【关键词】单片机；教学；改革
当今世界，单片机在工业过程控制、智能仪表、计算机集成控制、人工智能、通信设备的智能化方面应用非常广泛，而且随着电子和计算机技术的发展，以单片机和各种微处理器为核心必然是实现智能化技术的主流方向。同时，《单片机原理与应用》是高职院校电子、电气等相关专业最重要的核心课程之一，是一门实践性、应用性很强的学科，该方向对学生进行毕业设计和就业都起着重要的作用。
《单片机原理与应用》传统教学一般包括理论课和实践课。理论课学生普通反应知识抽象、难学、难懂，学了后面又忘了前面，学生学得吃力，老师教得辛苦。实践课主要采用验证性实验，学生只要连线正确、程序输入无误就能看到结果，这样往往造成学生只关注实验结果，而忽略了思考过程。学生无法从中提高分析问题、思考问题、解决问题能力，甚至到最后还是无法独立设计一个简单的单片机系统，实践动手能力非常差。这样的教学方法不能体现单片机实践性和应用性强的特点，也与社会发展脱轨，因此，《单片机原理与运用》教学改革迫在眉睫。我们总结了以往教学过程中的一些经验和教训，提出以下几点《单片机原理与运用》教学改革的思路和方法。
1.教学内容选取
以培养学生具备从事单片机系统设计岗位能力和相关职业群为目标，增强学生实践动手能力和工程实际运用能力为导向，来选取教学内容。在本课程的开始的时候，介绍单片机的发展现状，例举日常生活中单片机控制的设备，把科研项目或往届毕业设计中的一些应用板带进课堂，通过图片、实物展示使学生对单片机有一定的感性认识，激发他们的学习兴趣和热情。
选取以单片机C语言贯穿各章节，并且是项目化教学形式的教材。C语言可读性、可维护性和可移植性都比汇编语言好，在实际单片机设计中，基本上都采用C语言。项目教学改变了传统教材内容安排强调只是系统性为主的思路；把课程教学内容划分为若干个项目形式来完成，项目又以任务的方式出现，突出体现高职生理论知识“必需、够用”的原则。
多增加日常生活常见案例为项目，每个项目又包括几个任务，通过每个任务的完成过程，使学生学习相应的理论知识。通过常见案例的剖析，引起学生的注意，激发他们的兴趣，每个任务完成后，教师进行知识点得总结，这样学生在实践动手中不知不觉就掌握的理论知识。比如交通灯控制系统，这一项目可以分成单片机控制单灯亮灭、流水灯控制、定时器控制流水灯、带时间显示系统等，其中通过单片机控制单灯亮灭这一任务的设计，学生可以学习单片机结构、I/O口、单片机最小系统等基本知识。通过流水灯控制这一任务，学生可以学习单片机C语言的各种语句等。
2.教学方法使用
我们以项目为教学单元，以任务驱动进行教学。我们的教学是在一体化教室实施，只要在一体化教室中通过仿企业的工作环境进行项目化教学，教学过程才能实现真正的教、学、做融为一体，并充分调用学生学习的主动性和创造性。
每个任务包括任务目标要求、学生知识与能力准备、计划、实施过程、评估。教师先布置任务，说明这个任务要到达的功能及要求。教师可根据教学内容，制作多媒体课件，将理论知识通过多媒体手段以声音、图像、文字等方面表现出来，使枯燥抽象的理论知识变得生动直观，学生更容易理解。也可以通过Flas演示或Proteus仿真软件展示任务的运行结果，使学生对任务要求更加清楚。学生分组后，每个小组进行任务设计的讨论，并确定设计方案。学生任务实施过程中，教师对学生操作过程中存在的问题进行实时点评，实施后，教师对每组的实施结果进行验收和评估，最后总结任务实现过程中碰到的普遍问题、知识运用的难点关键点。这样的教学方法能提高学生分析问题、思考问题、解决问题能力，而且通过每个任务的制作，学生积极性提高、自主学习能力和动手能力增强。
另外，教师可以把多媒体课件、仪器设备电路图、设备的使用方法、任务要求、本课程相关的学习资料等挂在网上，进行资源共享，供学生查阅学习，通过网络来提高学生的学习兴趣。
3.加强实践环节
实践环节是《单片机原理与运用》课程的重要环节，通过实践环节，可以提高学生动手操作能力。我们把实践环节分成基础性实践、开放性实践、综合设计实践三个部分。
基础性实践主要是实现指令练习、基本程序结构编写，或是一些验证理论知识准确性的实验，通过这一环节，学生所学的理论知识得以巩固。开发性实践要求学生具有扎实的理论基础，具有分析问题解决问题的能力，培养学生对常见接口的硬件设计、软件编程及仿真器下载调试的能力。在综合设计实践过程中，教师只提出实验目的和要求，学生要自主确定设计方案，并设计硬件电路图、制作电路PCB图，并在自己做的PCB板上焊接元器件。硬件调试成功后，再把编写好的程序利用仿真器下载到电路板上，进行调试。这样，学生熟悉了单片机系统设计的整个过程，他们的实践动手能力也得到很好的提高。
除了上面三个实践环节外，我们还要鼓励学生参加全国电子设计大赛和大学生创新科技项目，使学生在实践过程中不断的学习新知识，提高设计创新能力。
4.考核方式确定
传统的教学模式中，课程考核是由期末闭卷考核占70%，平时表现占30%组成，这样的考核方式只能一定程度上反应学生理论知识的掌握情况，很难体现学生的分析能力和实践动手能力，也与单片机课程实践性强的特点不相符合。
一个好的考核方法对于学习一门课程至关重要。考核不仅是对教师教学效果的检验和学生水平的测试，同时也是学生学习习惯和学习方法的导向。笔者提出的考核方式包括期末考核30%、项目考核50%、平时表现20%。其中平时表现包括出勤表现、作业完成情况。期末考核是对课程基础知识进行闭卷测试。项目考核是每个项目成绩的平均分，每完成一个项目，教师根据学生的工作态度、完成情况、回答问题情况进行评分。每个项目完成后，学生都能看到自己的成果，这样也调动了学生的学习兴趣和学习热情。这样的课程考核方式不仅包括基础知识掌握程度考核，还包括学生的分析、学习、动手、应用等方面能力的考核，能比较客观的反应学生的学习情况。
