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開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇單片機(jī)課程設(shè)計(jì)，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
關(guān)鍵詞：教學(xué)改革；實(shí)踐性；Proteus+Keil
中圖分類號：G642.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）18-0246-02
放眼當(dāng)今社會，電子行業(yè)快速發(fā)展，單片機(jī)在多個領(lǐng)域如工業(yè)自動化、智能儀器儀表、消費(fèi)類電子產(chǎn)品、武器裝備、終端及外部設(shè)備控制、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信設(shè)備等有著廣泛的應(yīng)用[1，2]。對于工科的電子、電氣相關(guān)專業(yè)的學(xué)生而言，掌握好單片機(jī)技術(shù)對自我知識的提升和今后就業(yè)的幫助都是大大有益的。因此，單片機(jī)課程在上述專業(yè)中的地位非常重要，而且鑒于單片機(jī)特殊的實(shí)踐性，它的實(shí)踐環(huán)節(jié)比如課程設(shè)計(jì)就更是重中之重了。
一、我校單片機(jī)教學(xué)的現(xiàn)狀
我校原有的單片機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)有兩個：單片機(jī)課內(nèi)實(shí)驗(yàn)和單片機(jī)課程設(shè)計(jì)。課內(nèi)實(shí)驗(yàn)雖然有硬件設(shè)計(jì)和軟件編程兩部分，但由于開發(fā)板上硬件的最小系統(tǒng)比較完善，學(xué)生相當(dāng)于只需要進(jìn)行簡單的連線便完成了硬件設(shè)計(jì)。軟件設(shè)計(jì)則是在偉福Lab6000系列單片機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上完成的，這些實(shí)驗(yàn)基本都是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)或者是很簡單的設(shè)計(jì)性試驗(yàn)，主要目的是讓學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)了解單片機(jī)的硬件環(huán)境，熟悉單片機(jī)的編程方法。因此學(xué)生總體所完成的工作基本上是簡單的軟件編程，硬件設(shè)計(jì)幾乎沒有，更談不上是軟硬件的綜合系統(tǒng)設(shè)計(jì)。這使學(xué)生在以后的工作中應(yīng)用單片機(jī)時捉襟見肘，學(xué)不夠用。
針對以上情況，我校單片機(jī)課程設(shè)計(jì)通過引入Proteus+Keil兩個軟件進(jìn)行較大的改進(jìn)，既加強(qiáng)了學(xué)生硬件電路的設(shè)計(jì)，又有軟硬件聯(lián)調(diào)的綜合考量，很好地培養(yǎng)了學(xué)生對單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的能力，提高了大家學(xué)習(xí)的積極性和主動性。
此外，之前學(xué)校課程設(shè)計(jì)題目單一，沒有考慮到學(xué)生的個體差異，導(dǎo)致有些學(xué)生無從下手，最終只能模仿別人的電路板，甚至連設(shè)計(jì)報(bào)告也是抄襲別人的；還有些能力較強(qiáng)的學(xué)生做起來易如反掌，達(dá)不到拔高的效果，這樣就違背了課程設(shè)計(jì)的初衷[3]。
二、Proteus+Keil的完美結(jié)合
Proteus軟件是英國Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件，能很好地仿真單片機(jī)及器件。相對于另一款使用較高的仿真軟件Multisim，Proteus的元件庫更齊全，使用更方便，最重要的是它可以把軟件作用在處理器上，并和該處理器的任何模擬和數(shù)字器件協(xié)同仿真。除此，Proteus還提供了大量的虛擬儀器和分析工具，用戶可以在調(diào)試代碼時清晰地看到仿真結(jié)果或通過節(jié)點(diǎn)波形等查找錯誤原因。
Keil C51是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，易學(xué)易用。
在計(jì)算機(jī)上，安裝Proteus仿真軟件和集成軟件開發(fā)環(huán)境軟件Keil，就已經(jīng)相當(dāng)于是一個設(shè)備先進(jìn)、功能完善的虛擬實(shí)驗(yàn)室了，可以方便地進(jìn)行軟硬件的級聯(lián)調(diào)試，加強(qiáng)單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的概念。
在實(shí)際的課程設(shè)計(jì)中，先在Proteus ISIS中設(shè)計(jì)硬件原理圖，確定IO口的端口使用。項(xiàng)目的軟件可在Keil中進(jìn)行設(shè)計(jì)，生成目標(biāo)代碼文件*.hex，若編譯失敗，可對源程序進(jìn)行修改，直至編譯成功。把生成的目標(biāo)代碼文件*.hex添加到硬件電路的單片機(jī)中，比如AT89C52，然后運(yùn)行仿真，即可以看到仿真結(jié)果。若不正確，可以分析錯誤原因，修改相應(yīng)的軟硬件，直至仿真正確[4，5]。
三、課題的設(shè)置
課程設(shè)計(jì)不同于平時的作業(yè)，它有一定的針對性，要滿足高中低各層次不同學(xué)生的需求。假如全班同做的是一道很難的課程設(shè)計(jì)題，學(xué)困生根本無從下手，更別說從此獲取知識了，這樣他們很快沒有了學(xué)習(xí)的積極性，徹底放棄了。于是針對不同階段的學(xué)生，我校單片機(jī)課程準(zhǔn)備了三個不同層次的題目組。
第一類是拔高性題目，比如簡易計(jì)算器，學(xué)生在短期內(nèi)必須要完成一些實(shí)際應(yīng)用的題目，要求綜合性知識較全面，適合基本功扎實(shí)、有想法、愛創(chuàng)新的學(xué)生。例如有些學(xué)生在低年級段就參加了電子設(shè)計(jì)競賽，已經(jīng)有了單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的概念，他們需要的是設(shè)計(jì)更為復(fù)雜實(shí)用的系統(tǒng)來提升自我。
第二類是中等難度的題目，比如多功能智力競賽搶答器，學(xué)生除了有基本的單片機(jī)知識，還必須有一定的動手實(shí)踐能力和邏輯分析能力，并且涉及其他知識領(lǐng)域，適合知識面較廣的學(xué)生。
第三類是基礎(chǔ)性題目，比如數(shù)字溫度計(jì)，是學(xué)生在掌握了單片機(jī)基本知識后所能完成的簡單的功能設(shè)計(jì)，這個層次的題目要求不高，適合底子較為薄弱的學(xué)生。也就是說，讓每個階段的學(xué)生都能從此次課程設(shè)計(jì)中汲取相應(yīng)的養(yǎng)分，有所收獲[6]。
由于題目的難度系數(shù)不同，最終的評分準(zhǔn)則也不同，第一類題滿分100分，第二類題滿分90分，第三類題滿分80分。這樣既有針對每個層次學(xué)生的題目，又能將大家的差距拉開，讓學(xué)生付出的勞動與最終給定的成績基本成正比。
四、總結(jié)
利用Proteus和Keil進(jìn)行課程設(shè)計(jì)對學(xué)生來說也是樂于接受的，軟硬件都易于修改，減少了開發(fā)設(shè)計(jì)時間，而且Proteus軟件可以直觀地看到仿真結(jié)果或節(jié)點(diǎn)的波形，也就是說學(xué)生在自己的宿舍就能完成前期的設(shè)計(jì)工作，不再像以前那樣依賴實(shí)驗(yàn)室的測試設(shè)備，方便快捷，靈活性好。而課題的多樣性，也給了學(xué)生更大的選擇空間，從而提高了積極性和參與性，讓學(xué)生親身領(lǐng)會系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)和調(diào)試各個階段的各種滋味，提高實(shí)際應(yīng)用的能力。
參考文獻(xiàn)：
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關(guān)鍵詞： 課程設(shè)計(jì) 教學(xué)改革 實(shí)踐能力
單片機(jī)技術(shù)目前已廣泛應(yīng)用于自動控制、智能儀表、家電、機(jī)電一體化等領(lǐng)域。單片機(jī)是工科專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，是一門工程實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，課程設(shè)計(jì)是單片機(jī)實(shí)踐教學(xué)過程中最重要的環(huán)節(jié)。單片機(jī)課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)應(yīng)用型人才，幫助學(xué)生樹立實(shí)踐觀念，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析和解決實(shí)際問題的能力，啟迪學(xué)生的思維，提高學(xué)生綜合分析能力的重要途徑。
一、存在的問題
1.實(shí)施方案陳舊。傳統(tǒng)的課程設(shè)計(jì)注重理論驗(yàn)證，設(shè)計(jì)過程是老師給出設(shè)計(jì)思路，學(xué)生按照老師的方案和課本已有資料進(jìn)行設(shè)計(jì)，最終造成學(xué)生對單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程不能深刻理解，嚴(yán)重束縛學(xué)生創(chuàng)新才能的發(fā)揮。
2.題目選取問題。很多高校的設(shè)計(jì)題目多年來一直不變，在這種情況下，部分學(xué)生的任務(wù)完成就是直接向高年級學(xué)生索要相關(guān)資料。還有的學(xué)校題目完全由學(xué)生定，題目選的過于簡單，甚至選取教學(xué)中的例程。這兩種情況都無法達(dá)到課程設(shè)計(jì)的真正目的。
3.硬件開發(fā)環(huán)節(jié)依賴試驗(yàn)箱。某些高校采用高度集成的單片機(jī)試驗(yàn)箱進(jìn)行課程設(shè)計(jì)，試驗(yàn)箱功能強(qiáng)大，集成度高，用戶通過簡單連線可以完成實(shí)驗(yàn)，不利于學(xué)生單片機(jī)應(yīng)用開發(fā)能力培養(yǎng)。
二、教學(xué)改革探索
1.課程設(shè)計(jì)選題。課程設(shè)計(jì)中，題目的選取非常關(guān)鍵，一方面要使提供給學(xué)生的題目難易適中，讓學(xué)生能夠及時完成任務(wù)，另一方面選定的題目要具有科學(xué)性和新穎性，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。考慮以上因素，我們一般采用兩種方式：第一種是老師精心挑選題目，并說明要實(shí)現(xiàn)的功能；第二種是讓學(xué)生自擬題目，可以根據(jù)自己興趣擬定課程設(shè)計(jì)題目，然后與指導(dǎo)老師協(xié)商討論后確定。
2.學(xué)生分組。學(xué)生三人一組，以強(qiáng)帶弱，分工合作，每人負(fù)責(zé)一個方向：一人負(fù)責(zé)硬件，一人負(fù)責(zé)軟件，另一人負(fù)責(zé)報(bào)告的整理和撰寫。小組還要對項(xiàng)目進(jìn)行評估和檢查，采取組內(nèi)合作模式，充分調(diào)動每個學(xué)生的主觀能動性，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。
3.課程設(shè)計(jì)實(shí)施過程。（1）課前準(zhǔn)備：指導(dǎo)老師簡單講解單片機(jī)理論教學(xué)中沒涉及的但與課程設(shè)計(jì)相關(guān)的理論，同時介紹課程設(shè)計(jì)步驟和模塊化設(shè)計(jì)方法。學(xué)生根據(jù)項(xiàng)目需要深入了解相關(guān)器件使用方法。（2）資料查閱：鼓勵并指導(dǎo)學(xué)生通過各種途徑，如圖書館資料庫和互聯(lián)網(wǎng)等查找與項(xiàng)目相關(guān)的資料，確定最佳設(shè)計(jì)方案、最重要的是單片機(jī)選型，主要考慮單片機(jī)所能提供的資源，比如單片機(jī)速度、輸入/輸出端口資源、低功耗和實(shí)現(xiàn)難易等因素。方案如果把握不準(zhǔn)，可與指導(dǎo)老師討論，修改后確定方案。（3）Proteus仿真軟件的應(yīng)用：對初學(xué)者來說，如果按照傳統(tǒng)單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程制作硬件，經(jīng)常會出現(xiàn)需要重新更改設(shè)計(jì)方案、重新購買元器件并重新焊制電路板等情況。這樣不但會浪費(fèi)時間金錢，而且會挫傷學(xué)生的積極性。為解決這個問題，可以引進(jìn)Proteus軟件對單片機(jī)電路進(jìn)行仿真分析。在Proteus環(huán)境中軟硬件聯(lián)合調(diào)試通過的情況下再購買元件并焊接。（4）單片機(jī)硬件電路的制作：各小組根據(jù)確定方案及仿真效果，選擇元器件，列出詳細(xì)元件清單，并自行采購。然后在Protel中設(shè)計(jì)完整原理圖，生成PCB圖，進(jìn)行紙板和元件焊接，最后進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試。
4.考核方式。考核是檢查學(xué)生學(xué)習(xí)效果的一種方式。在實(shí)際操作中，可將考核分為平時成績、調(diào)試成績、答辯成績和報(bào)告成績幾部分。平時成績考核學(xué)生查閱資料、分析整理、工具使用熟練程度等能力。調(diào)試成績考核學(xué)生仿真和實(shí)物調(diào)試，并與預(yù)定任務(wù)目標(biāo)相比較而給出成績。答辯部分反映學(xué)生對課題理解程度，針對課題設(shè)計(jì)中關(guān)鍵問題進(jìn)行提問。報(bào)告部分主要從內(nèi)容和格式進(jìn)行評價(jià)，包括設(shè)計(jì)方案合理性、文字?jǐn)⑹鰲l理性、排版規(guī)范性等。
三、結(jié)語
單片機(jī)課程設(shè)計(jì)注重培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動手能力和自主思考能力等，為畢業(yè)設(shè)計(jì)和將來工作打下良好基礎(chǔ)。培養(yǎng)學(xué)生單片機(jī)實(shí)踐能力是一個長期而復(fù)雜的過程，需要不斷積累經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)一步完善培養(yǎng)方法和措施。
參考文獻(xiàn)：
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關(guān)鍵詞：單片機(jī)課程設(shè)計(jì)；軟件仿真；硬件電路聯(lián)調(diào)
在開發(fā)單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)時，使用最多的軟件就是Keilc51軟件，此軟件是由Keil公司研發(fā)出來的，軟件以uVision2為開發(fā)平臺，具有的功能包括項(xiàng)目管理、編碼、程序生成器等。Keilc51的優(yōu)點(diǎn)在于：其界面的友好性較高、操作便捷，支持對匯編語言、C語言及混合語言的編程、編譯和調(diào)試工作，可以在很大程度上縮短設(shè)計(jì)周期，在對程序進(jìn)行修改時也是很方便的。與此同時，Keilc51還能夠加載Proteus軟件的VSM仿真器，加載之后就可以和Proteus軟件進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試。
一、課程設(shè)計(jì)流程
1.編寫相關(guān)指導(dǎo)文件
在對課程設(shè)計(jì)著手之前，需要對課程設(shè)計(jì)的流程進(jìn)行文檔編寫，為扎實(shí)掌握單片機(jī)技術(shù)打下基礎(chǔ)。相關(guān)指導(dǎo)文件包括：單片機(jī)項(xiàng)目開發(fā)的相關(guān)教程和例程材料，Keilc51和Proteus軟件的教程和例程材料，單片機(jī)課程設(shè)計(jì)完成程度的標(biāo)準(zhǔn)，課程設(shè)計(jì)大綱等。
2.選擇題目
在制作課程計(jì)劃時，需要根據(jù)每個章節(jié)內(nèi)容的不同和課程進(jìn)展程度對學(xué)生的實(shí)際學(xué)習(xí)情況進(jìn)行考量，通過對學(xué)生掌握情況的判斷再對課程設(shè)計(jì)進(jìn)行擬題。課程設(shè)計(jì)的題目包括針對各章內(nèi)容的，也包括針對綜合應(yīng)用的：關(guān)于MSC-51與A/D轉(zhuǎn)換方面的課程設(shè)計(jì)題目，關(guān)于MCS-51串口方面的課程設(shè)計(jì)題目，關(guān)于定時器與中斷方面的課程設(shè)計(jì)題目，關(guān)于I/O接口方面的課程設(shè)計(jì)題目，關(guān)于MCS-51的綜合使用方面的題目等。除此之外，還要列出詳細(xì)的元件表，供學(xué)生選擇和參考，并對課程設(shè)計(jì)題目的實(shí)現(xiàn)提出相應(yīng)的具體要求。
3.使用仿真軟件和實(shí)現(xiàn)電路功能
在課程設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)中，教師可指導(dǎo)學(xué)生分組進(jìn)行，根據(jù)學(xué)生所選題目對學(xué)生如何在軟件和硬件等方面進(jìn)行設(shè)計(jì)給予指導(dǎo)，以完成設(shè)計(jì)的初步內(nèi)容。在對學(xué)生進(jìn)行指導(dǎo)時，可按照以下步驟進(jìn)行：
（1）繪制程序流程圖，可以使用Visio或Word進(jìn)行繪制。學(xué)生在繪制程序流程圖時，不但要依據(jù)所選題目的設(shè)計(jì)要求，還要結(jié)合教師的指導(dǎo)內(nèi)容進(jìn)行繪制，為接下來的程序設(shè)計(jì)做鋪墊。
