時間：2023-03-28 14:57:58
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1.1從知識點講授到以系統設計為主線的教學改革
我國高校在20世紀80年代初開始在少數高校開設單片機課程，面向電子和計算機專業高年級本科生和研究生，教材內容基本是單片機生產商提供的技術手冊、匯編程序設計和計算機原理與接口技術的綜合體。目前單片機教材雖然較多，但基本延續了這種傳統的教學思路，即以單片機的知識點為主線進行單元技術教學。隨著單片機教學在各層次學校的廣泛普及，這種教學思路顯現了明顯的不適應。系統設計性內容缺失和細節內容深度不夠，使一般學生在實際應用過程中仍然會遇到許多迷茫的問題。目前單片機基礎課教材的一個普遍性的問題是教學集中在分散的各個點，而對單片機系統整體結構性考慮不夠；重在局部和單元模塊，缺乏組織成項目的考慮。這種問題嚴重地體現在系統軟件設計中，一般學生會做例題和作業，不會設計解決實際任務的系統軟件。因此，單片機基礎課程教學改革的一個重點就是從知識點講授到以系統設計為主線，基于課程整體性并結合項目系統整體性考慮實施單元教學，重點提升學生系統性、綜合性設計能力。
1.2單片機與其它課程教學形成良性互動
在目前課程體系中，考慮到知識銜接關系，單片機課程在模擬電子技術、數字電路、計算機組成（微機原理與接口）、匯編程序設計等課程之后，一般安排在第6學期。這個安排的問題是學生實際綜合應用及拓展學習的時間較短。這在單片機進入我國高校的早期階段僅高端學生學習的情況下是合理的，在目前單片機普及教學情況下，作為工具和重要的學科基礎課，單片機課程應盡早讓學生掌握，對其熟練和提高系統設計能力、提高學習興趣、結合和促進其它課程學習將產生良好作用。單片機基礎課程涉及到的模擬電子技術、數字電路等知識，是相對簡單的，在課程中從應用的角度介紹即可，對單片機課程的教學沒有影響。實際上，有些同學從大一就開始自學單片機而且都取得了很好的效果，這對我們教學是一個很好的啟示。
2單片機理論教學的改革
單片機教材最初源于單片機生產廠家技術手冊、匯編語言程序設計和計算機組成與接口技術的綜合。單片機應用初期面向對象是重點院校電子和控制專業的學生和科研人員。傳統的授課方式是以知識為驅動，知識點之間比較分散，學生學完之后沒有系統的概念，缺乏貫穿所有知識的主線，形成不了體系。這種教學方法亟待改革。
2.1以項目為主線
系統結構性設計是一個重要的教學內容。從宏觀教學的角度考慮，我們將整個教學內容設計成基本涵蓋了本課程全部教學內容的一個項目，基于課程整體性并結合項目系統整體性考慮實施單元教學。對結構性的適當變化和局部內容的取舍，即可衍生和變化為其它的應用系統。通過這樣的教學設計，學生加大了對課程的興趣，逐漸地積累成就感，并最終能較快地進入系統設計者的角色，能較好地完成實際應用系統的設計。
2.2整體與局部關系
基于項目為主線的教學設計，在講述局部技術的同時進行系統結構性的教學，使系統整體性的考慮體現在局部中。例如LED數碼管動態顯示、步進電機驅動等技術，在目前教材中基本都是完成單一這類功能的小程序，而在實際應用系統中，這些功能要與系統核心任務并行執行，是一個“多任務”的概念，不能簡單地將教材示例的單一的小程序搬到應用系統中。其它如結合鍵盤掃描和多級LCD菜單形成多任務下的人機交互通道這些系統性內容的考慮，在單元教學中都要考慮到。
2.3教學內容和體系調整
調整應用匯編和C語言教學的比例。匯編指令有助于對單片機硬件的學習，程序代碼短、速度快，較多地應用在對時序有嚴格要求的測控系統中。隨著單片機硬件和軟件編譯技術的發展，代碼長度和速度已不是主要問題，重在軟件質量、開發周期和開發維護成本，大多數場合應用匯編的必要性已不存在。因此教學應以C語言為主，匯編只講解指令原理、尋址方式、必要的指令和在C語言中嵌入匯編程序的方法和實例。調整單元模塊教學順序。現有教材中一般將人機交互設計的內容放在最后，這不利于學生自主實踐。由于無法實施對運行過程必要的監測，使其在沒有仿真系統情況下調試有相當的難度。因此，將人機交互部分盡可能地提前可達到很好的效果。單片機基礎課程傳統教學對新機型和新技術介紹較少，應做適當的補充。增加IIC、SPI、PS/2等相關技術和應用的介紹、對其它典型單片機如AVR簡要的介紹，使學生在掌握基本單片機技術基礎上，能更容易地進入到高級層次的應用。
2.4挖掘基本知識內容的深度
把MCS-51單片機基礎知識講透徹，對后續嵌入式系統深層次學習可打下良好的基礎。以外中斷的重復響應和堆棧的溢出問題為例，學生在實際應用中經常遇到，但在教材中沒有相應的說明。前者是由于外中斷請求信號有毛刺，即使在進入中斷立即屏蔽中斷,且中斷請求信號已經撤銷的情況下，在退出中斷后還將引起此中斷的重復響應。問題在于對中斷請求信號、請求標志和響應過程這些基本知識講述不到位；后者是對堆棧空間位置、容量及系統對堆棧使用沒有準確概念。類似的因基本知識講述深度不夠，導致學生困惑的問題還有很多。因此要注重研究實際應用中典型問題背后的原因，深化和細化基本知識的講授，這對實際應用和提高可起到至關重要的作用。
2.5理論課中的實踐內容
單片機是一門實踐性極強的課程，該理論課不講授實驗實際是一個誤區。在理論課應用Proteus做部分仿真實驗，實驗效率高、理論教學效果好，并可達到擴展學習到課外的效果。因此，需協調好理論與實驗課關系，對仿真實驗學時做一定的硬性要求。另一個問題是系統調試技術的教學。系統調試是初學者開發單片機應用系統的一個難點，特別是在無仿真器情況下進行軟件調試。因此，在理論課中講述初等調試技術是有必要的，例如用示波器、LED顯示測信號、串行通信監測程序流程等。使學生提高系統設計和調試技能的同時，提高了實驗課效率，使實驗課有更多的時間用于綜合性實驗中。
3實踐教學模式的改革
3.1基于項目引領的實驗模式
我們許多課程的實驗課教學模式，基本上都出于傳統的公共基礎課實踐教學。其特點是對單一某個理論教學內容進行實驗演示和驗證。由于思維的慣性，這種傳統自然也延續到單片機實驗課中，致使學生綜合性實驗能力較弱，完成課程設計和實際應用設計的難度較大。作為嵌入式基礎和初級應用的單片機基礎課程，其最大特點是工程性。單片機本身是一個強大的系統集成工具，學生在專業知識基礎上用單片機及相關器件進行綜合分析和設計，最終要制作出滿足用戶要求的產品。因此，單片機實驗課的主體思路是綜合性、工程性。基于這一點，我們對實驗課在宏觀上調整為基于項目引領的實驗模式。首先是將基礎性實驗以Proteus軟件仿真形式在理論課上實驗和演示；其次是配合理論課將整個學期的實驗課安排成一個應用項目，將整個項目按照內部資源、擴展資源、前向通道、后向通道和人機通道等部分分解成各個模塊作為每次試驗課的內容。學生在完成單次試驗的基礎上，從軟硬件的角度對項目整體架構不斷地加深認識和理解，最后完成一個項目的全過程實驗。在這個過程中，學生不斷地積累系統級分析設計的能力，不斷地積累著成就感。學生增強了對實驗課的興趣，大幅提高了單片機實驗課的效率和效果。
3.2多種實驗手段的綜合運用
現在高校學生基本上都基于實驗箱做實驗。相對于傳統實驗手段（手工焊接或用面包板），實驗箱在單片機應用系統的軟件實驗方面具有優越性，但在硬件實驗方面，則現出其明顯的弊端。學生按照實驗指導書的指示在實驗箱上連接各端子，學生大多不去了解這種連接后形成的電路；沒有從設計、元器件連接、調試到完成全過程的鍛煉；實驗箱資源有限；不能進行多種硬件方案的試驗、硬件電路的優化設計和創新。我們根據實驗不同分別采用不同的實驗手段。應用面包板的實驗，側重于自己設計電路實驗方案、創新潛能的開發和硬件系統級調試技術的學習；手工焊接的實驗側重于實際動手技能和模塊及硬件調試方法的學習和鍛煉；應用試驗箱的實驗則重點側重于復雜系統的編程和軟件調試。同時，這些實驗手段的綜合應用，給學生創造了一個寬松的軟硬件實驗環境和發揮創造性的空間，增大了實驗課的吸引力，促進了對理論教學的理解，達到了很好的效果。
3.3發掘第二課堂的深度和廣度
單片機課外教學活動是可行和必要的。組織成立學生課外活動小組，為學生設計階段性任務。這些任務可以是承擔科研項目的分解部分，也可以是有意義和價值的小題目。學生的任務可以指標化，小組實行優勝劣汰。這對學生提高課程興趣、加深理解、拓展知識和帶動整體學習起到了重要作用。每年一次由教育部和信息產業部共同舉辦的大學生電子設計競賽，是一次極好的單片機實踐教學活動。要進行規范整理，優化模塊設計，使之成為標準件，進而成為教學資源，進而促進教學教改工作進展和良好學風校風的建設。
4結語
摘要：本文分析了以往單片機教學存在的問題，根據自己的教學經驗提出了新的層次教學法，滿足了不同能力層次學生的要求，提高了教學效果和學生實踐動手能力。
關鍵詞：單片機；教學法；層次式教學
中圖分類號：G642 文獻標識碼：B
1單片機原理教學存在問題
1.1傳統的課堂教學模式
傳統的教學思路是按照教材的順序，先講單片機硬件基礎知識，再講指令系統和匯編語言程序的編制，最后講接口技術和一個單片機應用實例。學生只有在課程學習的最后才接觸到單片機的實際應用系統，而在此之前的學習由于學習目標不明確，學生會感到學習內容枯燥乏味，學習了也不知道怎么用，故而學習的興趣不高。
1.2傳統的課堂與實驗教學模式
