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摘要：“单片机原理与应用”是一门操作性、实用性、实践性、技术性均非常强的课程，常规的课堂灌输式教学方式已无法保证其良好的教学效果。文章分析了“单片机原理与应用”常规的理论课堂教学环节和实践教学环节中存在的主要问题，指出“以学生为本、以学生为中心”，让学生成为课堂教学的主体，主动参与到课程的教学环节中，对于激发学生的学习兴趣和思想灵感、培养学生的实践操作能力和创新能力至关重要。文章并从转变教学观念、教学中引入工程应用案例、改变传统的实验教学方法、引导学生积极参加课外科技活动、增加学生实践操作动手机会等几个具体的方面阐述了如何提高该课程学生的动手操作能力、实践应用能力和创新能力，激发学生学习的积极性和创造性。
关键词：“单片机原理与应用”课程；应用能力；动手操作能力；创造性
本文引用格式：杨宇祥等.“单片机原理与应用”教学中学生应用能力的培养[J].教育现代化，2020，7（48）：141-144.
How to Foster Students’Application Ability During the Teaching on the Course of Principle and Application of Single-chip Microcomputer
YANG Yu-xiang1,XIONG Zhi-ping2,SHAO Wei1,GAO Rui-peng1
(1.School of Mechanical and Precision Instrument Engineering,Xi'an University of Technology,Xi'an,Shaanxi;2.LEO Group Co.,Ltd.,Wenling,Zhejiang)
Abstract:“Principle and application of single-chip microcomputer”is a course with strong operability,practicability,practicality and technicality.Conventional classroom indoctrination teaching method can no longer guarantee its good teaching effect.This paper analyzes the“single chip microcomputer principle and application”conventional theory of classroom teaching and the main problems existing in the practice teaching link,pointed out that“take the student as this,take the student as the center”,lets the student as the main body of classroom teaching,actively involved in the course of teaching,to stimulate students'interest in learning and thinking inspiration,cultivate the students'practice ability and innovation ability is essential.Articles and change the teaching idea,teaching the introduction of the engineering application cases,change the traditional experimental teaching methods,guide students to take an active part in extracurricular activities of science and technology,increasing students practical hands-on opportunities to several specific aspects elaborated how to improve students'practical operation ability,the practical application ability and innovation ability,stimulate students learning enthusiasm and creativity.
