高校单片机原理及应用教学方法探讨
基金项目：湖南省普通高等学校教学改革研究项目（2013GK3100）；湖南省机电工程及控制大学生创新训练中心、湖南省机电工程虚拟仿真实验教学中心建设项目。
分类号：G642 文献标识码：A
1.单片机课程特点及现状分析
单片机原理是一门理论性和实践性都较强的课程，在工业控制，人工智能，仪器仪表等
方面都得到了广泛应用[1]。为满足市场需求和生产需要，高等院校工科专业都开设了单片机技术课程。
传统的单片机教学有很多不足，比如理论与实践教学脱节，理论课讲授比例过大，理论教学老师占主体，学生被动学习，课后配合一定学时的实验，这样的教学方式使教师与学生互动较差，难以激发学生学习兴趣。另外，单片机是一门实践性较强的课程，学生只有通过硬件电路设计、程序编写、系统调试等过程，才能较好掌握单片机相关理论知识和实践能力。然而目前大多数高校单片机实验设备都是采用现成实验箱，其硬件电路都是模块化的，学生不需要进行任何设计，只需简单连线、输入程序、检查运行结果，而对于实验过程中涉及的相关原理不是很清楚，这与会利用单片机进行实际系统设计的要求相差很远[2]。
基于以上情况，结合笔者这些年实际教学经验与体会，针对课堂教学、实验教学和考核方式等方面改革做一些相关探讨。
2.课堂教学的改革
2.1变革课程教学方式
传统的教学方式多数为填鸭式教学，这种方式很难充分调动学生学习积极性，也不能有
效引导学生创新性思维。而现代教学强调“研究型”教学，在教学中增加更多的互动环节，积极引导学生对所学知识进行深入挖掘，强调学生自主学习能力培养[3]。传统型教学方式重视基础知识讲授，教师在单片机教学中应将研究型与传统型教学方式合理结合，既侧重基础知识讲授，同时也要引导学生积极思考、勤于实践，为以后工程实践活动打下坚实理论基础。
2.2充分利用多媒体
目前，单片机教学中已普遍采用多媒体技术。计算机图文声像并茂的特点对激发学生学
习兴趣有一定积极作用，多媒体使课堂教学不再枯燥，但学生从多媒体演示图片中也只知其然而不知其所以然。因此，在使用多媒体教学中，还需要结合单片机开发调试软件，比如Keil等，实时演示程序设计过程中每一条指令执行后单片机数据存储器、程序存储器、寄存器的变化，以及PC如何引导指令的执行顺序等。
2.3在单片机课程教学中引入Proteus软件
单片机课程内容复杂抽象，为在最短时间内，将单片机基本知识和应用实例立体化呈
现给学生，笔者在课堂教学中引入Proteus。Proteus软件是一款包含大量系统资源、丰富硬件接口电路，具有强大调试功能和软硬件相结合的仿真系统[4]，它在单片机系统开发中占有极重要地位。
在课上，老师可以使用Proteus软件，先将实例电路原理图画好，然后再将程序源代码装入单片机仿真元件中，在仿真系统运行过程中，学生能看到跟实际电路板一样的运行效果，这样将使抽象的单片机软硬件设计过程具体化、形象化。学生在课堂上不仅能看到单片机应用电路搭建画面，还看到了调试过程，再加上老师的详细讲解，这非常有利于提高学生的学习兴趣。教学实践表明，Proteus的应用，不仅能有效解决单片机教学中理论知识讲解和实际应用脱节的问题，还能增强教学的生动性，提高教学效率。
3.实验教学内容的改革
单片机课程实践性和应用性很强，因此教学上不仅要培养学生具备扎实的理论基础，还要注重实践教学，培养学生动手能力和应用能力。
3.1合理安排实验内容
实验是将课堂理论知识转化为实践能力的重要环节。在保证实验教学课时的基础上，适当提高综合设计实验在实验环节中的比重，以培养学生综合解决实际问题的能力。另外，教师在实验前将指导书及实验任务提前布置给学生，让学生利用Proteus仿真软件在计算机上搭建硬件电路，然后根据实验指导书中实验内容编程调试，调试成功后再到实验室进行硬件验证。这样做可以节省实验时间，同时也能让学生掌握仿真软件的使用。
3.2加强课程设计环节，提高系统设计能力
课程设计是培养学生单片机相关应用系统设计与开发能力的重要环节。单片机课程设计应以学生为主体，设计题目要多样化。学生选好题后，先查找资料，确定设计方案，然后利用Proteus设计硬件电路，并通过Keil进行编程调试。仿真调试成功后，再购买电子元器件，进入实际系统软硬件开发流程，最终做出实物。通过扎实的训练，学生基本可以掌握单片机产品开发流程，为毕业后走上相关工作岗位打下基础。
3.3引导学生参加科技竞赛
单片机作为一种通用的微控制器，非常适合应用到各类科技竞赛中去。组织一些学习兴
趣浓厚、基础扎实、创新能力较强的学生参加省级、国家级各类科技竞赛。实践证明，该方法能调动学生学习积极性，激励学生更深入的钻研单片机系统开发相关知识。目前，我校成立了创新实验室，在平时让实验室成员自己选购元器件，进行相关系统开发训练，积累经验，指导老师给与必要技术支持。近年来，实验室学生参加了多个电子设计大赛、机械创新设计大赛等，均获得了不错的成绩，这些对教学工作产生了积极的影响。
4.考核方式上的改革
目前，单片机课程考核是由平时成绩、实验成绩和期终成绩三部分组成，期终测试重点考核理论知识，而且通常采用闭卷考试。这种考试形式会使学生误以为学习单片机只需死记硬背知识原理即可。改革后的课程考核结合开卷考试、实验考试和开放性自选作业考核三种方式。改闭卷考试为开卷考试是由于单片机课程是一门偏应用性课程，它侧重于学生对单片机的掌握并将其应用到实践中的能力，而不强调学生对知识点的记忆，开卷考试更能考察学生对知识灵活运用能力。同时，借助实验环节考核，来加强学生动手实践能力培养。最后在平时布置些开放性作业，让学生自由选择。开放式作业大多是让学生借助Proteus软件完成一些小的作品设计。仿真软件的使用让学生不再受限于有限实验课时和实验设备，使其能够更加灵活深入地学习单片机知识。
5.结语
总体来说，国内高校单片机原理及应用教学还需要在长期的教学实践中不断总结、改进和完善。为提高教学质量，应以各专业人才培养目标为重点，从课堂教学、实验教学和考核方式等方面进行教学改革，以提高学生实践和综合应用能力，并形成完善的人才培养方案。
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