現在的單片機實驗設備很完善，能操作的實驗項目非常多，實驗指導書對實驗步驟、方法等規定得很詳細，學生只能在固定的實驗題目范圍變更接線，最多是在本程序內修改一下程序，動腦和動手的機會極少。實驗內容充其量就是主要是驗證書本上的原理，表面上學生很好地完成了實驗，實際上助長了學生的依賴性，無法發揮學生的想象力和主觀能動性，從某種程度上禁錮了學生的思路，扼殺了學生孕育創新意識，忽略工程設計方面的訓練，缺少文獻資料查閱能力的訓練，缺乏對新器件、新電路應用的認識，對單片機在工程中的應用更是一知半解，這個問題在畢業設計環節中反映更強烈。
實驗教學缺乏完善的考核機制，實驗教學內容往往隨教師的喜好而定，且實驗考核方法不完善，“重知識、輕能力、重記憶、輕創新、重理論、輕操作”的考核模式普遍存在，從一定程度上助長了學生普遍不重視實際應用的不良風氣。
2課程層次式教學改革
單片機原理及應用是一硬件設計和軟件編程相結合的實踐性強的課程，硬件是應用基礎，但功能實現又離不開軟件，只有硬件和軟件都掌握了才能應用，針對單片機課程這個特點，筆者結合多年的教學經驗，對單片機教學提出層次式教學方法。所謂層次式就是根據單片機課程特點，以人的認知規律為主線，把教學內容分為學習單片機基本知識和功能結構、熟練掌握基本功能應用和單片機系統應用等階段方法來學習以及考核辦法。實施分層教學法首先要根據學生的實際情況、教學目標以及教學學時來合理的確定這幾個授課階段的學時數。我們可以把單片機教學的層次階段概括為“學”、“練”、“用”以及“考”四個層次。
2.1學――學習單片機基本功能結構和指令系統
這個層次內容包括單片機基本知識、硬件結構、指令系統、編程技術、匯編的編輯調試等幾大塊的內容。教學原則可在老師指導下學習最起碼的基礎，先學“一知半解”，不求多，不求快 ，也不求“全面”，更不求“系統”。以老師的教授為主，讓學生感性認識、熟悉為目的，同時在教學過程中也要采取教學技巧。
(1) 上好第一堂課
興趣是最好的老師，如何讓學生對“單片機原理與應用”課程學習感興趣第一次課精彩的開場白尤其重要。最好的方法就是現場演示，例如演示預先編好“跑馬燈控制”，先用PowerPoint演示該控制程序的硬件結構原理圖、程序清單等，然后現場把源程序經Keil C編譯成Hex文件，通過刻錄器刻錄到芯片AT80C51中，通過面包板把石英晶體和電容連接到AT80C51芯片引腳XTAL1、XTAL2以及RST上就構成了單片機的最小系統，通過P1口連接上8個LED，加上5V的電源(可通過干電池提供)確定無誤后，就可以看到結果了。整個過程只花10分鐘的時間，但卻讓學生了解這門課是與實際應用緊密結合的，并且初步了解單片機的開發過程，接著介紹單片機控制系統在工業、農業、國防等生產生活領域的應用，向學生交代課程的主要內容和教學目的，使學生對單片機系統有一個深刻的感性認識，提高學生的學習興趣，為學好本門課程奠定堅實的基礎。
(2) 實物教學法
在教學過程中，講授的理論是抽象的，最好讓學生看實物，一邊觀察實物一邊學習，把理論體現到實物上去，例如講芯片引腳時，讓學生看看芯片80C51實物，針對實物講引腳的功能、結構、使用方法等；在講到單片機的定時計數、串行通信等功能時列舉一些學生們平時能夠見到的儀器設備，如在物理實驗中用到的數字毫秒計時器、數字信號發生器等，以增加學生對單片機應用的感性認識，引發學生求知探索的強烈欲望。
(3) 指令講授技巧記憶法
指令是程序編寫的基礎，如何讓學生熟悉掌握MCS-51的111條指令，在按功能分為成的五類指令里，根據其功能，抓住其源、目的操作數的不同組合，再輔之以下面的教授方法，是完全能記住的。
① 指令圖示講授記憶法
圖示記憶法是把操作功能相同或相似、但其操作數不同的指令，用圖形和箭頭將目的、源操作數的關系表示出來的一種記憶方法。例如：由助記符MOV、MOVX、MOVC組成的送數組指令，可以用圖1、圖2、圖3表示。
② 英文還原講授記憶法。
單片機的操作碼助記符是該指令功能的英文縮寫，有些指令容易混淆，可將縮寫還原成英語原文，再對照漢語有助于理解其助記符含義，從而加強記憶。例如：短轉移(SJMP)
Short Jump；長轉移(LJMP)Long jump；比較轉移(CJNE)Compare
Jump Not Equality；絕對轉移(AJMP)Absolute jump；交換(XCH)Exchange；左環移(RL)Rotate Left；進位左環移(RLC)
Rotate Left Carry；右環移(RR)Rotate Right；進位右環移(RRC)Rotate Right Rarry。
③ 口訣記憶法
對于有些指令，我們可以把相關的功能用精練的語言編成一句話來記憶。如PUSH direct和POP direct這兩條指令。初學者常常分不清堆棧SP的變化情況，為此編成這樣一句話：(SP的內容)加1(direct的內容)再入棧，(SP的內容)彈出(到direct單元)SP才減1。又如乘法指令中積的存放，除法指令中被除數和除數以及商的存放，都可以編成口訣記憶如下：
MULAB高位積(存于)B，低位積(存于)A；DIV ABA除以B，商(存于)A余(下)B。
總之，在講授單片機的指令系統時，充分運用技巧，寓指令于例子當中，可以將單片機實驗中的實例穿插在指令系統中介紹，并注意實例中涉及的指令盡量使用已教過的指令，讓學生盡快熟悉掌握這些指令。
(4) 模擬仿真教學法
在指令學習過程中，先用軟件進行程序運行模擬仿真，讓學生看到指令執行的真實效果，更確切地體會到每一條指令執行時的內部過程，這樣學生學指令輕松了，就激起了學習興趣，學習匯編指令時不再枯燥無味。與此同時，盡可能讓學生逐漸熟悉匯編程序編寫調試的方法、技巧等。同時教導學生多讀書上的例題和別人編寫的程序，自己再結合實際初步編寫一些程序。
2.2練――單片機基本功能應用練習
“練”這個層次主要是對單片機熟練掌握各功能模塊應用，包括基本輸入輸出應用、定時器應用、中斷應用、串行口應用、并行口擴展應用、A/D、D/A應用等，同時加強編程能力。在這個層次倡導實驗教學為主，課堂教學為輔的教學指導思想，同時加大實驗室開放力度，保證學生實驗時間。具體來說，就是以學生實驗為主，教師主要任務就是針對每個功能選擇、設計實例，同時把實例分解成若干個任務，針對每個任務細分為具體的教學知識點，以深入理解第一個層次學習的各知識點，通過對知識點的深入理解，再獨立完成每個任務所需的實驗項目來達到教學目的。所以教師在設計教學實例時，遵循由淺入深，由易到難的原則，可設計/選擇三種層次的實驗項目：
① 驗證性實驗，用來驗證每一個功能模塊的工作原理，在設計時一般較簡單，功能單一，就是用來加深對知識點的理解，并不斷反復修改實現不同功能要求，以提高基本運用和基礎編程能力。
② 綜合性實驗，多個功能模塊綜合使用，程序較復雜，使編成能力和運用能力進一步提高。
③ 創新性實驗，要求學生學會查閱參考資料、獨立設計實驗的硬件電路和程序，并對軟件進行調試的能力。
同時要正確地引導學生從已熟知的內容入手，不斷增強自信心、慢慢的把所學的知識有效地形成一個方向明確、思實驗路清晰、具有內在聯系的問題鏈。
2.3用――單片機的應用實踐
這個層次主要是把單片機分散、獨立的知識融會貫通，集中應用到具體系統中去，培養學生單片機的實際綜合開發能力，通常以課程設計的形式體現。在設計之前只為學生作簡單的提示，主要靠學生自己去摸索，學會查閱參考資料，自己決定采用什么方案、如何選用芯片、如何組織器件、如何編程實現等，并對軟硬件進行聯機調試、指標測試。在調試過程中，學生學會自己動手分析結果，解決實驗中出現的問題，在解決問題的過程中進一步加深對單片機應用系統軟硬件設計的理解，提高學生獨立學習的能力，增強學生的自信心。當課題完成后，還要求學生寫出課程設計報告，使課程設計的過程與畢業設計相似，使學生了解完成一個課題的全過程。這樣的課程設計不僅提高了學生的綜合設計能力，而且培養了學生嚴謹的科學態度，為他們今后進一步的學習和深造打下了基礎。實踐證明在完成課程設計后，學生的設計能力和實際動手能力普遍提高了。
2.4考――單片機教學的考核
為了強化學生的動手能力和應用能力，對課程的考核成績采用結構化成績，由3部分組成:主卷成績(期終理論筆試)占40%，副卷成績占30%，平時實驗成績30%組成，創新、論文等作另外加分。
平時實驗成績主要由出勤率、實驗態度、實驗動手能力、實驗成功率和實驗報告成績等內容組成。實驗報告成績依據學生實驗記錄、實驗內容完成情況及實驗報告質量等組成。
副卷成績主要包括課程設計成績和實驗考核成績。課程設計成績主要是考查學生在知識運用上表現出來的獨立設計和綜合分析能力以及解決問題的能力，要求學生重視平時知識的積累、能力的培養和樹立嚴謹的科學態度。實驗考核要求學生現場抽題完成，允許學生帶教材、作業本和輔導書參加考試，但不能討論，在規定時間內完成一個較為簡單的設計性實驗，并且現場完成實驗報告。教師根據實驗結果現場給予評分，旨在考查學生的理論基礎和應用知識的能力。
加分項用于鼓勵和培養學生創新精神。當學生有所創新、有不同于其他同學的設計功能、程序部分涉及教學以外的知識、協助老師完成科研成果、發表相關的論文時，教師酌情加分。新的考核方式更注重實踐能力的培養。
3結束語
經過幾年實踐證明，這種教學方法能滿足不同能力的學生的需求，逐步改變了學生對單片機技術畏懼的態度，從下手到自行開發出實驗產品，這都是加強教學改革的結果。本教學方法符合我校提出的加強學生的實踐能力，培養“應用型、開發型”人才為目標，開拓學生出口(就業)。當然在教學改革中仍然有大量的工作要做，還有許多課題有待進一步探索、完善。
參 考 文 獻
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[3] 丁留貫. 《單片機原理與應用》課程教學方法的探討[J]. 氣象教育與科技,2006,(3):20-23.