Key words:the Course of principle and application of single-chip microcomputer;application ability;operation ability;creativity
从二十世纪九十年代开始，单片机技术就已经发展起来了。经过近三十年的发展，目前该技术的实践应用已经非常成熟，单片机技术已被广泛应用于人类的各个领域。现如今，人们越来越重视单片机在智能电子技术方面的开发和应用，单片机的发展进入到了新的时期，无论是自动测量、航空航天、医疗电子，还是各种智能仪表的实践[1]，都能看到单片机技术应用的身影。
“单片机原理与应用”是各高校电子类专业学生非常重要的一门专业基础课[1]，该课程对学生的实践操作和动手能力要求非常高，需要学生具备一定的动手实践操作能力，是培养嵌入式系统开发人才和电子工程应用复合人才的必要途径。通过单片机课程的深入学习，学生能够设计出实用的智能电子产品[2]，能够具备进一步学习嵌入式系统等技术的基础条件，并为其以后进一步学习DSP、ARM、FPGA、嵌入式系统等技术打下扎实的基础。另外，全国电子设计竞赛、全国研究生电子设计大赛、“互联网+”等各种电子大赛，近50%的题目都与微处理器和单片机技术有关[2]。而电子信息类专业的学生毕业找工作时，几乎所有的企业都要求学生具备一定的单片机实践应用和设计开发能力。
一“单片机原理与应用”课程教学中存在的问题
“单片机原理与应用”课程的实践操作性很强，要求学生具有一定的软、硬件设计的基础和一定的实践动手、设计开发等能力[3]。但是大学生身处学校，学校的实验室条件根本无法和相关企业、公司的实际开发操作条件相比，所以学生无法直接在企业、公司的实际开发生产中实际操作和汲取经验，只能通过课堂上该课程的理论和实践教学环节培养一点动手操作能力，积累有限的经验和开发技巧。
目前，各工科院校在“单片机原理与应用”课程的教学环节中，基本上采用灌输式的教学方式。教师上课时大多数还是采用“满堂灌”的“以教师为主体”的教学方法，只着重于单片机的内部原理和结构、汇编指令系统、中断系统、定时器/计数器、单片机接口技术等理论内容进行讲解，把单片机的中断系统、16位的T/C（定时器/计数器）电路[4]、A/D和D/A转换技术、全双工的UART串行口以及接口技术等内容讲解的非常清楚。但是单片机课程毕竟实践操作性非常强，光靠理论灌输根本无法让学生理解其工作原理和庞大的功能，无法让学生把单片机理论内容和动手实践操作有效的联系起来。枯燥的理论学习反倒使学生觉得课程内容单调无趣，与实践操作相结合的内容部分会让学生无法理解，导致学生无法把理论应用到实践操作中去，学生应用能力和创新开发能力的培养根本无从谈起，这和新世纪培养具有创新能力和实践动手操作能力的复合型人才的培养目标是背道而驰的。
二在“单片机原理与应用”中培养学生应用能力的主要途径
（一）在“单片机原理与应用”课堂教学中，转变教学观念，将“以教师为主体”转变为“以学生为学习的主体”
教师的传统教学观念都是“灌输式”的教学方法，将知识点都一股脑的灌输给学生，不太注重学生的接受和吸收程度。对于原理性非常强的单片机课程，枯燥的教学模式无法引起学生思维的高度集中，学生听课非常被动，容易犯困，而且课后容易遗忘知识点和理论。
转变教师的教学观念，摒弃这种以“教师为主体、以教师为中心”的方法，转为“以学生为主体、以学生为中心”[4-5]，让学生真正参与到教学的过程中，提高学生学习的主动性和积极性，发挥学生的思维优势，激发学生的动手操作和工程实践的激情和创新欲望。
只有真正的贯彻落实“以学生为教学学习活动的主体”，才能最大程度的激发和发挥学生学习的主观能动性，充分调动学生学习过程中“主人翁”的地位和思想，引导学生主动思考、主动探究、主动钻研的学习风气和习惯。
（二）在“单片机原理与应用”课堂教学中，引入工程应用案例，激发学生学习单片机课程过程中理论联系实际
在单片机课程的课堂教学环节中，针对单片机技术具体的应用，结合人类日常生活和工业生产常用的单片机应用系统，在课堂的多媒体教学中现场设计和演示单片机的小型工程应用系统，让学生在一定程度上真正体会单片机庞大的功能，了解单片机应用系统开发的具体步骤、措施、方法和技巧。
通过引入具体的工程应用案例，引导学生深入理解单片机工程开发过程，扩充学生的知识范围，让学生更加理解单片机的原理和结构，更加深入的理解单片机的理论知识。
例如，在讲解单片机中断系统的知识点时，在课堂上可以用Protues仿真软件做一个简单的开关和LED的中断应用实例，I/O脚上接的开关按键作为一个外部中断源，另一个I/O脚上接的LED灯的点亮作为中断响应事件，然后在Keil软件上用C语言和汇编语言分别编写该中断控制程序，并进行软硬件的联调，让学生通过实例掌握单片机中断系统的工作过程和程序编写方法，初步掌握了搭建一个单片机应用系统的主要步骤和工作流程，反哺学生的理论知识。通过此实例，学生对单片机的中断系统的具体应用，对单片机的编程方法和软硬件调试都有了非常清楚的认识和理解。