（2）設(shè)計(jì)硬件電路，可以使用Proteus軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)。在這一步驟中，首先要對Proteus軟件進(jìn)行學(xué)習(xí)，在掌握基本應(yīng)用原理和方法的基礎(chǔ)上，再依據(jù)設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)電路。在學(xué)習(xí)Proteus軟件的基礎(chǔ)上，由教師組織學(xué)生先進(jìn)行軟件的實(shí)際操作學(xué)習(xí)，需要學(xué)生掌握的內(nèi)容有：建立工程文件、選取和使用元件、連接電路和進(jìn)行調(diào)試運(yùn)行等。
（3）編寫程序和編譯調(diào)試，根據(jù)上一步驟得到的硬件電路使用匯編語言編寫源程序，再在Keilc51軟件中進(jìn)行編譯和調(diào)試。教師要指導(dǎo)學(xué)生，讓他們依據(jù)課程設(shè)計(jì)要求把編寫好的匯編代碼導(dǎo)入到Keilc51軟件中，進(jìn)行編譯調(diào)試。
（4）聯(lián)合調(diào)試，對Proteus軟件和Keilc51軟件進(jìn)行聯(lián)合調(diào)試。將在Proteus中畫好的原理圖在ISIS上打開，在Proteus軟件里的DEBUG菜單中選擇use remote debug monitor選項(xiàng)，并對聯(lián)機(jī)仿真參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。將在第三步中編譯好的Keilc51工程文件打開，并設(shè)置相關(guān)參數(shù)：在Keilc51的project菜單中點(diǎn)擊進(jìn)入option for target“工程名”，在DEBUG選項(xiàng)的右上方下拉菜單中選擇Proteus VSM Monitor-51 Driver，并設(shè)置聯(lián)機(jī)仿真參數(shù)。
4.面包機(jī)設(shè)計(jì)和電路功能的實(shí)現(xiàn)
在這一階段，教師要先組織學(xué)生對集成芯片的用途和管腳功能進(jìn)行學(xué)習(xí)，之后再在面包板上建電路，電路連接無誤后，使用編程器將程序燒寫到單片機(jī)的CPU上，最終使電路功能得以實(shí)現(xiàn)。
5.實(shí)行課程設(shè)計(jì)考核答辯制
教師采用答辯制的形式對學(xué)生的課程設(shè)計(jì)進(jìn)行考核，在答辯中真正判斷出學(xué)生對課程設(shè)計(jì)的體悟到底有多深。
二、成果總結(jié)
本課程設(shè)計(jì)將軟件和硬件的使用集合了起來，完成了對單片機(jī)的開發(fā)設(shè)計(jì)，在實(shí)踐過程中取得了良好的結(jié)果，讓學(xué)生對軟件電路、硬件電路以及軟硬件聯(lián)調(diào)設(shè)計(jì)和面包板設(shè)計(jì)都有了更加深入的了解。
1.理論與實(shí)踐結(jié)合
在教學(xué)中，不僅要將學(xué)生的實(shí)際情況與學(xué)習(xí)內(nèi)容結(jié)合起來，還要單片機(jī)學(xué)習(xí)中各個章節(jié)的內(nèi)容和實(shí)際動手操作結(jié)合起來。在本課程設(shè)計(jì)中，擬定了MSC-51與A/D轉(zhuǎn)換、MCS-51串口、定時器與中斷、I/O接口、MCS-51的綜合使用等方面的數(shù)十個設(shè)計(jì)題目，并對課程設(shè)計(jì)提出了具體要求。
2.讓學(xué)生告別“眼高手低”
仿真聯(lián)調(diào)的結(jié)果雖然不能完全代表在實(shí)際情況中的結(jié)果，但是在很大程度上已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了電路設(shè)計(jì)的功能在虛擬情景中的實(shí)現(xiàn)，為判斷抉擇提供依據(jù)。根據(jù)仿真聯(lián)調(diào)的結(jié)果，我們可以在硬件操作中實(shí)際運(yùn)行，通過這種方式，可以對仿真結(jié)果的正確性和準(zhǔn)確程度進(jìn)行校正。在學(xué)生進(jìn)行實(shí)踐之前，要讓學(xué)生對集成芯片的芯片用途和管腳功能有所了解，之后在面包板上建電路，然后將程序通過編程器燒寫到單片機(jī)的CPU上，這樣就可以完成對電路功能的實(shí)現(xiàn)了。在課程設(shè)計(jì)的一系列環(huán)節(jié)中，學(xué)生既可以學(xué)習(xí)到各環(huán)節(jié)所需工具的相關(guān)知識，又可以提高學(xué)生的動手能力，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。
3.對能力的培養(yǎng)
在實(shí)踐課程設(shè)計(jì)的過程中，通過繪制流程圖、畫電路圖和編程等，可以鍛煉學(xué)生有步驟地實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的能力；通過要求學(xué)生對程序進(jìn)行標(biāo)注，可以有效鍛煉和提高學(xué)生的編程能力，增強(qiáng)他們獨(dú)立思考的能力。
先進(jìn)和完善的軟件能夠使硬件的運(yùn)行達(dá)到更好的效果。在單片機(jī)課程設(shè)計(jì)中引入軟件，可以使學(xué)生在了解和掌握單片機(jī)的設(shè)計(jì)流程的基礎(chǔ)上，熟悉聯(lián)調(diào)的技巧與方法。與一般的單片機(jī)仿真軟件不同，在課程設(shè)計(jì)中所使用的仿真軟件除了能仿真單片機(jī)CPU的實(shí)際情形，還能仿真單片機(jī)周邊電力和未參加工作的電路情況。此仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚝芎玫貙?shí)驗(yàn)和工程銜接起來，仿真結(jié)果的無誤將為電路的實(shí)際實(shí)現(xiàn)提供重要依據(jù)。同時這樣的課程實(shí)訓(xùn)也是工程師的最基本實(shí)踐內(nèi)容，這也為學(xué)生今后的學(xué)習(xí)和工作奠定了基礎(chǔ)。
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（重慶三峽學(xué)院 重慶 404000）
摘要：針對單片機(jī)實(shí)訓(xùn)體系存在的理論與實(shí)踐脫節(jié)、缺乏工程應(yīng)用能力培養(yǎng)等問題，本文介紹了相關(guān)的改革情況。采用項(xiàng)目化模式組織理論教學(xué)和工程開發(fā)模式組織實(shí)踐教學(xué)，將理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)緊密結(jié)合起來；改革單片機(jī)課程設(shè)計(jì)模式，增加課題宣講、系統(tǒng)驗(yàn)收答辯等環(huán)節(jié)，促進(jìn)學(xué)生動手能力及自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)；組建單片機(jī)興趣小組及與大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)的結(jié)合，促進(jìn)課內(nèi)外單片機(jī)學(xué)習(xí)的良性互動。實(shí)踐證明，單片機(jī)實(shí)訓(xùn)體系的多層次多模塊改革，提高了學(xué)生的應(yīng)用能力及綜合素質(zhì)，改革經(jīng)驗(yàn)具有一定的推廣價(jià)值。
關(guān)鍵詞 ：單片機(jī)實(shí)訓(xùn)課程；教學(xué)改革；應(yīng)用型人才
中圖分類號：G712 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-5727（2015）02-0060-04
作者簡介：謝輝（1969—），女，碩士，重慶三峽學(xué)院教授，研究方向?yàn)楣I(yè)測控系統(tǒng)的教學(xué)和研究。
基金項(xiàng)目：重慶市教委教改項(xiàng)目“單片機(jī)課程‘項(xiàng)目導(dǎo)向型’教學(xué)模式的研究與實(shí)踐”（項(xiàng)目編號：113013）；重慶三峽學(xué)院教改項(xiàng)目“應(yīng)用本科單片機(jī)課程實(shí)訓(xùn)體系的教學(xué)改革”（項(xiàng)目編號：JG120668）
一、現(xiàn)代工程對應(yīng)用型人才的要求及現(xiàn)行教學(xué)模式的不足
現(xiàn)代工程對應(yīng)用型人才的工程素質(zhì)與實(shí)踐能力的要求不斷提高。工程素質(zhì)是一個技術(shù)人員創(chuàng)新意識、團(tuán)隊(duì)意識及知識技能等的內(nèi)化表現(xiàn)，實(shí)踐能力則體現(xiàn)為一個技術(shù)人員分析問題、解決問題的外在執(zhí)行力，二者相輔相成，是應(yīng)用型人才培養(yǎng)的重要指標(biāo)。高等院校工程教育是培養(yǎng)造就合格工程師的主渠道，需要每門專業(yè)課程理論與實(shí)踐的有機(jī)聯(lián)動，特別是實(shí)訓(xùn)課程的系統(tǒng)化培養(yǎng)。
單片機(jī)是現(xiàn)代測控的核心。“單片機(jī)原理及應(yīng)用”是電子、機(jī)電等專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，同時也是一門軟硬件技術(shù)結(jié)合緊密、理論性與實(shí)踐性強(qiáng)的課程。特別是單片機(jī)實(shí)訓(xùn)課程，是對學(xué)生進(jìn)行專業(yè)的技能訓(xùn)練，鞏固和加強(qiáng)所學(xué)理論知識，培養(yǎng)學(xué)生動手能力和工程素質(zhì)的重要環(huán)節(jié)，與單片機(jī)理論課程具有同樣重要的地位。
“單片機(jī)原理及應(yīng)用”課程在我院開設(shè)多年，雖實(shí)踐教學(xué)經(jīng)驗(yàn)較豐富，但單片機(jī)實(shí)訓(xùn)課程體系還存在著很多問題，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：
第一，單片機(jī)實(shí)訓(xùn)課程與理論教學(xué)結(jié)合不夠緊密。目前的單片機(jī)課程教學(xué)仍主要注重理論知識的傳授，課堂教學(xué)以單元章節(jié)劃分知識體系，課內(nèi)實(shí)訓(xùn)以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，學(xué)生無法將理論知識與實(shí)訓(xùn)有機(jī)地結(jié)合起來。到了課程設(shè)計(jì)階段，學(xué)生很難對實(shí)訓(xùn)課題有一個整體性的認(rèn)識，不知道軟硬件如何分工，如何開展模塊化程序的編寫。許多時候課程設(shè)計(jì)變成了教師做課題，學(xué)生只能做簡單的電路焊接、程序錄入等工作，沒有達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用能力的效果。
第二，實(shí)訓(xùn)課題與生產(chǎn)實(shí)際結(jié)合不夠緊密。課程設(shè)計(jì)是學(xué)習(xí)單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)的綜合過程的重要環(huán)節(jié)，實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目應(yīng)該與生產(chǎn)實(shí)際緊密聯(lián)系。但目前絕大多數(shù)的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目都主要停留在理論分析、繪制原理圖、編寫程序及電路板焊接等方面，對單片機(jī)系統(tǒng)在生產(chǎn)實(shí)際中可能遇到的重要問題如故障排查、系統(tǒng)優(yōu)化、抗干擾、性價(jià)比等很少涉及。
第三，對學(xué)生實(shí)踐能力與創(chuàng)新精神的培養(yǎng)不足。工科的學(xué)生最重要的專業(yè)素質(zhì)就是實(shí)踐能力與創(chuàng)新精神。單片機(jī)課程實(shí)訓(xùn)涉及電子、傳感、程序設(shè)計(jì)及系統(tǒng)集成等多方面的知識，是培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)素質(zhì)優(yōu)質(zhì)的載體。但由于現(xiàn)行課程體系的條塊分割，課程實(shí)訓(xùn)沒有與課外實(shí)踐及相關(guān)課程知識進(jìn)行有機(jī)銜接。為保證課程設(shè)計(jì)在規(guī)定的學(xué)時內(nèi)完成，實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目往往省略了文獻(xiàn)資料查閱、設(shè)計(jì)方案論證、任務(wù)分解及答辯等諸多步驟，直接給出一個可以完成的任務(wù)。這樣，學(xué)生的實(shí)踐能力很難有實(shí)質(zhì)性的提高。
總體來說，現(xiàn)行單片機(jī)實(shí)訓(xùn)課程任務(wù)較單一、考核不夠全面，對學(xué)生應(yīng)用能力的培養(yǎng)還停留在較低的層面上。為促進(jìn)學(xué)生實(shí)踐動手能力的培養(yǎng)及工程素質(zhì)的提高，單片機(jī)實(shí)訓(xùn)課程改革十分必要。
二、單片機(jī)實(shí)訓(xùn)課程體系的改革
單片機(jī)課程實(shí)訓(xùn)體系的改革，最重要的是通過理論課程學(xué)習(xí)及實(shí)踐項(xiàng)目訓(xùn)練，使學(xué)生能站在工程應(yīng)用的角度，更深入地理解單片機(jī)的理論知識，掌握單片機(jī)系統(tǒng)的開發(fā)流程，提高分析問題解決問題的能力，最根本的目的是培養(yǎng)良好的職業(yè)應(yīng)用能力。為此，實(shí)訓(xùn)課程的改革主要做了如下幾個方面的工作。
（一）項(xiàng)目化教學(xué)模式的構(gòu)建
打破傳統(tǒng)的理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)相分離的教學(xué)模式，將單片機(jī)課程規(guī)劃為基礎(chǔ)知識、單元技能及綜合能力三個層次，采用項(xiàng)目化教學(xué)模式組織理論與實(shí)踐教學(xué)。
根據(jù)電子信息應(yīng)用本科的人才培養(yǎng)定位將課程內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化重組，精心編選了6個非常貼近實(shí)際的工程項(xiàng)目，編寫出版了相應(yīng)的單片機(jī)項(xiàng)目化教材。每個項(xiàng)目就是一個相對獨(dú)立的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，包含單片機(jī)的一個或若干個知識模塊，從實(shí)現(xiàn)實(shí)用性、能力化的教學(xué)目標(biāo)；每個模塊又由一個或多個任務(wù)組成，將單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)的知識點(diǎn)、能力點(diǎn)加以整合和重組，貫穿在以職業(yè)能力培養(yǎng)為核心的工程項(xiàng)目中。
課程教學(xué)按照工程項(xiàng)目開發(fā)的模式，即“項(xiàng)目提出模塊分解任務(wù)完成項(xiàng)目總結(jié)”的流程進(jìn)行。如“單片機(jī)最小系統(tǒng)”項(xiàng)目是讓學(xué)生理解單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和最小系統(tǒng)的的簡單應(yīng)用，又將其劃分為“51單片機(jī)初步認(rèn)識”、“最小系統(tǒng)構(gòu)成”、“流水燈控制器“、“簡單程序設(shè)計(jì)”等幾個主要任務(wù)，每一個任務(wù)就是一個或幾個項(xiàng)目知能體系指標(biāo)的具體體現(xiàn)。通過實(shí)物演示、多媒體授課及實(shí)驗(yàn)室任務(wù)程序的調(diào)試運(yùn)行，將單片機(jī)理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)緊密結(jié)合。在每個任務(wù)的完成過程中，還有意識地通過實(shí)驗(yàn)思考題的形式引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步探索。如“彩燈控制器”，除常見的流水、追逐、跳躍等基本控制效果外，還引導(dǎo)學(xué)生思考多重跳躍、旋轉(zhuǎn)及不規(guī)則閃亮效果，進(jìn)一步思考更多LED組成點(diǎn)陣的控制方法，更深一層地思考I/O口不夠用時的接口擴(kuò)展問題及延時時間的控制問題；鼓勵學(xué)生通過鉆研教材及課余查閱資料提出想法，并將想法變成可行的系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖；對一些技術(shù)難點(diǎn)留到課程設(shè)計(jì)階段進(jìn)行論證與解決。
（二）工程實(shí)踐型課程設(shè)計(jì)的開展
課程設(shè)計(jì)是工科專業(yè)培養(yǎng)應(yīng)用型人才的重要手段，也是單片機(jī)實(shí)訓(xùn)體系改革的重要環(huán)節(jié)，其主旨就是加強(qiáng)實(shí)訓(xùn)課題與工程實(shí)踐的緊密聯(lián)系，真正培養(yǎng)學(xué)生具備單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)的基礎(chǔ)能力。課程設(shè)計(jì)改革主要做了課題論證宣講、過程指導(dǎo)改革、規(guī)范設(shè)計(jì)報(bào)告及答辯驗(yàn)收等幾個方面的工作。
1.實(shí)訓(xùn)課題論證與方案宣講
課題論證是工程項(xiàng)目開發(fā)的一個重要環(huán)節(jié)，方案的優(yōu)劣直接關(guān)系到后續(xù)開發(fā)難度、售后維護(hù)及產(chǎn)品性價(jià)比。在前期項(xiàng)目化教學(xué)的同時就有意識地引導(dǎo)學(xué)生開展橫向與縱向的知識擴(kuò)展，為課程設(shè)計(jì)做準(zhǔn)備。如“數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)”橫向的知識擴(kuò)展包括不同種類A/D轉(zhuǎn)換器的選擇、顯示器及鍵盤設(shè)計(jì)方案的比較，縱向的知識擴(kuò)展包擴(kuò)電壓表量程的切換、電壓表到萬用表的轉(zhuǎn)換，其他非電量，如溫度、流量、濕度、壓力的檢測，從單機(jī)儀表到組網(wǎng)儀表的擴(kuò)展等。在學(xué)生具備一定理論知識水平與實(shí)踐能力的基礎(chǔ)上，教師提出課程設(shè)計(jì)的要求，并給出相應(yīng)的實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)書，鼓勵學(xué)生開始項(xiàng)目化小組籌備，尋找感興趣的課題。教師指導(dǎo)學(xué)生到專業(yè)網(wǎng)站查閱資料、下載模塊。必要的時候，還可以思考題的形式讓學(xué)生寫一份相應(yīng)的文獻(xiàn)綜述。