[4] 魯俊生,萬忠,萬光毅. 單片機課程教學改革的實踐和思考[J]. 實驗室研究與探索,2004,(3):54-56.
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[關鍵詞]獨立學院 單片機 實驗教學
引言
目前，單片機在我國的各行各業得到了廣泛應用，眾多院校均開設了單片機原理與應用方面的課程，這是一門技術性和實踐性很強的學科，必須通過一系列的軟硬件實驗、理論聯系實際，才能學好、學懂，取得較好的學習效果。因此，單片機實驗教學是單片機原理及應用課程中必不可少一部分[1]。而獨立本科院校的學生要想在眾多的大學生中具有更強的競爭力，必須在掌握理論知識的基礎上，更加注重實踐動手能力的訓練，這樣將來踏上社會，應聘且從事與本技術相關的工作時，才能脫穎而出。
傳統的單片機課程的實驗教學仍然是利用現有的實驗設備以驗證型實驗為主，各實驗之間相互獨立，聯系不緊密，在實驗課上學生僅僅需要將現成的軟件和硬件進行驗證，就完成了一次實驗任務。由于教學設備是成品，線路大多在實驗箱或者實驗電路板中已經設計好了，從外部根本看不到電路是如何連接的，且生產商很少配備完整的電路原理圖，學生在做實驗時，要求連的線很少，很難參與到電路設計的細節中，動手能力也就很難在實驗課程中得到訓練和提高，導致學生缺乏整體設計能力，動手能力普遍較差[2]。因此在這類實驗課中學生既不能得到有關硬件設計的訓練，也不能得到軟件編程的訓練，這樣學生不能充分的發揮他們的主觀能動性和創新能力，教師的課堂教學效果也不夠理想。針對以上傳統的實驗課教學中出現的弊端，筆者憑借多年從事“單片機”課程的教學經驗，積極認真地對“單片機”的實驗教學方法進行探索和嘗試，發現一種行之有效的方法――單片機應用系統實驗教學法。這種方法需要教師提前設計一個單片機應用系統，然后將系統分解，按照實際的教學周分步驟，按照相關的理論教學內容分層次來安排教學順序，這樣安排的實驗課就為學生提供了一定的設計平臺。
在此，以“4×4矩陣式鍵盤計算器”這個單片機應用系統為例，從實驗任務的設計、教學安排的設計及考核方案的制定等三個方面對“單片機應用系統實驗教學法”進行陳述。
一、實驗任務的設計
當有按鍵按下時，將其鍵值顯示出來，同時有按鍵按下時發出蜂鳴。在按鍵上有+1鍵，可實現當前數值加1，并通過數碼管顯示；在按鍵上有-1鍵，可實現當前數值減1，并通過數碼管顯示。P1口使用灌電流方式驅動一個共陽級8段數碼管，P2口則以行列掃描的方法連接16個按鍵，為了能在有按鍵按下時發出聲音提示，使用P0.0引腳通過NPN三極管驅動一個蜂鳴器。圖1所示為“4×4矩陣式鍵盤計算器”系統原理圖。系統包含單片機最小系統、4×4矩陣式鍵盤、蜂鳴器輸出和數碼管顯示模塊。
圖1：單片機應用系統原理圖
二、教學進度的設計
根據以上對整個實驗任務的描述，可以使學生明確最終的設計目標。按照整個系統的功能，對該系統進行分解，并結合單片機教材的理論內容整理出一份詳細的教學進度安排表，認真設計每一次實驗課的內容及要求，引導學生進行思考和實踐，這樣可以較大地調動學生學習單片機的興趣，如表1所示。表1是根據實驗學時為16課時的教學計劃給出的針對單片機原理課程的課內實驗，要求每周安排2課時的實驗課，因此根據理論課程的進度大致安排從每學期的第9周開始進行，至第16周結束，共計8周。
表1：“4×4矩陣式鍵盤計算器應用系統教學進度安排表”
建議采用“單片機應用系統實驗教學法”的教師在制定教學計劃時，可以根據不同的教學要求設計出一個或多個“單片機應用系統實驗教學進度安排表”。在整個實驗教學過程中，教師可以對一個班級進行分組，由教師指定按照2～5人為一個小組，這樣在鍛煉動手能力的同時，又培養了學生的團隊協作能力。學生在實驗的每個階段都必須與教師充分地交流和探討，這對于教師來說，雖然增加了輔導的工作量，但可以及時地把握學生對課程的理解程度、掌握程度、學習水平和完成情況等，也可以為今后對不同學習層次的學生進行更有針對性的輔導打下基礎，另外也保證了絕大多數學生完成的進度。
三、制定考核方案
為了更全面、客觀、公平地反映出學生實驗的實際水平，尤其是學生的實驗動手能力和分析、解決問題的能力，可以根據實驗教學的安排，對學生的單片機實驗過程進行量化評分，如表2所示，為“4×4矩陣式鍵盤計算器應用系統”的實驗成績考核量化表。以小組為單位，對每個階段的進展情況進行評價，在最后一個階段對成果進行驗收，檢查是否滿足設計要求，并以答辯的形式對每位學生進行考核，要求每位學生展示和講解設計內容，并回答至少2個有關該系統的硬件、軟件、仿真、制作等方面的問題，最后由教師根據以上完成情況進行成績評定。按照此類考核方案對學生進行打分，可以確保從各方面對學生的實驗綜合能力的考察。教師還可以針對每個階段的特點制定出更為詳盡的評分細則。
表2：考核量化表
四、結束語
由于單片機技術的迅速發展，社會上對此類人才的要求也越來越高，大學生更加渴望在踏入社會之前就能掌握這些本領，這無疑給教師提出了更高的要求，因此，教師應該更加重視實踐教學環節，合理地設計實驗內容，讓學生學有所成。本論文提出的單片機應用系統實驗教學法給學生提供了一個自主學習單片機、進行系統設計和創新的平臺，能夠在很大程度上激發學生的學習興趣，也為學生創建了一個鍛煉團隊協作能力的機會，能夠使學生在專業能力、社交能力、團隊合作和自信心等諸多方面得以鍛煉，教學效果非常明顯。
[參考文獻]
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關鍵字：單片機；教授；LED霹靂燈；實驗室
單片機是計算機發展的一個重要分支領域，是一種集成電路芯片，是采用超大規模集成電路技術把具有數據處理能力的中央處理器CPU隨機存儲器RAM，只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統、定時器/計時器等功能（可能還包括顯示驅動電路、脈寬調制電路、模擬多路轉換器、A/D轉換器等電路）集成到一塊硅片上構成的一個小而完善的微型計算機系統，在工業控制領域的廣泛應用。單片機課程，是電子信息專業、電氣自動化專業等學生在校學習期間，必須完成的一項重要的動手實踐活動，單片機技術是一門不可或缺的技術，對我們的工作以及生活和學習都有很密切的聯系。近年來，隨著電子技術和微機計算機的迅速發展，單片機的檔次不斷提高，其應用領域也在不斷的擴大，已在工業控制、尖端科學、智能儀器儀表、日用家電、汽車電子系統、辦公自動化設備、個人信息終端及通信產品中得到了廣泛的應用，成為現代電子系統中最重要的智能化的核心部件。
作為電氣自動化專業的學生，單片機是一門重要的專業基礎課程，學好單片機課程對以后的工作有著舉足輕重的作用。單片機課程是一門理論與實踐結合非常緊密的課程，對學生的動手能力要求非常高，而作為高職的學生能否學好單片機課程顯得尤其重要。作為一名高職院校的專業課教師如何上好單片機課程，如何提高學生學習單片機的興趣，激發他們的動手能力，是單片機老師必須好好思考的一個重要問題。
一、備課認真充分
要想上好一門課，備課的好壞直接決定著學生在學習這門課的效果，而作為老師首先必須對自己所教這門課的教材要有一個清晰的整體的了解，把握所選用的教材的整體知識結構，結合課堂教學的實際情況，做出合理的調整，有條不紊的把單片機的知識傳授給自己所教授的學生。例如我選用的《例說51單片機C語言版》，這本教材主要分為三大塊：第一部分是基本開發環境的介紹，其中包含8X51的基本結構、開發系統和程序設計語言。第二部分是8X51結構與應用，其中包含輸入、輸出端口、中斷、定時器/計數器、串行口等。第三部分是系統應用，包括音樂程序的開發、步進電機的控制、AD/DAC接口芯片的應用、LED點陣的驅動、LCD模塊的應用、習題解答等。我在備課時考慮到，單片機課程與數字電路和C語言都有非常密切的聯系，而學生可能對以前學過的這些知識有所遺忘，所以在學習單片機課程的前奏和學習過程當中我都會引導學生共同回顧這些知識，做到上課心中有數，條理清楚的教授每一個知識點。