（三）在“单片机原理与应用”的实验教学中，改变传统的实验方法，让学生自主实验，充分发挥学生的实践创新能力
单片机课程传统的实验教学环节采用的是专门的单片机实验箱，学生只需要用带着插针的实验线连接实验箱对应的插孔，在电脑中调出实验箱制造厂商已经编制好的实验程序，即可完成单片机相关的实验。
由于单片机课程的实践性、操作性、应用性、开发性均非常强，其传统的实验方法远远满足不了单片机实践应用操作的需求。实验箱就像一个黑匣子，学生根本不知道实验电路板上的电路是怎么接的，电路原理是什么，他们只是按照实验指导教师的要求，将实验箱上的某些插孔用专用的导线连接好，实验程序甚至都不用自己编写，在电脑上调出实验对应的程序，然后进行实验内容的联调即可。
改变传统的实验模式，真正体现“以学生为主体、以学生为中心”的教育理念，让学生在万能电路板上，利用电子元器件、导线自主设计实验电路，用烙铁焊接电路板，自行搭建实验，编写实验程序，进行实验调试。这种利用实物的实验教学模式非常能够锻炼学生的工程实践动手能力，能够事半功倍的让学生掌握课程的知识体系[6]，培养学生的实践操作能力和创新意识。如果实验课时无法保证学生按时完成实验内容的话，可以鼓励学生利用课外时间继续完成实验内容，也可以自己额外增加实验项目。图1所示为我校单片机实验室所用的实验箱，该实验箱根本无法培养学生的实践创新能力，故改革实验实践环节的模式，从实践环节锻炼学生的动手操作能力和创新能力尤为重要。
（四）在“单片机原理与应用”的教学环节之外，引导学生积极参加课外科技活动，增加学生实践单片机技术的动手机会，激发学生解决问题、工程开发实践的兴趣和能力培养
大学生课外科技竞赛活动是在课堂教学之外对学生实施的有计划、有组织的多种多样的科技教育活动。例如每年一次的全国大学生电子设计竞赛、“互联网+”等，这些科技活动以科技知识为载体，以实践活动为主要形式，以培养学生的科技意识、科技爱好和开发学生的创造力为目标。
课外科技活动是促进大学生成才的重要渠道和手段，是高校素质教育的重要组成部分。
引导学生积极参加课外科技竞赛活动[7-9]，将单片机原理与应用课程的知识实际运用到课外科技活动中。“以问题为导向”，将单片机技术切实应用于具体的课外科技活动的课题中，增加学生的动手操作机会、激发学生解决实际问题的决心和兴趣、锻炼学生工程实践应用开发的能力。
例如智能循迹小车的设计、基于FPGA的高速采样电路设计、教室节能照明系统设计等课外科技活动的竞赛项目，都是单片机技术的实际应用和很好的课外竞赛项目。学生有了具体的设计项目，更能有效的掌握和应用单片机技术，夯实单片机的知识体系，培养学生的应用能力。图2为学生参加校外科技竞赛活动的作品——教室节能照明系统，这些实践系统的设计和开发，在很大程度上大大锻炼了学生的动手操作能力，以及解决实际问题的兴趣和成就感。
三 总结
随着信息技术的不断发展，“单片机原理与应用”课程的教学不仅要从教师的教学观念上、教学内容上、实验教学环节的方式上进行改革，也要从教学模式上进行改进。教学中应该本着“以学生为主体、以学生为中心”的教育理念，让学生主动参与到教学活动中。在课堂教学过程中引入典型的工程实例、适当增加学生课外科技活动的机会，培养学生的动手操作能力，激发学生主动学习、主动探究、主动钻研的精神和能动性，提高学生学习单片机的浓厚兴趣，锻炼学生在学习的过程中发现问题、分析问题、解决问题的能力，增加他们的实践操作机会，培养学生的实践应用能力，发挥学生的学习创新能力，增强他们的社会竞争力。
参考文献
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[2]张德宁,程曼,张梦.基于Proteus的“单片机原理与应用”实验实践[J].科学技术创新,2017(19):107-108.
[3]包宋建,杨守良.单片机原理及应用实验教学设计与案例[J].工业控制计算机,2019(6):134-135.
[4]曹建树,代峰燕,俞建荣.应用型工科院校单片机课程教学改革与实践[J].实验室研究与探索,2012,31(3):129-132.
[5]王丽丽.单片机原理及应用教学的有效途径探究[J].教育现代化,2016,3(22):116-118.
[6]常国权,赵凯.应用型本科高校单片机课程教学改革与探索[J].科技视界,2020(01):78-79.
[7]王蒙军,武一,刘剑飞.新工科背景下单片机课程的项目情景教学方法[J].实验室科学,2019,22(06):94-97.
[8]吴振谦,俞牡丹,蒋志迪.基于智能云的“单片机”课程在线闭环教学平台[J].电气电子教学学报,2019,41(06):29-32.
[9]张巧杰,杨秀媛.单片机原理及应用课程工程教学方式改革[J].教育教学论坛,2018(10):93-94.
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