杜礼霞赵永康胡寅昆明理工大学应用技术学院
【摘要】单片机是一门实践性很强的课程，针对目前单片机教学中的现状，阐述了进行教学改革的必要性。结合本学院的实际情况和应用型本科的培养目标提出了几点改革的意见和建议。
【关键词】单片机教学改革应用型本科实践
【中图分类号】G642【文献标识码】A【文章编号】1674－4810（2011）02－0042－02
单片机技术是电子、测控类专业开设的一门重要专业基础课，是一门技术性和实践性很强的学科。作为计算机技术的一个重要分支，该技术被广泛地应用于工业控制、仪器仪表、消费产品、汽车、办公自动化等领域。因此，是否具有单片机开发能力成为现今许多公司的一个重要衡量标准，同时也成为学生增强就业竞争力的必备技能之一。
但是该课程逻辑上严谨，内容上抽象，学起来难懂，讲起来枯燥，教与学都遇到了很大的困难。面对市场对人才日益严峻的要求，如何培养出适应社会需求的应用型人才，是教师一项紧迫而艰巨的任务。这不仅仅要求教师提高自身水平和积累工程经验，还要求不断反思我们的教学过程，在教学方法上探索新的道路。
一现状与问题
首先，学生普遍感到难学。因为课程涉及知识面较广，既要有扎实的硬件功底，又要有编程的基础，还要具备一定的计算机原理知识。
其次，传统的教学过程一般都是围绕大纲和教材按章节顺序进行，先介绍单片机的内部结构、基本指令，再介绍汇编程序设计，之后再讲解中断、定时/计数器、串口通信等各部分的应用。学生要把各部分内容都学完，才能比较完整地了解单片机。然而在这个过程中，一部分学生往往感觉像“丈二和尚摸不着头脑”而退却，有的虽然坚持下来，但是刚刚对课程有了兴趣，结果课程就要结束了。
再次，传统教学中理论学习与实验是单独进行的。一般是先理论、再实践，由于理论学习和实验不同步，学生学习理论时没有实际体验，看不到实际效果，常常感觉枯燥乏味；而在实验课中又因理论知识点掌握不够，觉得无从着手。至于学习中反复强调的“软件、硬件相结合”的道理也不能很好地理解和体会。
最后，学完了还是不会用。部分学生觉得自己也认真地学了、作业也做了、实验也参加了、考试也通过了，但实际上过后就忘，基本不会使用单片机来处理问题，更谈不上项目开发。
二教学中的改革与思考
针对上述问题，许多学校进行了一系列的改革，有的在改变传统教学方式方法上进行探索，有的在加强实践环节方面下工夫，这些举措均取得了较好的效果。我们在学习借鉴同行教学经验的基础上，结合本学院的实际情况和应用型本科的培养目标开展了对本课程的研究。结合笔者多年的学习、教学和实践经验，在此浅谈几点自己的看法，希望与大家交流。
1．项目教学，实验室即课堂
打破传统的教学模式和教学顺序，采用项目教学方法，将课堂搬进实验室。根据大纲要求和教材内容，规划、设计教学项目，将各个知识点融入不同的项目，用一个个的项目将整个教学内容贯穿。项目的选择比较重要，一般是选择一些常用的、易于与实际相联系的、效果明显并带有一定趣味性的项目，这样能更好地激发学生的学习热情，也可以缩短与实际应用间的差距。
教学过程采用演示、讲解、模拟练习、扩展练习的步骤进行。演示，教师首先演示实验项目，学生在观察到实验现象后，会产生兴趣和疑问，这样就把学生的学习积极性调动起来，在学习过程中也会逐渐变被动为主动。待学生有了学习的动力，然后再结合知识点进行原理的讲解和分析，揭开“真相”，使学生明白其中的“奥妙”。当学生对知识点有了一定程度的了解后，通过反复地模拟练习，将知识点“固化”在学生的头脑中，最后在基础项目上进行扩展和变换，让学生在不断变化的“条件”下掌握知识点的灵活应用。此外，在教学过程中，教师还要结合自身的实践经验，提醒学生在实际开发、设计过程中常出现的错误和应注意的问题。
