时间：2022-04-06 20:51:49
关键词：单片机 教学改革 培养能力
一、引言
单片机在现代电子系统智能化中扮演着至关重要的角色。无论是现代工业、农业及生活领域，还是尖端科技等诸多领域，都离不开单片机，其应用率和普及率是其他类型的计算机不能比拟的。单片机技术被广泛地应用在智能仪器仪表、机电一体化产品、实时工业控制、分布系统的前端模块、家用电器、医疗和军事等领域。所以单片机原理与应用是电子、自动化等专业的一门必修课。单片机原理与应用是电气信息类、自动化类、机电设备类、计算机类及仪器仪表类等专业的专业基础课或专业课。单片机教学的改革就是使学生将学到的单片机理论知识转化为适应就业和工作需要的实际能力。
二、改革单片机原理及应用教学的意义
（一）单片机原理及应用教学存在的问题
传统的理论教学是按教材编写的顺序，先讲单片机的硬件基础知识，然后讲指令系统、汇编语言编程，接着是讲接口技术，教学形式和手段单一、方法简单呆板。在教学中，学生普遍反映单片机概念多、太抽象、难入门、指令太难记。学生感到枯燥乏味，学习难度很大，课堂教学效果不够理想。
传统实训课则以教师为中心，基本都是教师先进行讲解、示范，然后学生开始实操训练，学生模仿教师按实训步骤操作实训项目。在这个过程中，教师巡回查看辅导学生。实训考核则是操作一个操作过的题目，教师要据学生实训项目完成的结果和所用的时间给出学生实训实操考核成绩。用一个模式，完全按照指导书上规定的步骤做相同的实训。学生感到学习内容枯燥无味，没有兴趣。学生的学习积极性和教师的授课积极性都受到极大的挫伤。
（二）改革单片机原理及应用教学的意义
针对单片机原理应用教学存在的问题，要对单片机原理及应用教学进行改革，培养学生学习单片机原理及应用课程的兴趣，着重培养学生的学习能力、综合运用知识的能力、动手能力和创新能力，培养高技能人才。
三、单片机原理及应用理论教学改革
（一）单片机原理及应用理论课中，引入案例教学
本着“理论够用”就可以的原则，把够用的理论优化整合到一个个案例中，案例中包含的理论由简到难，符合理论掌握的逻辑顺序，使“死”的大量的理论内容分散活化到每一个实际案例中。在应用中学习理论，理论因运用的具体而不再抽象，每个案例中学到的理论数量适中、迁移和内化的程度高，解决了单片机概念多、太抽象、难入门、指令太难记忆等问题。
案例教学有利于培养学生学习单片机原理及应用的兴趣，一个个案例生动具体，给学生展示单片机应用的广阔前景，使学生对学习单片机原理及应用产生浓厚兴趣。学生在学习抽象内容之前，教师可以通过案例给学生介绍单片机无比优越的性价比，并且应用大量的事例说明单片机的应用无所不在。将抽象的教学内容与这些生动的现实应用实例相结合，给学生一个能看到、能听到、能摸着的学习目标，提高了学生学习单片机原理及应用的兴趣。
案例教学有利于培养学生学习单片机原理应用的积极性。案例教学过程中，可以渗透就业热点介绍，使学生认识到单片机从低端应用到高端应用都有广阔前景。学好单片机原理及应用既能为低端应用打好基础，又能为高端处理器的学习做好准备。如此，使学生把学习单片机原理及应用与自己的就业前景结合起来，学生学习积极性得到调动。
单片机原理及应用理论课教学中，使用案例教学，能缩短理论与实践的距离，培养学生综合运用知识、解决实际问题的能力。不少学生都反映，在理论课上学到的理论知识，到实践中不知道怎么使用，怎么入手。其原因就是没有把理论与实际相结合好，使用案例进行理论教学，使学生接触到了与实际应用相近的案例，可以缩短学生学习时间。比如，以一个完整的项目开发为案例，介绍交通信号灯控制系统，这样增强了趣味性，学生也很容易接受，而且可以促进学生思维发展，实现分析、反思、体验和感悟。当其领悟后，就能模仿，也会举一反三。
（二）单片机原理及应用理论课中，丰富教学手段
学生觉得单片机原理及应用难学抽象，很大一部分原因，是传统教学的讲授加板书，无法为学生展示单片机内部数据动态流动的过程和图景。学生脑海中形不成单片机内部数据动态流动的过程和图景，产生了极大的困惑。制作生动形象的多媒体课件可以解决这个问题，利用多媒体课件把单片机中难懂的寻址方式指令举例和有代表性的指令，做成动画准确生动呈现出其数据流动的完整过程，学生瞬间就理解了寻址方式和典型指令，并且迅速发展了学生的形象思维能力、抽象思维能力和举一反三的能力。
单片机原理及应用课程信息量大，要求授课容量大，制作生动形象的多媒体课件可以满足这一要求，利用多媒体课件授课，节省了板书和大量的画图时间，可以在有限的课时内讲深、讲透课程内容；利用多媒体课件演示，可以随机重复，前后可以随意翻看的特点，便于突出重点、突破难点。实践表明，将传统教学的讲授加板书与计算机辅助教学手段相结合，丰富了教学手段，提高了教学效率，激发了学生学习的积极性和主动性，收到了良好的教学效果。
四、单片机原理及应用实践教学改革
（一）单片机原理及应用实训课中，多开发趣味实训项目
利用单片机编程可以实现许多电子电路，这是非常有趣的。例如，利用位操作指令可以实现各种门电路和组合逻辑电路；利用循环或定时器能实现软延时；利用定时器可以实现各种矩形脉冲发生器，这些都可以从示波器上观察到有趣的结果。这些实训项目可以激发学生的学习兴趣，调动学生的学习积极性和主动性。
（二）单片机原理及应用实训课中，引入模块化教学
把实践教学内容优化整合成若干个模块，每个模块中包含的知识点和技能又可分解到若干个实训题目中，例如灯光控制模块，包含了闪灯控制、排灯控制、转灯控制、流水灯控制、交通信号灯控制。每个模块的教学又可分成三个层次，对学生来说就是三个层面的学习，即模仿学习、举一反三和创新。就拿灯光控制模块来说，直接按照实训指导书上的程序进行实训就是模仿学习，在此基础上对指导书上的程序进行改编实现延时和灯光花样的变化是举一反三，最后编制一个全新的灯光控制程序实现创新设计。这样的学习符合学生的思维发展规律，使其发挥主观能动性及创造性思维，有效培养了学生的学习能力，综合运用知识解决实际问题的能力和创新能力。
五、小结
单片机原理及应用理论教学和实践教学手段和方法很多，这里从个人教学改革心得出发探讨了几个做法。在今后的教学改革中只要不断改进教学方法， 使用各种教学手段，激发学生的学习兴趣，注重学习能力的培养和综合运用知识解决实际问题的能力的培养，就能获得良好的教学效果。但要深入教学改革，还需要不断努力和探索。
参考文献：
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[3]陈 亮.单片机课程的教学改革.实验室研究与探索，2008（9）：121～123
[4]徐海黎，刘明.单片机课程教学的改革.南通大学学报（教育科学版），2005（4）：96～97
[关键词]单片机 项目教学法 知识应用能力
随着电子技术的迅猛发展和超大规模集成电路设计以及制造工艺的进一步提高， 单片机技术也得到了迅速发展。单片机已经深深地渗入我们的日常生活的各个领域。因此多数院校都开设了单片机的课程。而课程所主要讲述的多数都是MCS-51单片机。但是，单片机的软硬件发展很快，新技术和新产品不断出现。如何安排教学内容，使学生既能了解新技术又能对单片机的应用技术融会贯通成了主要的问题。《单片机原理及应用》这门课程，我们按传统的学科教学法是以大纲为基准， 以教材为基础， 以教师为主体。 教师讲， 学生听为主要教学方式， 以教材章节顺序为教学进程， 先讲单片机概论、硬件;再讲指令、语句、流程图， 最后举一些开发应用实例。开始的时候学生听得可能很认真，但是由于这门课程是一门专业课，前面所涉及到很多的前序课程。由于前面的理论知识很抽象，这就导致越学越糊涂，最后失去了学习的兴趣。如何设计教学方法，激发学生的学习兴趣，真正理解和掌握单片机技术，是目前单片机教学中急需解决的问题。因此我们提出了一些改革，并提出了一边学一边练、以干具体的项目为目标。使学生在锻炼中得到提高，激发学生的兴趣，达到良好的教学效果。具体措施如下。
