单片机教学反思和创新教学方法应用

摘要:《C语言与单片机》是高职院校重要的专业课程，但传统教学过程中存在的理论知识难懂、学习枯燥乏味，实践教学缺乏创新性，实验器材短缺，考核机制过于陈旧等问题，无法满足新时代人才培养要求。因此，本文提出了利用网络学习平台提高学生参与率，项目化教学建立分组讨论，丰富课外实践机会，以课带研等方式为单片机翻转课堂教学改革提供新思路。

关键词:单片机教学;教学改革;实践;创新;以课带研;虚拟仿真

一、绪论

《C语言与单片机》是高职院校电子、机电、计算机专业的一门重要专业课程。随着实践教学活动创新发展，传统的授课模式已经明显不适应新时代的人才培养的目标要求。因此，教师必须积极地探索新的教学方法，采用现代化教学手段，提高教学质量和效率。本文旨在为教师如何进行单片机课堂教学改革提供新思路。

二、课程教学现状及问题分析

(一)高职院校传统《C语言与单片机》课的教育现状

目前开设《C语言与单片机》课程的院校主要为大学本科、高职专科等院校的机电专业、自动化控制等专业。该课程课时量一般为一学期54学时，采用演示法、理实一体等教学方法，理论教学和实操教学课时各占一半。但是《C语言与单片机》课程理论抽象、实践性强、需要学生掌握的知识点繁多，课堂传授和学生内化很难在有限的学时内完成，另外在课程内容时间紧迫、实训任务量大的情况下，单调、枯燥的传统教学方式不会激发学生的学习兴趣及积极性，学生逐渐跟不上老师的节奏，严重影响了本课程的教学质量和教学效果。

(二)《C语言与单片机》教学过程及存在的问题

教学过程采用项目化教学，每次课完成一个项目，教师首先讲解专业知识，布置课堂任务，学生分组讨论得出设计方案、设计程序。然后教师利用编程、仿真软件演示教学过程，最后学生上机练习。教师在此过程中给予指导，并完成作业打分、评价。该过程看似安排得充分，但是通过实际教学反馈有以下几个问题。1．理论知识难懂、学习枯燥乏味。由于大部分学生C语言编程等专业基础知识匮乏，有的从未接触过编程甚至计算机。教师讲解内容太深太难，理论知识过多，学生难以理解，慢慢会就会失去听课兴趣，干其他事，不仅影响课堂纪律还影响听课效果。单片机课程体系的特点是，所有知识点相互联系相互影响。在既有的课堂教学活动中，由于课程安排的限制，导致学生对于单片机的知识点形成了相互隔离的想法，即表现为学完编程技术忘了程序设计这样的现状，最后在展开单片机的实验操作时，学生表现为操作能力差，无法很好地完成所设定的目标任务。［1］2．实践教学缺乏创新性。《C语言与单片机》课程实际上就是一门实践操作课，然而课堂教学时间紧、任务重，学生缺乏参与性。通过教学发现，有的项目功能多，程序复杂，教师会花更多时间讲解理论及操作知识。留给学生思考时间不够，学生分组讨论很难得出结果，个别基础差的学生不会参与讨论。加之学生对软件操作不熟悉，画图、编程过程中出错，需要教师指导纠正，整个教学过程的感觉就是老师教得累，学生学得累，时间不够用。造成教学活动的开展遇到多方面的问题，学生学习积极性有所下降。3．实验器材短缺，实训室建设不足。由于该门课用到C语言编程软件，通过计算机完成仿真，偏向计算机领域。另学校资金投入有限，历年来该门课程实训室建设无法满足上课需要，单片机硬件设备不足且有损坏，连正常的教学演示都无法满足。一套单片机实验箱成本高，还要配套PC机、示波器、万用表等仪器设备，由于许多高校面临经费短缺问题，无法保证学生人手一套。并且，随着技术不断发展、设备老化，需要不断更新实验箱［2］。4．考核机制过于陈旧。对于《C语言与单片机》课程考核方式来说，在早期进行考核的时候，教师应用的方法基本上都以笔试为主，这种模式的考察方式极为片面，无法有效了解学生的综合水平，进而影响了其自身的个人发展。这也是现阶段教学工作存在的主要问题［3］。

三、教学方法改革

(一)项目化教学实施和制定工程实验

目前，大部分院校的单片机教学采用计算机模拟仿真或开发板进行，这样的传统实践教学方法使学生被动地去学习，失去了思考、创新的能力，难以激发学生的主观能动性，难以使学生获得真正的收获，无法适应现如今的教学要求。因此，高校有必要对传统教学方法进行改革，增加学生自主创新和解决工程实际问题的能力。“教学做一体化”教学模式主要是指在教学活动中，同时实现教、学和实践三位一体，其根本目的在于改变传统教学模式的静态化发展，将实验基地同课堂教学融合在一起，让学生能够通过课堂学习掌握到单片机理论知识和实践探索相互结合［4］。在开展单片机实验教学时，可以采用分组讨论的方式，提高学生参与率，再根据项目要求设计电路，并用Proteus仿真软件中画出电路图。在软件编程时，首先画出程序流程图;然后利用Keil软件编写C语言程序，通过编译生成单片机可执行的Hex文件。最后将Hex文件加载到Proteus仿真电路中的单片机中，进行联合调试，验证是否能满足项目要求。学生可在AltiumDesigner绘制电路图生成PCB图或者利用Proteus直接生成PCB图。最后让学生通过万用表、焊锡以及电烙铁等工具进行单片机电路焊接，完成整个工程实际开发过程。