5.总结
教学改革实施后，课堂气氛变的更加活跃，学生学习兴趣更加浓厚。实践表明，我们的教学改革方案不仅提高了学生学习积极性、应用能力和动手能力，而且对学生的独立思考和分析问题、解决问题的能力的提高也起到了很好效果。当然，教学改革是一个无止境的过程，我们还要不断更新教学观念，不断的探索和实践，来提高教学质量和效果。
参考文献
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关键词：单片机 教学改革 案例教学
单片机自问世以来，以其极高的性能价格比，以及抗干扰能力强、控制功能强的显著特点，广泛应用于实时工业控制、机电一体化产品、智能化仪表、通信产品、家用电器及军事装备等领域。因此，即使为选修课，该课程也越来越受到学生的追捧。“麻雀虽小，五脏俱全”，单片机虽只是一个芯片，但其内涵非常丰富，知识点多，内容抽象，要在短时间内使学生既熟练掌握单片机原理又能够娴熟应用于实践的难度很大。那么，怎样才能大幅提升课程教学质量呢？在对单片机教学实践过程中，笔者在以下几方面进行了有益的探索。
1 合理设计教学内容，提高授课质量
教学内容的设计包含两个层面：
1.1 内容的优化整合
在很短的学时（仅20学时）内，如何使学生最大限度地掌握单片机知识，是一个急需解决的问题。针对这一问题，笔者在以下两方面进行了尝试。
1.1.1 内容的取舍
我院学生在学习单片机原理与应用课程之前已经学过很多前序课程，如计算机组成原理、C语言程序设计、操作系统、模拟电子电路、数字电路、计算机硬件技术基础等。并且，在计算机硬件技术基础课程中，学生已系统地学过寻址方式、指令系统、程序设计方法、存储器、并行接口（以8255为例）以及模拟I/O接口等内容。因此对数制与码制、数字电路、程序设计的基本方法等基础知识不须重复讲授；将8086指令系统与单片机指令系统采取对比的方式进行讲授；减少了8255芯片的内容，增加了8155芯片，且更注重这些芯片与单片机之间的电路连接及编程使用；减少了A/D，D/A转换芯片介绍，注重其与单片机之间的连接方式及编程应用。
1.1.2 内容的重组
通常，本课程教材的编排顺序是微型计算机基础MCS51单片机结构和时序单片机指令系统汇编语言程序设计中断系统定时器/计数器并行I/O接口A/D及D/A接口技术串行通信等内容。如果完全按照教材的编排顺序授课，各知识点之间相对独立，不能使学生建立起整体的概念。因此，整合教学内容，合理安排教学顺序，显得至关重要。
在教学过程中，主要以单片机最小系统组成及原理、单片机指令系统、程序设计、单片机系统的扩展及I/O扩展技术四大模块为设计主线，以如何组建单片机应用系统并实现其功能为设计思路，将各部分内容有机联系成一个整体。首先将教学内容分成两大部分（如图1所示）―单片机原理与单片机应用。
单片机原理主要包括硬件和软件两部分，其中硬件部分重点讲授单片机最小系统的组成原理（以51系列单片机为核心的单片机硬件结构与原理、存储器配置、单片机工作电路、4个并行I/O端口电路结构、中断系统、定时/计数器）；对于软件部分，将指令系统和程序设计融合在一起，不再讲授教材的简单与分支程序设计、子程序设计和运算程序设计的相关内容，不再逐条介绍MCS51单片机的111条指令，而是重在梳理归纳总结，特别指出51汇编与X86汇编的相同和不同之处；对于一些关键指令，结合具体的程序进行讲解，加深学生的理解和掌握，如利用DJNZ指令设计循环程序，利用MOVC A，@A+PC和MOVC A，@A+DPTR两条指令设计查表程序，分别用相应的程序举例进行讲解。在软件部分，还引入了C51内容，指出C51与普通C的区别。同时针对单片机的I/O端口、定时/计数器、中断系统也给出具体的编程实例。
在单片机应用部分重点讲授单片机的扩展技术，主要包括：单片机应用系统的扩展（程序存储器的扩展、数据存储器的扩展、并行I/O端口的扩展）、单片机对键盘和显示器件的扩展技术、单片机对A/D和D/A转换器的扩展技术以及单片机与单片机、单片机与PC机之间的串行通信技术。针对这些内容的特点（应用性非常强）主要以一些典型器件为例进行讲授。例如，程序存储器和数据存储器的扩展电路连接有相似之处，教学过程中以新型的EEPROM芯片2817（既可作为程序存储器也可作为数据存储器）为例来讲授其与单片机之间的电路连接。对于显示器件的扩展，除了介绍单片机对LED数码管的扩展技术外，还增加了单片机对LCD显示器的扩展内容。
单片机原理和应用两大部分的内容并不是孤立的，同时在教学过程中也不是独立讲解的，单纯的讲原理，内容很抽象，学生也不易理解和掌握，而在单片机原理的基础上，穿插各种典型设计案例的讲解，将原理教学融入生活或工程实际中的相应案例，既加深了学生对相关内容的理解和掌握，又对学生以后进行单片机系统设计有一定的启发。
1.2 不断更新
单片机的发展日新月异，为了避免教学内容陈旧跟不上时代的发展，就必须把握单片机发展趋势，将最新的技术引入教学中，及时更新课程内容。开阔学生的知识面，激发学习兴趣，调动学习积极性，进一步培养学生的创新能力。