1.在教学上运用项目教学法。以项目为引导，案例教学等教学方法，本着不仅向学生传授知识， 更重要的是教会学生学习的方法， 培养学生的知识处理及知识转换能力和分析问题、解决问题能力及创新能力。让学生懂得怎样自己去学会一门课程。
具体步骤如下。
(1)提出任务目标:提出本次课要解决的一个具体的工作任务。
(2)分析任务特点:分析解决本任务的方法及步骤，选出最优方案。
(3)掌握相关知识:讲解实现本任务所必需的知识。
(4)实施具体项目:本任务实现的过程及结果。
比如在讲汇编语言程序设计时， 可以通过一个项目提出问题， 如何设计程序控制LED小灯的亮与灭。通过大约4个学时左右的时间将这一章节所用到的知识讲述给学生。然后让学生去查阅资料，从软件和硬件两个方面去查阅。软件方面可以比较哪个程序所用的语句最少，编程最简单。硬件方面看谁的结构简单，成本最低。然后选择出一个最佳的软硬件方案自行制作。使学生从查阅资料到制作都自行完成，老师只是起到指导和答疑的作用。从传统的老师教会转变成现在的学生自己学会的转变，大大提高学生学习的主动性。
2.在实验上根据单片机课程的特点，将实验教学内容分为基础实验、基本接口实验两个部分。基础实验主要有硬件的认知、指令系统实验、汇编语言程序设计实验。基本接口实验安排在课堂进行，是实验教学的重点。它包括硬件接线与软件编程两部分。学生在进行实验时，首先要根据实验任务完成硬件设计、设计主体电路，然后编写程序，最后调试。试验内容主要为基础实验，主要目的在于通过实验，让学生掌握基本的操作，和软硬件的了解。为以后具体的做某一个项目打下坚实的基础。
3.在考试环节上，主要通过三方面成绩来确定学生最后的期末成绩。这三方面主要包括期末笔试部分，平时实验部分，和实践创新部分。其中期末笔试部分占总成绩的40%，试验成绩占30%，实践创新成绩占30%。其中实践创新主要是指，在学习的过程中针对于每一章节所提出的项目完成情况的评定。比如我们在讲中断系统的时候，引入一个项目“交通灯的控制”。学生可以分组自行制作。根据学生的完成的情况给出一定的分值，然后将每一章的分值乘以系数合成总分值。这样可以对学生的成绩有一个综合分值。这样学生在准备考试时会将精力投入到实际应用中去， 而非死记硬背一些枯燥难记的指令和书本知识，更有利于对学生知识应用能力及知识转换能力和分析问题、解决问题能力的培养和考察。这种考试形式给教师增加了很大的工作量， 但使每个学生的知识应用能力都得到不同程度的提高。
最后，我们在教学过程中， 本着对学生负责的态度。培养学生的自学能力，提高学生的动手能力和应用能力为目标， 做了一些探索。 改进后的教学方法，内容由浅入深，理论实践相结合。提高了学生的学习兴趣和学习主动性， 使学生能够更好地掌握单片机的原理，并且相关的知识和应用能力都得到不同程度的提高。
参考文献
[1]刘刚.单片机原理与应用课程教学改革的探讨[J]. 江西教育学院学报， 2005， (26).
[2]张鑫，华臻等.单片机原理及应用[M].北京:电子工业出版社， 2005.8.
[3]赵志群. 职业教育与培训学习新概念. 2003，(6).
关键词：单片机；课程改革；课程探索
作者简介：许景辉（1978-），男，河北藁城人，西北农林科技大学水利与建筑工程学院，讲师；张成凤（1978-），女，山东安丘人，西北农林科技大学水利与建筑工程学院，讲师。（陕西 杨凌 712100）
基金项目：本文系西北农林科技大学本科优质课程建设项目（项目编号：2013-53）的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）35-0074-02
“单片机原理及应用”是电气工程及其自动化专业的一门重要学科基础课，是专业建设方向中“强弱电结合、软硬件结合”的重要体现课程之一。该课程帮助学生理解嵌入式控制系统的原理、工作模式和常用芯片参数，是目前信息技术在电力系统中应用的入门级课程和基础课程。
“单片机原理及应用”经过多年的教学实践和改革，从教学方法和教学手段上进行了不断创新，教学效果日益提高。但在新科技时代背景下，随着现代科学技术的飞速发展，更多的技术和方法可应用到“单片机原理及应用”教学中，为课程改革的不断推进注入了活力。[1]2012年新的专业目录调整后，专业课程设置及学时要求发生了一定变化，这也为该课程的改革提出了新的要求。
一、单片机课程教学现状
单片机课程是目前高校电类专业的骨干课程，虽然从课程名字上有所不同，但教学内容基本为MCS-51单片机基本原理及其应用方法，故课程名字多为“单片机原理”、“单片机原理及应用”、“单片机原理与接口技术”等。根据教学任务要求及课程设置不同，单片机课程学时从32学时到64学时不等。结合现在专业培养方案变化，目前该课程以48学时居多，同时根据教学需要增设1～2周的课程设计。从教学形式上来看，各校基本延续课堂讲授和课程实验相结合的传统教学模式。由于多媒体的推广及实验设备价格的降低，学生知识掌握和实践动手能力都较过去有了很大进步。以单片机为主的应用电路设计一直是各个学校学生科技创新活动的主流，通过各类实践活动，学生在毕业时的理论和实践能力显著增强，为学生进入工作单位打下了坚实的基础，受到社会各个用人单位的青睐。
然而，目前单片机教学中也存在很多问题，需要不断进行教学研究，进一步提高该课程的教学效果。首先，该课程的教学内容需要适度更新，以适应当前社会对单片机技术人才的需求。在课程教学内容上，多年来该课程以MCS-51系列单片机为例，从单片机硬件结构、常用指令、编程方法和单片机硬件扩展等方面进行单片机的教学和实践锻炼。但实践中发现，单片机汇编语句部分应增加C51对照程序以加强学生实际应用开发的能力和水平。在单片机知识结构上，应对目前普遍使用的I2C、SPI、ICP和ISP等加以介绍，让学生了解目前广泛采用的单片机技术。除了MCS-51单片机外，还应对日常广泛采用的PIC和AVR系列单片机进行适当介绍，使学生不至于与实际脱节，降低课程教学效果。在实践环节中，很多学校仍采用传统的试验箱，这虽然在一定程度上方便了学生实验，但与学生进行单片机系统开发脱节，容易造成学生眼高手低的教学弊病。实践教学中，应将具有在线可编程功能的单片机引入到实验课程之中，让学生真正体验单片机开发的实际环境，更好地了解系统设计过程及调试过程。结合现代虚拟仿真技术，应将PROTEUS等仿真软件引入到教学和实践体系之中，让学生能够在理想的环境下进行软硬件调试，增强学习兴趣。
二、单片机课程教学改革实践
“单片机原理及应用”课程改革主要包括课程内容优化、实践教学创新、教学方法改革、考核体系完善及创新人才培养等几个部分，通过不同部分的教学改革实践，可优化教学内容体系，提高学生综合素质，培养学生具有“理论基础扎实、实践创新能力强”的创新型人才。
1.明确培养目标，优化教学内容
单片机课程是一门理论和实践性都比较强的课程。由于该课程较为抽象，需要学生用“有限硬件资源”的思想去考虑各类复杂的自动控制问题，这就要求课程的理论教学和实践教学内容合理，能通过相互补充的方式提高教学效果。目前，“重基础、宽口径、重应用、高素质”是电气专业培养的原则，在这个培养目标下，学生应该掌握坚实的课程基础，建立较为全面的课程知识结构，在实践教学环节的基础上，具有较强的动手实践和科技创新能力。但在新的专业培养大纲修订中，专业学时不断压缩，因此更需要认真考虑教学内容，满足现在培养目标的要求。