二、改變單一的授課方式
因為高職學生與本科學生相比，理論基礎知識有所欠缺，而且學生在學習純理論知識時會感覺到比較枯燥而且知識相對比較抽象，學習起來感覺有困難，提不起來興趣。所以我在上單片課程時，選用此教材時，授課時結合高職學生理論知識不扎實的特點做了相應的調整，在硬件部分學習中我降低了難度，讓學生到實驗室去學習，在抽象的理論知識和實物結合在一起學習時，抽象變得具體，學生在認真學習時一切難點都會迎刃而解。學生的興趣提高了，學習起來也有明確的目的性，萬事開頭難，一旦在學習單片機的初始興趣就被調動起來，為學好單片機課程做了一個良好的開端。
三、理論與實踐相結合
我在教授單片機課程時，課堂基本都放在實驗室里，學習單片機時不再按照課本的排序講解，而是按照實驗項目進行逐步講解，在講解每一個實驗項目前，我都會先把這個實驗項目要實現的實驗現象先演示給學生看，這樣可以很好的激發學生學習的欲望，學生會在心里有一個學習的欲望，會想這是怎么完成的。然后我在引導學生，和學生一起逐步學習要學習的實驗內容，學習每一個實驗的同時，把相關連的理論知識逐步進行講解學習，這樣學生在學習時就不會覺得理論知識枯燥，并且在學習相關理論知識時也有著明確的目的，知道他們是用來做什么的，邊講解，邊動手操作，理論與實踐緊密的結合在一起，學生學習起來印象深刻，對所學的東西也會產生極厚的興趣，俗話說的好，興趣是學習一切最好老師，有了情趣，就為學好單片機打下了堅實的根基。例如在講授學生接觸到的第一個實驗霹靂燈時，在學生學習完成必須完成的學習任務后，我給學生出了一個思考題目，讓學生自主的改變自己的LED燈的變換方式，但是一定要有自己特定的閃爍規律，并且最后作為平時上課表現的實驗積分，這樣以來學生學起來有壓力同時又有動力，而且更好的激發了學生自己的創造能力，開拓了學生的思維，激發他們創造性。讓學生真正掌握學好單片機。
參考文獻：
關鍵詞: 單片機 Proteus 網絡化虛擬單片機 開放實驗室
1.引言
高校實驗室不僅要滿足課程實驗的需要,而且要為科研和學生的個性化發展提供基地。它是培養具有工程實踐能力應用型人才的重要保障,直接影響著創新人才的培養質量。實驗室的建設和管理是教學改革的重中之重,其中實驗室的開放是實驗室生命的源泉,而這一點常常被人們忽視[1]。我通過分析所在學校單片機專業實驗教學的特點,以及單片機實驗室教學中存在的問題,提出了網絡化虛擬單片機開放實驗室的建設方法,并根據學校現狀,對實驗室的網絡化和單片機實驗平臺的虛擬化,以及實驗室開放管理等方面進行了探索研究。
2.單片機實驗室現狀
《單片機原理及系統設計》課程的特點是應用性強,要求有較多的動手實驗。實驗室的開放性與硬件實驗資源的充足程度是讓學生有更多動手實踐機會的關鍵所在。目前,我校單片機實驗教學平臺結構如圖1所示。主要存在如下不足。
2.1實驗條件不足,開放度不夠。
目前,很多學校都嘗試開放實驗室,希望能夠讓學生變被動學習為主動探索,這有利于培養學習的創新精神和實踐能力,提高綜合素質。但是,由于實驗條件所限,往往效果都不盡如人意。以我院為例,《單片機原理及系統設計》實驗室的硬件情況是約20臺套實驗硬件平臺,開設實驗時,每組3―4人。這樣,每次操作的學生只有1―2人。另外,實驗課程平均每學期80學時,而實驗室開放時間大約50學時/學期,其他時間基本都是空閑的。顯然,由于實驗硬件條件、時間和空間所限,該實驗課程的開設條件不能為學生提供更多的動手機會。
2.2實驗教學內容陳舊,實驗缺乏創新。
由于實驗教學時數所限,學生在實驗課程中的教學內容都相對簡單,并且大部分的實驗都是驗證性實驗。按照實驗指導書提供的操作步驟,學生在整個實驗過程中都是“傻瓜式”操作。對于不善于思考的學生,不能很好地起到思維訓練的教學目的。另外,學生所做的實驗內容都相對較固定。由于硬件實驗箱所限,學生不能靈活完成綜合性的設計性實驗內容。這一點不足,在每學期學生做課程設計的時侯,顯得尤為突出。
2.3設備管理維護困難。
由于在實驗過程中,學生的流動性比較大,常常出現實驗箱中元器件燒壞、實驗臺式電腦的軟件平臺丟失文件和其他的一些問題。這些問題給實驗室的管理和維護都增加了不少人力和硬件成本。另外,對于開放實驗室時間,需要額外為安排工作人員負責管理實驗室,這也增加了管理成本。
3.基于Proteus的網絡化虛擬單片機開放實驗室
通過以上對我院《單片機原理及系統設計》實驗室、實驗課程與管理方面存在問題的分析,論文下面對具有網絡化的單片機開放實驗的建設方案進行了研究和探索。
3.1 Proteus的功能。
Proteus是英國Labcenter公司開發的電路分析、實物仿真與印制電路板設計軟件,它可以仿真、分析各種模擬電路與集成電路,軟件提供了大量模擬與數字元器件與外部設備,以及各種虛擬儀器,特別是它具有對單片機及其電路組成的綜合系統的交互仿真功能。它支持的單片機類型很多,支持大量的存儲器和芯片,并在同類產品中具有明顯的優勢,是未來單片機系統設計開發的新趨勢之一[2]。Proteus有相應的網絡版產品,支持局域網聯網工作,這使得建立虛擬開放的單片機仿真實驗室成為可能。
3.2網絡化單片機虛擬實驗平臺。
針對現有實驗平臺存在的不足,充分利用Proteus軟件的強大單片機和電路仿真功能,以及支持網絡平網功能的特性,結合我院實際情況,我構建了以下網絡化單片機虛擬開放實驗室平臺,如圖2所示。
網絡化的單片機虛擬開放實驗室總體上包括3部分內容。第一部分是整個網絡的管理部分,即圖中的網絡管理中心部分。該部分的主要功能是完成整個網上開放實驗室的服務器部分。Proteus服務器上需要安裝網絡版的Proteus軟件,該軟件是進行校園內網上單片機系統設計和模擬仿真的基礎軟件。整個網絡管理中心網絡通過校園網與學生宿舍和實驗室(教師辦公室)相連,以便于用戶隨時可以在網絡上進行“開放”的單片機系統仿真實驗。第二部分是校園網部分。該部分基于我校現成的校園網絡環境,提供虛擬開放實驗室的網絡和計算機平臺。第三部分是分布在校園內的各種Proteus客戶終端。客戶終端主要由兩大類用戶構成,即宿舍內的學生個人電腦和實驗室、辦公室的電腦。所有的客戶端需要安裝Proteus的客戶端程序。客戶端通過校園網絡可以隨時使用網絡中心服務器上的資源包。
3.3網絡化虛擬單片機開放實驗平臺的優點。
首先,現有電子類實驗室是封閉式的實驗教學模式,即在規定的課時時間內,學生在規定的場地內,進行規定的實驗內容;現有的各種電子類教學實驗,基本是進行固定程式的驗證式實驗,實驗所用的元器件,線路板已選好,學生所做的工作僅是對實驗箱連連線,使用一下測試儀器、儀表,建立相應概念而已。理論上,以上不足都不利于鞏固所學內容、提高實驗效果;不利于提高學生的學習積極性和培養學生的創造性思維。當采用基于Proteus的網絡虛擬實驗室,有利于克服以上不足。
其次,在實踐方面,基于Proteus的網絡虛擬實驗室,一方面,解決了時間與場地的限制(建立Proteus的網絡服務器,只要有網絡,隨時隨地都可以登錄服務器學習),使學生能有充夠的時間深入了解及研究實驗的內容,學生對實驗的興趣也得到了鼓勵和保護。另一方面,有利于學生創新思維能力的培養。基于網絡的Proteus虛擬實驗室,使得以下過程成為可能:學生從有一個概念(或想法)開始,然后著手電路原理圖的設計、編寫程序代碼、調試、PCB設計,最后形成產品的整個開發過程的訓練。
最后,利用Proteus軟件建立的單片機虛擬實驗室,只要配備相應的軟件,就可以作為電路分析、電子技術、嵌入式等課程的虛擬實驗平臺。因此,該實驗平臺將是一個多功能的、先進的、創新型的、易于管理和維護及低投入高回報的實驗平臺。
4.結語
網絡化虛擬單片機開放實驗室不僅合理利用了學生個人的電腦資源,在開發和網絡化的實驗環境中學生隨時都可以做實驗,而且網絡化的平臺降低了管理人員的數量和維護工作量。該平臺能給予學生更大的自由度,培養學生的創新能力,極大地提高實驗教學質量。
參考文獻:
[1]謝玲等.高校開放嵌入式實驗室的探索[J].計算機教育,2010,(7):55-57.
