任玲芝 楊回回 李巖巖

（巢湖學院，安徽 巢湖 238000）

1 引言

單片機課程作為電類專業(yè)的一門專業(yè)核心課程，在各大高校均已開設，尤其對于應用型本科高校，單片機課程以具備較強的實踐性成為一門重要的課程，該門課程對培養(yǎng)學生的工程思維能力和解決實際問題的能力具有重要作用[1]。單片機課程內(nèi)容主要包括單片機內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)、工作原理和匯編指令等，由于這些內(nèi)容抽象難懂，導致部分學生學不懂，甚至不愿意學習[2]。針對這些問題，我院專業(yè)教師將近幾年與單片機相關的電子設計競賽引入到課堂教學中，建設開放實驗室，積極開展學生的第二課堂活動，引起了學生的廣泛興趣。

2 單片機課程教學現(xiàn)狀

單片機課程是工科電類專業(yè)的一門實踐性很強的專業(yè)核心課程，綜合了電路、模擬電子技術、數(shù)字電子技術、計算機語言編程技術和控制算法等多門專業(yè)課程，也是一門最接近實際工程應用的課程[3]。深入地學好這門課程，能夠為學生以后從事電子電氣類工作提供強有力的技術保障，因此，該門課程的教學過程，以及學生的掌握情況極其重要。

據(jù)了解，目前有較多高校由于管理觀念、經(jīng)費、學生成績考核機制和實驗室環(huán)境狀態(tài)等方面的原因[4]，使單片機課程教學存在著一些問題，導致教學效果不佳，主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

第一，理論課程教學沒有側(cè)重點，而是所有內(nèi)容同等對待。該門課程的授課內(nèi)容基本上是按照單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)與工作原理、匯編指令系統(tǒng)、匯編程序設計、中斷系統(tǒng)和定時計數(shù)器、串口通信技術、接口擴展技術等順序來進行的。在這些內(nèi)容中，匯編指令是重要內(nèi)容之一，8051單片機有111條指令，不是每條指令都很重要，將這些指令詳細講完，需要花費較長時間，還會讓學生感覺難學不容易懂。

第二，實驗教學內(nèi)容單一，機械式的連線，照搬程序。單片機實驗本應該是趣味性較強的一門實驗課程，但由于課堂時間的限制和采用傻瓜式的單片機實驗箱，學生都按照實驗指導書上的步驟一步一步連接實驗箱上的電路，軟件程序也是直接照抄實驗指導書，線連完了，程序抄完了，現(xiàn)象出來了，這個實驗就完成了。這樣完成實驗，學生仍然不知道單片機的控制原理，對學生學習的幫助極小。

第三，沒有開放實驗室，學生只能在課堂時間內(nèi)完成實驗。部分有興趣的學生想吃透單片機的控制原理，但由于課堂時間緊迫，課上沒能完全掌握，想在課后繼續(xù)鞏固，而專業(yè)實驗室一般都不開放，學生沒有實驗箱，也沒有辦法進行深入的學習。

以上幾個原因限制了單片機課程教學，導致教學效果不好，降低了部分學生對這門課程的學習興趣，即使程度較好的學生對該門課程理論的學習也不夠深入，實踐動手能力也不強，更缺乏對單片機軟硬件系統(tǒng)的整體掌握，遇到問題不會調(diào)試解決，沒有實現(xiàn)對學生的創(chuàng)新能力和工程實踐能力的培養(yǎng)。