課程設(shè)計(jì)階段的第一個任務(wù)就是實(shí)訓(xùn)課題方案論證，要求以小組為單位充分討論，進(jìn)行一次公開的課題論證宣講。宣講內(nèi)容主要包括設(shè)計(jì)方案選擇、設(shè)計(jì)框圖、系統(tǒng)原理說明、擬達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)及及擬解決的關(guān)鍵問題等。教師會在此過程中檢查學(xué)生的前期準(zhǔn)備工作，包括相應(yīng)芯片數(shù)據(jù)手冊、設(shè)計(jì)參考范例等，指出設(shè)計(jì)方案的優(yōu)點(diǎn)及不足，對可能遇到的設(shè)計(jì)問題給出參考意見，要求針對方案宣講中發(fā)現(xiàn)的問題再修改整理。如常做的“溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)”，要求每個課題組明確控制背景、控制精度，進(jìn)而選擇合適的溫度傳感器與A/D轉(zhuǎn)換器，鼓勵學(xué)生選擇性價(jià)比高的芯片，如內(nèi)置A/D轉(zhuǎn)換器的單片機(jī)，串行總線傳輸?shù)男〕叽缳N片封裝的芯片，或一體化的數(shù)字溫度傳感器等，提示學(xué)生注意溫度是大慣性控制量，需要一定的算法處理以提高控制精度。通過課題論證宣講過程的訓(xùn)練，可讓學(xué)生切實(shí)感受到工程項(xiàng)目開發(fā)的嚴(yán)肅性及系統(tǒng)性，意識到前期準(zhǔn)備及系統(tǒng)規(guī)劃的重要性，從而更全面深入地思考與解決問題。
2.項(xiàng)目化小組的開發(fā)過程訓(xùn)練
課程設(shè)計(jì)以貼近實(shí)際的項(xiàng)目化小組的方式開展。根據(jù)課題工作量的大小及各自的興趣愛好，3~4人組成一個項(xiàng)目小組進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，包括硬件原理圖設(shè)計(jì)、控制程序編寫及調(diào)試、系統(tǒng)仿真驗(yàn)證及實(shí)物制作等。項(xiàng)目小組的形式既能發(fā)揮不同學(xué)生的能力優(yōu)勢，又有利于鍛煉學(xué)生的團(tuán)結(jié)協(xié)作及產(chǎn)品競爭意識。課程設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)的整合及實(shí)踐能力的培養(yǎng)，如管理程序編寫、系統(tǒng)調(diào)試、故障排查、性能優(yōu)化等，使其更貼近工程實(shí)踐的開發(fā)過程。整個課程設(shè)計(jì)過程給予學(xué)生充分的自主學(xué)習(xí)與實(shí)踐探索的機(jī)會，從而最大限度地調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，教師主要起到啟發(fā)、把關(guān)和解決一些棘手問題的作用。對學(xué)生解決不了的難題，教師提出自己的觀點(diǎn)和看法，必要時指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行軟硬件調(diào)試，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，從而引導(dǎo)學(xué)生向正確的方向發(fā)展。如所做的“16×64點(diǎn)陣控制屏”，最先驅(qū)動方式是采用串行移位寄存器控制。當(dāng)做16×16點(diǎn)陣實(shí)驗(yàn)時，一切正常，但擴(kuò)展到16×64點(diǎn)陣，進(jìn)行字幕左右移動時，會出現(xiàn)重影，通過教師指導(dǎo)及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，確定是串行驅(qū)動方式帶來的問題，改為并行驅(qū)動方式后，很好地解決了該問題。
3.規(guī)范設(shè)計(jì)報(bào)告及驗(yàn)收答辯
課程設(shè)計(jì)后期主要完成設(shè)計(jì)報(bào)告寫作及實(shí)物驗(yàn)收和答辯。通過這些手段促進(jìn)學(xué)生更全面深入地掌握項(xiàng)目開發(fā)各方面的技能。
（1）設(shè)計(jì)報(bào)告寫作。進(jìn)行設(shè)計(jì)報(bào)告寫作培訓(xùn)，指導(dǎo)學(xué)生從課題任務(wù)、設(shè)計(jì)方案論證、設(shè)計(jì)內(nèi)容、硬件及軟件工作原理、系統(tǒng)調(diào)試、仿真及實(shí)物展示等幾個方面進(jìn)行闡述，并要求做實(shí)訓(xùn)總結(jié)，最后的附錄按照規(guī)范格式附上完整的硬件原理圖、元器件清單表、程序清單及實(shí)物照片，成為一份有價(jià)值的技術(shù)文檔。通過培訓(xùn)，學(xué)生課程設(shè)計(jì)報(bào)告整體質(zhì)量較好，報(bào)告言之有物、條理清晰、結(jié)構(gòu)合理、描述完整，杜絕了原來抄襲芯片手冊，缺乏實(shí)質(zhì)內(nèi)容的假大空形式。
（2）驗(yàn)收和答辯。原來的課程設(shè)計(jì)沒有驗(yàn)收答辯這個環(huán)節(jié)，不利于學(xué)生總結(jié)反思項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)。程設(shè)計(jì)引入驗(yàn)收答辯機(jī)制，檢查學(xué)生是否認(rèn)真完成課程設(shè)計(jì)及對專業(yè)知識的掌握和運(yùn)用能力，也是確保考核評價(jià)真實(shí)公平的重要依據(jù)。驗(yàn)收主要從系統(tǒng)設(shè)計(jì)、功能演示、硬件質(zhì)量及軟件功能等幾個方面進(jìn)行考核，并進(jìn)行作品之間難度的對比與競爭。答辯以小組為單位進(jìn)行，要求以PPT形式展示課題所做主要工作，每個組員都要回答指導(dǎo)教師的1至2個問題。驗(yàn)收答辯促進(jìn)學(xué)生對系統(tǒng)設(shè)計(jì)相關(guān)原理進(jìn)行更深入地理解并總結(jié)反思項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，從而從考核層面督促學(xué)生更好地學(xué)習(xí)。課程設(shè)計(jì)的改革實(shí)現(xiàn)了從以前重結(jié)論重報(bào)告到重過程重能力的轉(zhuǎn)變。
（三）實(shí)訓(xùn)過程的考核改革
考核方式改革是實(shí)訓(xùn)體系改革的重要方面。以往的實(shí)訓(xùn)課程考核形式相對單一，主要以實(shí)訓(xùn)產(chǎn)品及設(shè)計(jì)報(bào)告為考核對象，沒有細(xì)致地考核實(shí)訓(xùn)過程及團(tuán)隊(duì)成員知識水平的真實(shí)情況。改革的重要理念是重視創(chuàng)新思維與實(shí)踐能力的培養(yǎng)，采用形成性考核與終結(jié)性考核相結(jié)合，以能力考核為主的方式進(jìn)行實(shí)訓(xùn)成績的評定。考核內(nèi)容主要由“綜合能力考核”（30%）、“實(shí)訓(xùn)過程考核”（40%）及“總結(jié)與答辯”（30%）三部分組成。“綜合能力考核”主要包括文獻(xiàn)查閱、設(shè)計(jì)方案論證及課程設(shè)計(jì)報(bào)告等部分，重點(diǎn)考核學(xué)生對單片機(jī)理論知識及應(yīng)用能力。“實(shí)訓(xùn)過程考核”主要考察學(xué)生實(shí)訓(xùn)過程的軟硬件設(shè)計(jì)、編程及仿真、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備的使用熟練程度、系統(tǒng)的查錯與糾正等多方面的實(shí)踐能力。“總結(jié)與答辯”也是實(shí)訓(xùn)考核的重要環(huán)節(jié)。通過課題總結(jié)，讓學(xué)生明白系統(tǒng)設(shè)計(jì)性價(jià)比的重要性，實(shí)驗(yàn)室方案與工程實(shí)用方案的區(qū)別，課題存在的不足與可能的改進(jìn)措施；驗(yàn)收答辯可以讓學(xué)生對課題做全面的總結(jié)反思，端正學(xué)習(xí)態(tài)度、重視實(shí)踐過程，重視知識點(diǎn)的細(xì)節(jié)學(xué)習(xí)。單片機(jī)課程考核方式的改革可以從根本上杜絕“高分低能”現(xiàn)象的發(fā)生，是促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新思維和應(yīng)用能力提高的重要手段。
（四）課外科技實(shí)踐活動的有機(jī)結(jié)合
一些綜合性的項(xiàng)目開發(fā)僅靠課內(nèi)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)的訓(xùn)練是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，將課內(nèi)實(shí)訓(xùn)與大學(xué)生課外科技實(shí)踐活動及電子競賽等環(huán)節(jié)有機(jī)結(jié)合，是培養(yǎng)專業(yè)技能、提高綜合素質(zhì)的一個重要途徑。
組織成立單片機(jī)興趣小組，建立QQ交流群，將一些優(yōu)秀的單片機(jī)教程、設(shè)計(jì)范例、芯片手冊及常用的單片機(jī)開發(fā)網(wǎng)址等資料上傳到群里共享。每個同學(xué)的電腦上都安裝了Keil和Proteus軟件，相當(dāng)于建立了一個虛擬實(shí)驗(yàn)室。學(xué)生可以選擇感興趣的課題進(jìn)行開發(fā)驗(yàn)證，對課程實(shí)訓(xùn)過程中的一些技術(shù)問題在群里相互討論并進(jìn)行進(jìn)一步的完善，教師也會針對一些難點(diǎn)問題在線答疑。對一些基礎(chǔ)較好、能力較強(qiáng)的學(xué)生，推薦他們進(jìn)入創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行更進(jìn)一步的學(xué)習(xí)。
創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室是學(xué)生進(jìn)行課余科技實(shí)踐活動的平臺，配備了完善的電子儀器、單片機(jī)開發(fā)裝置及刻版機(jī)等設(shè)備。學(xué)生可以選擇實(shí)訓(xùn)過程中一些難點(diǎn)課題或綜合性較強(qiáng)的課題再進(jìn)行研究，也可以結(jié)合大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)課題及大學(xué)生電子競賽課題進(jìn)行研究，甚至可以承擔(dān)教師主持的研究課題中的一部分內(nèi)容開展工作。學(xué)生在教師指導(dǎo)和高年級學(xué)長帶領(lǐng)下，獨(dú)立進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)、編程調(diào)試、仿真驗(yàn)證、電路刻版直至實(shí)物完成，最后寫出課題報(bào)告。實(shí)驗(yàn)室還要經(jīng)常召開講座，介紹一些新型單片機(jī)及先進(jìn)設(shè)計(jì)方法，并進(jìn)行設(shè)計(jì)作品的講評。通過這些多模塊、多層次的課外科研訓(xùn)練與實(shí)踐訓(xùn)練，學(xué)生能夠?qū)纹瑱C(jī)及其他相關(guān)學(xué)科知識融會貫通，具有一定的單片機(jī)系統(tǒng)綜合開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，為今后從事相關(guān)工作打下了良好基礎(chǔ)。
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關(guān)鍵詞：單片機(jī)；實(shí)踐教學(xué)改革；項(xiàng)目驅(qū)動
中圖分類號：TP368 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2012）18-0231-02
0 引言
應(yīng)用型本科院校人才培養(yǎng)目標(biāo)主要是注重增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐能力、創(chuàng)造能力、就業(yè)能力等[1]，增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐能力主要取決于專業(yè)基礎(chǔ)課程和相關(guān)實(shí)踐教學(xué)活動。同時，單片機(jī)技術(shù)在近20年中得到了飛速發(fā)展，廣泛應(yīng)用于智能化儀器儀表、工業(yè)自動化、智能家用電器等領(lǐng)域，單片機(jī)技術(shù)課程已成為高等院校自動化、電子信息工程、測控技術(shù)及儀器、電氣工程、機(jī)械電子工程等專業(yè)的一門必修課程，作為一門動手實(shí)踐應(yīng)用性強(qiáng)的課程，需加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)[2]，以加強(qiáng)培養(yǎng)學(xué)生的動手實(shí)踐能力、自主解決實(shí)際問題能力和科技創(chuàng)新能力，激發(fā)學(xué)生參加電子設(shè)計(jì)競賽的積極性。
因此，如何進(jìn)一步改革單片機(jī)技術(shù)課程的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容和模式，充分調(diào)動學(xué)生的積極性，培養(yǎng)學(xué)生自主解決實(shí)際問題的能力迫在眉睫。本文豐富了單片機(jī)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，引入開發(fā)環(huán)境Keil uVision、Proteus仿真軟件和C語言的教學(xué)；構(gòu)建突出實(shí)踐性、系統(tǒng)系和工程性的多層次實(shí)踐教學(xué)平臺；引入“項(xiàng)目驅(qū)動式”教學(xué)法，對單片機(jī)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容和模式進(jìn)行改革探索。
1 單片機(jī)實(shí)踐教學(xué)現(xiàn)狀
目前，大多數(shù)應(yīng)用型本科院校單片機(jī)實(shí)踐教學(xué)主要存在以下問題：
1.1 實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容陳舊、單一、不足 單片機(jī)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容陳舊，主要是單一性的傳統(tǒng)驗(yàn)證性實(shí)踐項(xiàng)目，缺乏工程背景，缺乏新穎的設(shè)計(jì)性、創(chuàng)新性實(shí)踐項(xiàng)目，綜合訓(xùn)練程度低。另一方面，仍有部分高校仍采用純匯編語言教學(xué)，脫離了用C語言進(jìn)行單片機(jī)開發(fā)的發(fā)展趨勢和社會需求。
1.2 實(shí)踐教學(xué)模式落后 實(shí)踐教學(xué)附屬于理論教學(xué)，實(shí)踐教學(xué)以教師為核心，實(shí)驗(yàn)中，教師簡單講授實(shí)驗(yàn)的基本思路和操作流程，學(xué)生按照教師的思路、方法和步驟做，學(xué)生就懶于思考，完全處于被動接受狀態(tài)，不利于學(xué)生科技創(chuàng)新及動手實(shí)踐能力的培養(yǎng)。
1.3 實(shí)踐教學(xué)設(shè)備缺陷與設(shè)施限制 大多數(shù)院校仍采用在廠家提供的實(shí)驗(yàn)箱上進(jìn)行實(shí)踐的方式，由于廠家需保守核心技術(shù)，絕大多數(shù)沒有提供核心電路及程序，致使學(xué)生對核心電路及程序認(rèn)識模糊，另外，實(shí)驗(yàn)箱搭建的實(shí)踐平臺與實(shí)際的單片機(jī)開發(fā)平臺存在較大差距。同時，實(shí)驗(yàn)還受到時間、設(shè)備數(shù)量與場地的限制。
2 單片機(jī)實(shí)踐教學(xué)改革探索
2.1 實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容改革 在單片機(jī)實(shí)踐教學(xué)中，由于匯編語言可以幫助學(xué)生理解單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)、堆棧、中斷執(zhí)行流程等內(nèi)容，因此我們用匯編語言做單片機(jī)實(shí)踐教學(xué)的基礎(chǔ)鋪墊；同時單片機(jī)C語言具有豐富的函數(shù)庫、運(yùn)算快、編譯效率高、可移植、可直接控制硬件等優(yōu)點(diǎn)，用C語言進(jìn)行單片機(jī)程序開發(fā)是大勢所趨，引入單片機(jī)C語言、單片機(jī)開發(fā)環(huán)境Keil uVision和單片機(jī)Proteus仿真軟件，與匯編語言對照教學(xué)。
2.2 實(shí)踐教學(xué)體系構(gòu)建 結(jié)合單片機(jī)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱、Proteus仿真軟件和便攜式自主開發(fā)實(shí)踐設(shè)備，構(gòu)建了突出實(shí)踐性、系統(tǒng)系和工程性的“傳統(tǒng)實(shí)踐平臺+仿真實(shí)踐平臺+便攜式自主開發(fā)實(shí)踐平臺”的單片機(jī)多層次實(shí)踐教學(xué)體系，如圖1所示。
傳統(tǒng)實(shí)踐平臺主要進(jìn)行驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，認(rèn)知單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、基本匯編和C語言程序設(shè)計(jì)等知識，學(xué)生完成從理論知識學(xué)習(xí)到實(shí)驗(yàn)設(shè)備認(rèn)知的過渡。
Proteus仿真實(shí)踐平臺給學(xué)生提供了開放的學(xué)習(xí)環(huán)境，學(xué)生可以利用軟件豐富的虛擬儀器及電子元器件庫，進(jìn)行綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的電路設(shè)計(jì)和仿真實(shí)驗(yàn)，突破傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱保守核心電路及程序的缺陷，并且硬件投入小，且不受時間和地點(diǎn)的限制。