關鍵詞：單片機；教學改革；六步教學法；應用性
中圖分類號： TP368.1-4；G642 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）31-100-2
0 引言
單片機技術是目前電子技術領域PLC、嵌入式、單片機三大主流技術之一，單片機在國民經濟、生產、生活中已經得到了廣泛而深入的應用。單片機教材種類繁多，版本五花八門，傳統的教材以匯編語言教學居多。在教學方法和教學模式上，國內各高校具體實施時也是各有特色。在培養學生的單片機應用能力方面，每個老師的重視程度以及學生最終的學習效果也是參差不齊。但有一點大家都必須承認，很多學生學完單片機后，不能靈活的應用到工程實踐中，甚至到畢業時還不會用單片機做個小系統，這一點從學生的畢業論文和畢業設計中可見一斑。因此，剖析傳統單片機教學存在的不足，改革教學模式和教學內容，探索出真正能夠培養學生應用能力、達到理想教學效果的教學方法勢在必行。
1 單片機教學現狀及存在的問題
在傳統的教學中，筆者和全國很多高校教師一樣，采用的教材為純匯編語言教材，講課過程是采用先理論后實驗的教學模式，理論學時遠遠多于實驗學時，比如80（理論）+16（實驗），而且實驗課一般安排在課程結束前的幾個周進行。理論和實驗嚴重脫節，實踐環節給學生動手的機會太少，很多學生都是學的稀里糊涂，一知半解。考核方式一般都采用理論筆試閉卷進行，難以考查學生能力。這種傳統方式已經嚴重影響了教學效果。存在的主要問題有以下幾個：
1.1 教材選擇落后，教學內容滯后
很多老師固守成規，不愿意嘗試使用新教材，學習新內容。喜歡吃老本，用慣了匯編語言版本教材，而不愿換用C語言版本教材，在教學中重視匯編語言的教學，對于單片機各單元硬件模塊、寄存器、功能指令講解過于詳細，導致學生難以理解，對于程序設計也僅僅是數據的運算、數據傳送、寄存器的操作使用等，沒有涉及什么實際應用項目。指令種類太多，難以記憶。學生沒有學習興趣，感覺枯燥無味，上課無精打采。
1.2 實驗設備陳舊、實驗內容選擇不足以滿足教學要求
很多高校的單片機實驗設備，多為8051單片機實驗箱式，且老化陳舊。這種設備一般會配帶實驗指導書，連線、原理、程序清單都會給出，學生只需要按照說明書連線，然后運行程序結果就出來了，沒有什么實質性教學意義。開放性、設計性和綜合性實驗較少，學生沒有機會按照自己的設計思路去動手實踐，不能有效調動學生的積極性和主動性。
1.3 開發平臺和學習用器件跟不上技術發展
有很多學校還在學8051單片機，器件還在用鎖存器、AD、DA等，其實現在有很多單片機已經集成了很多電路，如STC15、STM32、PIC、STM8單片機等，開發應用起來很方便。在教學中，很多老師跟不上現代電子技術和芯片的發展，還在使用已經落后的芯片和開發手段，與現代企業生產要求已經脫節。學生學習后也用不上，導致學好無用的尷尬局面。
1.4 考核偏重理論，考核方式單一
多數高校在單片機課程考試方面，依然采用傳統紙質試卷考試，基本是對單片機概念、指令和部分知識的片面考核，難以體現學生應用實踐能力，即使考1OO分的學生，可能也不會編寫一個簡單的應用程序。筆者的一個2011級畢業生在答辯時曾告訴我，她連晶振都不認識，更不用說設計出類似點亮流水燈的簡單項目了。可見學生的創新能力、開發設計能力、編程能力難以得到系統鍛煉。
2 教學改革與六步教學法探索與實踐
從以上教學中存在的問題可以看出，單片機教學改革已刻不容緩。高校要轉型，高校教師也要轉型，變則通不變則廢。作為高校教師，要敢于改革、敢于實踐和教學創新。
六步教學法具體內容及實施方法如下。
2.1 教
教什么？針對一門課程，這是任課老師首先思考的問題。我們要分清主次，抓主要矛盾，必須突出重難點。單片機課程教學，老師應該教給學生的知識主要是五個方面：①單片機最小系統，包括芯片引腳功能、晶振和電源、復位電路；②對單片機任意I/O口的操作，輸出控制電平高低，輸入檢測電平高低，進行C語言編程控制引腳工作；③定時器/計數器，重點掌握最常用的方式2，學會計算初值，學會編寫定時程序；④中斷，包括外部中斷、定時器中斷和串口中斷；⑤串口通信，掌握單片機之間通信、單片機與計算機之間通信、單片機與無線模塊通信等。老師只要通過一定的手段和方法把這些核心知識給學生講清講透即可。
2.2 學
學什么？怎么學？這是學生要思考的問題。對于學生，關鍵要掌握住一門課的最重要內容，有些是必須學的，有些只需了解即可，甚至有些內容你沒有必要關心。針對單片機課程，筆者認為學生在有限的時間內，只需要花精力學習芯片引腳使用、最小系統接線、會點亮LED、會控制數碼管和液晶屏、會靈活利用中斷和定時功能、會進行串口通信、無線模塊收發等就可以啦。這些核心內容的學習，可以按照老師安排的項目，如流水燈、交通燈、數碼管時鐘、萬年歷、溫濕度監測、無線遙控循跡小車等課內教學項目進行知識和技能的系統學習。
2.3 做
在理論知識學習和項目驅動教學中，老師可以再另外給學生布置一些學習任務，學生也可以根據自己的特長和興趣在網上找一些實例，進行鞏固和練習。在練習的過程中，有可能一個項目的設計制作完成，會涉及很多專業課程知識，這樣又倒逼學生主動去復習過去所學知識，學生會帶著問題去翻書、查閱相關資料等。鍛煉了學生發現問題、思考問題、解決問題的能力。
2.4 練
在“教、學、做”的基礎上，學生基本已經掌握了單片機的基礎知識和基本技能，然后，教師就可以引導學生拓寬思路，增大知識面，通過大量的工程項目反復練習，熟能生巧，練習的多了，設計的項目多了，會使學生獲得一定的成就感，就會激發學生的求知欲望。
2.5 研
就是研發、設計和創新。不管是老師教，還是學生學，都不能總是拘泥于課內那幾個簡單的項目，簡單的基礎項目只是敲門磚。要想提升自己，就必須把目光瞄準市場、了解企業崗位真正需要的知識和技能、熟悉生產和生活中單片機控制系統的設計、開發和應用。
2.6 賽
教學中，教師可以組織小規模的單片機知識和技能競賽、問題式和討論式比賽，也可以舉辦單片機系統設計與制作大賽，也可以組織參加全國大學生電子設計大賽、機器人大賽和其他各種級別和形式的專業競賽。通過鼓勵學生參加比賽，能夠檢驗學習效果，能夠以賽促學、以賽促教、以賽促改，能夠鍛煉學生的競爭意識、激發學生創作潛能，培養學生的團隊精神和合作精神，提高學生的職業素養和就業本領。
3 考核方式改革和后期能力提升
“教、學、做、練、研、賽”六步教學法在最后的考核方式設計上，要改變傳統的紙質筆試方式，最好采用過程考核和最終項目考核相結合，依據學生平時學習和做項目的表現給出過程考核分，期末考試采用教師指定項目或學生自選項目進行考核，做到獨立設計、獨立制作和安裝、獨立編程和調試，然后進行成果答辯，最終給出項目考核分。
4 結束語
在教學中，筆者進行過深刻反思，到底怎么教才能讓學生愛學、樂學呢？“教、學、做、練、研、賽”六步教學法是筆者在教學中的一點總結和體會，不能算是十分成熟和成功的教學模式，每個學校和不同的老師，想必都有自己的思考和看法，有道是教學有法、教無定法、貴在得法。但在教學改革中，沒有終點，高校教師要不斷創新、不斷拓寬教學思路、更新教學方法和手段、提升教學能力和知識水平，才能跟上現代化教育發展步伐。教學改革，我們永遠在路上！
參 考 文 獻
關鍵詞：民航專業；單片機；教學改革
作者簡介：陳維興（1981-），男，天津人，中國民航大學航空自動化學院，講師；徐萍（1983-），女，遼寧鞍山人，中國民航大學航空自動化學院，講師。（天津300300）
基金項目：本文系2010年中國民航大學院級優質課建設項目（項目編號：D1386）的研究成果。
中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2012）10-0077-02
單片機是工科院校自動化、電子類及相關專業重要的專業必修課，是一門結合控制、計算機等技術，培養學生創新能力和動手能力的應用性很強的課程。該課程主要學習和掌握單片機的硬件結構、指令系統、編程方法及設計等，可以幫助學生對前期專業基礎課程的理解和掌握；同時單片機又是一門實踐性很強的技術課程，是學生日后從事相關行業工作的基本技能之一，它的教學效果直接影響學生的就業和發展。[1]