3 電子設計競賽與單片機課程教學的關系

全國大學生電子設計競賽從1994年開始第一屆，到現(xiàn)在已經(jīng)經(jīng)歷12屆國賽，若加上省賽的話，有25屆左右，是工科電類專業(yè)舉辦時間最長、規(guī)模最大、影響力最大的學科與技能競賽[5]。電子設計競賽題目一般都是結(jié)合大學生專業(yè)課程內(nèi)容，從實際工程應用背景中提取出來，綜合考核學生應用專業(yè)基礎知識解決實際問題的能力，體現(xiàn)學生的理論聯(lián)系實際能力、綜合應用能力、創(chuàng)新能力和團隊協(xié)作能力等[6]。電子設計競賽的內(nèi)容主要涉及模擬電路、數(shù)字電路、單片機控制技術、可編程控制技術、通信技術、信號處理技術等，要求學生熟悉專業(yè)課程內(nèi)容的基本概念、基本電路、基本原理、基本分析方法和基本的設計原理[7]。從歷年競賽題目來看，涉及單片機技術的題目每年都有4—5題以上，占題目總量的50%左右，有使用簡單的8位單片機，也有使用復雜的32位單片機[8]。

單片機課程是工科電類專業(yè)的一門實踐性較強的專業(yè)核心課程，在我院電氣工程及其自動化、電子信息工程、電子科學與技術、機械電子工程和機械設計制造及其自動化專業(yè)均已開設，理論學時都為32學時，電類專業(yè)實驗學時為20學時，機械類專業(yè)為16學時，課程內(nèi)容中主要以8051系列8位單片機作為具體型號來進行講解。電子設計競賽中有部分題目是采用單片機進行設計，將賽題內(nèi)容進行分解，簡化難度，引入單片機課程教學，使學生真正了解單片機如何應用在實際工程問題中，有助于提高學生的學習動力，培養(yǎng)學生實踐能力和創(chuàng)新設計能力。

4 基于電子設計競賽的單片機課程教學模式改革方案

由于電子設計競賽賽題難度較大，綜合應用性較高，因此通過電子設計競賽題目來改革單片機課程教學[9]，要從以下四個方面入手。

4.1 調(diào)整課程教學大綱

傳統(tǒng)的課程教學大綱都是參考單片機教材來制定的，其中程序設計內(nèi)容中的例程主要以講解指令為主，內(nèi)容抽象，晦澀難懂。我院單片機課程理論學時只有32學時，再加上單片機課程主要以實際應用為主，因此制定教學大綱時，盡量減少非重點內(nèi)容學時數(shù)，盡量簡化單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)內(nèi)容的講解，非常用匯編指令盡量少講或不講解，重點講解常用匯編指令，引入與實際應用相關性較高的案例，培養(yǎng)學生對單片機系統(tǒng)開發(fā)過程的整體掌握。表1是我院單片機課程內(nèi)容各章節(jié)內(nèi)容學時分配表。從表1中可以看出，引入案例教學的學時數(shù)達到18學時，占課程總學時的56%。

表1 單片機課程各章節(jié)學時分配表

4.2 夯實基礎內(nèi)容，引入項目化教學

單片機的主要功能就是通過I/O口輸入輸出信號或控制其他部件，要掌握單片機的I/O口控制功能，必須掌握單片機內(nèi)部寄存器；同時，還要掌握單片機指令系統(tǒng)，因此，單片機課程中寄存器、I/O口控制和指令系統(tǒng)的內(nèi)容非常重要。在講解單片機內(nèi)容時，必須圍繞著這三個方面進行課程教學設計。結(jié)合單片機課程的教學實踐，我院從以下三個方面來展開教學。

第一，講清楚寄存器的功能作用。寄存器是比較抽象的內(nèi)容，要讓學生明白寄存器就是用來存儲數(shù)據(jù)和協(xié)調(diào)單片機系統(tǒng)工作的部件。對于通用寄存器，主要用于存放中間數(shù)據(jù)；對于特殊功能寄存器，要控制單片機實現(xiàn)某種功能，就要先設置這些寄存器，從而達到使單片機能完成某特定功能的目的。

第二，講清楚單片機I/O口的主要功能和使用方法，對于I/O口內(nèi)部結(jié)構(gòu)，可以讓學生自學，主要講解單片機I/O口的使用方法。我院具體做法為：在課堂上，結(jié)合Proteus仿真軟件和Keil編程軟件，引入項目化案例，進行詳細講解，控制單片機I/O口輸入輸出功能的設計項目如表2所示。