单片机教材多种多样，但在教学内容上基本相似。单片机课程内容主要有数字电路基础、MCS-51单片机硬件结构、单片机指令系统、汇编语言程序设计、单片机中断及定时/计数器、单片机存储器及扩展、单片机串行通信、单片机接口技术、D/A和A/D转换电路设计、单片机系统设计方法、单片机应用及开发举例等内容。从内容上来看，单片机硬件结构、指令系统及汇编程序设计、中断及定时/计数器、单片机存储器及扩展和单片机串行通信等是该课程基础知识，应通过各种教学手段进行重点讲授。不论学时如何压缩，这些基本内容应该保留并保证教学的实际效果。D/A和A/D转换理论在数字电路课程中有所介绍，因此可以结合单片机应用及开发举例等内容进行讲授，结合实践教学要求，还可将其放入到实践环节之中。单片机汇编语言部分教学内容应补充C51编程方法及实例，但汇编语言不应省略，因为它是锻炼学生软硬件编程思维的重要内容，不应过分追求与社会接轨而让学生建立空中楼阁式的课程知识结构。在串口通信教学中，可对RS-232接口及单片机串口工作方式进行简要介绍，但应增加I2C、SPI等串口总线教学内容以适应现在硬件接口设计的时代需要。[2]PIC和AVR单片机作为现在单片机应用的主流，在课堂中应对其特点加以介绍。
2.加强实践教学，提高学生创新能力
单片机课程实践性非常强，只有通过理论和实践相结合，学生才能真正掌握单片机的使用方法和应用技巧。单片机课程实践教学分教学实验、课程设计两个部分。两部分应结合课堂教学内容，相互补充，相互呼应。
在教学试验中，首先应采用切近实际生产的教学设备。目前很多高校仍采用传统的实验仿真箱，这种设备让学生关注于程序设计，单片机硬件部分只需插线即可完成。从目前教学效果来看，采用这种设备进行教学，学生对软硬件知识的掌握程度不尽理想。现在广泛采用的单片机均有ISP（在线可编程）功能，其单片机ROM多采用可擦写的flash芯片，因此延续过去烧写器时代的仿真实验箱将给学生造成错觉，让其在实际硬件开发中有种无所适从的感觉。单片机实践教学要求学生能够掌握单片机基本指令和使用方法，掌握单片机系统的开发流程及操作技巧，因此需要学生在软硬件上均应进行实践锻炼，这就要求启动新型实验教学仪器的应用。目前，单片机开发板功能日益完善，其价格越来越低，因此可以通过单片机开发板，让学生进入单片机系统开发的实战环境，真正让学生对系统硬件结构和软件指令有一深入的了解和掌握。在实践教学中，采用了积木式单片机硬件系统，单片机建立最小系统后，其设备均通过经典电路制作成模块，学生在实验中要对其电源、总线等设计，需要通过引线组件不同功能电路，这充分锻炼了学生的动手能力和系统设计能力。
在单片机实践教学中，PROTEUS软件是取代传统实验仿真箱的另一利器。PROTEUS软件是英国Labcenter electronics公司开发的EDA软件，是目前唯一能够进行单片机软硬件仿真的计算机辅助软件。[3]该软件有丰富的元器件模型库，能以较为形象的方式进行51系列、PIC系列、AVR系列和ARM7等软硬件仿真。[3]该软件注重于器件的关键引脚连线，能结合Keil等编程环境，对单片机系统进行主要功能检验和输出结果仿真，这有效提高了单片机学习和开发的效率。PROTEUS软件在软件环境中集成了各类检测仪表，学生只需一台计算机即可进行相关知识的学习和功能开发，其应用范围越来越广。[4]西北农林科技大学（以下简称“我校”）根据教学中常用电路及实验仿真箱等经典电路开发了“基于PROTEUS的单片机实验平台”，通过模块化的方式排列了教学和实践中常用电路模块，学生需要通过硬件连线和软件编程完成相应控制功能，对学生软硬件设计能力提高起到很大促进作用。
3.采用多种教学手段，不断提高教学效果
近年来，随着国家教育改革的不断深入，“强基础、宽口径”已是目前高校专业教学目标的主流，与之呼应的专业培养方案修订使得专业课程学时不断压缩，但教学大纲中对课程内容要求并未减少，这就势必造成教学效果的下降。为了适应这种状况，教学中必须采用新式教学方式，以提高教学效率。
现代教学手段中，多媒体授课形式已经不是新的创意，但多媒体课件如何设计却是一个常说常新的话题。目前，对于如何进行多媒体课件制作的论文已经很多，[5，6]但如何设计课件内容及如何设计内容展示方式的论文却不多。多媒体教学中，对于抽象的内容需要用POWER POINT中动画功能予以演示，如单片机工作方式内容讲解时，学生很难想象单片机取指令、编译指令和取数据的过程，而通过动画显示的方式，学生就很容易理解PC指针的工作方式以及CPU进行取、解译和执行指令的过程。现在网上资料非常多，在进行单片机硬件扩展内容讲解时，可将学生分成几组，分别对常用的电容、晶振、液晶显示器、数码管等进行型号和图片的搜集和整理，然后利用课堂5分钟进行各组的讲解和展示，这不但拓展了学生的视野，而且锻炼了学生的能力，起到了教学相长的目的。
除了多媒体教学外，还应充分利用各种资源，为学生进行立体式教学环境布置。应充分利用板书、多媒体、网络等手段，扬长避短，充分发挥各自优势。教师通过板书给学生以思考的时间，利于学生进行理论知识的课堂消化。网络是目前知识学习的宝库，丰富的网络资源为课程难点解答提供了多种版本的解释，为学生正确理解知识点提供了帮助。比如说单片机型号多样，课本讲解是有限的，学生就可查阅论坛和精品课程网站来了解新知识，各类国家、省级优秀精品课程网站为学生学习提供了良好的平台。
4.建立多样考查方式，注重学生学习效果考核
各种教学方式改革，目的是为了给学生提供一个良好的学习环境，因此学生学习效果还需通过多种考核方式进行评测，为学生质量鉴定提供一个标尺。单片机课程应用性较强，死记硬背式的学习方式不能适应现代社会对人才的需求。因此从课程考核方式上应将作业、出勤、实验报告、课堂测试、大作业及期末考试结合起来，通过教学过程中的引导，调动学生学习积极性。随着社会思潮对大学校园的冲击，每一届学生的学习特点各有不同，因此需灵活确定各类考核比例，引导学生加强某个教学环节的学习和锻炼。比如说，某届学生实验积极性不高，那这届考核中的实验出勤和实验报告比例就要加大，而且其考核比例要及早通知学生，这样才能引导学生重视实践教学环节。在不同考核方式中，也应该注重考核形式。如课堂点名时，很多教师拿点名册进行点名，由于缺课情况无法展示给学生，容易让不爱上课的学生懈怠。而通过大屏幕式Excell点名，情况就不一样了。这不仅利于学生出勤情况的统计，还可以让全体同学掌握各自出勤情况，利于彼此的监督和提醒。
三、积累教学经验，不断加强教学创新
不同教学方式的改革都是围绕创新性人才这个培养目标进行的。已有的教学经验利于当时的教学，但随着时代的变化，其教学方式就需要不断创新。
教学方式改革的主导者是教师，只有加强师资队伍建设才能形成良好的教学和学风，才能不断创新教学形式，提高教学水平和效果。在师资队伍建设中，应通过教案编写、课程讲授、专题研讨和学术交流的形式不断加强教师素质，提高教学水平。应鼓励和支持教师参加各类单片机产品会和学术团体会议；通过科研活动、全国性技能竞赛和学生科技创新活动，积累理论和实践经验，为教学工作积累丰富的教学素材；应积极创造教师进修和考察机会，开拓眼界，丰富经验，为树立其正确的教学理念创造条件。
学生创新型教育是时代赋予高等教育的目标和使命，是促进国家发展和生产力提高的重要保障。在教学中，应积极引导学生发挥创新性思维用单片机的思维解决生活中的自动控制问题。同时应在作业、课程设计选题及综合性、设计性实验项目中积极贯彻创新型人才培养思路，让学生多动脑、多动手。结合目前实验室开放和PROTEUS平台，让学生多进行创新性思考和科技创新活动。学生素质的进步既是高等教育创新的成果，也是教学创新的动力。
教学创新是课程生命力的动力和源泉，教学改革实践是课程永葆青春的法宝。教师只有不断创新，才能让学生由浅入深、由易到难地进行单片机概念、原理、使用方法的学习，才能通过丰富多样的实践创新活动掌握单片机控制系统设计、制造方法，才能培养出一批又一批的高素质创新型人才。
参考文献：
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[3]张靖武，周灵彬.单片机系统的 PROTEUS 设计与仿真[M].北京：电子工业出版社，2007.