民航大學具有鮮明的行業特色，畢業的學生主要到機場、航空公司等民航相關機構從事維修和管理等工作。隨著數字化機務維修和智能機場建設的深化，單片機課程對于日后從事機務和機場機電的學生來講意義重大。對于這樣的“飯碗型”課程，學生卻普遍感到枯燥難學，學習熱情不高，更談不上應用能力和創新能力了，這就使單片機課程對學生日后畢業設計和就業的幫助也不大。[2]
鑒于以上情況，學院單片機教學團隊積極探索和嘗試，對課堂教學、實驗教學和實踐教學進行改革，通過多種方式培養學生的創新能力和知識應用能力，使學生能夠適應未來個人發展和行業發展的需要。
一、改革課堂教學，注重行業特點，提高教學質量
在課程學習之初，就結合民航行業設備特點，把科技競賽或畢業設計中的優秀作品以演示、介紹和互動的方式介紹給學生，如發動機傳感器智能檢測方案、助航燈光調光器的控制、助航燈水蝕檢測裝置等，使學生對單片機系統有一個感性認識，體會單片機技術的實用性，從而激發學生的學習興趣和求知欲。
優化重組教學內容，提高教學質量。[3]傳統單片機教材的編排順序是先介紹基礎知識、硬件結構，然后介紹指令系統、中斷和外部擴展等。這種編排方式雖符合先基礎后綜合的邏輯規律，但學生普遍反映抽象難懂，學完了教材也不會應用。為此在教學中把“以應用為目的”作為指導思想，調整教學計劃、整合教學內容，每章都引入適當的教學實例，例如學習用P1.0做輸出口點亮LED時，可以結合助航燈水蝕檢測這個實例，燈具上的水蝕信息經單片機處理后通過P1.0做輸出口點亮LED，LED的亮滅反映了燈具的水蝕與否，當然真正的設計和實現比較復雜；再如講解中斷實時性問題的時候，引入場面監控系統的報警模塊，讓學生從現場工作角度理解中斷優先級和實時性處理的問題，隨著學習的深入，陸續把新知識點與實例有機聯系起來。在實例中講解某些知識點，既提高了學生的學習積極性，又培養了學生解決實際問題的能力。
廣泛使用多媒體，密切結合行業教學。采用多媒體技術設計和制作相關教學課件，融入動畫、動態注釋等環節增強知識的可視性，加深學生理解和印象。將行業內常用設備的板級實物引入到教學中，比如在通信相關章節中以行李分揀系統、機場場面監控系統中的設備接口舉例，內容精辟、主題明確、層次清晰、文字簡練，盡可能多地采用圖片圖表形式，避免冗長的文字表述。通過豐富的動畫演示，生動形象地描述課本中的抽象概念，將枯燥的理論具體化、形象化，通過感官和想象力的互相配合，幫助學生對理論知識進行理解和記憶，增強他們的學習興趣。同時利用校園網上先進的Blackboard（Bb）網絡教學平臺資源，為學生提供豐富的學習資料、相關芯片資料、設備資料、項目開發指導建議和師生交流論壇，方便學生課后學習，也營造了一個獨立思考研究、相互交流的良好氛圍。
本課程基于民航領域對測控系統的要求，加入了工控機（IPC）的相關內容，使學生較為完整地了解上位機與檢測控制裝置協同工作的機制；同時通過融入行李分揀、值機、離崗等機場常見系統的實例，學生從行業應用角度了解到單片機如何作為系統的一個組成部分進行工作，同時也形成了控制系統的概念。例如，將單片機串口通信技術與IPC的COM接口控制結合使用；將單片機的數據采集、AD轉換技術與IPC的數字量輸入和組態方法結合使用。通過這種在行業實例中講解技術，同時將不同方面技術橫向聯系的方法，學生更全面地掌握單片機知識和其應用，更深入地理解設備、系統的構造，為今后專業課的學習打下了堅實的基礎。同時，IPC內容的引入和系統化的講解也使學生從單機設備到整體系統完整了解民航業內常見的控制系統。
二、改革實驗教學，強調專業特點，培養綜合能力
單片機課程具有很強的實踐性，為達到良好的教學效果，必須加以大量的實踐訓練才能使學生深刻領會和理解課程內容。實驗教學具有直觀性、實踐性、綜合性，是單片機教學的重要環節。[4]
傳統的實驗環節沒有考慮學生的個體差異，全班同學用相同的試驗箱和實驗指導書。學生按照實驗指導書給出的接線圖、實驗方法和步驟進行實驗并輸入程序代碼，在實驗教學系統的特定環境下對程序進行編譯、運行，在實驗箱上觀察結果。這種實驗教學方法在一定程度上可以讓學生盡快了解和熟悉單片機，但它不利于學生動手能力、創新能力和綜合運用知識能力的培養，不利于進一步激發學生的學習興趣和主觀能動性。對于同樣的實驗內容和實驗步驟，完成情況也有較大差異，基礎好、能力強的學生“吃不飽”；基礎和能力差一些的同學“吃不消”。
鑒于以上原因教師對實驗環節進行改革，把實驗項目分成基礎性實驗和設計性實驗兩類。基礎性實驗占實驗成績的60%，設計性實驗占40%（見表1）。
基礎性實驗如數據傳送類實驗、數據計算類實驗和定時中斷類實驗，給出實驗題目、實驗方法和實驗步驟，目的是讓學生進一步鞏固課堂的教學知識、夯實理論基礎、掌握基本的實驗方法和實驗技能。設計性實驗如飛機停止泊位的單片機控制、基于單片機的助航燈光巡檢裝置、機坪車輛限速報警裝置和選擇呼叫信號發生器設計等，只給出實驗題目和必備的開發包，要求學生分成2～3人的小組，從功能要求、方案論述、系統軟硬件設計和調試這幾個方面入手，撰寫實驗報告，但每人的側重點不同，其實驗方法和步驟可通過查閱相關資料自擬，實驗完成后由任課教師組織簡單的答辯，目的是培養學生的知識應用能力和獨立思考能力。同時，根據機務和機場不同專業學生今后職業特點，分配不同題目。如機場自動化類學生多進行通信、監控功能較強實驗，如飛機泊位、助航燈光控制、特種車定位等；而機務維修專業學生多進行傳感器檢測、數據總線采集、實時控制功能較強的實驗，如多路采集、總線管理等。對于這種改革，學生感到實驗課變得生動有趣，因而投入了極大地熱情，充分地發揮了自主性和創造性，有利于學生綜合能力的培養。
三、開展實踐教學，緊跟行業發展，培養工程思想
國內外高等教育很注重引導學生創新能力、協作精神、理論聯系實際、動手能力和工程素質的培養，提高學生針對實際問題的解決能力。民航大學是一所行業特點十分鮮明的院校，在這方面筆者也做了一些有益的嘗試，結合行業發展，以創新基地為平臺，積極開展實踐教學，培養學生的工程思想。
為了更好地應對未來的工作，筆者吸收學有余力的學生進入創新基地。教師通過到民航企事業生產實習和調研等機會凝練來自生產一線的實際題目用于學生科技活動，如助航燈光模擬控制、旅客行李信息檢測、特種車輛防撞等，這些題目全部基于單片機嵌入式技術解決，需要學生具備一定的技術基礎。通過一定的培訓后，鼓勵學生參加學校組織的科技立項和校外競賽，配備專門老師指導學生撰寫立項申請書，經學校組織的專業教師論證評審后，獲得一定的儀器設備或經費支持，進行課外科技研究。學生自己查閱資料、設計及安裝調試電路，獨立處理實驗數據及分析實驗結果；指導教師定期對學生進行指導，引導學生找出解決問題的方法。
在課外實踐過程中，同時注重培養學生的工程素質。[5]從選題開始，就強調收集資料、協作分工、工作記錄、心得體會等細節工作，并做好設計說明書等相關文檔的管理，使學生熟悉立項、方案論證、PCB 設計、結構設計，軟硬件設計與調試、安裝調試等電子設計的各個環節，逐漸熟悉和掌握硬件開發的整個流程。這樣系統地培養學生的學習技能、交流技能等，理解并認識良好的工程規范，為日后獨立從事單片機系統的開發和設計工作打下堅實基礎。
指導教師組織學生進行開題答辯、中期檢查和結題驗收等工作，引導學生從不同角度思考問題，注重總結歸納，將實踐中得來的經驗進行升華和沉淀，寫成科技論文或總結報告，鍛煉了學生的表達能力、文字組織能力、應變能力和團隊協作精神。
四、結論
自單片機教學改革以來，學生對單片機內容接受得更快、理解得更深，教學質量明顯提高。采用新的教學方法和教學手段后，學生接受單片機應用技術課程知識和掌握高新技術的能力明顯增強，學習積極性也有明顯提高。實驗和實踐教學改革后，通過課程設計、畢業設計、競賽等環節反饋的信息表明學生的動手能力、創新能力和綜合素質明顯提高。參與實踐組織的學生完成多個具有民航特色的課題，如“機場助航燈光模擬屏控制系統設計與實現”、“機場旅客行李標簽自動檢測裝置”、“機場助航燈光積水檢測系統”等得到了行業內專家的認可和高度評價，并在“挑戰杯”等競賽中獲獎，其中“機場助航燈光模擬屏”已經做成實物（長9米、寬2米），用于本科生的實驗教學。這些都是課程改革的良好成果。
教學改革是一個長期的過程，要把它作為一種常態進行下去，不斷總結積累經驗、完善創新，只有這樣才能真正完成不斷提高學生綜合素質的目標。
參考文獻：
[1]朱清時,方健華,丁偉紅.創新人才的培養與我國當前教育的改革(上)[J].江蘇教育研究,2009,(16):3-8.