便攜式自主開發(fā)實(shí)踐平臺突出工程性、自主設(shè)計(jì)性、整機(jī)軟硬件綜合調(diào)試性等特點(diǎn)，為學(xué)生搭建基本模塊（包括最小系統(tǒng)、三總線擴(kuò)展模塊、通信模塊等），然后依據(jù)教師指定的項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求，學(xué)生自主設(shè)計(jì)，并進(jìn)行整機(jī)軟硬件綜合調(diào)試。
2.3 實(shí)踐教學(xué)模式改革 傳統(tǒng)的單片機(jī)實(shí)踐教學(xué)模式以教師為中心，強(qiáng)調(diào)了知識的系統(tǒng)性，但卻忽略了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能動性，缺乏對學(xué)生自主解決實(shí)際問題和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。“項(xiàng)目驅(qū)動式”教學(xué)法將單片機(jī)技術(shù)課程的核心內(nèi)容組織成一個個實(shí)踐項(xiàng)目，在教師主導(dǎo)下以學(xué)生為主體來實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)目標(biāo)進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和創(chuàng)新能力。教改中實(shí)踐教學(xué)體系的各個平臺的實(shí)踐教學(xué)均采用“項(xiàng)目驅(qū)動式”教學(xué)法，將每一個實(shí)踐項(xiàng)目的教學(xué)組織過程分解為確定項(xiàng)目目標(biāo)、項(xiàng)目分析、收集相關(guān)知識、項(xiàng)目實(shí)施和項(xiàng)目評價(jià)等相互關(guān)聯(lián)的五個步驟進(jìn)行引導(dǎo)性教學(xué)[3、4]。
“項(xiàng)目驅(qū)動式”教學(xué)法以實(shí)踐項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)為核心，從項(xiàng)目需求出發(fā)探究所需的科學(xué)知識，絕大多數(shù)實(shí)踐項(xiàng)目都涉及到了單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)、編程知識、實(shí)踐知識、系統(tǒng)開發(fā)知識等諸多方面。伴隨著一個個項(xiàng)目的實(shí)現(xiàn)，逐步學(xué)習(xí)了單片機(jī)的軟硬件知識，并激發(fā)了學(xué)生的興趣，增強(qiáng)了的信心，培養(yǎng)了動手實(shí)踐、解決實(shí)際問題和探索創(chuàng)新能力。
3 單片機(jī)實(shí)踐教學(xué)的拓展
參加單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)是學(xué)生學(xué)習(xí)單片機(jī)的最好途徑，因此，應(yīng)積極探索單片機(jī)實(shí)踐教學(xué)的各種有效途徑，讓學(xué)生參與到單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)中，訓(xùn)練學(xué)生的軟硬件設(shè)計(jì)能力和獨(dú)立解決實(shí)際問題的能力。
3.1 建設(shè)開放型單片機(jī)實(shí)驗(yàn)室和實(shí)踐項(xiàng)目 開放型實(shí)踐教學(xué)是正常單片機(jī)實(shí)踐教學(xué)的有力補(bǔ)充[5]，為積極調(diào)動教師、學(xué)生的積極性，學(xué)校應(yīng)撥付建設(shè)開放型單片機(jī)實(shí)驗(yàn)室和實(shí)踐項(xiàng)目的專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)，并設(shè)立課外實(shí)踐學(xué)分制度（包含單片機(jī)方向和其他方向），學(xué)生在大學(xué)期間必須修夠一定的課外實(shí)踐學(xué)分。在每個學(xué)期初教師提供開放實(shí)踐項(xiàng)目，學(xué)生進(jìn)行選題，每個課題組學(xué)期末按時完成項(xiàng)目開發(fā)內(nèi)容，系院對每個項(xiàng)目進(jìn)行驗(yàn)收，項(xiàng)目設(shè)計(jì)較好的課題組給予相應(yīng)的學(xué)分或獎勵。
3.2 積極開展單片機(jī)課程設(shè)計(jì)訓(xùn)練綜合設(shè)計(jì)能力 課程設(shè)計(jì)能夠鍛煉學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)能力，是學(xué)生吸收知識、鍛煉動手實(shí)踐能力的重要過程[6]，教師應(yīng)重視課程設(shè)計(jì)的質(zhì)量，強(qiáng)調(diào)獨(dú)立完成課程設(shè)計(jì)的重要性。教師以項(xiàng)目的形式布置課程設(shè)計(jì)任務(wù)，提供參考資料，學(xué)生自行融合所學(xué)知識，首先提出自己的方案，進(jìn)行小組討論，教師參與，確定優(yōu)秀方案；其次在Proteus仿真實(shí)踐平臺進(jìn)行仿真調(diào)試，調(diào)試通過后，制PCB板并領(lǐng)取元器件，進(jìn)行焊接，然后進(jìn)行軟硬件結(jié)合的整機(jī)調(diào)試。
3.3 參與電子設(shè)計(jì)競賽增強(qiáng)學(xué)生的科技創(chuàng)新能力 積極組織學(xué)生參加學(xué)院開展的單片機(jī)實(shí)踐技能大賽、電子設(shè)計(jì)競賽，從中選拔優(yōu)秀作品及學(xué)生參加省級乃至全國電子設(shè)計(jì)競賽，高年級學(xué)生帶領(lǐng)低年級進(jìn)行學(xué)習(xí)，形成系院級、校級、省級等階梯形電子設(shè)計(jì)競賽參賽隊(duì)伍，讓學(xué)生在參賽作品的設(shè)計(jì)過程中吸收、融合、運(yùn)用單片機(jī)技術(shù)相關(guān)知識和設(shè)計(jì)技巧，鍛煉自主解決實(shí)際問題和創(chuàng)新能力。
4 結(jié)語
本文首先分析了應(yīng)用型本科院校單片機(jī)技術(shù)課程實(shí)踐教學(xué)存在的教學(xué)內(nèi)容陳舊、單一、不足，實(shí)踐教學(xué)模式落后，實(shí)踐教學(xué)設(shè)備存在缺陷與設(shè)施場地限制等問題；其次充實(shí)了實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，引入了單片機(jī)開發(fā)環(huán)境Keil uVision、Proteus仿真軟件和C語言等教學(xué)內(nèi)容，構(gòu)建了突出實(shí)踐性、系統(tǒng)系和工程性的“傳統(tǒng)實(shí)踐平臺+仿真實(shí)踐平臺+便攜式自主開發(fā)實(shí)踐平臺”的單片機(jī)多層次實(shí)踐教學(xué)體系，引入了“項(xiàng)目驅(qū)動式”實(shí)踐教學(xué)模式；最后對單片機(jī)實(shí)踐教學(xué)進(jìn)行了拓展，積極建設(shè)開放型單片機(jī)實(shí)驗(yàn)室和實(shí)踐項(xiàng)目，開設(shè)單片機(jī)課程設(shè)計(jì)，組織學(xué)生參加電子設(shè)計(jì)競賽，以增強(qiáng)學(xué)生的動手實(shí)踐、自主解決實(shí)際問題和創(chuàng)新能力。
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關(guān)鍵詞：proteus軟件 仿真 單片機(jī)
隨著科技和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，社會和企業(yè)對應(yīng)屆畢業(yè)生分析問題、解決問題的能力要求越來越高，這就要求高校要重視學(xué)生實(shí)踐動手能力的培養(yǎng)。事實(shí)上，各高校對學(xué)生實(shí)踐動手能力及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)十分重視。一直以來，高校都把實(shí)踐環(huán)節(jié)作為教學(xué)活動中重要的一環(huán)，針對實(shí)踐環(huán)節(jié)也設(shè)置了多類型的實(shí)踐課程，如課內(nèi)實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)及畢業(yè)設(shè)計(jì)等與實(shí)踐有關(guān)的課程，來提高實(shí)踐環(huán)節(jié)的教學(xué)質(zhì)量。
近幾年來，各高校也積極參加各種創(chuàng)新比賽或電子競賽，為培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動手能力提供了一個良好的平臺，但目前這些實(shí)踐環(huán)節(jié)依然不能滿足要求，原因是兩方面：一是日益增加的應(yīng)屆畢業(yè)生隊(duì)伍，二是社會對應(yīng)屆畢業(yè)生能力的要求日漸提高。因此改進(jìn)和加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)是當(dāng)前各高校的一個重要任務(wù)。
一、單片機(jī)課程實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)現(xiàn)狀
怎樣才能更好地培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動手能力呢？很多高校都借助單片機(jī)課程安排較多的實(shí)踐內(nèi)容，來提高學(xué)生利用已學(xué)知識去解決實(shí)際問題的能力，這是因?yàn)閱纹瑱C(jī)課程是數(shù)字電路、微機(jī)原理等課程的后續(xù)課，又是嵌入式系統(tǒng)、FPGA、DSP等課程的前續(xù)課程，其難易程度適中，又能方便地與模擬電路、數(shù)字電路等各種智能儀器中的常用模塊進(jìn)行結(jié)合，所以高校往往將單片機(jī)作為培養(yǎng)學(xué)生動手能力的一個重要課程。就單片機(jī)課程來講，已經(jīng)有實(shí)驗(yàn)課、課程設(shè)計(jì)及大規(guī)模的電子設(shè)計(jì)比賽等實(shí)踐課程，但這些課程還是不能滿足新形勢對學(xué)生實(shí)踐動手能力的要求，其原因如下：
首先，單片機(jī)課內(nèi)實(shí)驗(yàn)是最基本、最常見的實(shí)踐能力培養(yǎng)方式，通過課內(nèi)實(shí)驗(yàn)，能使學(xué)生掌握相關(guān)課程的關(guān)鍵知識點(diǎn)，能使學(xué)生加深對理論知識的理解，但課內(nèi)實(shí)驗(yàn)一般課時較少，實(shí)驗(yàn)間隔時間長，各個實(shí)驗(yàn)題目相對獨(dú)立，關(guān)聯(lián)性不強(qiáng)。課內(nèi)實(shí)驗(yàn)是理論課程的必要補(bǔ)充，但對學(xué)生實(shí)踐能力培養(yǎng)的深度和廣度不夠。
其次，單片機(jī)課程設(shè)計(jì)往往集中安排2周左右的時間，其特點(diǎn)是時間集中，內(nèi)容較為綜合，一般涉及到兩門課或更多門課的知識，而且往往安排在高年級，通過課程設(shè)計(jì)能使學(xué)生掌握幾門課的綜合應(yīng)用與設(shè)計(jì)，是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力的有效手段。其不足主要是時間較短，培養(yǎng)力度不夠。
再次，近幾年來各種圍繞單片機(jī)課程進(jìn)行的大規(guī)模競賽的興起，有效地推動了學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)，通過這些比賽，學(xué)生的實(shí)踐能力得以提高，為學(xué)生的就業(yè)升學(xué)都打下了良好的基礎(chǔ)；但是能參與比賽的學(xué)生人數(shù)非常少。
二、proteus軟件的特點(diǎn)及優(yōu)勢
為改進(jìn)單片機(jī)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，使更多的學(xué)生得到更多的鍛煉，本研究所在單片機(jī)課程中引入了PROTEUS仿真軟件。該軟件由英國Labcenter公司開發(fā)，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字電路、模擬電路、單片機(jī)、FPGA、ARM等微控制器系統(tǒng)及相關(guān)常用器件（發(fā)光二極管、LED、電動機(jī)、按鍵、LCD等）電路的仿真、軟件仿真、系統(tǒng)協(xié)同仿真以及PCB圖設(shè)計(jì)等功能，是目前最理想、最普及的能夠?qū)Ω鞣N處理器進(jìn)行實(shí)時仿真、調(diào)試與測試的EDA工具。該軟件簡潔易學(xué)，軟件界面與學(xué)生熟悉的protel軟件類似，操作簡便，自帶豐富的元器件及控制器庫如電阻、電容、電感、LED、LCD、發(fā)光二極管、按鍵、虛擬探針、虛擬示波器、信號源及單片機(jī)、ARM等，便于硬件電路原理圖的設(shè)計(jì)，并且該軟件帶有大量的實(shí)例可以參考，給學(xué)生的學(xué)習(xí)帶來方便。在proteus軟件中設(shè)計(jì)好電路原理圖，加載用戶編制的單片機(jī)或其他控制器軟件，即可進(jìn)行仿真，生動的仿真結(jié)果可以在proteus界面上直接進(jìn)行觀察，比如LED點(diǎn)亮相應(yīng)的數(shù)字或符號、發(fā)光二極管發(fā)光或熄滅、或者其他工程結(jié)果，這對提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和積極性有很大幫助。
基于上述proteus軟件的種種特點(diǎn)，我們將單片機(jī)課程中的一些實(shí)驗(yàn)遷移到了proteus平臺上進(jìn)行。傳統(tǒng)的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺大多是一個編譯軟件加一個固定的實(shí)驗(yàn)箱，實(shí)驗(yàn)箱里的硬件電路是固定不變的，造成學(xué)生在硬件電路設(shè)計(jì)上的鍛煉少之又少。但是采用proteus仿真平臺后，就可以將單片機(jī)及器件如LED、發(fā)光二極管、鍵盤、AD/DA轉(zhuǎn)換器都設(shè)計(jì)到該平臺中，顯然這樣能給學(xué)生提供足夠的自由設(shè)計(jì)空間，學(xué)生可以根據(jù)自己的想法來設(shè)計(jì)硬件電路，而且僅用這一個protues平臺就能實(shí)現(xiàn)軟硬件的仿真，這樣，學(xué)生就可以將實(shí)驗(yàn)場所“搬進(jìn)”寢室，隨時隨地進(jìn)行設(shè)計(jì)。因此將protues仿真軟件引入單片機(jī)或其他課程必將完善實(shí)踐環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐動手能力的得力平臺。
三、Proteus軟件在單片機(jī)中的應(yīng)用舉例
本實(shí)例是采用proteus軟件完成流水燈實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)及仿真，其過程如下：
1、原理圖設(shè)計(jì)
圖1是該設(shè)計(jì)的硬件原理圖，單片機(jī)采用AT89S52，8個發(fā)光二極管經(jīng)8個限流電阻接在單片機(jī)的P1口。
2、采用proteus軟件設(shè)計(jì)原理圖
按照圖1中的電路，在proteus軟件中完成電路原理圖的設(shè)計(jì)，如圖2所示。
圖1、流水燈電路原理圖
圖2、proteus中設(shè)計(jì)好流水燈原理圖
3、仿真
在proteus軟件里設(shè)計(jì)好圖2之后，加載已經(jīng)編譯好的流水燈程序（這里不再列出詳細(xì)程序），點(diǎn)擊仿真“運(yùn)行”按鈕，即可以在圖2所示的電路圖中觀察到8個發(fā)光二極管輪流點(diǎn)亮，此時利用拷屏鍵對仿真效果進(jìn)行截圖，得到圖3，該圖表示截取時恰巧是發(fā)光二極管D5被點(diǎn)亮的瞬間。
圖3、截取仿真瞬間圖
四、小結(jié)
由上述實(shí)例不難看出，proteus軟件界面非常友好，易于入門，仿真結(jié)果可以直接在proteus界面上進(jìn)行顯示，能直觀判斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)的正確與否；且色彩表示分明，效果生動逼真，綜上所述，將proteus軟件與單片機(jī)或其他控制器合理結(jié)合，定會在實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)起到良好的推動作用。
參考文獻(xiàn)
1、周潤景、張麗娜.基于proteus的電路及單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真.北京航空航天出版社，2006.5。
2、代啟化.proteus在單片機(jī)電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用.自動化與儀器儀表，2006，（6）。
關(guān)鍵詞 實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系 電信與計(jì)算機(jī)分中心 信息工程 教學(xué)改革
中圖分類號：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.16400/ki.kjdks.2016.10.047