[4]袁锋伟，赵立宏，朱慧玲.基于 Proteus 的单片机课程教学与实验改革[J].实验室研究与探索，2007，26（12）：75-78.
[关键词]单片机；创新能力；教学改革
[中图分类号]G40―057
[文献标识码]A
[论文编号]1009―8097(2009)13―0282―03
引言
《单片机原理及应用》课程是向学生传授单片机技术的基础课程，它综合了多门基础课和专业基础课的知识，主要培养学生进行智能化电子系统整体设计的能力，培养强电专业学生的弱电控制能力。通过学习，使学生掌握单片机应用系统的硬件设计和软件编程技术，可为后续更高层次专业课程的学习、毕业设计、参与实际的综合设计课题和将来参加工作打下良好的基础。因此搞好《单片机原理及应用》课程的教学工作，提高学生的创新能力，对提高教学质量有着非常重要的现实意义。
一 目前教学中创新能力培养存在的主要问题
我院的自动化、电气工程及其自动化、电子信息工程三个电类专业均开设了《单片机原理及应用》课程，学生在学习了电路基础、数字电子、模拟电子、微机原理等基础课程的基础上，再学习《单片机原理及应用》课程，在整个教学安排上是非常合理的。然而通过40学时的教学和一周的课程设计，最终对学生的学习情况考核时发现学生对该课程的掌握情况并不十分理想，尤其是创新能力较差，主要表现在：
1 学生主动学习的意识不够，缺乏创新思想，学习过程中一旦碰到问题，很难认真思考、探索研究、积极主动地解决问题。
2 在《单片机原理及应用》的教学过程中，传统的教学还是以理论为主，以课堂授课为主，学生很少有应用具体电路解决实际问题的机会，不利于创新思维的培养。
3 目前实验课程体系验证性实验过多，综合性、启发型实验不够，没有大型设计性和综合性实验，基本没有对学生动手能力训练，更不用说培养学生的创新能力。
4 在传统的教学思想和方法引导下，学习成绩主要是以考试成绩确定的，因而常常出现“高分低能”现象。这种评价体系造就学生对实践环节学习的轻视心理，即是以成绩合格为目标，而不是能力获得为标准，限制了学生的创新能力。
二 改革思路和方案
针对以上问题，在单片机教学中，根据学生、教材、教学设备等实际情况，将授课内容进行全面、合理的整合优化。减少冗余，加强综合性、创新性内容，在对整个课程链研究的基础上进行了课程改革，改革后的讲课学时分配如表1所示：
在对整个课程链研究的基础上进行课程改革，可以避免学生反复学习同一内容，但又学得不够深入等问题。对照以前的教学大纲，了解当前学生所学课程，对单片机的大纲做了更改，利如增加了单片机应用典型案例、接口部分知识，删除了同步、异步通信概念、进制部分知识等。
这种改革符合目前国家教育教学改革基本方针，可以减轻学业压力，用有限的课时学习尽可能多的知识，做到“厚积”。在改革过程中注意积极开展教育创新。为培养创新意识，积极探索具有创造性的教学方法和手段，在授课中改变老师唱主角，学生当观众的教学模式：改变学生静态、被动接受的地位，建立以学生为中心的实践性教学模式。利用学生对新事物感兴趣的心理特点，鼓励学生积极、主动地去探究知识，教会学生进行创新的科研方法和在自主的学习中学会创新。另外在现行开设单片机课程中，实践内容所占比例偏少，实验设备陈旧，内容跟不上时展，因此进行了实践性教学环节改革，改善教学与实践脱节的现状，使各环节相互衔接，增加创新实验，通过加强动手能力的培养，提高了学生的综合素质和创新能力，培养应用型本科人才。
三、为提高创新能力所采取具体措施
1 提高学生学习单片机的兴趣，培养学生创新意识
兴趣是最好的老师，只有有了学习兴趣，才能够在学习中创新，喜欢创新，注意创新，发挥自身的创造性。为激发学生的学习兴趣，在开课之后，我们首先向学生介绍单片机的多种应用功能及其良好的发展前景，让学生明白学什么、为什么学和学会后能做什么，并利用图片、录像和实物等介绍一些当前的单片机先进科技和教师相关单片机科研成果；邀请一些单片机科技公司的技术人员、知名教授来校作单片机知识专题讲座；请一些已毕业从事与单片机技术有关的学生来现场指导教育，使他们了解单片微机在工业控制、智能化仪器仪表、计算机外部设备、计算机网络与通讯技术和家用电器等领域的应用及学好单片机的重要性和必要性，激发他们的学习兴趣，鼓励他们动脑思考有哪些领域或哪些与我们日常生活相关的电器或仪表等设备适合用单片机控制，从而使学生具有初步的创新意识。
2 鼓励学生进行单片机应用系统开发，培养学生的创新能力。
不断鼓励学生利用课余时间进行单片机应用系统开发，制作自己兴趣的产品，编写单片机程序。由于初学者一般没有开发板和仿真器这些设备，为了给学生创造条件，我们采取了以下措施：
(1)给学生提供一些单片机仿真软件，让学生在电脑上模拟实际系统，编写软件。例如提供了proteus仿真软件，它可以仿真51系列、AVR，PIC等常用的MCU及其电路，还可以和keil软件互联，可以像使用仿真器一样调试程序。又不需要任何费用，特别适合学生在单片机学习的起步阶段使用。我们在实验室里安装了这个软件，并在教学过程中向学生演示它的功能和使用，鼓励有电脑的学生安装这个软件，让他们利用课余时间自己动手做做电子表、步进电机、直流电机控制、LED显示，AD、DA转换，交通灯设计等方面的模拟实验。
(2)鼓励有一定经济条件的学生买一些小型的单片机学习开发板。目前市场上有很多专门为在校大学生学习单片机量身定做学习开发板、主控芯片。包括凌阳、51系列、AVR系统等，它们价格低，特别适合于学生利用课余时间学习单片机开发。而实验室也购置一部分这样的开发板，对学生开放，给学生创造自主学习和开发单片机系统的环境，从而培养了学生的创新能力。
3 在实验中培养创新思维
改变原有的实验教学模式，减少验证性实验，增加设计性、综合性实验，并开放实验室，随时恭候学生的来临。在整个实验进行过程中，以学生为实验的主体，最大限度地调动和发挥学生的主观能动性，引导学生积极对待实验中出现的问题，并自己动手解决这类问题。指导教师在实验的组织管理上起主要作用，而在实验中仅起指导作用，给学生指明方向，避免多走弯路，并解答实验当中出现的一些疑难问题。例如：在彩灯移动实验中，鼓励学生编写不同的移动花样，采用多种不同方法编程，并设计电路图，这样将生活中常见的小产品与课程实验结合起来。使同学们加深对理论知识的
理解，学到了实际知识，培养了分析问题、解决问题的能力，培养学生的创新思维。
4 通过课程设计改革培养工程素质，强化创新能力。
