单片机原理教学改革研究与实践

时间：2024-05-04

向继文+陈善荣+刘昕+廖柏林

DOI：10.16644/j.cnki.cn33-1094/tp.2016.07.029

摘要：文章讨论了单片机原理课程教学改革的有关问题。选取STC15F2K60S2单片机作为教学机型，保证了教学内容的先进性；改革教学方法，强化课堂教学，激发学生思考，提高了教学效果；精选实验项目，深化实验教学与理论教学的融合；采用“平时成绩+实验成绩+期末卷面成绩+作品加分”的考核方式，突出综合考核。经过长期的研究与实践，证明了这些方法能很好地提高课程教学效果。

关键词：单片机原理； STC单片机；教学改革；研究；实践

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：1006-8228（2016）07-98-04

Research and practice on the teaching reform of SCM principle

Xiang Jiwen， Chen Shanrong， Liu Xin， Liao Bolin

（College of Information Science and Engineering， Jishou University， Jishou， Hunan 416000， China）

Abstract： This paper discusses the problems about SCM （single chip microcomputer） principle teaching reform. Select STC15F2K60S2 single chip microcomputer for the teaching model， to ensure the advanced nature of teaching content； reform the teaching method， and strengthen the classroom teaching to stimulate students thinking and improve teaching effect； carefully select the experiment project to deepen the fusion of experiment teaching and theory teaching； and use the assessment method of "regular grades+experiment grades+final grades+works bonus grades" to highlight the comprehensive assessment. After a long period of research and practice， it is proved that these methods can well improve the teaching effect of the course.

Key words： SCM principle； STC SCM； teaching reform； research； practice

0 引言

“单片机原理”是电类专业一门十分重要的主干课程，该课程对于培养学生以单片机为核心控制器件，综合运用所学电子、通信、控制、计算机等方面的知识分析、设计、制作单片机应用系统具有重要的作用。长期以来，单片机课程教学通常采用“先理论讲解，再动手实验，期末试卷考试”的教学模式，这种模式使得学生理解困难，学习枯燥乏味，课堂气氛沉闷。教学过程中，以单片机原理为核心，其应用只是点缀，这造成学生的应用能力培养不足；将软硬件分离介绍，对单片机软硬件结合的系统设计方法强调不够，这使得学生在构建实际的应用系统时，缺少系统化的思路[1]。单片机教学往往存在教学内容、考核方式与实际应用脱节，学生成绩不能真实反映开发能力等问题[2]。所以，改革单片机原理课程教学模式，突出实际应用，培养学生综合运用知识解决实际问题的能力，实践证明是行之有效的。

1 与时俱进，构建新的教学体系

1.1 明确教学目标的定位

明确教学目标是做好课程教学工作的重要环节。不同的课程有不同的教学目标，有些课程的目标在于构建学生的基础理论体系，有些课程更注重培养学生的实践能力。

鉴于单片机应用系统开发能力对电类专业学生的重要性，单片机原理课程的教学目标应该着力于学生实际应用能力的培养，强化学生实战能力，并打通相关课程之间的壁垒，促进学生对相关课程知识的融会贯通。

1.2 与时俱进，优化理论课教学体系

在人才培养方案中，很多高校将单片机原理放在模拟电子技术基础、数字电子技术基础、C语言程序设计、微机原理与接口技术等课程的后面，或者与其中一部分课程同时开设，学生从事单片机系统开发所需要的基础知识已经基本具备。在教材选用方面，由于实验设备的原因，通常选用8051系列单片机教材。但是，传统的51单片机已经显得太过陈旧，落后于时代发展，所以需要结合实际对教学内容加以优化整合。既要考虑到前期基础减少不必要的重复，又要考虑到单片机自身的特点，结合单片机技术的发展将最重要的教学内容梳理出来，在教学中贯彻实施。本课程理论教学安排了36学时，单片机型号选用了增强型的51单片机STC15F2K60S2，教学时间紧，任务重，为了顺利地完成教学任务，实现既定的教学目标，经优化以后的教学内容[3-4]如表1所示。