如对单片机编程语言的选择，以C51为主，汇编为辅。由于C语言的突出优点（它兼顾了多种高级语言的特点，并具备汇编语言的功能），针对8051的C语言日趋成熟，成为了专业化的实用高级语言，国内最通用的是Keil C51。但汇编语言也不能被完全舍弃，它在某些情况下具有一定的优势，如与硬件有关的程序用汇编语言编写，用C51编写主程序和运算子程序。所以除了引入C51的相关内容外，还引入了针对汇编和C51的混合编程举例。除此之外，LCD显示器接口技术也是新增内容。
2 融入多种教学手段，提升教学效果
在有限的学时内，不仅要使学生学到更多的知识，让学生在短时间内将所学知识融会贯通并牢固掌握，也是值得每个教师深思的问题。笔者认为，采取多样化的教学手段是提升教学效果的有效途径。
目前主要以课堂授课为主，大多采用多媒体和黑板相结合的方式进行。多媒体教学虽然减少了教师在黑板上的书写时间，但是课堂上单纯的程序和电路讲解，内容枯燥，学生学习也没有积极性，不利于学生对知识的掌握。并且，单片机课程既不像一些理论课那样具有大量的公式需要推导，也不像机械结构课可以采用动画形式进行内部结构及工作原理的演示。它本身所固有的特点就是实践性和应用性很强，针对这一点，在教学过程中，一方面采用多媒体教学，节省学时，以便在有限的时间内能教授更多的内容；另一方面将程序和电路仿真软件――Keil μVision和Proteus引入教学，针对所有引用的程序和电路在课堂上进行仿真，这一做法不仅吸引了学生的眼球，激发了他们的学习兴趣，更加深了学生对所学知识的掌握，同时也掌握了这两个软件的应用。这里仅举两个例子。
例1：对MOVC A，@A+DPTR和MOVC A，@A+PC两条查表指令的使用，分别如图2和图3所示。图中两段程序均使用查表指令进行平方值的查询，程序虽然短小，却足以说明这两个查表指令的具体用法，非常有利于学生的理解和掌握，尤其是MOVC A，@A+PC，在使用之前需要加一个偏移量。从图中左侧寄存器A中的值可以读出具体结果。利用Keil μVision除了可以验证程序的正确与否之外，还可以使学生更好地了解单片机内部存储器的配置，如这两段程序中，具体的平方值都是以常数形式存放于程序存储器中，从图右下侧可以看出，它们存放在以2000H单元开始的ROM中。
例2：单片机对ADC0808芯片的扩展技术（如图4所示）。图中以一分压电阻作为输入的模拟信号，输入ADC0808的IN3通道，单片机通过P0口扩展了4位LED数码管来显示模拟电压对应的数字量。满量程显示255（FFH），改变分压值（图中分压比为65%），对应的数字量输出也会相应改变。AD转换需要通过程序来实现，这就用到了Proteus和Keil μVision软件的联合仿真，以Keil μVision软件对程序进行编译生成HEX文件供Proteus电路调用，然后在Proteus软件中运行电路和程序，即可得到仿真结果（如图4所示）。
3 以案例推动教学，培养学生动手能力
虽然将程序和电路仿真软件引入教学，确实提高了课堂的授课效果，但毕竟没有给学生亲自动手实践的机会。所以，为了培养学生的动手能力和创新能力，达到学以致用的目的，在教学方法上，我们引入了案例教学。不仅在课堂上引入大量生活中或工程中的实例，如加入单片机在军事、通信、能源、机器人、交通、IT以及现代工业、农业、仪器仪表、汽车电子系统、家用电器、玩具及个人信息终端等诸多领域的应用案例，增加学生的感性认识；更重要的是通过让学生选择不同的设计题目，亲自动手设计硬件电路和软件编程实现相应的功能，大大提高了学生的动手能力和创新能力。
由于是大班教学（50～60人），而且课时又少，不便于开展实验教学，同时，原有的单片机实验箱，课程实验固定，不利于培养学生的创新能力。通过设立不同的设计任务，有效调动学生的学习积极性，使学生积极开动脑筋完成任务，以任务推动教学，突出学生在学习中的主体地位，进一步锻炼学生的动手能力，达到熟练掌握本课程的目的。
在教学过程中，设立10个题目供学生选择，平均每题4～6人。由于时间有限，题目不宜选得太大太难，以能锻炼学生动手能力，并按时完成任务为原则，题目如下。
（1）定时闹铃LCD，（2）密码锁控制，（3）8051八音盒，（4）基于单片机的数字钟，（5）机箱活动门（如光驱门）的控制，（6）8通道自动温度检测系统，（7）多功能信号发生器设计，（8）用单片机来设计计算器，（9）单片机与微机之间的无线数据传输，（10）红外遥控器的设计。这些设计题目可充分锻炼学生对8051定时器、按键扫描、LCD显示器、密码比较处理、歌曲旋律设计、A/D、D/A转换器的接口设计、串行通信及单片机对电机驱动的设计方法。在学生完成项目过程中，给予适度的指导，关键是让学生自己独立自主、保质保量地完成设计任务，把上课时的被动学习变为课外实践中的积极主动思考。一方面提高了学生的动手能力、解决问题的能力和创新能力；另一方面让学生带着问题学习，激发了其学习兴趣和热情，增强了学生的自信心，在课程教学实践中收到了很好的效果。
4 结束语
这些做法在教学过程中收到了非常好的效果。通过合理设计教学内容，提高了课堂授课信息量及授课效率，解决了学时少与授课内容多之间的矛盾；课堂引入Keil和Proteus仿真教学手段，大大提高了课堂的授课质量；案例教学法的实施，激发了学生的学习热情和学习兴趣，提高了学生分析问题、解决问题的能力，培养了学生的动手能力和创新能力。
参考文献
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[2] 陈明荧.8051单片机课程设计实训教材[M].北京：清华大学出版社，2004.