创新能力不仅仅体现在一些制作发明上，更重要的是要有必要的工程素质。在课程设计过程中，注重培养学生的工程素质。从课程设计选题开始，就要求学生注意收集相关资料、作好分工、做好实验记录、总结调试心得等。使学生熟悉从立项、方案论证、软硬件设计与调试、PCB设计、结构设计、到安装调试等电子设计的全过程，系统地培养学生的学习能力、交流能力、合作能力，使学生理解并认识了良好的工程规范。在设计阶段，引导学生从不同角度观察问题、提出问题、解决问题，注意实现创新性设计。在报告整理阶段，引导学生对设计过程进行总结。从方案设计到器件选型，从程序开发到调试。都要求学生将实践中获取的经验总结文字材料，使学生在设计过程逐步体验本课程的系统性。例如，选择电子时钟系统作为课程设计的同学，其硬件电路尽管相对简单，涉及的单片机资源并不多，大部分同学都能够很快的实现基本功能，但在此基础上，引导学生进行创新设计，在硬件电路基本不变的情况下，通过重新规划设计软件，实现许多如计时器、万年历、秒表、定时报警器等附加功能。
每年课程设计的题目既可从教师给定的题目中选择，也可以自行拟定，自行拟定的题目在做之前要提交可行性报告。这就进一步锻炼了学生的创新能力。2007―2008学年我专业的课程设计的可选题目如表2所示：
而课程设计评分依据学生的实际完成情况和文字报告等进行评价。例如，确定若干个基于单片机实现的仪器系统如时钟、点阵显示器等基本功能供学生选题。在指定的时间范围内，提交完成基本功能的仪器系统、相关文字报告等，最后进行答辩。毕业设计得分由设计产品功能和质量分(40％)、毕业设计报告分(30％)、答辨分(15％)、特色与创新分(15％)等部分组成，并要答辨。
5 通过考核方法改革考核学生的创新能力
考核方法作为课程教学的最后环节，它直接检验教和学双方的效果，间接指导着学生的学习。目前《单片机原理及应用》课程使用比较普遍的考核方法仍然是闭卷笔试。应该说，闭卷考试在基础理论类课程教学中，在强化学生学习和掌握知识的作用是不可替代的，但《单片机原理》课程应用性、实践性都很强，如果仍以闭卷考试作为主要评价方法，则不能较好检验学生的实践能力和创新能力。因此对当前的考核方法进行了改革，并拟建立一种长期的跟踪考核制度，将考核重点放在学生在实践中发现问题的能力考核上。即将原来的纯笔试改成了设计报告、机考和笔试相结合评分的方法。在课程结束后学生要提交一个设计报告，设计一种产品，该报告的评分标准为：报告(50％)+创新意识(30％)+程序调试(20％)。而机考指的是在实验室里现场考核，主要考核学生动手能力和程序调试能力。而笔试试卷在考核学生的基础知识的基础上，更强调学生的创新性思维，在题型上进行了改革。减少了一些需要死记硬背的客观题，增加了灵活多样的程序设计，电路设计等题型。充分考核了学生的学习情况和创新能力。最终成绩测评比例为设计报告(30％)+机考(20％)+笔试(50％)。
6 开展第二课堂，培养学生的创造能力
为加强对学生学习的引导，我们将课堂教学延伸到课外，注意对学生参与实践活动兴趣的培养。将学生的课外科技活动纳入到创新能力培养的过程中来，成立了创新电子社团，以电气工程及其自动化、电子信息工程专业学生为主，其他专业学生也可自愿参加。由《单片机原理及应用》课程的主讲教师作为主要指导教师，每周辅导1―2次，并提供不同层次的实践内容，组织多种形式的实践活动，提出灵活多样的实践要求，吸引学生主动地、有选择地参与这些实践活动，让学生根据自己的发展方向，结合自己的兴趣和需求，选择适合自己的题目或感兴趣的产品设计。在设计和制作过程中，教师给予适度的指导，使学生能够独立、主动、保质保量地完成自己的设计目标和任务，把学生被动地学习变成积极主动地学习，把依赖于老师的学习变成独立的学习和思考。设计题目和产品的实现也增强了学生独立解决问题的自信心，进一步提高学习的兴趣。在教师的指导下，学生可以通过第二课堂对课堂教学内容进行补充和提升，可以根据自己的兴趣进行选题、完成自己感兴趣的课外实验项目、设计和电子制作，可以自己设计电子作品等，这样就使他们在完成学习任务的基础上，使自己的创新思想得以实现。大大激发了学生的课外学习兴趣和主观能动性。也为学生提供了自由发展的空间，提高了学生的创造能力。
7 依托各种竞赛，推进课程改革，提高创新能力
积极参加全国大学生电子设计竞赛、盛群杯单片机竞赛，飞思卡尔智能车竞赛等各类比赛。这些竞赛既培养了学生电子设计能力，提高了实践能力，也锻炼了学生的团队合作精神。通过各类竞赛，掊养一部分学生的动力创新能力，再通过宣传，使其它学生对单片机学习产生兴趣，为参加这些竞赛而努力，从而进一步提高了学生的创新能力。
四 结束语
在进行了课程改革以后，学生的学习热情受到了很大的激发，出现了自主式学习的热潮。由于课程的改革，使理论教学的时间大大缩短，学生有了更多动手和思考的时间，在课程结束时，大多数同学提交了自己的作品，更有部分同学在单片机比赛中取得了优异的成绩。我们将以此为契机，积极、主动地促进单片机课程的进一步改革，使单片机课程跟上时展的潮流，使学生学完单片机后，不仅仅具有初步单片机应用系统的设计和开发能力，还具有了一定的创新能力，有效的提高了学生的综合素质。
参考文献
[1]江世明，刘湘涛，申寿云等.省级重点建设课程《单片机原理及应用》的创新与实践[J]怀化学院学报，第2006，25(8)：162―163.
[2]龚益民.《单片机原理及应用》教学改革与实践[J].2007，(5)：119―120
关键词 混合式教学；单片机原理及应用；微课
中图分类号：G642.3 文献标识码：B
文章编号：1671-489X（2016）24-0098-03
Exploration of Blended Learning in Course of Principle and Application of Single Chip Microcomputer//CHEN Ni， YUAN ChengLin， LIANG Ni
Abstract The comprehensive practical ability of biomedical engi-neering students in our university is poor in the course of Principle and Application of Single Chip Microcomputer， in order to solve this problem， the blended learning mode of on-line and off-line is used
to explore the teaching reform. This paper expounds the development
of on-line teaching resources and the implementation process of blended learning under the new teaching mode. The problems needing attention in the process of implementation are analyzed.