对于教材中的数制系统、A/D及D/A接口等与“微机原理”课程相重复的内容做删减，由学生自主学习；对于C语言部分，只学习单片机C语言特有的内容，其余部分删减，以便节省教学时间。此外，还强调了STC15F2K60S2单片机由于内部资源丰富，存储器容量大，基本上不需要做存储器的扩展，而其他很多系列的单片机可能需要做扩展，以便于学生设计制作单片机应用系统时选择机型。

1.3 精心选择实验项目

本课程实验教学最多安排了24学时，时间基本够用，但要做到面面俱到是不可能的，只能挑选部分实验项目开设，其余实验项目通过实验室开放等方式由学生自主完成。开设的实验项目包括：Proteus绘图实验、Keil C51开发环境的使用、基本IO口扩展实验、P1和P3口输入/输出实验、单片机的定时/计数实验、外部中断实验、单片机与PC机串行通信实验、A/D转换实验、矩阵键盘识别及显示实验、步进电机控制实验、直流电机控制实验、串并转换实验等，具体实验项目则根据实验学时的不同做选择。

实验系统采用原有的51单片机实验箱以及宏晶科技公司赠送的STC单片机实验箱，两者相互补充。在实验系统中，将实验设备附带的源程序全部删除掉，要求学生阅读电路，并自己编写程序，完成实验项目，所编写的程序中，部分实验项目的源程序要求用汇编语言编写，另外一些实验项目的源程序要求用C语言编写，使学生汇编语言和C语言的编程能力均得到有效培养。

1.4 加强校企合作，实现校企双赢

为了保证教学内容、实验设施及教学机型的先进性，通过努力，开展了与南通国芯微电子有限公司的合作，建立了“STC单片机联合实验室”。在机型选择方面，选用了该公司研发的STC15F2K60S2单片机作为教学机型，由该公司赠送所需要的实验箱。通过合作，实现了校企双赢，为企业培养了现实及未来的客户，学校则保持了教学体系的先进性。

2 改进教学方法，强化课堂教学，提高教学效果

2.1 提高学生学习兴趣是关键

课堂教学是教学的主阵地，高校课堂教学效果的好坏直接关系到人才培养质量的高低[5]，提高课堂教学效果的关键是提高学生的学习兴趣。教师在课堂教学中要善于总结经验，改进教学方法和教学手段。要注意用风趣的口头语言、生动形象的身体语言、灵活多样的教学方法打动学生、吸引学生、激励学生，采用启发式、研究型的教学方法，吸引学生跟上教师的教学节奏，激发学生思考的激情，提高学生的学习兴趣，从而提高课堂教学的质量[6]。

2.2 改进教学方法，加强课堂演示

在单片机课程教学中，Proteus软件是学生必须学习并基本掌握的一款设计与仿真软件。Proteus软件由ISIS和ARES两个软件构成，其中，ISIS是原理图编辑与仿真软件；ARES是布线编辑软件，学生学习的重点是ISIS软件，对于PCB图的设计可使用Protel、Altium Designer、OrCAD等软件。教学中，要充分利用Proteus软件强大的系统仿真功能，加强课堂演示，激发学生兴趣，促进学生思考，提高教学质量。

2.3 精选课后作业，激发学生潜能，转变学习方式

为了促进学生对所学知识消化吸收，须布置适当的课后作业，但是要注意精选作业题，课后作业的布置要围绕以应用能力的培养为教学目标。对于基础知识类的作业，如数制系统、基本指令、寻址方式、简单程序段的分析等，通常做为课堂作业完成；除此以外，精选部分综合性的课题，要求学生分组完成，每组1-5人，给学生较充裕的时间查阅资料，设计电路，编写程序，仿真调试，并完成课程设计报告的撰写。实践证明，这种以综合性、设计性课题作为课后作业的方式，对于促进学生自主学习、学生团结协作、激发学生的学习潜能是非常有效的，有利于促进学生转变以知识记忆为核心应付考试的被动式学习方式为以主动思考，寻求解决方案为核心的主动式学习方式。

