié)合課程群里對應(yīng)的別的課程，把所用到的知識進(jìn)行統(tǒng)一歸納，理清思路，給學(xué)生提供或者引導(dǎo)學(xué)生提出一個或幾個合理的解決方案，并從中擇優(yōu)選擇，然后進(jìn)行軟硬件的具體設(shè)計、仿真和實施。

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這種結(jié)合課程群進(jìn)行案例教學(xué)的方式，一方面可以使學(xué)生將本課程與先修課程以及后續(xù)課程之間的關(guān)系有明確的認(rèn)識，從而對學(xué)習(xí)的脈絡(luò)有清晰的認(rèn)識；另一方面結(jié)合課程群，進(jìn)行項目實例的講解和分析，跟實際應(yīng)用更加接近，有利于加強學(xué)生對知識的綜合運用，培養(yǎng)工程教育的思想。

3.寓教于賽，教賽結(jié)合

對應(yīng)用型高校的電子類專業(yè)學(xué)生而言，兩年一度的全國電子設(shè)計大賽和每年進(jìn)行的全國電子專業(yè)人才與技能大賽是很好地檢驗自我的機(jī)會，結(jié)合我校近幾年在全國各類電子類賽事的良好成績和成功經(jīng)驗，探索出了“寓教于賽，教賽結(jié)合”的教學(xué)模式。在教學(xué)過程中，結(jié)合對應(yīng)的電子設(shè)計賽題進(jìn)行深入剖析，分析題目用到了所學(xué)的哪些知識點以及如何實現(xiàn)，讓學(xué)生對當(dāng)前所學(xué)知識的具體應(yīng)用有明確的認(rèn)識。這樣，一方面提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，另一方面也鍛煉了學(xué)生分析解決實際問題的能力，提高了他們參賽的積極性，從而有利于在大賽中取得更好的成績。

三、考核方式的改革

傳統(tǒng)的終結(jié)性考核以理論知識、標(biāo)準(zhǔn)答案、閉卷形式為主，課程的考核要靈活多樣，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性，提高學(xué)習(xí)的自覺性和自學(xué)能力。課程體系的過程性考核以技能、綜合評價、開卷等方式為主，同時可以加入實物制作成績等。根據(jù)單片機(jī)課程的特點，可以在終結(jié)性考核中采取“實驗20%+自主設(shè)計30%+卷面成績50%”的方式，對參加電子設(shè)計大賽并取得良好成績的學(xué)生，適當(dāng)加大創(chuàng)新分?jǐn)?shù)，這樣可以給動手能力強、具有創(chuàng)新意識的學(xué)生機(jī)會，此法也利于激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新積極性。

四、結(jié)論

本項目體現(xiàn)工程教育的思想及應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)下單片機(jī)課程理論實踐一體化教學(xué)模式的嘗試，改變傳統(tǒng)的先在體現(xiàn)課堂講理論，再到實驗室去做實驗的方式。是把講解基本理論和編寫程序、軟件和硬件的仿真相結(jié)合；并利用案例教學(xué)，給學(xué)生創(chuàng)造機(jī)會，拉近與實際應(yīng)用的距離；把教學(xué)與電子設(shè)計大賽相結(jié)合，“寓教于賽，教賽結(jié)合”。

整個項目的實施，始終貫徹以學(xué)生為主題，以專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)為準(zhǔn)繩，以就業(yè)為導(dǎo)向，把“教、學(xué)、做、訓(xùn)、賽”有機(jī)結(jié)合，加強了學(xué)生核心技能的培養(yǎng)和訓(xùn)練，使教學(xué)效果達(dá)到了最優(yōu)化。

參考文獻(xiàn)：

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[2]淡海英.談高職教育中《單片機(jī)原理及應(yīng)用》課程改革的一點思考[J].軟件，2012，(7)：158-159.

[3]曾維鵬，蔡莉莎，吳恒玉.基于“教學(xué)做合一”的單片機(jī)教學(xué)改革研究[J].蘇州市職業(yè)大學(xué)學(xué)報，2013，(2)：84-86.

[4]羅維平，王東，李宇，劉純天.“單片機(jī)原理及應(yīng)用”課程設(shè)計的改革探討[J].武漢科技學(xué)院學(xué)報，2005，(11)：47-50.

[5]李萬軍.基于Proteus的單片機(jī)虛擬實驗平臺的開發(fā)[J].工業(yè)控制計算機(jī)，2O08，(8)：53-54.

[6]李鵬飛.Proteus軟件在單片機(jī)一體化教學(xué)中的應(yīng)用[J].信息通信，2014，(1)：287-288.

[7]張麗霞.單片機(jī)課程教學(xué)改革與實踐探索[J].電子世界，2014，(1)：174-175.

Exploration and Practice on MCU Course Reform

LI Wen-fang，LI Hai-xia

（Huanghe Science and Technology College，Zhengzhou450063，China）

Abstract：Single chip microcomputer has a pivotal position as a Professional course for students majoring in electronic communication.By analyzing the status and existing problems of the course，it puts forward a series of curriculum reform，aims to build up the idea of engineering education.Particular way is to adjust the course content，use C51 language as the main programming language and use PROTEUS to simulate the result；increase the comprehensive design experiments on practice teaching；advocate the project teaching method and reform the teaching methods in order to improve the students ability of engineering.

Key words：single chip microcomputer；reform；engineering education；simulation[責(zé)任編輯 魏杰]

收稿日期：2014-01-18

基金項目：鄭州市2013年教改項目—民辦本科高?；趹?yīng)用型科技人才培養(yǎng)的《單片機(jī)原理及應(yīng)用》課程教學(xué)體系改革（ZZJG-A6024）

作者簡介：李文方（1983-），女，河南駐馬店人，測控技術(shù)與儀器教研室負(fù)責(zé)人，講師，碩士，從事電子與通信系統(tǒng)研究。

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