Key words blended learning； principle and application of single chip microcomputer； micro class
1 课程教学现状及存在问题分析
单片机原理及应用课程是广西医科大学生物医学工程专业（医疗仪器方向）的一门核心专业课程。要求学生通过本门课程的学习，掌握单片机开发的基本流程及内部资源的使用，进一步具备单片机系统的综合研发能力。
目前，该门课程较为流行的教学模式是[1-2]：采用“教、学、做一体化”的方式，以“职业活动的工作过程”为依据，通过项目、任务、产品、工序等方式来设计教学情境，将课程学习的主要知识点融入相应的学习情境中。在这种教学模式下，学生能熟练掌握单片机内部资源的使用。然而，一旦进入综合性实践环节或实际项目开发环节，需要自主独立完成时，往往觉得难度大，不知从何处着手。大部分学生在完成课程学习之后还是处于单片机入门阶段，单片机的综合运用能力和实践创新能力仍然不足。究其原因，主要有以下几点。
1）在长期的以教师“教”为主的传统教学模式中，形成学生学习过程的依赖心理。“教、学、做一体化”的方式一定程度上提高了学生的学习兴趣及实践能力，但学生在实验过程中遇到问题仍习惯于求助教或他人，而不是主动寻找解决问题的方法。学习主动性的欠缺严重抑制了学习能力、创新能力的提升。
2）网络课程教学资源不足，阻碍了学生的自主学习过程。随着高等教育信息化的发展，丰富的多媒体教学资源、便捷的协同交流为在线学习提供了便利。尤其是近年来慕课教育理念开始风靡全球，它所提供的大规模、开放的课程资源，使得学习者的学习过程不受时间和空间限制。但现有慕课课程资源仍不完善，网络上虽有很多单片机学习的相关资源，但是这些资源质量参差不齐，教学目的性不强。一些资源可用于解决某些特定问题，一些具有教学性的资源不一定适合学生的基础且缺乏系统性。而且大部分学生还缺乏对信息的筛选能力，难以在大量的网络信息中选取适合于自己的学习内容。
3）学生的学习过程受时间和空间的限制，大量的课余时间没有得到充分有效的利用。对单片机这类实践性强的课程而言，需要开展大量的实践训练才能获得开发技能、调试经验，进而具备相应的实践创新能力，仅靠课堂上有限的学习时间是难以达到教学目标的。
由此可见，依赖性的学习方式、课后教学资源的欠缺一定程度上限制了学生对课程的掌握程度。因此，需要转变学生当前的学习方式，培养学生的自主学习习惯，对现有的教学模式进行改革探索。
2 混合式教学的含义
教育变革要能跟上时代步伐，关键是加快教育模式和学习方式的转变[3]。教学模式的设计以学习理论作为理论基础。自20世纪50年代以来，学习理论历经行为主义、认知主义和建构主义等不同发展阶段，不同的学习理论在不同的学习阶段、不同的学习环境下是一种相互补充的关系。混合式教学（B-Learning）作为传统教学（Face to Face）与网络化教学（E-Learning）优势互补的一种教学模式，体现了三种学习理论相融合的趋势，是目前高校教学改革的一个重要研究方向[4]。
混合式教学的含义可理解为[5]：
1）采用面对面教学与网络化教学相结合的教学形式；
2）基于网络平台的，以音频、视频、文本、图形、动画等多媒体技术展现的教学资源；
3）传统教学手段与信息技术结合的教学手段；
4）以教师为主导、学生为主体的教学过程；
5）过程评价、结果评价等多种方式结合的教学评价。
3 混合式教学在单片机课程中的实施
单片机课程具有实践性强的特点，实验教学是课程教学的重要环节。基于本课程的特点，选取实践性强的知识单元进行混合式教学模式的探索。根据实验项目的内容来划分知识单元，并设计相应的网络教学资源。新的教学模式在实施过程中将理论教学与实验教学有机结合，打破原有的理论课与实验课独立授课的模式，以更好地形成“理论有效指导实验，实验加深理论理解”的教学效果。基于网络环境的混合式教学将教学过程从课内延伸到课外，对于培养学生的自主学习习惯，提高学习效率和学习质量起到一定的促进作用。
网络教学资源的设计和开发 课程教学资源是在网络环境下开展混合式教学的基础，包括内容呈现和讲解型的教育资源、用于教学评价的试题资源等。单片机课程的教学资源主要包括教学视频、题库、程序库、开发软件、PPT等。课程资源开发一般有引进、自建、改造三种模式[6]，即：引进网络上优质的课程资源，对现有的课程资源按新的教学模式进行改造或自制新的资源。
结合广西医科大学的实际情况，以自建和改造为教学资源的开发模式。将单片机课程中各知识单元的重点和难点录制成教学视频，以微课的形式呈现；设计每章的自测题和期末模拟试题作为题库；把单片机课程实验中用到的小程序模块、本专业学生在项目开发中积累的程序模块整合为程序库；设计新教学模式下的单片机课程教学课件；最后，与单片机开发相关软件（Keil C编译软件、51单片机下载软件、Proteus仿真软件）一起作为教学资源，上传到第三方开发的网络教学平台上。
每节微n会有与之对应的微实验，如表1所示。微实验的内容为要求学生通过编写小程序或观察现有程序的实验结果来理解微课中的知识点。单片机课程的实验环境容易搭建，只需配备最小系统板，安装开发软件即可实现。而且单片机最小系统板价格便宜，体积小，便于携带，每个学生都可自行搭建实验平台，在课后其他场所随时开展相应的实验。
混合式教学的实施过程
1）总体的实施思路。对课程进行知识单元的整理归类，划分出两大类：未涉及实验环节的和有实验环节的。对未涉及实验环节的知识单元，采用传统的面授方式，对于实践性强的知识单元则采用“线上+线下”的教学模式，即：学生通过网络平台上的教学资源，利用课外时间线上自学；线下教学以实验教学为主，教师在实验课上对学生线上自学的知识点进行梳理，讲解重点和难点，与实验内容相结合，并通过实验的开展加深对知识的理解。知识单元的设计要合理，最好能在每次课（3～4学时）完成一个知识单元的学习。最后，安排一次综合性实验，采用“项目引导+任务驱动”的方式开展教学，以强化学生对课程知识的综合运用能力。整门课程的教学安排如表2所示。
2）具体的实施过程。混合式教学还没有统一标准的教学方式，对于不同的课程，其教学过程也是有所不同的。在正式授课前，需要对授课的流程和网络教学平台的使用做专门介绍，让学生熟悉教学方式、清楚评价方法、明确学习要求。对实施混合式教学的教学内容，以小组协作的方式开展，将教学过程分为三个阶段。
第一阶段为课前导学。教师在课前下发线上学习任务单，学生利用视频和任务单导学，在课前完成视频学习及微实验的内容，思考任务单上列出的问题。
第二阶段为课中研学。教师在授课开始以研讨的方式了解学生的线上学习情况，如以小组为单位回答任务单的问题，演示微实验的结果等；然后根据学生的学习情况，引出知识单元的重点、难点，安排本次课的实验内容；最后，对实验过程中出现的问题进行汇总，引导学生寻找解决问题的方法，下发下次课的学习任务单。
第三阶段为课后练学。要求学生按学习任务单完成课后的练习任务，同时鼓励学生到学习论坛中分享经验、回答问题、贡献学习资源等。学生在课上的表现（如回答问题、实验情况、纪律等）和学习论坛中的表现均作为线上学习成绩的重要考量依据。
3）课程教学评价。课程评价体系注重学习过程的考核，学习过程包括观看视频、完成相应的微实验、回答论坛问题、线下实验等方面。线上的学习成绩包括每个知识单元的自测、线下回答教师的问题及在论坛回答问题的积分；实验成绩包括每次实验课完成情况、实验报告的成绩及综合实验的成绩。最后，结合期末考试的成绩得到期评成绩，计算公式为：
期评成绩=线上学习成绩*20%+实验成绩*30%+期末成绩*50%
4）实施过程需注意的问题。
①新的教学模式下对教师能力提出更高的要求。教师在教学过程中不再单纯充当知识传授的角色，重点是在知识点的梳理、对课堂的有效组织、教学活动的设计及学习方法的传授等方面。可通过组织教师参加培训、授课比赛、指导学生参加科技竞赛等方式，转变教师的教学理念，全面提升教师的语言表达能力、专业技能、创新实践能力等。
②混合式教学的有效实施，需要学生改变以往被动接受知识的状态，形成自主学习和独立思考的习惯，还要提高自学过程中诚信素养等。在开课前需对学生开展相应的思想教育工作。结合校内实施的班级导师制，将课改的教育理念作为班级导师授课的主题内容，在专业引导课中进行宣传，让学生理解并认可新的授课方式。
③需要根据课程的具体实施情况，合理设计教学过程中成绩的评定方式和在期评中所占的比例，形成新的课程评价体系。
4 结语
通过引入新的教学模式，打破了传统的理论课与实验课分开讲授的教学模式，从而将理论课与实验课有机结合，促进理论有效指导实验、实验加深理论理解的教学效果的形成。经过初步探索实践，验证了课改方式的可行性和有效性。
参考文献
[1]胡利军，张小波.基于工作过程系统化的单片机原理及应用课程改革[J].中国教育技术装备，2014（2）：135-137.