以流水灯项目为例，首先老师演示发光二极管的“流水”变化，然后逐一讲解知识点，包括循环指令、查表指令的使用、I/O口的控制、延时程序的编写等，接着让学生尝试验证程序，验证过程提出问题让学生思考：如何调节延时时间？如何改变“流水”方向？使用查表方法有何优点？最后，提出几种流水灯花样让学生动脑自己设计完成。这样一个项目下来，学生不仅掌握了知识点，并且现学现用，通过操作实现特定功能，当然也就增加了更多的信心和学习激情。
2．师生互动，轻松教学
传统的单片机教学方法普遍采用课堂式教学，即老师讲、学生听。整个教学活动，就是作为传授方的教师向作为接受方的学生在知识和能力方面的单向灌输。一些同学虽然开始比较好奇，当经过空洞而枯燥的硬件结构与指令系统讲解后就觉得有些乏味，等到开始分析程序时就跟不上，因此逐步对课程丧失了信心，最后选择放弃。
因此，在教学过程中，我们摒弃了单一的传授式、填鸭式教学，在课堂上让学生有独立思考的机会和时间，有探索机会和探索过程。尽量加强师生互动，允许学生表达自己的思想，这样的教学必然会缓解老师在课堂上演“独角戏”的尴尬局面，活跃课堂氛围，创造轻松的学习环境。特别是在进行程序设计和分析时，鼓励学生积极思考，采取不同的方法方式来实现同一功能，然后再分析各种方法的优缺点，学生在比较的过程中不仅掌握了编程的基本方法，还扩展了思维的灵活性、多样性。
3．持续学习，层次化
学习单片机最重要的是突出其应用，要使学生具备一定的工程素质，那么仅仅几十个学时的课程教学是不能满足的，单片机的学习应该是一个持续不断的过程，需要一系列的教学环节共同完成。在我们的培养方案中，按照项目教学、课程设计、模块实训几个环节进行，循序渐进，由易到难。
项目教学环节所完成的大部分都是验证性的项目，主要是对基本知识点的理解和掌握，学习的平台是实验箱，学生以编程实现功能为主，基本不涉及硬件电路的设计和制作。
项目教学结束后进行课程设计，在这一环节中，不仅要进行程序的编写，还要进行硬件电路的设计、制作和调试，最后整体实现功能要求。通过这一环节的实践，首先是巩固了单片机技术的基本原理；其次让学生对单片机最小系统的简单应用有所认识，对单片机系统的开发过程有一定的了解；在此基础上培养学生的综合设计能力，同时也积累了一些单片机应用中的故障判断及排除的技巧和经验。
当学生完成了后续的电机控制、传感器技术、自动控制原理课程之后，则进行单片机测控电路的模块实训，这不仅是几门课程的综合应用，同时也是对单片机综合应用能力的加强与提升。在这一实训过程中，我们采取的方法是一人一题，真题真做。针对每个题目，老师给出的仅仅是基本的任务要求和相应平台，具体采用什么方案、元件如何选取、电路如何设计等都是由学生自己完成，中间有什么疑问，可以与老师、同学讨论。实现基本功能之后，学生可以继续深入完善，比如扩展功能使其更加方便使用、设计合理的外壳包装等等。实训结束后进行作品展示和交流。经过循序渐进的学习和训练后，学生的工程实践能力可以逐步培养起来。
4．自制设备，实训更真实
在模块实训中，为保证项目更贴近实际、更真实，我们针对每个项目自制了实训设备。现有的设备包括机械手（3自由度、6自由度）、汽车检测平台（灯光、刹车、喇叭声音等）、数控机床（直流电机、步进电机）、电动车、电梯（三层、四层）、堆垛机、太阳能跟踪系统、温室大棚、音乐喷泉、哈气开花、旋转扫描显示台、水位控制系统等等，为学生提供了“用武之地”。
这些自制设备中，虽然外形、工艺比实际产品稍逊色一些，但是它们所能实现的功能与实际相差无几。而且自制设备相对购买设备来说造价低，“开放性”强，可以大胆放手让学生做各种尝试。在这样的平台之上，学生可以观察到最直接的现象和效果，对于一些工艺过程和机械结构有较深入的了解，缩短理论与现实的距离；在这样的环境中，学生还可以充分发挥自己的想象力和创造性，丰富完善其功能，积累很多实战经验。当他们毕业步入社会之后，就可以快速地投入工作。