表2 單片機I/O口輸入輸出功能的設計項目

第三，對匯編指令要區(qū)分對待。8051系列單片機匯編指令共有111條，其中常用的指令大概只有30條左右，且這些指令中有很多形式上都非常相似。在講解指令內(nèi)容時，先讓學生快速了解各個指令的功能作用，然后再結(jié)合案例進行詳細講解，最好與C語言對應起來，幫助學生理解和記憶，如表3所示。但應注意，有些匯編指令與C語言指令是相近，并不完全相同，講解時應說明兩者區(qū)別。

表3 常用匯編指令與C語言對應表

4.3 建設開放實驗室，開展第二課堂

通過仔細分析歷年電子設計競賽賽題，可以發(fā)現(xiàn)涉及單片機的題目都具有一定的綜合性，僅靠課堂上的所學遠遠不夠。因此，依靠課堂上的時間只能學會使用單片機進行簡單的控制，要想真正掌握單片機的應用，需要建設開放實驗室，開展第二課堂，讓學生參與進去。在第二課堂中，教師應根據(jù)學生的實際情況，認真設計一些研究性、設計性和綜合性實驗，讓學生自己查閱資料、解決問題、實現(xiàn)功能、完成任務。

我院依托機械與電子工程學院，在學校團委的支持下，成立了電子創(chuàng)新設計協(xié)會，建成了兩間開放實驗室，采用三人作為一組進入開放實驗室，進行一些深入性的學習?；A差的學生選擇容易的項目，基礎好的學生選擇難度大些的項目，學習結(jié)束后進行比賽和答辯環(huán)節(jié)，最終讓學生從中有所收獲。表4是我院開展的研究性、設計性和綜合性實驗項目。

表4 巢湖學院開展的研究性、設計性和綜合性實驗項目

4.4 改革考核方式，促進以優(yōu)帶差

為了提高學生學習興趣，積極主動地學習單片機課程，不僅要在課程教學內(nèi)容上實施改革，在考核方式上也要進行相關的改革。傳統(tǒng)的課程考核方式，都是通過期末考試試卷考查學生對課程的掌握情況，但是單片機課程實踐性比較強，若只是機械式和重復性記憶匯編指令和寄存器內(nèi)容，沒有太大的實際意義，只會增加學生的負擔，導致學生厭學。我院從三個方面對考核方式進行改革。

第一，從理論考試方面考核。與傳統(tǒng)期末考試類似，但是在試卷上提供必要寄存器內(nèi)容和重要的匯編指令，主要考查學生對這些寄存器和指令的理解和使用。

第二，從實驗方面考核。平時正常做實驗，按照平時做實驗的態(tài)度和實驗操作考試來評定學生成績，兩者各占50%比例。在第二課堂中，按照他們選擇實驗項目的難度和完成的項目情況，給出綜合實踐成績，這部分成績帶有一些主觀成績。

第三，結(jié)合上面三個部分，學生的最終成績=期末考試成績*40%+實驗成績*30%+綜合實踐成績*30%，讓學生充分參與到單片機課程教學中。

在第二個方面的第二課堂中，盡量將優(yōu)生和差生分在一個小組里，時刻告訴他們，你們是一個團隊，而不是單打獨斗，若有一個成員沒有搞清楚問題，整個小組考核就算不合格，要求優(yōu)生幫助差生，從而提高整個班級的學習動力。

5 結(jié)束語

電子設計競賽綜合考查了電類專業(yè)學生的理論聯(lián)系實際能力、創(chuàng)新設計能力和團隊協(xié)作能力。結(jié)合電子設計競賽和單片機課程教學的特點，從調(diào)整課程教學大綱、引入項目化教學、建設開放實驗室和開展第二課堂、考核方式四個方面對單片機課程進行改革，使單片機課程教學具有更強的實踐應用性，讓學生從該門課程學習中體會到學習的樂趣。經(jīng)過教學實踐表明，近兩年我院單片機課程教學效果提升明顯，更多的學生選擇單片機內(nèi)容作為畢業(yè)設計課題，為社會輸送了理論和技能兼顧的應用型人才。