[2]周秀明，程烨，等.基于工作过程导向的“单片机原理与应用”课程改革研究[J].黑龙江生态工程职业学院学报，
2014，27（2）：86-88.
[3]陈琳.高校课程立体学习资源建设研究：促进学习方式转变的视角[J].中国电化教育，2013（11）：95-97.
[4]余胜泉，路秋丽，陈声健.网络环境下的混合式教学：一种新的教学模式[J].中国大学教学，2005（10）：50-56.
关键词：单片机；流水灯；教学改革
作者简介：王学惠（1974-），女，黑龙江友谊人，黑龙江科技学院机械学院，副教授；刘元林（1970-），男，山东平阴人，黑龙江科技学院机械学院，教授。（黑龙江?哈尔滨?150027）
基金项目：本文系黑龙江省高等教育学会“十二五”课题（编号：HGJXHB2 110872、HGJXHB1 110856）的研究成果。
中图分类号：G642.0?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）28-0050-01
“单片机原理及应用”是机械工程专业的一门专业平台课，课程内容侧重于实际应用。该课程的教学对象是机械工程专业的学生，他们已具备一定的电工学和计算机及控制理论知识，教学上应以单片机结构及应用设计为主，使学生通过本课程的学习，具备独立设计单片机测控系统的能力，能对单片机的组成原理和结构有比较深刻的理解，基本掌握单片机应用系统设计方法，可灵活地使用芯片构成单片机应用系统，具备单片机硬件设计和软件编程能力。
为了在现有的学时中尽快引导学生入门，使其在理论分析与实践两个方面的能力都有所提高，教师从课程内容体系安排和考核方式等方面进行了一定的探索和研究。
一、“单片机原理及应用”课程教学的现状及存在问题分析
“单片机原理及应用”是一门理论与实践联系非常紧密的课程，目前的课程教学包括理论和实践教学两部分。下面就从理论和实践教学两个方面入手，分析目前单片机课程教学的现状及存在的问题。
1.理论教学现状及存在问题
理论教学是单片机课程教学的重要组成部分，也是实践教学的基础。目前理论教学主要依赖于课堂教学，传统的理论教学主要依赖于黑板教学。计算机技术的发展和多媒体技术在教学中的广泛应用，在一定程度上提高了课堂教学的效果。另外，启发式、讲授式等多种教学方法以及图片、动画、视频等手段在多媒体课件中的应用，有效地提高了学生对理论知识的理解。但是，就教学效果而言，学生学到的只是单片机的理论，而且学习手段单一，枯燥，致使学生学得吃力，老师教得辛苦，教学效果也没有显现出来。学生不知道其所以然，自然也不知道单片机到底是如何工作，如何实现系统控制的，致使学生学习兴趣不浓。没有实践的支撑，理论的教学就达不到预期的效果，自然理论也不能指导实践。
2.实践教学现状及存在问题
目前的实践教学主要形式为课内实验，偏重于做一些常规的验证性、认识性实验，综合性、设计性实践环节较少，严重影响学生的动手实践能力，不能很好地发挥学生自主学习的潜力，就业竞争优势不明显。[1]实验课的教学采用实验箱，进行实验时，学生只要对硬件按照实验说明进行简单连线就可以完成，并不清楚原理。[2]这种方法对学生而言，大量的概念都是第一次接触，而且抽象，没有感性认识，往往不能充分理解理论知识，没有创新性，没有问题的提出，激发不了学生的学习兴趣。
从以上现状及存在问题可看出，该课程教学的主要矛盾点在于理论和实践教学相脱节，理论教学单纯学理论知识；实践教学浮于形式，只演示一遍而已，不利于学生实践技能的培养，更谈不上工程应用能力的培养，不利于培养目标的实现。理论教学缺乏实践的支撑和验证，使得理论教学无的放矢。实践教学也不能对理论教学起到很好的推进作用，最有效的方法是改革现有的课程教学体系，在实践教学中学习理论知识，加深对理论知识的理解和运用，使得理论教学有的放矢。采用理论和实践教学有机结合的方法，有利于提高学生的工程应用能力。
二、课程教学内容体系改革
本课程主要讲述MCS-51系列单片机的硬件结构、组成原理和指令系统，并结合实例，重点介绍单片机应用系统的设计方法。对于实践性、应用性很强的机械专业课程来讲，实践教学系统是关键环节。[3]
1.课程教学内容的制定
课堂教学是实践教学体系中最重要的环节，其质量的好坏直接影响学生的学习态度与学习效果。[4]课程理论教学内容分为基本内容教学和扩展内容教学两部分。在基本内容教学中以流水灯为课程主线，将最小系统、基本指令、中断、定时器等内容融会到这个主线当中，以实际制作的流水灯为依托，不改变硬件结构，采用不同的方法实现灯的流水过程，从而深入浅出地把复杂的理论应用到具体的实践中。扩展内容教学主要是在基本教学内容的基础上，扩展芯片（如A/D、D/A、显示及键盘等芯片）构成单片机应用系统。
2.实作部分内容安排
黑龙江科技学院应用型本科人才培养的目标是培养学生的工程实践能力，能够动手制作单片机应用系统是单片机原理及应用课程所期望达到的培养目标。为实现这一目标，针对单片机这门实践性很强的课程，必须构建以实践为主线的课程教学体系，提高实践环节在课程中的比重，尤其是实际用单片机制作完成一个系统，使学生在教中学，学中作，以作促学。
通过具体的实物制作，激发学生的兴趣，使学生能够真正体会到学习的乐趣。结合理论教学的内容，实作也分成两个部分，一部分是以单片机为基础的流水灯制作，另外一部分是以单片机为基础的扩展制作。学生在熟练掌握基本技能的基础上，以完成自选、综合设计性内容为目的，教师引导学生自行选题、自主设计实作过程、自我选配实验器材。[5]
三、教学改革的具体实施
关键词：单片机原理及应用；教学改革；教学实践；考试方案
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）23-0089-02
教学改革与创新是教师在教学生涯中不断追求成功的一种手段，但是教学改革是否能够满足教学目标实现更加有效的教学质量，在高职高专教学中能否实现人才培养的目标，这些都是我们这些教学改革创新者所要考虑的一个问题。在教学过程中我也不断地在提高自身知识，不断尝试不同的教学方法来提高教学质量，在改革过程中我不敢说我很成功，但是至少我的改革使学生学到了本应学到的知识，让不少学生深深体会到了学以致用的。现在我就对《单片机原理及应用》课程的一体化教学改革与实践过程与大家一起学习讨论。
1 一体化教学改革的基本思路
《单片机原理及应用》课程改革思路如下：
1） 迎合面向高等技术应用性人才的培养目标要求，我们要打破传统的学科体系和古板的教学模式，重新构建能力本位的一体化的综合课程。
2） 针对高职院校学生生源基本上都是基础薄弱的现状，我们适当降低理论起点，注重实践教学。
3） 现在单片机核心芯片的不断更新，更新教学内容，体现新知识、新技术、新方法的应用；面向和国际职业教育接轨，在教学模式、教学方法、考核方式上借鉴国外先进经验。从而逐步实现“三转三化”，三转是，即从“教师”转为“教练”；从以教材为中心转为以教学大纲和培养目标为中心；从以课堂为中心转为以实验室、实习车间、实训基地为中心转变。三化是，教师一体化，即专业理论课教师与实习指导课教师构成一体；教材一体化，即理论课教材与实习课教材构成一体；教室一体化，即理论教室、实习车间、实训基地构成一体。最终实现“教学做”融为一体[1]。
