基于电子设计竞赛的单片机课程教学改革探索

刘瑞涛

摘 要：该文结合参加全国大学生电子设计竞赛的经验与体会，分析了电子设计竞赛暴露出传统单片机课程教学中的不足，提出了针对于单片机课程的项目化教学模式，对此教学模式的思路与具体实施过程进行了详细阐述，对模式中的关键问题进行了深入分析。

关键词：电子设计竞赛 单片机 项目化教学

中图分类号：G71 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）02（a）-0165-01

全国大学生电子设计竞赛是教育部倡导的四大学科竞赛之一。它由教育部高等教育司和信息产业部人事司共同举办，是面向大学生的群众性科技活动，到2013年已举办过11届。由于竞赛内容与各院校教学实际紧密结合，且竞赛题目的要求对相关专业课程的建设以及培养学生的实践能力有很好的引导作用，因而受到越来越多的本专科院校老师和学生的关注与参与。从分析历届电子设计竞赛题可以看出，很多控制类、数据采集类和信号类的题目在设计制作时都会涉及到单片机的知识，而单片机又是高职类学生必须掌握的主要技术之一，所以电子设计竞赛对单片机课程的教学改革的促进作用也是日渐显著。该文结合我们学院参加大赛的经验与体会，谈谈电子设计竞赛对单片机课程教学改革的启示和影响。

1 单片机传统教学中存在的问题

单片机课程的传统教学方法是重理论、轻实践；重分析、轻综合；重个体、轻协作。

在单片机的理论教学中，传统的授课顺序是：单片机的组成与结构，指令系统，汇编语言程序设计，中断与定时器，接口技术及应用，A/D与D/A转换。这种教学过程，表面上看符合人们学习知识的规律，但是实际教学效果表明，学生只是把它当作课业任务来完成，而不是作为一门应用技术来掌握。对各部分知识的学习相对孤立，简单程序设计尚能掌握，结合中断系统编写程序便没有头绪，遇到硬件连接问题更不知所措。更重要的是，现今电子设计竞赛已经不仅仅是对单片机编程能力的比赛，而是对单片机外围电路设计和外围元器件使用能力的考查。

在单片机的实践教学中，缺乏软硬件综合设计类的实验。软件实验只是利用软件模拟器让学生在计算机上进行汇编语言编程训练，学生们面对的只是程序设计，根本不知道各种指令有什么实际的应用；硬件实验多采用商品化的实验箱来完成，硬件连线、各种器件的选择都已做好，学生们只是简单的插线即可，根本不了解电路的结构也难以编出完整的程序，不能达到培养学生初步具有开发简单单片机应用系统能力的目标，也达不到现在电子设计竞赛对参赛选手的要求。

这样培养出的学生对理论知识的学习不深入，对实践技能的掌握不熟练，缺乏设计软硬件电路的整体思路。

2 借鉴大赛经验，对单片机课程进行项目化教学模式的尝试

通过组织学生参加全国和学院的各类电子设计大赛，发现学生在面对大赛题目时，学习的积极性和主动性被极大的激发出来，对大赛题目涉及到的单片机知识能够认真的去学习，而且学完之后就能应用于实际题目，理解的也较为透彻。如果能将大赛的这种模式与单片机教学结合，构造出全新的项目式教学内容体系，把所要讲授的各项理论知识和实践技能按由浅入深、现学现用的原则分解到一个个具有明确应用目标的项目任务中，让学生在规定时间内依次完成这些任务来达到教学目的。首先应该根据教学大纲确定一个总任务，然后将总任务分解成具体的子任务，通过实现各个子任务，达到一门课程的教学目标。项目化教学要求以完成一个个具体任务为教学实施载体，把单片机的教学内容分解到每个任务之中。引导学生在解决任务的过程中学习理论知识和掌握实践技能。

在项目内容的设计和顺序安排上，必须注意循序渐进，按照教学进度逐步开展，关键环节要设计对应的项目任务。这就需要改变传统的课程教学顺序，尤其是对“单片机的组成与结构”这个章节，对各个功能结构的讲解以服务各自项目为目标，以够用为原则，缓慢介入逐步展开，这样既提高了学生们的学习兴趣，又避免了言而无物的空洞讲解，提高了课堂效率。

以单片机原理教学为例，在开始学习软件知识时可以用P1口控制8个LED这个项目来学习各类指令和编程语言程序设计：首先，介绍单片机的并口结构，这里重点讲解并口的功能以及如何使用；其次，以P1口为例学习并口输出电路的硬件连接与器件参数选择，这里可以加入一些电子技能方面的知识，例如电阻、电容、二极管、三极管的选型与参数确定；再次，结合硬件连接编写相对应的软件程序，通过对P1口的控制可以观察各个LED的亮灭，引起学生的兴趣，这里重点对学生进行引导，发挥学生的主观能动性，启发学生自主编写程序或对教师给的程序进行优化；最后，通过教师引导，让学生利用现有硬件电路实现LED按不同的规律发光，从而熟悉大部分指令和常用的程序结构（顺序程序、分支程序和循环程序）。后续项目还可以利用此电路学习中断系统，用定时中断、外部中断等方法控制LED发光延时、按键控制，控制规律由教师根据内容逐步设计，最后可由学生发挥想象自己设计。

3 单片机项目化教学模式中的关键问题

首先，项目任务的设计是整个教学模式中的关键。项目内容的是否合适直接决定教学效果的优劣，在设计项目时既要考虑到以学过的内容为基础，又要将本次教学内容涵盖全，因此需要通过不断的教学实践与学生学习效果的反馈来设计和调整。

其次，精简理论课学时，加强实践教学力度。对那些完成任务所必需的理论知识要进行简明扼要的讲解，使学生具备完成项目任务初步理论基础，之后让学生在实验室自主的完成各种项目任务，这样既提高了学生的实践动手水平，有锻炼了学生的自主学习能力。在实施中可以将课堂放到实训室，首先讲解基本的理论知识，之后立刻结合这些知识点布置此次课需要完成的任务，在学生进行实训中不断观察学生出现的问题，对于共性问题再进行集中讲解，实现理实一体化教学。

最后，项目化教学对教学硬件条件有一定要求，首先要有理实一体化实训室，实训室中要配有多媒体教学设备，要配备基本的实训台，每个实训台上要有单片机实验箱和用于编程的计算机，单片机实验箱建议可以自行设计与制作，这样更符合本校的具体实际和项目教学的开展。

4 结语

通过我校近几年参加全国大学生电子设计竞赛的成绩来看，对单片机课程进行教学改革之后的成绩提高明显，尤其是2013年，还获得了国家一等奖的好成绩。通过单片机课程改革的实践来看，依托电子设计竞赛在课程体系，教学方法，实训条件等方面都取得了长足的发展，也正以为此，电子设计竞赛得到了越来越多教师和学生们的认可，对于推动学生工程实践能力和设计创新能力的培养具有重要的现实意义。

参考文献

[1] 李社雷.基于电子设计竞赛的单片机教学改革方案探索[J].实验科学与技术，2013（6）.

[2] 杨奕，徐鹏，彭小峰.电子设计竞赛与实践教学改革[J].实验室研究与探索，2013（4）.

[3] 林洁，刘子坚.大学生电子设计竞赛对单片机教学改革的促进[J].科技资讯导报，2007（28）.

[4] 廖继红.从电子设计竞赛谈实验教学改革与创新能力的培养[J].教育与职业，2007（2）.endprint