2.4 引导学生构建完善的课程体系

很多学生觉得课程任务繁重，学习压力大，其中很重要的一个原因在于学生对各门课程的学习往往是孤立的，学生缺乏将所学课程有机地串起来从而做到融会贯通的能力。通过引导，将C语言程序设计、微机原理与接口技术、模拟电子技术、数字电子技术、电子电路CAD、传感器技术等课程串接起来，帮助学生建立课程体系的观念，促使学生逐步融会贯通，减轻学习的压力。

3 改革实验教学方法，深化实验教学与理论教学的融合

传统教学中，理论教学、实验教学及实际应用脱节的现象相当严重，学生难以将课堂理论知识与实践需求联系起来。因此，需要改革实验教学方法，深化实验与理论的相互融合、相互渗透、相互促进。例如，在串并转换实验中，如图1所示，一方面结合实验系统电路，要求学生根据实验系统电路绘制出完整电路图，并利用Proteus和Keil软件联调仿真；另一方面，通过提出定时及外部中断、定时中断、位传送等不同的计数启动方式，要求学生修改电路，修改程序，实现了一个实验项目贯穿多个知识点和多种技术方法。

通过实验，不仅实现了理论与实验、课外与课内、软件仿真与实际系统的有机结合，还让学生认识到了仿真软件强大的功能与不足，感受到了在某些环境下，仿真系统不能完全替代实际系统，经过实际系统检验过的电路和程序才是更加可靠的。

4 改革考核方式，突出综合考核

4.1 传统考核方式存在的不足

传统的考核方式通常采用闭卷考核，总成绩由平时作业、实验成绩、课堂出勤、期末卷面成绩按一定的比例构成，这种考核方式，有利于对学生理论知识及平时学习情况做综合的考核。然而，对于单片机原理课程来说，存在着对学生实践能力、系统设计能力考核不足的问题，考核成绩高不代表其实际应用能力和系统设计能力强。

4.2 改革课程的考核方式，突出实际应用

单片机原理课程具备极强的工程应用特点，传统的考核方式不足以全面考查学生的学业状况，因此，需要改革课程的考核方式。

本课程采用的考核方式为：考核成绩=课堂出勤+平时作业+实验成绩+期终考试+作品加分。各考核分项的分数比例一般为：课堂出勤占10%，平时作业占10%，实验成绩占15%，期终考试成绩与作品加分合计占65%。作品加分的办法为：作品分为25至40分，按照作品质量评分，独立完成的最多加40分，合作完成的每人最多加30分，每件作品最多允许2人合作完成，作品加分与期末考试成绩合计最高可为100分，合计分按65%的比例参加总成绩的折算。

4.3 取得的成效

通过四年来的教学实践及改进，学生制作的单片机作品主题逐步丰富，作品设计主题包括：电子钟、数字温度计、摇摇棒、交通灯控制系统、键盘显示系统、篮球赛计分器、GPS定位仪、红外测距仪、音乐播放器、智能玩具、语音控制系统及学生感兴趣的其他课题。

四年来，我院电类专业学生共制作了单片机作品252件，学生实践能力获得了显著增强，对于提高学生学科竞赛成绩也起到了显著的促进作用，部分学生的作品如图2、图3和图4所示。

5 结束语

单片机原理教学改革，特别是考核方式的改革取得了显著的成效，获得了学校有关领导及教学督导团的一致好评，具有较好的推广价值。

⑴ 选用STC15F2K60S2单片机作为教学机型，保证了教学内容的先进性。

⑵ 强调启发式教学，激发学生的学习兴趣，引导学生开展自主性、研究性的学习，改变学生为考试而学的被动式学习，践行了“教师为主导，学生为主体”的教学理念。

⑶ 采用“平时成绩+实验成绩+期末卷面成绩+作品加分”的考核方式，实现了对学生平时学习、理论知识及工程能力的综合考核。

⑷ 通过与企业开展合作，实现了校企双赢。

参考文献（References）：

[1] 王海燕，杨艳华.Proteus和Keil软件在单片机实验教学中的

应用[J].实验室研究与探索，2012.31（5）：88-91