关键词：理论教学 实验演示 考核方式
1.引言
《单片机原理与应用》课程是一门工科专业学生必修的实践性强的技术课程，有几个主要的任务：首先，让学生掌握单片机的基本原理与应用，了解单片机的内部结构、硬件部分的工作原理及使用方法和单片机应用系统的组成原理，其次是掌握单片机的编程语言和编程方法以及软件开发技术和单片机系统常用接口、扩展电路及其C语言应用程序设计，最后使学生较为熟练地掌握一种类型单片机产品的应用开发技术，从而有能力进一步对其它单片机产品的应用系统从事研制和开发工作。现行的单片机教学模式主要采用理论和实验分开的教学模式，这种教学模式体现出以下几个特点：第一，理论课时所占总课时的比例非常大，通常情况下，实验课时与理论课时的比例低于1:3, 而且以验证性实验居多，造成设计性、综合性试验更少，学生要在这么短的时间内完成单片机的实验课程和提高他们的动手能力，是一项非常艰巨的任务；第二，理论教学和实验教学分开授课，实验课单独设置。教师一般先进行理论教学，实验课一般被安排在理论课结束一段时间后才进行，这种传统的教学方式，学生一般处于被动的学习状态，学生在教师的指导下，按实验书上的统一的步骤进行，最后得到大致相同的实验结论，而很少能达到通过做试验加深对抽象理论知识深入、透彻理解的目的，因此这种教学模式在一定程度上制约了实验课程的作用；第三，理论教学内容和实验室的设备陈旧，对学生以后从事的电子研发工作作用有限。很多高校的单片机教师还是采用十几年前出版的教材，实验室的设备也是现在市场上很难再找到的单片机型号和一些设备，目前电子产品每几年就会更新换代一次，过于陈旧的实验设备不利于学生的学习；第四，实验评价程序不完善，没有起到提升学生综合实践能力（包括设计思维、操作能力、处理方法、技能应用等）的目的[1]。
2.教学改革思路
随着《单片机原理与应用》课程教学改革的不断发展和完善，努力提高学生的动手能力是现在教学改革的重要任务。探讨如何使理论教学更加贴近、更加面向实践应用，找出“理论与实践交融的教学方法和手段，合理、有机、有序地安排理论教学和实践教学内容，用最少的教学时数达到最佳的教学效果，实现理论教学和实践教学相互补充、相互促进、共同提高的教学目的[2]已成广大高校教师的共识。
笔者通过几年的单片机教学实践积累，发现教师如能在教学过程中处理好理论教学和实验环节，尝试在理论教学的过程中，通过一边讲解理论知识，同时通过课堂实验演示理论知识，这种打破理论教学和实验教学分离的方式，将两者有机结合，可有效激发学生的学习兴趣和提高学生的学习热情，能够有效的提高教学效果。同时对单片机实验教学的内容和考核方法也提出了一系列改革的思路和意见。
⑴要实现理论与实践合理、有机的交融的教学方法和手段，需要在理论课程讲授的同时，配合相应的现场实验演示
对于《单片机原理与应用》这门课程，将理论课程讲授和现场实验演示相配合是完全可以实现的。首先，现在高校的教室，基本都配备了多媒体，只要配备了电脑，就可以进行现场编程，单片机的现场实验演示就可以实现；其次，现在的单片机实验板便于携带，不管是教师自己制作的单片机实验板和仿真板，还是在市场上购买的单片机实验板和仿真板，体积和重量都很小，便于教师上课时携带。基于上面提到的两点，要实现理论课程讲授和现场实验演示相配合这种教学模式完全可以在我们广大高校的教学中实现的。
要实现理论课程讲授和现场实验演示相配合的教学模式，除了上面提到的硬件条件，还需要做到以下两点：首先，我们对传统的教学内容要进行一些改变，像复杂难懂的单片机的汇编语言和相应的指令集，不应花大量课时介绍，这些汇编语言和指令集在现在的工程编程中，越来越少用到，而相对而言，C语言已成为当前举世公认的高效简洁而又贴近硬件的编程语言，由于C语言功能强大、便于模块化开发、所带库函数非常丰富、编写的程序易于移植，因此，它成为单片机应用系统开发最快速高效的程序设计语言。仅具有C语言基础知识但不熟悉单片机指令系统的读者也能很快掌握单片机C语言程序设计技术，C语言再在单片机应用系统设计上的效率优势已经远远高于汇编、BASIC等开发语言[3]。C语言已成为专业化单片机上的实用高级语言，用C语言编写的软件，可以大大缩短开发周期，且明显地增加软件的可读性，便于改进和扩充，从而研制出规模更大、性能更完善的系统。要改变传统的单片机教学，就需要联系工程实际中的发展，作出相应的改革，把单片机的教学重点放在具体的每个实验中，让学生从实验中理解理论知识。其次，在讲授某些理论性、概念性很强的内容时，可以同步通过实验演示来加强学生对其知识的体会和理解，这样就能收到事半功倍的效果。比如教师在讲授数码管动态显示和静态显示的内容时，教师可以先给学生讲解数码管能显示不同字符的原理，然后通过同学们共同讨论如何编程实现单片机数码管动态显示和静态显示，然后通过课堂编程，现场把程序下载到单片机中演示，然后再根据数码管的现象对程序做出相应的修改，直到数码管能够正确动态和静态显示我们要显示的字符为止，教师跟学生共同讨论每一次根据数码管显示的效果修改程序的原理，通过在这种讨论式的学习方法中，让学生参与到实际的单片机编程和应用中，从而激发学生的学习热情和兴趣，最终达到提高教学效率的目的。