Abstract Theoretical teaching and experimental teaching is for colleges to train two essential link， for information engineering and other related majors， experimental teaching is particularly important， key steps of application type talents training. With the continuous development of information technology， traditional experimental teaching content and teaching method has and social demand can not adapts with my school experiment teaching center of telecommunications and computer center specific experiment teaching pattern and system， describes the various problems encountered by the information engineering specialty in experimental teaching and solutions， in order to deepen teaching reform and improve the quality of experimental teaching play an important role， but also for future application key provincial experimental teaching demonstration center provides a basic guarantee.
Keywords experimental teaching system； telecommunications and computer sub center； information engineering； teaching reform
我校信息工程學(xué)院所開設(shè)的四個專業(yè)分別為電子信息工程、通信工程、物聯(lián)網(wǎng)工程、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)，其80%以上的實(shí)驗(yàn)課是在電信與計(jì)算機(jī)分中心的實(shí)驗(yàn)室開設(shè)。這四個專業(yè)的共同特點(diǎn)就是實(shí)驗(yàn)課比例要多于理論課，而且，隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)模式和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容如果一成不變，則會極大地影響人才培養(yǎng)效果，如何讓實(shí)驗(yàn)課程和社會接軌是目前電信與計(jì)算機(jī)分中心亟需解決的問題。
1實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系主要研究內(nèi)容
1.1 實(shí)驗(yàn)課程結(jié)構(gòu)
（1）基礎(chǔ)類、專業(yè)類、綜合設(shè)計(jì)性以及創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)課程的比例不夠合理，基礎(chǔ)類實(shí)驗(yàn)所占比例過大；（2）大一可以開設(shè)和學(xué)科專業(yè)特點(diǎn)相近的基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)；大二可以以各種競賽為導(dǎo)向、把硬件故障診斷的實(shí)例融入實(shí)驗(yàn)教學(xué)中去；大三可以把企業(yè)中實(shí)際的項(xiàng)目和大學(xué)生科技創(chuàng)新活動等滲透到平時的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中去。
1.2 實(shí)驗(yàn)教師結(jié)構(gòu)
（1）學(xué)歷結(jié)構(gòu)；（2）年齡結(jié)構(gòu)；（3）職稱結(jié)構(gòu)；（4）雙師型教師比例。
1.3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱
因?yàn)殡娦拧⑼ㄐ拧⑽锫?lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)現(xiàn)迅速，需要及時更新實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，陳舊的設(shè)備和技術(shù)手段不能滿足社會發(fā)展趨勢。相對應(yīng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱最少三年要更新一次。
1.4 實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量評價(jià)
（1）對實(shí)驗(yàn)教師的評價(jià)主要包括實(shí)驗(yàn)講授方法、以及能否及時處理實(shí)驗(yàn)中遇到的各種問題，因?yàn)槔碚撜n中描述的都是在理想的環(huán)境中得出的規(guī)律和現(xiàn)象，而在實(shí)際進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)過程中會有各種不可預(yù)知的問題出現(xiàn)，需要教師能逐一分析并解決問題；（2）對學(xué)生的評價(jià)主要包括實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和數(shù)據(jù)的分析，遇到故障的處理方法等。
2 我校信息工程學(xué)院各專業(yè)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)體系結(jié)構(gòu)
2.1 電子信息工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程體系
（1）專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課：大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)、C語言程序設(shè)計(jì)、電信工程導(dǎo)論、數(shù)字邏輯電路實(shí)驗(yàn)、模擬電子線路實(shí)驗(yàn)、電工基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、電路分析基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；（2）專業(yè)實(shí)驗(yàn)：通信原理實(shí)驗(yàn)、數(shù)字信號處理實(shí)驗(yàn)、高頻電子線路實(shí)驗(yàn)、信號系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)、單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)、嵌入式與多核技術(shù)實(shí)驗(yàn)、數(shù)字圖像處理實(shí)驗(yàn)、移動通信系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)、汽車電子實(shí)驗(yàn)；（3）項(xiàng)目綜合實(shí)訓(xùn)：電子電路實(shí)訓(xùn)、電子工藝實(shí)訓(xùn)、C語言程序課程設(shè)計(jì)、模擬電路課程設(shè)計(jì)、單片機(jī)技術(shù)課程設(shè)計(jì)、實(shí)用電源實(shí)訓(xùn)、FPGA課程設(shè)計(jì)、嵌入式應(yīng)用實(shí)訓(xùn)。
2.2 通信工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程體系
（1）專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課：大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)、C語言程序設(shè)計(jì)、通信工程導(dǎo)論、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、JAVA程序設(shè)計(jì)、電工基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、電路分析基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、數(shù)字邏輯電路實(shí)驗(yàn)、模擬電子線路實(shí)驗(yàn)；
（2）專業(yè)實(shí)驗(yàn)：信號系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)、單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)、通信原理實(shí)驗(yàn)、高頻電子線路實(shí)驗(yàn)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)、數(shù)字信號處理實(shí)驗(yàn)、嵌入式與多核技術(shù)實(shí)驗(yàn)、數(shù)字圖像處理實(shí)驗(yàn)、移動通信技術(shù)實(shí)驗(yàn)、現(xiàn)代交換技術(shù)實(shí)驗(yàn)、光纖通信技術(shù)；
（3）項(xiàng)目綜合實(shí)訓(xùn)：電子電路實(shí)訓(xùn)、電子工藝實(shí)訓(xùn)、C語言程序課程設(shè)計(jì)、模擬電路課程設(shè)計(jì)、單片機(jī)技術(shù)課程設(shè)計(jì)、嵌入式與多核課程設(shè)計(jì)、傳感器技術(shù)實(shí)訓(xùn)、安卓技術(shù)開發(fā)、通信系統(tǒng)綜合實(shí)訓(xùn)。
2.3 物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程體系
（1）專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課：物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)導(dǎo)論、大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、電路與電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)、計(jì)算機(jī)概論、計(jì)算機(jī)組成原理、JAVA程序設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、C語言程序設(shè)計(jì)；
（2）專業(yè)實(shí)驗(yàn)：數(shù)據(jù)庫原理、傳感器原理實(shí)驗(yàn)、操作系統(tǒng)、RFID原理實(shí)驗(yàn)、物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)實(shí)驗(yàn)、嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)、JAVA WEB開發(fā)技術(shù)、單片機(jī)原理實(shí)驗(yàn)、無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)驗(yàn)、網(wǎng)絡(luò)互連技術(shù)、CC2530原理、軟件工程；
（3）項(xiàng)目綜合實(shí)訓(xùn)：C語言程序課程設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)、語言類綜合實(shí)訓(xùn)、關(guān)系數(shù)據(jù)庫課程設(shè)計(jì)、嵌入式課程設(shè)計(jì)、Zigbee應(yīng)用課程設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)通信課程設(shè)計(jì)、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)、智能家居模擬實(shí)訓(xùn)、移動應(yīng)用開發(fā)實(shí)訓(xùn)；
2.4 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程體系
（1）專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)、面向?qū)ο蟪绦驅(qū)嶒?yàn)、計(jì)算機(jī)組成原理；
（2）專業(yè)實(shí)驗(yàn)：JAVA程序設(shè)計(jì)、操作系統(tǒng)、網(wǎng)頁設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫原理、JAVA WEB、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、軟件工程、單片機(jī)原理實(shí)驗(yàn)、網(wǎng)絡(luò)管理、XML技術(shù)、多媒體技術(shù)；
（3）項(xiàng)目綜合實(shí)訓(xùn)：嵌入式課程設(shè)計(jì)、JAVA WEB課程設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)、單片機(jī)技術(shù)課程設(shè)計(jì)、JAVA課程設(shè)計(jì)、軟件測試課程設(shè)計(jì)、Android系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)工程課程設(shè)計(jì)、Linux C課程設(shè)計(jì)。
3 目前實(shí)驗(yàn)教學(xué)面臨的問題和解決方案
3.1 實(shí)驗(yàn)課時分配不合理
單片機(jī)課程設(shè)計(jì)、模擬電路課程設(shè)計(jì)、數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)等綜合設(shè)計(jì)類實(shí)驗(yàn)為16學(xué)時，而通信原理以驗(yàn)證性為主的實(shí)驗(yàn)課則安排有34學(xué)時，明顯設(shè)置不合理，今后更新培養(yǎng)方案可重新分配學(xué)時。
3.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容陳舊
（1）電子工藝實(shí)訓(xùn)仍使用potel99的最老版本，而目前經(jīng)過升級后已有最新的potel2008版本；（2）嵌入式系統(tǒng)仍使用的是2006年流行的arm9的操作系統(tǒng)，而目前使用的主流操作系統(tǒng)應(yīng)該是arm11；（3）移動通信仍使用的是3G技術(shù)，而目前4G移動技術(shù)已經(jīng)非常成熟，且有部分高校向5G擴(kuò)展；（4）單片機(jī)技術(shù)仍使用的是51系列單片機(jī)芯片，而目前應(yīng)用較多的是STM32系列的單片機(jī)，相比處理速度更快，內(nèi)存更大。（5）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)仍是以有線網(wǎng)絡(luò)教學(xué)為主，而目前應(yīng)用較多的是無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。
根據(jù)以上問題，可在培養(yǎng)方案中注明要求必須使用某種軟件或?qū)嶒?yàn)方法，實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心適時的淘汰過時的硬件或者軟件設(shè)備。
3.3 單個教師承擔(dān)一門課程的局限性
部分課程設(shè)計(jì)類實(shí)驗(yàn)涉及的知識點(diǎn)較多，單個教師不能完全承擔(dān)整門課程，這相當(dāng)于做一個項(xiàng)目，項(xiàng)目組成員對于各個知識點(diǎn)進(jìn)行分工協(xié)作才能更順利完成教學(xué)任務(wù)。例如：某學(xué)生做一個無線電能傳輸裝置的課程設(shè)計(jì)，就需要掌握單片機(jī)技術(shù)，開關(guān)電源技術(shù)，無線網(wǎng)絡(luò)，高頻等多個知識點(diǎn)，而幾乎沒有一個教師能同時精通這所有知識，這就需要在排課的時候能同時安排幾個相關(guān)教師授課。
3.4 各專業(yè)實(shí)驗(yàn)課的專業(yè)性不強(qiáng)
電子信息工程專業(yè)可不開設(shè)移動通信實(shí)驗(yàn)、數(shù)字圖像處理，可增開設(shè)自動控制原理實(shí)驗(yàn)，微波技術(shù)等實(shí)驗(yàn)課程；通信工程專業(yè)可不開設(shè)電子工藝實(shí)訓(xùn)、FPGA技術(shù)，可增開設(shè)射頻技術(shù)，光纖通信等實(shí)驗(yàn)課程；物聯(lián)網(wǎng)工程可不開設(shè)計(jì)算機(jī)組成原理；計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)可增開部分專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課。
3.5 大部分實(shí)訓(xùn)課程未能和生產(chǎn)實(shí)際緊密結(jié)合
例如軟件類實(shí)驗(yàn)相互抄襲、網(wǎng)上拷貝較多，學(xué)生畢業(yè)后不能勝任項(xiàng)目開發(fā)工作，因?yàn)檎鎸?shí)的項(xiàng)目開發(fā)不同于普通按部就班的實(shí)驗(yàn)課教學(xué)，其整個過程中會遇到各種不可預(yù)知的困難，為了讓學(xué)生學(xué)會分析處理各種問題，應(yīng)把企業(yè)中實(shí)際的項(xiàng)目融入平時的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，讓學(xué)生真實(shí)體驗(yàn)項(xiàng)目開發(fā)整個過程，這樣學(xué)生踏上工作崗位后就能直接進(jìn)入企業(yè)第一線工作。
4 結(jié)語
實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系改革是一個長期的過程，要根據(jù)社會發(fā)展趨勢，學(xué)科專業(yè)特點(diǎn)隨時改進(jìn)，而信息工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)發(fā)展尤為迅速，這就要求實(shí)驗(yàn)教師長期不斷地學(xué)習(xí)，經(jīng)常深入企業(yè)掌握先進(jìn)的技術(shù)和方法，實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心也要適時更新硬件和軟件設(shè)備，保障實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的實(shí)用性、先進(jìn)性、創(chuàng)新性和完整性。
參考文獻(xiàn)
[1] 柴文妍，王皖貞.電子信息工程專業(yè)“綜合課程設(shè)計(jì)”教學(xué)實(shí)踐與探討[J].北華航天工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2011.21（3）.