5．培养自学能力，适应多元市场
单片机发展至今，呈现的是“百家争鸣、百花齐放”的市场。虽然现在51单片机仍然是市场主流，但是其他类型单片机的市场份额也在逐年递增。不同厂家的单片机，即便都是基于51内核的，在内部资源和使用上也有一定的区别。我们的教学以51为主，不可能把所有的单片机都纳入到教学范围中，但是学生就业后面临的却是各种各样的单片机，如何解决这个问题呢？笔者认为，关键是培养学生的自学能力，掌握单片机的基本学习方法。只有掌握了学习的方法，才能真正做到“以不变应万变”，跟上时代发展的步伐。
未来单片机的应用并不取决于你掌握了多少种单片机，而是取决于你能否在最短的时间内掌握某种单片机并加以应用，由此可见自学能力的重要性。所以，在教学过程中我们要有意识地培养学生的自学能力，对有的内容先让其自学、自己摸索，然后提问，最后再讲解。通过自学与讲解后的对比，让学生清楚地知道，要学会这个功能的使用，应该从哪些方面入手，哪些知识点是不变的，哪些是会随着条件不同而变化的，以后遇到类似的问题该如何着手，如何类推。举一反三，学生的自学习惯就会慢慢养成，自学能力也会逐步得到提高。
6．考核方式的思考
目前，我们采用的考核方式依然是笔试＋平时成绩（7＋3）模式，但是这样的考核方式却暴露出了一定的弊端。首先，单一的笔试不能全面地反映学生实际的应用能力。试卷往往注重考察知识掌握的多少，但是在应用方面却考虑较少或难于进行。根据几年的统计，我们发现有一部分卷面成绩较高的学生，在单片机的实作中表现却不理想，实际应用能力较差。其次，单一的笔试会给学生错误的引导，觉得这门课程也不过是“纸上谈兵”，只要期末临时突击，死记硬背各个知识点也能“混”及格，从而忽视了实践的重要性。
因此，我们主张笔试＋实作＋平时成绩（4＋4＋2）的考核方式，从理论和实践两方面评价学生。但真正的实作考试各方面投入较大，耗时较多，操作起来相对困难，这也是许多院校极力提倡实作考核但实际却未能进行的原因。结合我院的实际情况，初步考虑将该部分考核放在Proteus仿真软件平台上进行，建立相应的试题库。学生在Proteus上搭建自己的硬件电路，在Keil中编写程序，通过联调，最终实现功能。评分时不仅看功能是否实现，还要看其设计思路和调试的方法、过程。
三效果与体会
上述的观点和想法，有的在教学过程中已经施行，有的还在筹备之中，其中也取得一定的成绩。例如，自制实训设备的做法得到了许多同行的认可和赞同，曾获校级教改成果一等奖，学生也普遍感觉有了具体操作平台后知识的应用显得更具体、更生动，更有利于工程实践能力的培养和提高；毕业班学生在找工作的过程中，有的学生带着自己的作品面试，得到了用人单位的肯定；在这两年举办的“安利杯”泛珠（9＋3）大学生计算机作品赛中，我院积极参与，连续两年都有特等奖获得者。
这些成绩的取得极大地鼓舞了我们，我们会将此项改革继续深化和实施，虽然在改革过程中也会暴露出一些问题，但是只要我们不断更新教育理念、围绕育人这个根本，就会得到学生、社会的认可。
参考文献
［1］甘辉.对单片机教学改革的几点建议［J］.科技信息（学术版），2008（24）
［2］杨宏.单片机实验教学的改革与探讨［J］.科技资讯，2008（24）
［3］刘心、郭福田、孙振兴、曾丽丽.Proteus仿真技术在单片机教学中的应用［J］.实验技术与管理，2007（03）
［4］张俊编.匠人手记：一个单片机工作者的实践与思考［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2009.11
〔责任编辑：高照〕