[2]龐永師,劉玲,陳德豪.工程類應用型人才培養探索與實踐[J].中國大學教學,2008,(9):43-45.
[3]楊洪亮.“單片機原理”課程層次式教學改革研究[J].計算機教育,2008,(18):60-61.
關鍵詞：單片機；創新實踐；有效教學
中圖分類號：G642.4 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）01-0238-02
一、引言
隨著電子技術的發展，電子產品在人們生活中隨處可見。在機電設備的控制中，單片機是最常見的控制器之一。因此單片機技術及應用是機電類、電子信息類學生的必備技能。在傳統教學過程中，學生往往只停留在課本上，對實際應用設計經常無從下手。另外，不少高校的單片機課程都是以教師為主，學生被動接收，也不能激發學生的學習興趣，甚至導致一些有興趣的學生還會因為這種枯燥的學習方式而產生逆反心理，失去興趣或信心。因此，改革傳統的單片機教學活動，激發學習興趣和提高創新實踐能力，是目前高校教學改革亟待解決的迫切任務。
單片機原理及應用課程是在微機原理課程基礎進行學習的，它更注重于應用能力的培養和訓練。學生在學習這門課程后應該具備獨立完成一個單片機嵌入式系統的硬件及軟件的設計。
1.課堂教學方法改革。傳統的教學方式仍然是以教師為主體，按照按單片機硬件結構、指令系統、軟件編程、單片機系統的擴展、各種器件的應用、單片機應用實例為主線講解。學生被動的接收老師所傳授的東西，沒有主動去思考，影響了學習的積極性。
單片機的主要學習目的是能夠解決實際問題。經過對單片機教學過程的研究，作者對傳統的教學方式作了一定的調整，始終以案例為主貫穿于整個教學過程。首先，在課前提出問題，讓學生思考解決問題的方法，調動主觀能動性。問題的難度設置在講授的內容范圍。針對問題，課程按方案、硬件和軟件三部分內容進行講解。如此一來，每個案例都從具體問題出發，培養學生從整體去分析和思考問題的能力。以“定時計數器”為例，給學生提出“交通燈”任務，根據前面所學知識，學生就很不難以實現。在課堂上讓學生敘述自己的方案，然后帶入新課堂知識進行方案的比較，讓學生印象更深，再結合電路，學生可以明確的知道自己所學的知識可以應用在哪些地方。
傳統課堂學生是無法真實看到實際的運行情況，實驗課因為時間有限，無法展開講解。而仿真軟件的使用，讓我們找到了一種好方法，可以有效把這兩個過程結合在一起。Proteus仿真軟件是目前世界上唯一能進行單片機應用系統進行虛擬設計與仿真。結合該仿真軟件，可以在課堂上將“交通燈”的電路畫得直觀形象，還可以從軟件中直接觀測到程序執行時各位置的狀態變化。圖1為教學中制作的單片機仿真界面。圖中即包含了單片機系統，還包含了交通燈和時間顯示等模塊的實際電路，可以很直接給學生介紹電路的原理和邏輯控制。
通過案例加仿真的方法，可以調動學生的興趣，活躍課堂的氣氛，還能實現教與學的有效互動，讓學生直觀看到當場修改場景，達到真正的有效教學。
2.課后任務改革。經課堂研究實踐發現，以任務驅動方式作為學生的課后訓練，可有效的增強學生的應用能力。在課后，給學生分配一個小任務，要求學生利用Proteus仿真軟件進行電路設計，并用KEIL C軟件進行單片機程序設計。在這個過程中，學生要求注意設計中的每一個細節，只要有一步錯誤，那么整個任務就無法很好的完成。并且電路是由學生獨立設計，每個學生設計的電路各有特點，再把一些優秀的作業拿到課堂上演示，可以讓學生體會到一種成就感。這種訓練方式，學生從一開始就全面的思考整個任務，對一些不懂的電路，還能促使他們去翻閱以前所學的課程，在編程過程中遇到錯誤還能思考如何解決，而并不是像以往，寫出代碼卻不知道是否正確。從而提高了學生的實際動手和解決問題的能力。
3.考核方式的改革。考核是檢驗學生學習效果的重要組成部分。傳統的考核主要是卷面考試。卷面考試雖然可以考查學生緊握知識的程度，但無法了解學生的應用能力。因此作者在考核中加入一項綜合設計。在課程結束之前的兩周，針對平時的學習情況，對學生進行分組，給每個小組分配不同的設計任務，完成一個綜合設計的實踐訓練，撰寫設計報告。還安排時間，針對設計的任務的報告內容，對每個小組成員進行答辯。根據答辯情況進行打分，該成績為期末考試成績的組成部分。這樣可以很好的考查學生實際掌握的情況和應用能力，同時也能提高學生團隊協作能力。以下是作者給學生任務答辯設置的幾項指標：
經過這幾個方面的設置，可以較公平和有效的了解學生對該課程的掌握情況。
4.課外創新實踐活動。單片機是一項重要的技術，應用到生活和生產中的各個方面。因此，學習單片機不能僅僅局限于課堂。在課后，作者倡導學生組成單片機創新小組，建立小組討論群，定期舉行經驗分享活動。從而可以交流他們在實際設計過程中遇到的問題，如果有好的思路和想法也可以到創新小組中分享和討論。經過幾屆學生的積累，就可以實現“傳幫帶”的氛圍，由老師或者高年級的同學為大家解決實際問題。
除此之外還鼓勵學生參與各種科技競賽。現在的一些常見的科技競賽如：“全國大學生電子設計大賽”、“飛思卡爾智能汽車比賽”以及各大企業組織的如“STC單片機創新大賽”、“ARM-STM32校園創新大賽”等，都是以單片機為主要的控制芯片。不僅可以將所學與實際應用相結合，還能達到與參賽選手相互交流能作用。對有興趣的學生還可以參與到老師的項目中，或者在假期推薦到企業進行實習等，從而有效的搞高學生的創新實踐能力。
經過課程的改革，組織學生組成課外興趣小組，得到學院和系里的大力支持。學生自發組隊參加了“STC單片機創新大賽”“飛思卡爾智能汽車競賽”等科技創新比賽，取得一定的成績。有部分低年級學生，也開始對單片機的學習產生了興趣，主動要求加入興趣小組，并自行購置開發板進行學習，創新小組已逐步穩健的發展起來。
二、課程改革中出現的問題與反思
1.課堂教學內容的編排。在課堂教學改革這個過程，雖然看上去像是教學方法上做了很大的改革，但其改革的難度主要在課堂案例的編排，每個案例選擇要求恰倒好處，既要結合新的課堂知識，又不能太難，超出學生學習的范圍。對案例教學中，仿真實例，要認真制作仿真界面和程序，讓學生有一種耳目一新的感覺，而且電路設計要求清晰明了，才能有助于學生理解。否則會適得其反，學生看到電路太復雜，會產生厭煩心理。因此，做好教學內容的編排和制作工作，是整個教學過程改革的重點。
2.考核方式和指標設置。考核方式的變更，打破了傳統考核方式。容易引起部分老師和學生對考核公平性以及合理性的疑問。因此如何合理的設置考核指標，并有效的實踐等問題還需要有更為行之有效的辦法，并通過實際教學來檢驗其的有效性和合理性。
3.課外創新小組的建立。課外創新的建立是一下持續的過程。因前期參與小組的成員中有經驗的學生較少，還需要老師多加引導，因此在前期建立時需要有一批老師作為小組的指導教師，定期的組織學生進行交流和互動，解決學生遇到的問題等。一旦形成一定的規模后，還應配置相應的實驗室、實驗設備和建立配套的管理制度，并由高年級學生組織和引導低年級學生，實現創新小組的自我管理。
三、結語
經過一段時間教改實踐的努力，學生對于單片機課程的學習興趣和在單片機應用能力等方面都有了較顯著的提高。學生參加學生創新實驗項目增多。以機電工程系學生為例，參與的創新項目占全院項目的約40%，基本都選用單片機作為控制芯片。創新小組的成立也初見成效，有324個創新興趣小組。學生已經成功申請國家實用新型專利總計12項。
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論文關鍵詞：電子系統；設計方法；設計能力
隨著科學技術的發展、知識經濟時代的到來，社會對大學生提出了許多新的要求。大學生應該具有扎實的基礎理論知識、較強的實踐能力、創新意識、創業精神和協調能力、強烈的責任感和服務意識等。