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分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A
1.單片機(jī)課程特點(diǎn)及現(xiàn)狀分析
單片機(jī)原理是一門理論性和實(shí)踐性都較強(qiáng)的課程，在工業(yè)控制，人工智能，儀器儀表等
方面都得到了廣泛應(yīng)用[1]。為滿足市場需求和生產(chǎn)需要，高等院校工科專業(yè)都開設(shè)了單片機(jī)技術(shù)課程。
傳統(tǒng)的單片機(jī)教學(xué)有很多不足，比如理論與實(shí)踐教學(xué)脫節(jié)，理論課講授比例過大，理論教學(xué)老師占主體，學(xué)生被動學(xué)習(xí)，課后配合一定學(xué)時的實(shí)驗(yàn)，這樣的教學(xué)方式使教師與學(xué)生互動較差，難以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。另外，單片機(jī)是一門實(shí)踐性較強(qiáng)的課程，學(xué)生只有通過硬件電路設(shè)計(jì)、程序編寫、系統(tǒng)調(diào)試等過程，才能較好掌握單片機(jī)相關(guān)理論知識和實(shí)踐能力。然而目前大多數(shù)高校單片機(jī)實(shí)驗(yàn)設(shè)備都是采用現(xiàn)成實(shí)驗(yàn)箱，其硬件電路都是模塊化的，學(xué)生不需要進(jìn)行任何設(shè)計(jì)，只需簡單連線、輸入程序、檢查運(yùn)行結(jié)果，而對于實(shí)驗(yàn)過程中涉及的相關(guān)原理不是很清楚，這與會利用單片機(jī)進(jìn)行實(shí)際系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求相差很遠(yuǎn)[2]。
基于以上情況，結(jié)合筆者這些年實(shí)際教學(xué)經(jīng)驗(yàn)與體會，針對課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)和考核方式等方面改革做一些相關(guān)探討。
2.課堂教學(xué)的改革
2.1變革課程教學(xué)方式
傳統(tǒng)的教學(xué)方式多數(shù)為填鴨式教學(xué)，這種方式很難充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，也不能有
效引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)新性思維。而現(xiàn)代教學(xué)強(qiáng)調(diào)“研究型”教學(xué)，在教學(xué)中增加更多的互動環(huán)節(jié)，積極引導(dǎo)學(xué)生對所學(xué)知識進(jìn)行深入挖掘，強(qiáng)調(diào)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力培養(yǎng)[3]。傳統(tǒng)型教學(xué)方式重視基礎(chǔ)知識講授，教師在單片機(jī)教學(xué)中應(yīng)將研究型與傳統(tǒng)型教學(xué)方式合理結(jié)合，既側(cè)重基礎(chǔ)知識講授，同時也要引導(dǎo)學(xué)生積極思考、勤于實(shí)踐，為以后工程實(shí)踐活動打下堅(jiān)實(shí)理論基礎(chǔ)。
2.2充分利用多媒體
目前，單片機(jī)教學(xué)中已普遍采用多媒體技術(shù)。計(jì)算機(jī)圖文聲像并茂的特點(diǎn)對激發(fā)學(xué)生學(xué)
習(xí)興趣有一定積極作用，多媒體使課堂教學(xué)不再枯燥，但學(xué)生從多媒體演示圖片中也只知其然而不知其所以然。因此，在使用多媒體教學(xué)中，還需要結(jié)合單片機(jī)開發(fā)調(diào)試軟件，比如Keil等，實(shí)時演示程序設(shè)計(jì)過程中每一條指令執(zhí)行后單片機(jī)數(shù)據(jù)存儲器、程序存儲器、寄存器的變化，以及PC如何引導(dǎo)指令的執(zhí)行順序等。
2.3在單片機(jī)課程教學(xué)中引入Proteus軟件
單片機(jī)課程內(nèi)容復(fù)雜抽象，為在最短時間內(nèi)，將單片機(jī)基本知識和應(yīng)用實(shí)例立體化呈
現(xiàn)給學(xué)生，筆者在課堂教學(xué)中引入Proteus。Proteus軟件是一款包含大量系統(tǒng)資源、豐富硬件接口電路，具有強(qiáng)大調(diào)試功能和軟硬件相結(jié)合的仿真系統(tǒng)[4]，它在單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)中占有極重要地位。
在課上，老師可以使用Proteus軟件，先將實(shí)例電路原理圖畫好，然后再將程序源代碼裝入單片機(jī)仿真元件中，在仿真系統(tǒng)運(yùn)行過程中，學(xué)生能看到跟實(shí)際電路板一樣的運(yùn)行效果，這樣將使抽象的單片機(jī)軟硬件設(shè)計(jì)過程具體化、形象化。學(xué)生在課堂上不僅能看到單片機(jī)應(yīng)用電路搭建畫面，還看到了調(diào)試過程，再加上老師的詳細(xì)講解，這非常有利于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。教學(xué)實(shí)踐表明，Proteus的應(yīng)用，不僅能有效解決單片機(jī)教學(xué)中理論知識講解和實(shí)際應(yīng)用脫節(jié)的問題，還能增強(qiáng)教學(xué)的生動性，提高教學(xué)效率。
3.實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的改革
單片機(jī)課程實(shí)踐性和應(yīng)用性很強(qiáng)，因此教學(xué)上不僅要培養(yǎng)學(xué)生具備扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，還要注重實(shí)踐教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生動手能力和應(yīng)用能力。
3.1合理安排實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
實(shí)驗(yàn)是將課堂理論知識轉(zhuǎn)化為實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié)。在保證實(shí)驗(yàn)教學(xué)課時的基礎(chǔ)上，適當(dāng)提高綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中的比重，以培養(yǎng)學(xué)生綜合解決實(shí)際問題的能力。另外，教師在實(shí)驗(yàn)前將指導(dǎo)書及實(shí)驗(yàn)任務(wù)提前布置給學(xué)生，讓學(xué)生利用Proteus仿真軟件在計(jì)算機(jī)上搭建硬件電路，然后根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書中實(shí)驗(yàn)內(nèi)容編程調(diào)試，調(diào)試成功后再到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行硬件驗(yàn)證。這樣做可以節(jié)省實(shí)驗(yàn)時間，同時也能讓學(xué)生掌握仿真軟件的使用。
3.2加強(qiáng)課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，提高系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力
課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生單片機(jī)相關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)能力的重要環(huán)節(jié)。單片機(jī)課程設(shè)計(jì)應(yīng)以學(xué)生為主體，設(shè)計(jì)題目要多樣化。學(xué)生選好題后，先查找資料，確定設(shè)計(jì)方案，然后利用Proteus設(shè)計(jì)硬件電路，并通過Keil進(jìn)行編程調(diào)試。仿真調(diào)試成功后，再購買電子元器件，進(jìn)入實(shí)際系統(tǒng)軟硬件開發(fā)流程，最終做出實(shí)物。通過扎實(shí)的訓(xùn)練，學(xué)生基本可以掌握單片機(jī)產(chǎn)品開發(fā)流程，為畢業(yè)后走上相關(guān)工作崗位打下基礎(chǔ)。
3.3引導(dǎo)學(xué)生參加科技競賽
單片機(jī)作為一種通用的微控制器，非常適合應(yīng)用到各類科技競賽中去。組織一些學(xué)習(xí)興
趣濃厚、基礎(chǔ)扎實(shí)、創(chuàng)新能力較強(qiáng)的學(xué)生參加省級、國家級各類科技競賽。實(shí)踐證明，該方法能調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，激勵學(xué)生更深入的鉆研單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)相關(guān)知識。目前，我校成立了創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，在平時讓實(shí)驗(yàn)室成員自己選購元器件，進(jìn)行相關(guān)系統(tǒng)開發(fā)訓(xùn)練，積累經(jīng)驗(yàn)，指導(dǎo)老師給與必要技術(shù)支持。近年來，實(shí)驗(yàn)室學(xué)生參加了多個電子設(shè)計(jì)大賽、機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽等，均獲得了不錯的成績，這些對教學(xué)工作產(chǎn)生了積極的影響。
4.考核方式上的改革
目前，單片機(jī)課程考核是由平時成績、實(shí)驗(yàn)成績和期終成績?nèi)糠纸M成，期終測試重點(diǎn)考核理論知識，而且通常采用閉卷考試。這種考試形式會使學(xué)生誤以為學(xué)習(xí)單片機(jī)只需死記硬背知識原理即可。改革后的課程考核結(jié)合開卷考試、實(shí)驗(yàn)考試和開放性自選作業(yè)考核三種方式。改閉卷考試為開卷考試是由于單片機(jī)課程是一門偏應(yīng)用性課程，它側(cè)重于學(xué)生對單片機(jī)的掌握并將其應(yīng)用到實(shí)踐中的能力，而不強(qiáng)調(diào)學(xué)生對知識點(diǎn)的記憶，開卷考試更能考察學(xué)生對知識靈活運(yùn)用能力。同時，借助實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)考核，來加強(qiáng)學(xué)生動手實(shí)踐能力培養(yǎng)。最后在平時布置些開放性作業(yè)，讓學(xué)生自由選擇。開放式作業(yè)大多是讓學(xué)生借助Proteus軟件完成一些小的作品設(shè)計(jì)。仿真軟件的使用讓學(xué)生不再受限于有限實(shí)驗(yàn)課時和實(shí)驗(yàn)設(shè)備，使其能夠更加靈活深入地學(xué)習(xí)單片機(jī)知識。
關(guān)鍵詞： 《單片機(jī)原理及系統(tǒng)設(shè)計(jì)》課程教學(xué) 教學(xué)改革 理論教學(xué) 實(shí)踐教學(xué)
1.引言
《單片機(jī)原理及系統(tǒng)設(shè)計(jì)》課程是高等學(xué)校工科非計(jì)算機(jī)專業(yè)本科生的一門應(yīng)用類課程，主要講述單片微型計(jì)算機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工作原理、接口電路和程序設(shè)計(jì)的方法，目的是使學(xué)生從應(yīng)用的角度了解單片機(jī)的基本原理和基本應(yīng)用，從而具備對單片機(jī)進(jìn)行軟、硬件設(shè)計(jì)開發(fā)的能力。
2.理論教學(xué)內(nèi)容改革
不同高校在開設(shè)該課程時，學(xué)時的安排不盡相同，教材的選擇面也較寬。但是理論教學(xué)的內(nèi)容基本相同，大致分為單片機(jī)內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)，匯編語言及其程序設(shè)計(jì)，系統(tǒng)擴(kuò)展三大部分[1]。
根據(jù)工科院校的特點(diǎn)，對教學(xué)內(nèi)容做了適當(dāng)?shù)母母铮纬闪酥v義，并在2012年出版。把教學(xué)內(nèi)容分為單片機(jī)的基本原理介紹（基礎(chǔ)篇），系統(tǒng)的擴(kuò)展（擴(kuò)展篇），應(yīng)用系統(tǒng)配置及設(shè)計(jì)（應(yīng)用篇）三個部分。
基礎(chǔ)篇主要涉及單片機(jī)的內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)和單片機(jī)匯編語言及單片機(jī)C語言程序設(shè)計(jì)。由于單片機(jī)的開發(fā)環(huán)境日益更新，軟件的開發(fā)環(huán)境都已經(jīng)支持單片機(jī)的C語言，為了使學(xué)生很好地把所學(xué)知識融入今后的工作和滿足社會的需求，對單片機(jī)C語言內(nèi)容的教學(xué)提上了日程，故在基礎(chǔ)知識的教學(xué)內(nèi)容中加入了單片機(jī)C語言的教學(xué)。
擴(kuò)展篇的內(nèi)容主要涉及了單片機(jī)的系統(tǒng)擴(kuò)展，即由于單片機(jī)的內(nèi)容資源有限，必須對相應(yīng)的資源進(jìn)行擴(kuò)展，主要包括對I/O口、存儲器的擴(kuò)展。該部分內(nèi)容與以往的教學(xué)內(nèi)容沒有太多的區(qū)別。
應(yīng)用篇的內(nèi)容主要涉及單片機(jī)外圍電路的接口電路設(shè)計(jì)和應(yīng)用實(shí)例。包括前向通道A/D轉(zhuǎn)換器及其與單片機(jī)的接口設(shè)計(jì)；后向通道D/A轉(zhuǎn)換器及其與單片機(jī)的接口設(shè)計(jì)；人機(jī)接口設(shè)計(jì)即單片機(jī)的鍵盤顯示接口電路設(shè)計(jì)。其中，前向通道和后向通道的內(nèi)容以最基本的器件為引子，而后在此基礎(chǔ)上介紹新型的器件。實(shí)際案例以教師的課題、項(xiàng)目[2]或者以競賽的題目為例介紹如何構(gòu)造一個單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。
最后，在考核方面全部采用設(shè)計(jì)思考題的形式，既要求學(xué)生掌握最基本的概念和原理，又要求學(xué)生對所學(xué)的知識靈活掌握，舉一反三。
3.實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容改革
《單片機(jī)原理及系統(tǒng)設(shè)計(jì)》是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的動手能力。所以，在課程設(shè)置上一定要注重對學(xué)生的動手能力的培養(yǎng)，實(shí)踐教學(xué)的學(xué)時數(shù)一定要占一定的比重。學(xué)生動手實(shí)踐能力的培養(yǎng)可以在教學(xué)上分為如下三個方面。
3.1實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面
實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)是與課程同步進(jìn)行的。也就是說實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)一定要和理論教學(xué)環(huán)節(jié)同步相結(jié)合，而且實(shí)驗(yàn)課時要占相當(dāng)?shù)谋戎亍＠碚撀?lián)系實(shí)際，讓學(xué)生對所學(xué)的知識有感性的認(rèn)識，把抽象的理論教學(xué)內(nèi)容通過實(shí)驗(yàn)具體化。實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容分別為：KeilC軟件的使用實(shí)驗(yàn)，數(shù)據(jù)類實(shí)驗(yàn)（數(shù)據(jù)排序），Proteus軟件的使用實(shí)驗(yàn)，中斷系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，定時器/計(jì)數(shù)器實(shí)驗(yàn)，串行通信接口實(shí)驗(yàn)，存儲器擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)，8155鍵盤及顯示接口實(shí)驗(yàn)，A/D轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)，D/A轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)。