笔者在课堂理论教学过程中就做过这样的教学尝试，获得了比较满意的教学效果。图1就是数码管动态显示图。图2就是数码管静态显示图。
通过现场编程和实验演示，可以消除学生的很多疑问，这对学生深入的、透彻的掌握单片机如何控制数码管动、静态显示是非常有用的。至此，理论课程和现场实验演示相结合的优点也就显露出来，首先，它能够很好的帮助学生理解理论知识，使理论和实验能够有机的联系起来，能够更深入的理解理论知识，其次它更能提高学生动手能力和程序分析能力，这对学生后续的科研和工作都很有利。
⑵单片机实验教学内容的改革
在《单片机原理与应用》实验课程的讲授过程中，改变以往过多的传统过时的验证性实验，建立一个递进系统的实验教学模式，它包括基础实验、设计实验、综合设计性实验、设计研究性实验[1]。在此基础上，加入现在工程经常用到的应用模块实验，鼓励学生自己动手制作相应的电路模块，鼓励同学以每年的电子大赛为平台，提高学生的电路制作和分析的综合实践能力。
（3）完善考核方法
对传统的闭卷考核方式，进行配套改革。如结合实际实行闭卷和自己制作单片机应用系统相结合的形式。闭卷考试注重理论知识、基本概念、基本定理的考核；自拟制作的单片机应用系统则是规定学生在一定时间内，设计完成一个单片机应用系统，能够完成特定的功能，最后学生提交作品，并作出相应的演示，老师根据学生的作品进行提问，最后根据学生的回答和作品的完成程度和难度打分，这样就能比较全面的衡量学生所掌握的单片机理论知识和实际的动手能力。
3.结语
对于《单片机原理与应用》这门课程的特点，教师需要把理论讲授和实验演示有机相结合起来，从而解决理论课程枯燥乏味的难题，让学生参与课堂的讨论和学习，从而提高学生学习的热情和兴趣，最终达到提高教学效果的目的。同时，对《单片机原理与应用》实验课程的内容和考核方法，也作了一些探讨，尝试建立一个递进式的实验教学系统模式，鼓励学生多动手，以自拟制作的单片机应用系统作为考核的一个方面，督促学生提高自身的综合实践动手能力。
参考文献：
[1]徐莹隽.基于开放教学模式的数字逻辑电路实验教学改革[J].电气电子教学学报，2006（6）.
关键词： 《单片机原理及应用》 课程改革 教学实践
《单片机原理及应用》课程是一门面向应用的、具有很强的实践性与综合性的课程，在通信类专业整个课程体系中，单片机知识处于承上启下的核心地位，一般通信系统和智能仪器仪表的实现都离不开单片机。随着计算机相关技术的快速发展，以单片机为最小系统开发的产品层出不穷，为了适应新世纪对电子信息类人才的培养需要[1]，《单片机原理及应用》课程教学需不断更新。
本课程是一门综合性、实践性很强的课程，通常分为理论教学与实践教学两部分[2]。从理论教学来说，基本以教师课堂讲授为主，由于该课程接口芯片多、内容抽象、编程难度大，对初学者来说入门较难，学生无法深入理解芯片的原理和指令与程序的运行。从实践教学来说，实验内容多为验证性实验，学生只需要观察和分析实验结果，没有充分发挥自主学习能力，教学效果有限。
现依据多年来的教学实践过程，摸索出一套基于“理论讲授、实验练习、课程设计、电子实习”四阶段的教学新模式，现谈谈此模式下的改革措施。
一、改革课程内容
以知识为基础，以能力为核心，构建“基于应用对象的单片机硬件设计及编程”课堂教学新方法，确保教学内容的合理性、实用性和先进性。打破传统的循序渐进式的教学方法，以典型项目实例分解模块，以各个模块构建知识，前后连贯，层层递进。最后，将前述内容以应用实例进行综合，达到以“应用”为主线连接所学知识内容的目的，加深学生对教学内容的理解和运用。
对教材内容进行选择与结构优化，体现新知识、新技术、新方法，力求“适用、通用、实用、易用”。在突破传统教材框架的方面进行了一些尝试与探索，考虑了教材内容编排的基础性、系统性，引入了反映最新科技发展的知识。内容选材上，选用了STC89C52RC系列单片机作为介绍微处理器的重点，加深对单片机组成与工作原理的理解；在内容上淡化芯片内部组成，从编程所需角度介绍功能，强化其接口连线、应用及总线连接技术，为应用单片机硬件开发奠定基础；从实用的角度着重介绍了串行A/D、TLC2543、SED1330系列大屏幕LCD、全双工单片MODEM、高速并行USB接口芯片与单片机接口电路的设计和使用方法。
编写“单片机应用案例”讲义，将整个单片机工程开发的过程以案例形式进行讲解，从硬件电路的设计到开发工具、环境的使用方法，再到具体的应用案例，同时运用汇编语言和C语言的编程方法，系统培养了学生的单片机产品开发工程应用能力。
二、注重实验环节，培养创新能力