(二)建立分组讨论考核制度

要脱离传统的教学方式，就要围绕学生开展教学，以学生为本。把学生分成若干学习小组，每个组选出组长，后续以小组为单位完成项目的实施、展示，便于课程组织管理。每次课在课前给学生分配项目任务，通过网络、报纸以及期刊论文等渠道收集资料，课中完成设计制作。同时，教师还要为学习小组布置课后任务，让学生采用发现问题、解决问题的学习方法进行讨论，不断深入学习。另外，可以建立一套先小组成员汇报进展情况，后小组汇报的考核机制，对学生的学习情况进行评分。通过分组讨论考核方式提高每名学生参与项目的积极性。

(三)加强实训室建设以赛代练

在实验设备方面，学校应该加大资金投入，改善办学条件。采购最新的单片机教学设备，满足教学要求。同时创办学生社团，鼓励学生利用课余时间，进行各种课外实践活动，通过社团活动培育出基础知识扎实、有一定动手能力、对单片机感兴趣的学生参加校级、省级、部级大赛。通过各种比赛带动社团发展建设，促进学科发展。不仅可以锻炼学生的实践能力，还可以有效地锻炼学生团队合作能力，提高创新能力。

(四)增加网络学习平台在《C语言与单片机》教学中的应用

除了传统教学外，还可以利用职教云、慕课、在线直播等网络学习平台将《C语言与单片机》的教学内容整合。把每一个项目的内容和重点难点等知识点制作成微课、短视频、PPT等学习资料，把这些资料放在网络学习平台上供老师和学生学习使用，如遇到难于理解的地方还可以回看微视频，反复学习。利用职教云网络学习平台教学，布置课前预习作业，课中随堂练习，课后作业。并且当堂课就可以看到学习平台上的完成情况和得分情况、学生的课堂表现。利用网络学习平台的优势来辅助教学，不仅可以通过制作微课和短视频激发学生学习兴趣，同时还可以在日常教学中不断改进课程内容，合理整合与优化学习平台。

(五)以课带研等创新思维

谈到科研课题，不少教师和学生认为自身的专业知识有限或选题困难等原因不敢参与。为了使广大师生积极参与到各类科研项目，从心理上克服对科研项目的畏惧，结合本校实际情况，采用“以课带研，问题即课题，教学即研究”的思路。通过教学发现存在的问题，以解决问题带动课题研究创新。也可以收集学生在课程学习中提出的新项目、新想法，鼓励他们多动手做出成果，作为教师的课题研究参与进来。不仅能提高学生的科研能力，也能提高教师自己的教育教学能力，这种创新思维方法应该被广大高校推广。

四、《C语言与单片机》翻转课堂教学的实证性分析

下面通过倒计时交通灯的项目制作，介绍《C语言与单片机》课程改革的途径方法。项目要求运用AT89C51单片机的P1口的6个引脚控制12个LED的亮灭，同时利用P2口控制数码显示管计算倒计时。

(一)课前预习

课前教师上传本次课内容至网络学习平台并布置课前预习作业，让学生了解课程知识点，利用职教云等网络学习平台与学生互动，在线解答问题、布置课堂练习，最后总结评价。

(二)硬件设计

课中，根据项目要求让学生分组讨论，利用计算机Proteus软件虚拟仿真，进行电路设计。如图2所示为倒计时交通灯系统的硬件设计图。

(三)软件设计

根据程序流程图利用Keil编写C语言程序，选择Keil环境下项目文件的“Project”选项，选择“Optionsfortarget”菜单，勾选“Output”选项卡中“CreateHEXFile”选项。通过Keil软件编译源程序，生成Hex文件。最后，在Proteus环境中加载Hex文件验证项目结果。若出现错误，回到Keil环境中进行修改，直至运行结果正确为止。

(四)硬件制作

学校购买或学生自行采购本项目所需的元器件材料，学生自己通过万用表、焊锡以及烙铁等工具进行单片机电路焊接，完成整个工程项目实际开发过程。如图3所示。

五、结语

综上所述，教学、实验和实训三位一体的教学方法改革，基本上解决了以往《C语言与单片机》教学中理论和实践难以统一的问题。教师在进行授课时，应结合学生实际情况，不断改进教学方法，优化教学内容，利用先进教学手段，引导学生们积极思考教学内容，提高动手能力的同时增强学习兴趣和综合能力。

参考文献:

［1］巢春波．“教学做一体化”教学模式在高职单片机教学中的应用［J］．机电教育创新，2019，07:219．

［2］丁莉．Proteus仿真软件在单片机教学中的应用［J］．教育教学论坛，2019，11(45):256-257．

［3］张俊丽．高职单片机教学改革的实践探究［J］．计算机产品与流通，2020，07:238．

［4］李媛媛．高职院校三位一体化教学模式探索:以包头职业技术学院为例［D］．北京:中央民族大学，2013．

作者:孙东东 杨永春 刘焕海 李震 单位:新疆交通职业技术学院机电工程学院