所有的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目都是與理論教學(xué)緊密結(jié)合的，在相應(yīng)理論教學(xué)內(nèi)容結(jié)束后，直接安排實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書采用啟發(fā)式的方法，而不是“傻瓜式”的。學(xué)生必須下去預(yù)習(xí)并且自己完成接口電路的設(shè)計(jì)及其程序的編寫，而不是按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書直接進(jìn)行接口的連接和按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書把程序輸入到計(jì)算機(jī)，這樣能夠充分調(diào)動學(xué)生的主觀能動性和培養(yǎng)學(xué)生的動手能力。
最具特色的改革是開放實(shí)驗(yàn)室并且提供相應(yīng)的單片機(jī)最小系統(tǒng)擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)印刷電路板和開發(fā)環(huán)境，學(xué)生可以利用課外時間根據(jù)自己設(shè)計(jì)的電路焊接電路，調(diào)試和下載程序，驗(yàn)證自己的所設(shè)計(jì)電路和編寫的程序是否正確。
3.2課程設(shè)計(jì)方面
課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)是在該課程理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)結(jié)束后，學(xué)生對該課程的綜合應(yīng)用。也是衡量學(xué)生對該課程掌握情況的重要指標(biāo)和培養(yǎng)學(xué)生動手能力的重要手段。
在教材建設(shè)方面也涉及了課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書，并且形成了講義。主要題目有：水塔水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，電子時鐘設(shè)計(jì)，多功能信號發(fā)生器設(shè)計(jì)，汽車轉(zhuǎn)向燈設(shè)計(jì)和數(shù)字頻率計(jì)設(shè)計(jì)等。并且要求指導(dǎo)教師另外給出兩個以上的題目供學(xué)生選擇，學(xué)生也可自行選擇題目。
學(xué)生可以利用開放實(shí)驗(yàn)室的便利條件和資源對所選的題目進(jìn)行實(shí)際操作和驗(yàn)證。
3.3指導(dǎo)競賽方面
鼓勵學(xué)生參加各類課外的競賽活動。目前，與該課程緊密相關(guān)的競賽種類很多，如：全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽、智能車競賽、挑戰(zhàn)杯等。這些競賽為學(xué)生提供了良好的展現(xiàn)自我的平臺；而我校學(xué)生也在各類競賽中取得了不錯的成績。
4.結(jié)語
《單片機(jī)原理及系統(tǒng)設(shè)計(jì)》課程的教學(xué)中通過以上的改革方法的實(shí)施，充分調(diào)動了學(xué)生的積極性，提高了學(xué)生對該課程的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)了學(xué)生的實(shí)踐動手能力，培養(yǎng)了學(xué)生獨(dú)立分析、思考和解決問題的能力。絕大多數(shù)學(xué)生都利用實(shí)驗(yàn)板制作出了自己的“產(chǎn)品”，達(dá)到了預(yù)期的效果。
參考文獻(xiàn)：
關(guān)鍵詞：教學(xué)改革；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；實(shí)踐教學(xué)
【中國分類法】：G420
0引言
傳統(tǒng)的單片機(jī)教學(xué)采取先基礎(chǔ)后應(yīng)用的模式，即先講授單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)，再講指令、編程、系統(tǒng)擴(kuò)展和各種器件的應(yīng)用，最后講一些實(shí)例，按照這種教學(xué)結(jié)構(gòu)，往往使學(xué)員感覺枯燥無味，學(xué)習(xí)興趣不濃，有的學(xué)員甚者認(rèn)為單片機(jī)用處不大，體會不到單片機(jī)在實(shí)際應(yīng)用中的重要作用。怎樣才能激發(fā)學(xué)員對單片機(jī)課程的興趣和積極性呢？我認(rèn)為單片機(jī)理論知識教學(xué)中應(yīng)緊密聯(lián)系實(shí)際，使抽象知識形象化，同時在教學(xué)手段上也要進(jìn)行改革，如在實(shí)踐教學(xué)中采用在實(shí)驗(yàn)室上課的方式，通過課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)的教學(xué)實(shí)施來提高學(xué)員對單片機(jī)的應(yīng)用能力。
1 教學(xué)方法的改進(jìn)
在課堂教學(xué)中，利用多媒體作為教學(xué)的輔助手段，與傳統(tǒng)的教學(xué)手段相結(jié)合。對于需了解的內(nèi)容，采用多媒體教學(xué)可以提供更多的教學(xué)內(nèi)容，對于需要理解和掌握的內(nèi)容，則采用傳統(tǒng)教學(xué)和多媒體教學(xué)相結(jié)合的方式。因多媒體教學(xué)只能在形象上方便學(xué)員的認(rèn)識與理解，不能代替課堂上理論和概念上的訓(xùn)練過程，所以教學(xué)中采用兩種方法相結(jié)合的教學(xué)方式，通過發(fā)揮其各自的優(yōu)勢，是提高教學(xué)質(zhì)量的好方法。
在理論知識教學(xué)中緊密聯(lián)系實(shí)際，使抽象知識形象化。如可以這樣介紹單片機(jī)中的“堆棧”：如在倉庫里存放貨物時，最先存放進(jìn)去的貨物總是最后才能取出，反之最后存進(jìn)去的貨物總是最先取出，這種存取貨物的規(guī)則就是“先進(jìn)后出，后進(jìn)先出”，在單片機(jī)中把這種存放數(shù)據(jù)的操作為“堆棧”。為什么要這樣存放數(shù)據(jù)呢？當(dāng)存放一批數(shù)據(jù)時，通過堆棧定義可知用戶只需知道第一個數(shù)據(jù)的地址單元即可，簡化了數(shù)據(jù)存放操作。那么堆棧位于單片中的哪個區(qū)域？在單片機(jī)中采取用戶根據(jù)需要自己確定堆棧區(qū)域，即通過設(shè)定堆棧指針sp的值來實(shí)現(xiàn)，如sp的值等于66H，即堆棧指針指向66H單元？在51單片機(jī)中，sp所指位置并非就是數(shù)據(jù)存放位置，而是數(shù)據(jù)存放的前一個位置，如指針指向66H單元，那么第一數(shù)據(jù)的位置是67H單元，而不是66H單元，為什么會這樣？教員可在講堆棧命令時再詳細(xì)的將其原因。介紹單片機(jī)理論知識時引入生活中的實(shí)例，可使學(xué)員把難想象、難理解的內(nèi)容變得易于理解。
2 在實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)場教學(xué)
實(shí)驗(yàn)課是強(qiáng)化鍛煉學(xué)員實(shí)際動手能力的重要手段，可鞏固對理論知識的理解，讓學(xué)員在實(shí)驗(yàn)中體會到單片機(jī)應(yīng)用的重要性。如在講解單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用時，可選擇在實(shí)驗(yàn)室講課，通過單片機(jī)實(shí)物和各種實(shí)際單片機(jī)系統(tǒng)，加深學(xué)員對單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、外部結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用的感性認(rèn)識；講解繁多的指令時，可以利用多媒體講述指令及相關(guān)的編程技巧，讓學(xué)員熟悉指令的功能與基本用法；指令的執(zhí)行情況和執(zhí)行結(jié)果不好理解，到實(shí)驗(yàn)室可以熟悉編程軟件，另一方面可以初步了解指令的運(yùn)行方式且能夠?qū)ψ约壕帉懙某绦蜻M(jìn)行初步驗(yàn)證；可以激發(fā)學(xué)員的興趣、增強(qiáng)感性認(rèn)識、開闊學(xué)員的想象力，有利于對知識的理解。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教員的指導(dǎo)作用主要體現(xiàn)在工作方法和思維方法的引導(dǎo)上，通過實(shí)驗(yàn)使學(xué)員對單片機(jī)有較為深入的認(rèn)識，讓學(xué)員充分體會到單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域是十分廣闊的，拓寬學(xué)員視野。
實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)場教學(xué)法可以彌補(bǔ)多媒體教學(xué)的不足，兩種方法相互結(jié)合，發(fā)揮各自的優(yōu)勢，能最大的提高教學(xué)效果。
3 增大實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)
學(xué)員在教員的指導(dǎo)下進(jìn)行課程設(shè)計(jì)，通過學(xué)員獨(dú)立完成課題達(dá)到對學(xué)員的綜合性訓(xùn)練。在設(shè)計(jì)中既涉及到許多設(shè)計(jì)原理與方法，還涉及到許多實(shí)際知識與技能，在設(shè)計(jì)中可以使學(xué)員對所學(xué)的內(nèi)容的掌握逐層遞進(jìn)、逐漸深入，最終達(dá)到融會貫通，有利于培養(yǎng)學(xué)員運(yùn)用課程中所學(xué)的理論知識獨(dú)立分析、解決實(shí)際問題的能力。
在課程設(shè)計(jì)中，教員的指導(dǎo)作用也是主要體現(xiàn)在工作方法和思維方法的引導(dǎo)上，應(yīng)以學(xué)員為主體，充分發(fā)揮其自主性和創(chuàng)造性，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)員創(chuàng)新能力的目的。
4 結(jié)語
在教學(xué)中把一些典型的例子引入課堂，使學(xué)員更容易理解所學(xué)的知識，增強(qiáng)學(xué)員的學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)學(xué)員學(xué)習(xí)的自覺性和主動性，使學(xué)員能夠感受到主體地位，就能更好的發(fā)揮學(xué)員的主觀能動性并激發(fā)他們強(qiáng)烈的求知欲；此外加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)的教學(xué)，比如實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)，這種將靈活的授課方式融于教學(xué)之中，有利于培養(yǎng)學(xué)員發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力和獨(dú)立思考能力。
參考文獻(xiàn)：
關(guān)鍵詞： 《單片機(jī)原理及應(yīng)用》 課程改革 教學(xué)實(shí)踐
《單片機(jī)原理及應(yīng)用》課程是一門面向應(yīng)用的、具有很強(qiáng)的實(shí)踐性與綜合性的課程，在通信類專業(yè)整個課程體系中，單片機(jī)知識處于承上啟下的核心地位，一般通信系統(tǒng)和智能儀器儀表的實(shí)現(xiàn)都離不開單片機(jī)。隨著計(jì)算機(jī)相關(guān)技術(shù)的快速發(fā)展，以單片機(jī)為最小系統(tǒng)開發(fā)的產(chǎn)品層出不窮，為了適應(yīng)新世紀(jì)對電子信息類人才的培養(yǎng)需要[1]，《單片機(jī)原理及應(yīng)用》課程教學(xué)需不斷更新。
本課程是一門綜合性、實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，通常分為理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)兩部分[2]。從理論教學(xué)來說，基本以教師課堂講授為主，由于該課程接口芯片多、內(nèi)容抽象、編程難度大，對初學(xué)者來說入門較難，學(xué)生無法深入理解芯片的原理和指令與程序的運(yùn)行。從實(shí)踐教學(xué)來說，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容多為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生只需要觀察和分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，沒有充分發(fā)揮自主學(xué)習(xí)能力，教學(xué)效果有限。
現(xiàn)依據(jù)多年來的教學(xué)實(shí)踐過程，摸索出一套基于“理論講授、實(shí)驗(yàn)練習(xí)、課程設(shè)計(jì)、電子實(shí)習(xí)”四階段的教學(xué)新模式，現(xiàn)談?wù)劥四Ｊ较碌母母锎胧?/p>
一、改革課程內(nèi)容
以知識為基礎(chǔ)，以能力為核心，構(gòu)建“基于應(yīng)用對象的單片機(jī)硬件設(shè)計(jì)及編程”課堂教學(xué)新方法，確保教學(xué)內(nèi)容的合理性、實(shí)用性和先進(jìn)性。打破傳統(tǒng)的循序漸進(jìn)式的教學(xué)方法，以典型項(xiàng)目實(shí)例分解模塊，以各個模塊構(gòu)建知識，前后連貫，層層遞進(jìn)。最后，將前述內(nèi)容以應(yīng)用實(shí)例進(jìn)行綜合，達(dá)到以“應(yīng)用”為主線連接所學(xué)知識內(nèi)容的目的，加深學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容的理解和運(yùn)用。
對教材內(nèi)容進(jìn)行選擇與結(jié)構(gòu)優(yōu)化，體現(xiàn)新知識、新技術(shù)、新方法，力求“適用、通用、實(shí)用、易用”。在突破傳統(tǒng)教材框架的方面進(jìn)行了一些嘗試與探索，考慮了教材內(nèi)容編排的基礎(chǔ)性、系統(tǒng)性，引入了反映最新科技發(fā)展的知識。內(nèi)容選材上，選用了STC89C52RC系列單片機(jī)作為介紹微處理器的重點(diǎn)，加深對單片機(jī)組成與工作原理的理解；在內(nèi)容上淡化芯片內(nèi)部組成，從編程所需角度介紹功能，強(qiáng)化其接口連線、應(yīng)用及總線連接技術(shù)，為應(yīng)用單片機(jī)硬件開發(fā)奠定基礎(chǔ)；從實(shí)用的角度著重介紹了串行A/D、TLC2543、SED1330系列大屏幕LCD、全雙工單片MODEM、高速并行USB接口芯片與單片機(jī)接口電路的設(shè)計(jì)和使用方法。
編寫“單片機(jī)應(yīng)用案例”講義，將整個單片機(jī)工程開發(fā)的過程以案例形式進(jìn)行講解，從硬件電路的設(shè)計(jì)到開發(fā)工具、環(huán)境的使用方法，再到具體的應(yīng)用案例，同時運(yùn)用匯編語言和C語言的編程方法，系統(tǒng)培養(yǎng)了學(xué)生的單片機(jī)產(chǎn)品開發(fā)工程應(yīng)用能力。
二、注重實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，培養(yǎng)創(chuàng)新能力
為了建立面向21世紀(jì)的通信專業(yè)教學(xué)新體系[3]，必須重新認(rèn)識課堂教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的關(guān)系。我們認(rèn)為，課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)是相輔相成的，二者都是學(xué)生學(xué)習(xí)與掌握知識的重要手段，其先后順序也不是固定的。在課程設(shè)置上，我們不求按部就班，而求高效率地向?qū)W生傳輸知識，充分調(diào)動學(xué)生的積極性和主動性，變被動學(xué)習(xí)為主動學(xué)習(xí)。以課程內(nèi)容中的案例為基礎(chǔ)，開發(fā)“單片機(jī)教學(xué)、實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)系統(tǒng)板”，將理論知識的講述和硬件電路的現(xiàn)場調(diào)試相結(jié)合，使學(xué)生對單片機(jī)的整個開發(fā)有了直觀的認(rèn)識，加強(qiáng)了對理論知識的理解。
實(shí)驗(yàn)過程[4]從軟件和硬件兩方面入手，軟件實(shí)驗(yàn)通過編寫程序，上機(jī)調(diào)試并運(yùn)行，提高學(xué)生編程的能力；硬件實(shí)驗(yàn)?zāi)軌驅(qū)崿F(xiàn)學(xué)生設(shè)計(jì)硬件，編寫接口程序，完成控制任務(wù)的目的。以單片機(jī)實(shí)習(xí)項(xiàng)目的開發(fā)和調(diào)試代替理論考試，系統(tǒng)考查學(xué)生的應(yīng)用能力和解決實(shí)際問題的能力。