为了建立面向21世纪的通信专业教学新体系[3]，必须重新认识课堂教学与实验教学的关系。我们认为，课堂教学和实验教学是相辅相成的，二者都是学生学习与掌握知识的重要手段，其先后顺序也不是固定的。在课程设置上，我们不求按部就班，而求高效率地向学生传输知识，充分调动学生的积极性和主动性，变被动学习为主动学习。以课程内容中的案例为基础，开发“单片机教学、实验、设计系统板”，将理论知识的讲述和硬件电路的现场调试相结合，使学生对单片机的整个开发有了直观的认识，加强了对理论知识的理解。
实验过程[4]从软件和硬件两方面入手，软件实验通过编写程序，上机调试并运行，提高学生编程的能力；硬件实验能够实现学生设计硬件，编写接口程序，完成控制任务的目的。以单片机实习项目的开发和调试代替理论考试，系统考查学生的应用能力和解决实际问题的能力。
实验内容既要满足基本教学实验的要求，又要为课程设计和实习实训所用，通过这3个环节从基础到简单再到复杂的实践过程，从验证性实验向设计性实验过渡，提高学生独立思考解决问题的能力。
三、教学与科研相结合
要求教师能力双向发展。《单片机原理及应用》是一门面向实际应用的课程，要突出学生的工程应用能力。因此，要求教师尽可能做到双向发展，充实理论知识、发展教学能力；多动手实践，提高工程应用能力。
鼓励学生参与电子竞赛。通过这个创新性平台，使学生灵活运用所学知识，并了解设计开发项目的过程，为以后的学习和工作奠定良好基础。
鼓励学生参与科研[5]。在培养学生基本技能的基础上，鼓励学生参与老师的科研项目，在承担力所能及的工作的基础上，积极尝试难度更大的工作，锻炼学生的学习能力和解决问题的能力。
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关键词：单片机；嵌入式系统；检测电路
一、紧紧围绕教学目标修订教学大纲
根据单片机课程的教学目标，本着以学生为本、淡化理论、突出实用、加强实践、力求知识的系统和完整为原则，重新修订了教学大纲。
第一，对教学内容进行了合理的取舍。
第二，重新确定了教学重点内容。既然确定“能够开发简单的开关量”产品并确保理论知识的系统性为本门课程的教学目标，那么理论教学重点就放在开发“开关量控制”所必需具备的基础知识上面，即：单片机的内部结构、指令功能、应用程序的编写、中断系统、定时、计数器等。这些内容融会贯通就必须“精讲多练”，所以我们把删除的知识所占用得课时按照一定比例分配给这些内容的理论课和实验课，突出其重要地位。
二、改革教学方法，提高教学效果
单片机系统有着强烈的现实性，对教学方式不应是单一的固定模式。可以采用：
（一）在课堂上可以将多种教学方式熔融一体，灵活应用
可以采用多媒体、实物教学，从智能控制系统的一个样板实物外型到该电路的原理图，采取部部展开，层层推进，让学生看见实物产生感性认识，联系到原理产生理性认识，由实践上升为理论，又由理论去指导实践，全面向学生传递智能系统中单片机的使用。在课堂的教学中采用讲授式、启发式、讨论式、测验等多种教学方法，根据学生的能力及教学内容的需要灵活使用。在教学中多与学生沟通，了解学生对教材、讲课、实验等的要求，根据教学大纲及时加以调整教学内容及模式，达到教学的目的。
（二）加大学生编程的训练
一是编制有规模的、科学的、实用的学生练习题集与试卷库，定期让学生做书面编程，使得他们对指令的记忆加深，二是加大学生实验室的训练，培养他们的调试程序能力，为学生自主学习创造条件。
（三）推进“学研产”结合
让一部分学生利用各种时间投入到实际的项目工程开发中去，培养学生的工程意识，强化学生的工程训练，使他们了解自动控制系统工程中单片机系统的整个开发过程，保证学生所学的知识与实际社会接轨，让这些学生以点带面促进、带动其他学生的学习兴趣。
三、加强单片机实践教学，培养学生分析问题和解决问题的能力
单片机的实践性较强，对实践教学的改革显得尤为重要。通过改革达到使学生具备科学的思维方式和较强的动手能力，并能运用MCS-51系列芯片进行工程开发和应用的能力。在教学过程中可以用单片机仿真试验系统良好的人机界面，通过单步执行功能让学生在显示窗口上可以看见相关寄存器的变化，并能看到转移位置；碰到中断时程序如何转入中断入口去执行以及中断程序结束后程序如何返回。通过程序分析和观察执行过程，一目了然。
为了使学生具有独立分析、解决工程中遇到的实际问题的能力和独立开发单片机应用系统得能力，我们在理论教学结束后另外可以增加两周集中实训教学环节，以体现出实践教学的重要性。比如：我们在分析单片机应用技能基础上，设计了一个典型系统――单片机温度（压力）检测与监控系统。它由检测系统、信号放大系统、A/D转换器、控制系统及单片机系统等六个部分组成。