當今世界，電子產品不斷更新發展，并且向智能化方向發展，日益突出單片機和FPGA等可編程器件在電子產品設計和創新中的重要性。新產品的更新換代促使用人單位對電子信息專業的學生有更高的要求：第一，要有扎實的專業基礎知識，例如學習和掌握“模擬電子技術”、“數字電子技術”、“高頻電子技術”、“單片機原理”和“微機原理”等主要課程；第二，動手能力要強；第三，要能緊跟電子信息產業的迅速發展，要有較強的適應工作的能力，使用先進應用軟件的能力，例如會利用諸如Protel、MaxplusII、Multisim、Matlab等工具軟件進行電路設計和仿真調試。用人單位對畢業生的要求除了能夠掌握一定的基礎理論和工具之外，還要求畢業生具有基于單片機系統的電子產品的設計經驗。
電子設計競賽正是對人才全面培養、更新教育理念、改革教學方法和內容等起到了促進作用，具有極其重要的現實意義。電子設計競賽的選題引進了新的理論與技術，是跨學科的、系統的和綜合的。為了有效指導學生參加各類電子競賽，特對綜合電子系統設計的教學模式、課程內容、教學方法及考評進行改革。
一、綜合電子系統設計課程的性質
電子系統設計主要是指基于單片機控制的完整應用系統的設計，包括系統軟硬件設計及系統調試等多方面的知識。電子系統設計課程體系是以“單片機原理及應用”課程為核心，由“模擬電子技術”、“數字電子技術”、“傳感器技術”、“電子設計自動化”、“可編程邏輯器件及應用”、“C語言程序設計”等相關課程組成。它是一門綜合性較強的專業課程，通過本課程的理論學習和動手實驗，培養學生的專業知識綜合運用能力、系統分析能力和電子產品開發創新能力。
學生經過前期基礎課的學習，通過隨課的驗證性實驗，對于電子信息領域的相關理論知識有了了解和掌握，在老師的指導下基本能夠進行單元電路的設計和調試，通過課程設計也能完成本課程簡單的綜合性實驗。但一些驗證性實驗多數是教材內容原理的演示和再現，實驗內容和方法都是老師指定，學生基本沒有進行系統級的設計和實訓，綜合實踐能力有待提高，學生沒有發揮自己的主觀能動性，積極性不高，不利于創新性人才的培養。
鑒于上述情況，對綜合電子系統設計的理論內容和實踐方法進行改革創新。
二、綜合電子系統設計理論課內容
根據本課程的實際情況和學生所具備基礎知識，安排如下幾個環節：模擬電路單元設計，數字系統單元的設計，微處理器單元電路的設計以及電子系統抗干擾技術等環節。
結合全國電子大賽，模擬單元電路主要講述運算放大器的設計以及正確使用、有源濾波器的設計方法、外圍電子元器件（電子、電容）的計算和選擇；直流穩壓電源的設計方法以及參數元器件的選擇；各種信號產生的方法，重點講述數字頻率合成DDS的原理和實現技術。以上這些單元內容的安排是結合歷年來全國電子設計大賽有關模擬電路環節而選擇的，通過這些內容的講解有利于提高學生模擬電子技術的設計方法。
數字系統設計單元主要講解數字系統設計方法，突出現代數字系統設計——EDA設計方法；可編程邏輯器件的特點及選擇；數字系統設計舉例，比如AD、DA控制器的實現、交通燈控制器的實現、電子密碼鎖的設計等。通過大量實例的講解使學生能初步掌握用大規模可編程邏輯實現中等難度的數字邏輯系統。
微處理器單元主要講述目前流行的各種處理器，例如51內核單片機、MSP430單片機、AVR單片機、PIC單片機等型號，介紹它們的特點、應用范圍、怎樣根據項目需求來選擇合適的微處理器；根據學生目前對微處理器的掌握和學習情況，重點講述基于單片機串行通信的設計，包括幾種流行的串行通信協議：SPI協議、IIC協議、UART協議以及one—wire協議，分析它們的特點，在不具有SPI總線、IIC總線的微處理器中怎樣通過IO口模擬它們的總線協議；以具有這些總線協議的集成電路芯片的利用提高學生的C語言編程能力。
在微處理器單元里，另外的重點內容多基于單片機的并行通信設計，包括常用的人機接口電路（鍵盤、LCD、LED顯示），這是在大多數的電子系統設備中都具有的，學生有必要掌握它們的設計方法以及編程技術。
電子系統抗干擾技術也是綜合電子系統設計中非常重要的內容。當系統處在比較惡劣的環境下，抗干擾設計的好與壞直接決定了系統能否正常工作。微處理器雖然本身的抗干擾能力較強，但是用微處理器構造的控制系統仍存在著抗干擾的問題。為防止外界對系統的干擾，并確保電子系統安全可靠運行，必須采取相應的抗干擾措施。電子系統的干擾主要來自于供電系統、過程通道及空間電磁波。電子應用系統的抗干擾設計應針對不同的干擾源采取必要的抗干擾措施。具體方法有硬件抗干擾技術和軟件抗干擾技術。
在這一章節里主要講解電磁兼容設計、器件選型、降熱散熱計算、電路板和電子系統可靠性測試等綜合知識。通過對本小節的學習，使學生應達到以下目標：熟悉系統的各種干擾來源及形式；學會供電系統及過程通道的抗干擾措施；能說出在印制電路板設計中體現的抗干擾措施；學習設計軟件陷阱及看門狗電路，從而為綜合電子設計系統設計打下良好的基礎。
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三、精心設計安排實驗
這門課實踐性很強，除了教師講述的理論內容和方法外，安排大量的實驗以及鼓勵學生去參加科技創新和各種電子設計的比賽，提升學生分析問題、解決問題的能力，從而提高他們的實際動手能力。根據課程的內容合理安排一些設計性的實驗題目。安排的實驗不同于在學習相應的基礎時所做的實驗，要體現獨立思考的能力。
教師布置實驗題目、講述方法，學生以實驗項目為中心，整合理論知識，查閱相關資料，具體的實驗方案和電路要學生自己去網上或圖書館查閱資料獨立完成。在做實驗前，電路圖以及程序代碼要在課下完成，實驗室只是調試電路和程序以及老師考核實驗成績。這樣做可以更好地將理論與實踐結合到實驗項目中去，使學生在動手實踐能力和分析解決問題的能力上有一定的提升；也可以鍛煉學生學會搜集資料、整理資料，提高他們獨立自主的學習能力。同時，教師在帶領學生學習的過程中也在不斷地提升自己，積累經驗。
結合電子設計競賽，安排各章節相應的實驗項目：模擬電路單元主要是運算放大器和二階有源濾波器的設計；重點是直流穩壓電源的設計；數字系統單元設計安排了數字頻率計、交通燈控制器，重點是DDS數字頻率的合成實驗。微處理器單元安排了基于單片機SPI總線時鐘顯示器和基于單片機并行通信的LCD顯示系統。鑒于目前的實驗條件，這些實驗主要是通過仿真軟件來完成。模擬單元電路里，利用Multisim電子電路仿真軟件來完成運算放大器和有源濾波器以及直流穩壓電源的設計；在數字電路系統設計中，利用MAX+PLUS II軟件完成DDS數字頻率合成的實驗；微處理器單元，利用PROTEUS軟件完成單片機的并行和串行通信實驗。這樣在不需要任何實驗儀器和元器件的情況下，為學生提供了一個展示才華的平臺，充分發揮學生的想象力和創造力。
四、綜合電子系統設計的考核標準
目前我國教育領域使用的最普遍的考核方式仍是閉卷考試。閉卷考試對于考核學生的知識掌握情況是非常重要的，但對于綜合電子系統設計這門技術性實踐性和綜合性非常強的課程，不適合采用閉卷考試對學生能力進行考查。
為了真正鍛煉學生的實際動手能力，對這門課的考核采取如下方式：平時上課出勤、答疑以及學習的主動性占20%；實驗占30%（其中課前預習的情況比重占80%）；最后50%的成績是學生的作品。學生可以完成一個老師指定的題目，在確定最佳設計方案后，到實驗室完成了系統單元電路的仿真，進行安裝、測量和調試，把實際的設計作品做出來。也可以根據學科專業方向并結合自身興趣，自主選擇一個課題作為課程的設計項目，經過系統規劃、設計、電路實現、系統調試完成一個完整的電子作品；最后通過驗收、答辯、總結、演講結束課程的學習。在系統的制作和調試過程中，讓學生想方設法采取各種措施解決所遇到的實際問題，不斷調整參數，修改和完善設計方案，得到真正的訓練。