實(shí)驗(yàn)內(nèi)容既要滿足基本教學(xué)實(shí)驗(yàn)的要求，又要為課程設(shè)計(jì)和實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)所用，通過這3個環(huán)節(jié)從基礎(chǔ)到簡單再到復(fù)雜的實(shí)踐過程，從驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)向設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)過渡，提高學(xué)生獨(dú)立思考解決問題的能力。
三、教學(xué)與科研相結(jié)合
要求教師能力雙向發(fā)展。《單片機(jī)原理及應(yīng)用》是一門面向?qū)嶋H應(yīng)用的課程，要突出學(xué)生的工程應(yīng)用能力。因此，要求教師盡可能做到雙向發(fā)展，充實(shí)理論知識、發(fā)展教學(xué)能力；多動手實(shí)踐，提高工程應(yīng)用能力。
鼓勵學(xué)生參與電子競賽。通過這個創(chuàng)新性平臺，使學(xué)生靈活運(yùn)用所學(xué)知識，并了解設(shè)計(jì)開發(fā)項(xiàng)目的過程，為以后的學(xué)習(xí)和工作奠定良好基礎(chǔ)。
鼓勵學(xué)生參與科研[5]。在培養(yǎng)學(xué)生基本技能的基礎(chǔ)上，鼓勵學(xué)生參與老師的科研項(xiàng)目，在承擔(dān)力所能及的工作的基礎(chǔ)上，積極嘗試難度更大的工作，鍛煉學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和解決問題的能力。
參考文獻(xiàn)：
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關(guān)鍵詞：CDIO教學(xué)模式；創(chuàng)新能力；教學(xué)改革；單片機(jī)
中圖分類號：TP368.1-4
《單片機(jī)原理及應(yīng)用》是電子信息類專業(yè)非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，也是一門技術(shù)性和實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科。掌握好單片機(jī)技術(shù)，對培養(yǎng)學(xué)生的工程素質(zhì)，提高其職業(yè)技能，具有非常重要的作用。然而，由于該課程名詞概念較多、邏輯連貫性較強(qiáng)、內(nèi)容較抽象，學(xué)習(xí)該課程既要掌握單片機(jī)的內(nèi)部資源及接口等硬件知識，又要掌握軟件編程知識，還要結(jié)合電子技術(shù)、傳感器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等相關(guān)的專業(yè)知識，教與學(xué)的難度都非常大，導(dǎo)致該課程教學(xué)效果一直不太理想。本文從當(dāng)前高校單片機(jī)教學(xué)存在的問題入手，結(jié)合多年的教學(xué)實(shí)踐，提出基于CDIO教學(xué)理念的單片機(jī)教學(xué)改革的方案和措施。
1 單片機(jī)課程教學(xué)現(xiàn)狀分析
單片機(jī)作為一門多理論、重實(shí)踐的課程，傳統(tǒng)的先基礎(chǔ)后應(yīng)用、重理論輕實(shí)踐的教學(xué)模式無法有效解決理論知識的學(xué)習(xí)與實(shí)踐能力的培養(yǎng)間的矛盾，嚴(yán)重影響了課程教學(xué)效果。目前，國內(nèi)高校單片機(jī)課程教學(xué)中主要存在以下幾方面的問題。
1.1 理論教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)手段有待改進(jìn)
單片機(jī)的理論教學(xué)大多以傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)為主線，采用“單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)工作原理指令系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)接口技術(shù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)”的順序講解。由于各知識點(diǎn)的學(xué)習(xí)相對獨(dú)立，課程結(jié)束后，學(xué)生無法了解單片機(jī)開發(fā)的完整過程。同時，隨著VLSI技術(shù)的發(fā)展，相關(guān)器件和接口技術(shù)發(fā)生了巨大變化，數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法也發(fā)生了根本性變化，但是MCS-51單片機(jī)作為教學(xué)的主流機(jī)型，其體系結(jié)構(gòu)并沒有發(fā)生革命性的變化，導(dǎo)致課程的理論教學(xué)落后于實(shí)踐應(yīng)用的矛盾日漸加深。其次，隨著單片機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，集成芯片不斷更新，仿真軟件大量涌現(xiàn)，單純的PPT幻燈片演示不能滿足教學(xué)的需要。
1.2 軟硬件學(xué)習(xí)脫節(jié)，缺乏綜合能力的訓(xùn)練
受客觀條件限制，單片機(jī)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)大多采用商品化的實(shí)驗(yàn)箱或開發(fā)板，圍繞有限的知識點(diǎn)進(jìn)行驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，缺乏綜合項(xiàng)目的實(shí)訓(xùn)。普遍做法是，學(xué)生按實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書“照方抓藥”，進(jìn)行簡單連線并下載實(shí)驗(yàn)程序，用萬用表、示波器等觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果。由于大量的實(shí)驗(yàn)都是按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書完成，學(xué)生缺少獨(dú)立思考、獨(dú)立動手的機(jī)會，導(dǎo)致大部分學(xué)生不會自行編寫程序，更不會擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)或設(shè)計(jì)新的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容；另一方面，由于學(xué)生不了解實(shí)驗(yàn)箱的電路結(jié)構(gòu)，無法建立單片機(jī)軟、硬件結(jié)合的系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念，導(dǎo)致大部分學(xué)生系統(tǒng)開發(fā)經(jīng)驗(yàn)嚴(yán)重缺失。
1.3 考核評價(jià)方式過于單一
目前，大部分高校單片機(jī)課程考核方式較單一，閉卷考試多，開卷考試少；筆試形式多，答辯形式少；理論考試多，實(shí)際操作技能的考試少；一考定成績的終結(jié)性考試多，多考綜合評價(jià)的形成性考試少。這種客觀性較強(qiáng)、偶然性較大的考核方式，無法全面、客觀地反映學(xué)生的真實(shí)水平。特別是對于單片機(jī)這種“硬件概念抽象難理解、軟件應(yīng)用多樣難設(shè)計(jì)”的實(shí)踐性較強(qiáng)的課程，時間一定與答案唯一的傳統(tǒng)考試形式只能在一定程度上考查學(xué)生對某些知識點(diǎn)的記憶能力，無法靈活考查學(xué)生分析問題與解決問題的能力。
2 基于CDIO的課程教改探索
針對單片機(jī)教學(xué)中存在的主要問題，根據(jù)平時教學(xué)中的經(jīng)驗(yàn)和體會，以提高學(xué)生解決實(shí)際問題的能力為目標(biāo)，對《單片機(jī)原理與應(yīng)用》課程教學(xué)采取了下列改革措施。
2.1 以項(xiàng)目為載體，優(yōu)化整合教學(xué)內(nèi)容
CDIO（Conceive Design Implement Operate）工程教育模式從以教師、教材和課堂為中心的“舊三中心論”過渡到以學(xué)生、學(xué)習(xí)和學(xué)習(xí)效果為中心的“新三中心論”，倡導(dǎo)“做中學(xué)”和基于項(xiàng)目的教學(xué)。基于CDIO的教學(xué)理念，我們精選最新出版的教材并對教材內(nèi)容優(yōu)化整合，將單片機(jī)的理論教學(xué)內(nèi)容分為內(nèi)部硬件資源、軟件編程、外部硬件接口三大模塊，并將有關(guān)知識點(diǎn)分解到各項(xiàng)目中。其中，內(nèi)部硬件資源模塊主要包括CPU、定時器、SCI串口、內(nèi)部RAM等模塊；軟件編程模塊在簡介匯編語言的基礎(chǔ)上，以C51編程為主；外部硬件接口包含外擴(kuò)的存儲器模塊、IO擴(kuò)展模塊、外部總線（I2C總線、SPI總線、USB總線、CAN總線等）模塊、LCD液晶顯示、傳感器等專用設(shè)備模塊。為了降低學(xué)習(xí)難度，使課程更具有條理性和可實(shí)施性，我們將項(xiàng)目按功能劃分成若干模塊，根據(jù)模塊功能的大小，又將模塊劃分成若干子任務(wù)貫穿于課堂授課。例如并行口的應(yīng)用劃分為發(fā)光二極管控制、數(shù)碼管控制、按鍵掃描及液晶控制顯示等子模塊，每個子模塊又設(shè)計(jì)為逐步提高的子任務(wù)。如針對數(shù)碼管控制，設(shè)計(jì)為“靜態(tài)顯示單字符靜態(tài)顯示多字符動態(tài)顯示單字符動態(tài)顯示多字符”等不同層次的子任務(wù)，各個子任務(wù)的控制電路、程序間相互關(guān)聯(lián)，學(xué)生在前一個子模塊基礎(chǔ)上，僅做少許改動，就可開發(fā)出另一個子模塊。這種基于項(xiàng)目的化整為零的課堂授課方式，能夠充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，有效調(diào)動教學(xué)雙方的課堂互動，提高課堂教學(xué)效率。
2.2 通過多維立體式實(shí)踐教學(xué)，體會“做中學(xué)”
根據(jù)單片機(jī)課程的知識點(diǎn)，我們按照基礎(chǔ)項(xiàng)目、簡單項(xiàng)目、綜合項(xiàng)目三種不同層次精心設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，如圖1所示。
圖1 層次化的單片機(jī)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目
其中，基礎(chǔ)項(xiàng)目完成對基礎(chǔ)知識和技能的培訓(xùn)，如通過“單片機(jī)最小系統(tǒng)板的設(shè)計(jì)與制作”使學(xué)生了解并認(rèn)知單片機(jī)的幾大功能模塊；簡單項(xiàng)目完成對單片機(jī)基本模塊的設(shè)計(jì)制作，如圖2所示，通過層次化的模塊設(shè)計(jì)，使學(xué)生掌握單片機(jī)的硬件資源及軟件編程；綜合項(xiàng)目由學(xué)生獨(dú)立構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施和運(yùn)作，如通過“自動響鈴系統(tǒng)”、“智能交通燈控制器”等應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)使學(xué)生熟知單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)與調(diào)試過程。為幫助學(xué)生盡快地進(jìn)入到項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，在項(xiàng)目實(shí)施前通過實(shí)物展示將往屆學(xué)生的設(shè)計(jì)成果帶進(jìn)課堂，使學(xué)生對單片機(jī)系統(tǒng)有感性認(rèn)識，并引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行討論。在項(xiàng)目實(shí)施過程中，通過“Proteus+Keil+單片機(jī)開發(fā)板+課程設(shè)計(jì)+學(xué)科競賽”的多維立體式實(shí)踐教學(xué)，讓學(xué)生在做中發(fā)現(xiàn)問題，經(jīng)過討論分析或教師指導(dǎo)后解決問題，在不斷修正錯誤的過程中積累實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)。
圖2 簡單項(xiàng)目模塊
2.3 實(shí)行分組項(xiàng)目設(shè)計(jì)，推進(jìn)團(tuán)隊(duì)協(xié)作學(xué)習(xí)
把CDIO思想引入單片機(jī)的課程教學(xué)，目的之一是培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作及項(xiàng)目研發(fā)能力，讓學(xué)生在團(tuán)隊(duì)環(huán)境下獲得較真實(shí)的軟硬件開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，提高學(xué)生在項(xiàng)目規(guī)劃、工作分配、成員交流等多方面的能力，培養(yǎng)學(xué)生積極向上的合作精神。在微型項(xiàng)目的設(shè)計(jì)及后續(xù)的課程設(shè)計(jì)中，我們采用學(xué)習(xí)小組的形式，一般3-4名學(xué)生一組，每組推選1名組長，在組長的帶領(lǐng)下，各組成員相互合作、相互交流，在培養(yǎng)實(shí)踐能力、掌握理論知識的同時，還注重職業(yè)素養(yǎng)的提高。
2.4 采取多元考核評價(jià)方式
以CDIO倡導(dǎo)的“過程評價(jià)”為基礎(chǔ)，關(guān)注知識、技能的學(xué)習(xí)過程，關(guān)注實(shí)踐環(huán)節(jié)及工程應(yīng)用能力，關(guān)注學(xué)生、教師不同主題的評價(jià)。為保證客觀、真實(shí)地反映學(xué)生的實(shí)際水平，《單片機(jī)原理及應(yīng)用》的總評成績由平時成績、項(xiàng)目模塊成績、期末考試成績?nèi)糠纸M成，并將課程的考核貫穿于課程教學(xué)的全過程。其中，平時成績占10%，包括課堂表現(xiàn)、課后作業(yè)等；項(xiàng)目模塊成績占40%，每組完成4-5個項(xiàng)目，主要考核硬件組裝、故障排除、軟件調(diào)試、軟硬件統(tǒng)調(diào)、系統(tǒng)性能檢測及儀器使用等。項(xiàng)目考核采取多元化的評價(jià)方式，學(xué)生先演示自己的設(shè)計(jì)作品，教師、同學(xué)、小組成員等根據(jù)作品完整性、創(chuàng)新性和實(shí)用性分別打分，最后由教師根據(jù)多方評價(jià)綜合量化得到每個人的成績；期末考試占50%，包括筆考和綜合性設(shè)計(jì)考試（各占25%）兩部分。筆考閉卷與開卷相結(jié)合，閉卷考主要考查學(xué)生對基礎(chǔ)知識、基本理論的掌握程度，總分30分，題型主要為填空題、選擇題、判斷題等客觀題，考試答案唯一；開卷考主要考查學(xué)生對知識的應(yīng)用能力，總分70分，題型主要為分析題和程序設(shè)計(jì)題，試題答案不唯一，旨在引導(dǎo)學(xué)生開闊思路，提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。綜合性設(shè)計(jì)考試包括一個單片機(jī)實(shí)用系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)、軟件編寫調(diào)試、系統(tǒng)統(tǒng)調(diào)、功能測試、課程設(shè)計(jì)報(bào)告，旨在全面考查學(xué)生對單片機(jī)應(yīng)用所需基本知識和技能的掌握程度。
3 結(jié)束語
將CDIO理念運(yùn)用于我院的《單片機(jī)原理及應(yīng)用》課程教學(xué)改革，經(jīng)過連續(xù)3個年級的教學(xué)實(shí)踐，收到了較為理想的教學(xué)效果。學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣有所提高，實(shí)際動手能力有所增強(qiáng)，同學(xué)間的合作意識和交流溝通能力得到了培養(yǎng)，對后續(xù)課程的學(xué)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)及就業(yè)有很大幫助，還需在今后的教學(xué)實(shí)踐中不斷探索與完善。
參考文獻(xiàn)：
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作者簡介：王艷玲（1965-），女，山東濟(jì)南人，教授，獲山東大學(xué)無線電物理碩士學(xué)位，研究方向：匯編語言、單片機(jī)原理等計(jì)算機(jī)硬件課程的教學(xué)及圖像處理、信息隱藏等。