具体要求如下：检测系统能把0―100℃的温度转换为0-1V的信号。放大及波形变换电路把信号放大到0―5V的直流信号，经A/D后送入单片机系统，单片机系统对测量信号进行滤波，非线性校准，标度变换，通过人机界面显示出来。报警值可通过人机界面（键盘）设定。单片机系统还能完成对控制量的自动设置。本方案是集电工、模拟电子、数字电子、自动检测、单片机的嵌入式应用于一体的系统，为了提高单片机的应用能力，我们把这个综合项目进行分解，把总的要求分解到各相应课程的实践中完成。如温度检测与监控系统分解为以下几个子项目：1.电源变压器的设计与制作；2.稳压电源的设计与制作；3.放大器与波形变换电路设计与制作；4.非电量（温度）检测设计与制作；5.单片机系统设计与制作。根据各部分之间的接口要求提出相应的指标，把这些项目分配到相应的实训中。例如把电源变压器设计与制作在电工实习中完成；稳压电源、放大器及波形变换电路的设计与制作在电子技术实训时完成；检测系统设计与制作在自动检测实训阶段完成；单片机系统的软、硬件设计在单片机课程设计阶段完成；整个系统的组装及调试在单片机实训阶段完成。通过变压器的制作，学生了解了选用漆包线的方法，学会小型变压器的设计，掌握变压器的绕制工艺。放大器的制作，使学生学会了放大器的设计、制作、调试工艺和电子测量仪器的选择与使用。检测电路的设计，使学生学会了传感器的选择和使用，进一步理解传感器的主要技术对检测结果的影响，学会测量误差的分析方法。单片机系统的设计与制作，使学生能根据工程要求，配置单片机应用系统的硬件电路，完成显示、A/D、键盘、程控等子程序的编写调试，熟练软件编程环境和仿真器、编程器的使用方法。
四、结束语
单片机系统教学应突出教学的自主性、开放性和创新性，有利于新世纪创新人才的培养，符合高校的教育教学规律。在教学过程中，以加强基础、培养能力、开拓思维、注重创新、提高素质为指导思想、以培养与提高学生的科学实验素质、动手能力和创新能力为目标，建立以学生为主体、教师为主导，以层次化、模块化、全面开放的新的教学模式运作。力争通过单片机系统教学的改革，使学生能理解、掌握实际的单片机应用系统的开发过程，学会掌握及使用新技术的方法，使学生掌握一个实际单片机应用系统的开发模拟过程。
参考文献：
传统的单片机原理与应用课程教学的课堂上，大多单纯依靠老师的讲解。老师为了把一些抽象的概念，难懂的知识点讲解清楚，往往需要花费大量时间。并且，即使花费了大量的时间，有时因为硬件设计、系统开发等内容，也不容易在简单的平面教学中清楚地讲解，不能使学生产生感性认识。运用多媒体课件与传统教学相结合，把传统教学中难讲难理解的知识做成多媒体课件，不仅可以节省大量教学中板书的时间，还可以提高教学的质量和效率。同时老师在课堂上使用的多媒体课件一定要经过精心的准备，内容要选择难讲难理解的典型事例，通过仿真把结果动态演示出来，即能加深学生对问题的理解，又能激发学生的学习兴趣，灵活应用现代教学手段，突出解决该课程中实践性强的知识点，与传统教学相结合，对重点和难点内容进行透彻、清楚的讲解，使表现形式更加形象化，更容易理解，从而提高学生的学习兴趣。除了课堂教学，还可利用网络资源来最大限度的丰富课堂外学习，建立大范围的教学资源平台—教学网站，尽量实现优质教学资源共享，避免不必要的人力物力的浪费。利用教学网站，给学生提供学习与应用单片机技术的网络平台，开成良好地互动，真正实现教与学的有效整合[2]。
2选择合适的多媒体课件以满足教学需求
把多媒体课件应用到单片机课程的教学过程中，使得单片机教学不再枯燥，不仅可以使学生提高对理论知识的认识，而且通过仿真实例可以使学生熟悉单片机系统的开发方法，进而培养学生的动手和实践的能力。但是多媒体课件良莠不齐，必须选择合适的多媒体课件否则事得其反。首先，电子课件的开发工具有很多种，每种工具软件有各自的特点，要合理选择。在单片机多媒体课件的开发过程中，笔者所在教学团队，结合了电子课件开发工具PowerPoint和单片机仿真软件PROTUES，使用PROTUES针对具体实例开发出仿真程序，同时把仿真结果动态的插入到PowerPoint制作的电子课件中，使得多媒体课件能够演示单片机工作的动态及结果，感性且直观，同时又增加了课件的趣味性。其次，要及时更新多媒体课件以适应单片机技术的发展速度。《单片机原理与应用》是一门内容多且杂、实践能力要求高、发展迅速的课程，为了适应数字系统的不断发展，多媒体课件中动态仿真实例要尽可能的选择新事例，一方面能增加知识量，使课程和发展形势紧密结合，另一方面也能调动学生的学习兴趣，从而提高教学效果。
3结束语
Abstract： A teaching philosophy method for improving the student ability and programming ability was proposed. By introducing the proteus and keil software in the classroom， students see the control object in real time and can do it themselves. It helps to lay a solid foundation for students graduating from design and electronic contest.
关键词： proteus；keil；单片机；教学改革
Key words： proteus；keil；single-chip microcomputer；teaching reform
中图分类号：G40 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）07-0219-02
0 引言
《单片机原理与应用》这门课程是一门实用性很强的课程，目前是讲课28学时、实验12学时，一共40学时。以前的教学都是主要讲述单片机的硬件结构以及相关的组成部分的工作原理，对编程的要求不高，而且用的教材一直是以汇编语言为基础的，这样学生学习起来，单片机的汇编语言指令系统容易与另一门课程《微型计算机原理与应用》的指令混淆。而且汇编语言编程对于有些学生而言有些难度，不太容易记住。在《单片机原理与应用》这门课的12个学时的实验中，大部分学生刚对编程环境有些熟悉，刚进入状态，实验就已经完了。很多学生学完《单片机原理与应用》这门课后，让他编写一个简单跑马灯的程序都无法完成。这样对学生后期要参加的一些竞赛活动都会有一些影响，如全国大学生电子竞赛、飞思卡尔电子竞赛等竞赛活动中，都会用到单片机，而且对学生的编程能力有一定的要求。以前参加竞赛的学生都是利用暑假时间来重新学习单片机的编程知识，这样学生就会花一部分时间去补习学过的知识。而且在毕业设计中，很多学生对于课题中用到的单片机的相关的编程也不太会。鉴于目前《单片机原理与应用》这么课程教学与实践中存在着的以上问题，所以《单片机原理与应用》这门课有必要进行课堂教学的改革。我们将通过改变教学观念和模式，注重实验动手能力培养和分析解决能力培养，在考试考核等方面也相应的改革尝试。
1 改革的理念及思路
《单片机原理与应用》这门课程教学改革主要是对教学方式的改革，本次改革的侧重点是学生的动手能力和编程能力的锻炼，选择C51教材。教学方式有两种主要形式：一是以教师为中心的传授知识型教学偏重于原理的论述和编程方法的介绍；二是以学生为中心的探究与体验型教学，重视应用和编程，解决具体问题。探究与体验型教学的特点是：把问题交给学生，在老师引导下收集资料、拟定方案、动手编程实验最终解决问题，实现相关的功能，并进行归纳总结。
基本的思路是：是让学生在探究对象解决“问题”的过程中掌握本课程的知识点和原理。教师在探究式学习中的主要任务是“引导”。让学生围绕问题去琢磨，真正进入到探究的状态。因此实施本项课改探究体验学习的关键：
①是根据教学要求和课程内容，使学生充分了解当前该领域技术发展的现状，以及《单片机原理与应用》相关的知识。
②提供条件动手实验解决具体问题，实现相关功能。
③课堂上引入Proteus和keil软件，使学生在课堂上可以对相关的软硬件有一个直观的了解，并激发学生对该门课程的兴趣。
1.1 具体的实施方案与路径 本课程的教学实施分两步：①课堂教学提出问题，讲授原理要能引起学生思考和探究兴趣。要用调研、查资料的方式让学生获取学科知识体系，引起学生探究热情。在课堂上引入Proteus和keil两种软件，让学生在课堂上对单片机相关的硬件和软件有一个直观的接触和了解。②综合运用计算机技术进行设计方案、电路原理图的绘制、软件的编写和调试、完成任务达到掌握知识的目的。
1.2 考核方式的改革 考核我们从以下几个方面全面综合评价学生成绩：
①采用阶段评价、目标评价、项目评价，理论与实践—体化评价模式。
②结合设计方案答辩、现场解决问题、提交作品、测验、考试等情况，综合评价学生成绩。
③既注重学生在实践中独立分析问题和解决问题能力的考核，又注重学生协同作业的沟通、协作能力和团队精神。
2 预期的成果
《单片机原理与应用》新教学方法的研究和推广，能真正把教师的一言堂变为引导学生积极思考、思想交流的大讲堂，使学生在实践中学会分析思考，掌握科学研究基本方法，在学习实践中唤醒自己的潜能，激发自己最大的创造力。学生自主提出的问题更能引起学生的兴趣和解决问题的欲望。获得深刻的体验。
《单片机原理与应用》这门课是我院自动化、测控、电子信息和通信工程、物理学的重要专业基础课程，每年约有400学生要学习该课程。也可以为相关工科专业的学生开设。
采用与开放性实验、课程设计和毕业设计以及大学生电子竞赛相结合的方式，充分利用现代媒体、实验室和图书馆资源，不仅为学生提供了锻炼动手能力环境，还为不同年级、不同专业的学生提供了交流、探讨和相互学习的机会。使我们的课堂得到延伸。培养学生的协调能力和团队精神。为学生的就业和将来工作奠定坚实的基础。
3 实际效果和存在的问题
从目前的教学效果来看，比以前取得比较好的教学效果。由于在讲课过程中，当讲到具体实例时，都会用Proteus给出仿真的电路图和实际运行的效果图，这样学生可以很直观的看到单片机具体的控制过程，而且让学生参与互动，充分调动了学生的积极性，学生通过在课堂上自己动手编写和修改程序来控制一个具体的例程，这样大家可以把学的知识马上进行应用，可以看到实际的控制效果，学生都愿意参与。而且，我们每4人为一个学习小组，有一个开发板，大家学完相关的知识点后可以在宿舍自己互相讨论，这样可以把相关的知识点学得更加的牢靠，而且动手能力差的学生可以通过其他同学的指导也可以很快上手。这样学完这门课后整个班级没有一个不会编程的学生。如果大家有问题不清楚的可以通过电话或者QQ的方式与老师联系，可以及时的解决学习中遇到的问题。学生学完后，都不再惧怕编写程序了。
当然也存在一些问题，如刚开始的时候大家互动不是很积极，但是通过几次鼓励以后大家逐渐的积极参与到互动环节中来，还有就是我们的开发板是用串口线进行下载的，但是现在很多学生都是用的笔记本电脑，没有附带串行口，调试起来不方便，就让大家通过Proteus先仿真，通过后再到有台式机的同学那调试具体的程序。后期将通过修改开发板下载模式或加usb转串口线的方法来改变这个问题。
4 结束语
通过这次教学改革，《单片机原理与应用》这门课从原先的汇编语言教学模式转变成现在的C51编程教学模式，并通过KEIL和Proteus软件的引入，使学生在课堂上可以比较直观的看到单片机对具体硬件的控制实现的现象，加深对单片机的认识和理解。使学生学完这门课后可以自己独立的设计一些简单的单片机控制系统，为学生后期的毕业设计、参加大学生电子竞赛等打下坚实的基础。
参考文献：
[1]马忠丽.影响教学改革的因素及对策思考.甘肃科技纵横，2004，6：154-155.
[2]陈桂友，柴远斌.单片机应用技术.北京：北京工业出版社，2008：20-35.
[3]黄秀海，滕清秀.教学改革效果的实证研究.当代教育理论与实践，2012，1：111-113.