这种教学模式满足了学生实践动手能力锻炼的需求，让学生在实践中学到理论知识，提高了学生的学习兴趣。教师不再纯粹是教师，而是有同于体育运动项目中的教练，真正起到学习的主导作用的是学生。这样的教学改革显然是提高了教学质量，同时也满足了用人单位对人才的岗前培训的基础需求，最终实现了高就业率的教学目标。
2 一体化教学改革与实践的潜在动因
以传统的教学方法来培养人才已经脱离了当今社会对人才培养的宗旨，教师、学生作为教育与被教育的当事人也已经意识到传统教学方法带来的很多弊端。
传统教学方法就是填鸭式的教学，教师不管课堂上学生听还是不听，都要拼命地把自己所辛苦备课的内容全部讲完，巴不得把自己脑子里所有懂得的全都告诉学生，希望学生都能学到。然而事实上，学生根本听不进去那么多甚至一丁点都没法听进去。热爱学习的学生在传统的教学方法下常常反而成为受害者，由于老师讲得太多，根本没法完全消化，甚至听都没听进大脑，只顾认真地把老师所讲的一字不落地要先记录下来，回去还要花更多的时间来回忆老师所讲的内容。久而久之，热爱学习的学生也开始慢慢厌倦学习了。为此，传统教学方法必须摒弃！
学校的硬件设备已经比较齐全，理论教学及实践教学场地已经可以完全融合在一起，这就是一体化教学改革与实践的坚强后盾。
3 教学改革与实践过程中存在的困难
教学改革与实践过程存在着或多或少的困难。
首先，课堂没能满足对课程感兴趣的学生焊接自己设计的电路板，只能用面包板完成实验设计制作。我们最理想的一种教学效果就是学生能够在课堂上设计并焊接出更加完善的单片机电路系统。然而如果让学生在课堂上焊接那将又出现不少问题，比如元器件的损坏将非常严重，造成极大地浪费；课堂时间将显得比较短暂等。
其次，实验室所提供的实验器材比较有限，一两个学期下来大部分的元器件受损没法使用，使得教学进度受到一定的影响。有些班级的人数相对较多，在元器件损失的情况下，很难按时完成课堂教学。
最后，因为大部分的时间都用在学生实际操作上，课堂上的理论教学相对减少，学生课后若没有自觉主动地自学部分课程内容，那么学生在课堂上的学习将比较困难。因为少了理论知识的支撑，学生程序设计过程将比较困难，使得教学效果欠佳。
4 一体化教学改革与实践的内容
4.1 教学内容的改革与实践
我们在教材上的选取上下了不少功夫，最后由本校任课教师自己编写了适合本校学生学习，适应我们教学方法改革的教材――《单片机小系统设计与制作》。该教材采用的“任务驱动、教、学、做一体化的项目式”教学方法，上课时间也相应调整，每个教学任务至少需要两个课时才能完成，有的任务比较大时还可能需要四个或更多的学时。整个教学过程以“教师指导”和“学生训练”为主。教学过程在于巩固基础，注重设计，培养技能，追求创新，走向实用。
4.2 教学方法的改革与实践
本课程需要用到两个主要的教学软件：Keil C编程软件和Proteus 仿真软件。同时，还需要单片机最小系统、面包板及相关的元器件。教学内容包含硬件电路设计和程序设计。
1）硬件电路设计教学方法
在课堂的开始教师把本堂课的设计任务布置给同学，硬件电路是程序设计的支撑，在教学过程会安排学生先完成电路设计。学生已经具有一定的电路设计专业基础，所以可以先让学生以小组（两人一组）为单位，独立根据任务来设计相关的电路图。虽然学生有一定的电路设计的专业基础，但是他们还缺乏独立设计的能力，所以在设计过程中，教师要根据不同小组的设计思路提供相应的设计指导。不同小组设计出来的电路会有很大的差异，有的同学设计的很简单，有的设计的会复杂些，可以在大家初步完成电路设计后让每一组给大家分享自己的设计思想，让大家都能学到更多的设计思想和理念。
2）程序设计教学方法
学生在先修课程中也学过一些相关的程序设计语言，本教材所采用的编程语言是汇编语言，这与学生的先修课程所学的编程语言有一定的相似性，但又有很大的不同，所以在让学生独立完成程序设计之前教师要稍微讲解与课程相关的编程语言的功能，及使用的相关注意事项。相信学生已经完成了硬件电路的设计，当老师把编程语言讲解完后学生会很迫不及待地想去尝试独立完成程序的设计。
4.3 考试方案的改革与实践
考试形式采用的是课堂实践考核，以多次实践考核成绩作为期末成绩，该考核方式对学生的学习积极性起到了一定的作用。考核的成绩主要包含以下几部分的内容：基本知识（10%）、Proteus运用（15%）、Keil C运用（15%）、硬件电路的设计（20%）、程序编写调试（20%）、实物制作（15%）和实验报告（5%）。
该课程的教学模式是学生边学边做，学生在实践的同时掌握了理论知识，学习兴趣比之前的教学模式提高了很多，实践动手能力也得到了很大的提高，实践成绩相对也会比较理想。
5 结束语
《单片机原理及应用》课程一体化教学改革存在着一定的必然性，改革既能提高学生对《单片机原理及应用》课程理论知识的掌握，又能提高学生分析问题和解决问题的能力，同时提高了学生动手的能力。在实践过程中虽然存在一些问题，但相信这些问题随着改革实践的不断深入将被我们很好地去修正、完善。
参考文献：
[1] 吴恒玉.现代“电子技术基础”课程教学改革的研究与实践[J].电气电子教学学报2007， 29（3）： 26-28.
[2] 刘健. 高职《PLC 原理及应用》课程教学改革初探[J].中国成人教育2009（14）： 158-159.
关键词：微机原理；施教对象；讲授艺术
中图分类号：G64文献标识码：B
文章编号：1672-5913（2007）04-0016-03
1 引言
“微机原理与接口”课程（以下简称“微机原理”）一直作为高等院校电类各专业、计算机专业、机械设计制造及自动化、机电一体化、过程装备与控制、化工仪器仪表等工科专业必修的课程之一（电类为专业基础课）。近年，随着计算机技术、微电子技术的飞速发展，微机及其相关的技术以超常的速度跟进，新技术新设备层出不穷，使得微机原理课程的内容越来越多；另外，计算机及其相关产品越来越多地冲击着人们的工作方式和生活方式，高等院校中越来越多的理工科专业要求开设微机原理（计算机硬件基础）课程。然而，正是微机原理课程教学内容量大, 教学对象面广,各类专业的学生基础差别较大，使得非计算机、非电专业的学生感到抽象难学；另外，部分学校课程名称及授课内容较混乱，如同是微机原理课程,有的班级上80X86,有的班上8051（多为机械专业等非电专业，建议课程名称应统一为“微机原理及接口技术”和“单片机原理及应用”）；第三，在教学时数上课时差别教大，多为:计算机专业: 60―80学时；电类专业：60―75学时；机械类专业：40―50学时；第四，基础知识差别大：计算机专业有先导课“计算机系统结构”、“计算机组成原理”，还有平行开设的“汇编语言程序设计”；电类专业有模电/数电等先导课程；其他理工类专业（如机械类专业）却只有仅仅是把电路分析、模拟电路、数字电路、电机学、变流技术等整合为一门课的电工学，以及“计算机应用基础”。可见有限学时下微机原理课程要在不同施教对象中按照“厚基础、宽口径、重应用”的宗旨，因材施教并非一件易事。
此外，由于计算机硬软件技术发展很快，而且硬件新技术、汇编语言新版本大多和原有的基础技术一脉相承，所以有些老师觉得讲授最新的更好，而有些老师则认为还是讲授基础性知识好，两者难于统一。
本课题研究小组经过大量的研究实践，在本校教学中大胆进行改革，把“微机原理与接口”课程（“计算机硬件基础”）分成3~4个授课层次（如A、B、C、D类）分别制定出不同的教学大纲来执行，因材施教，各取所需。
2 在计算机专业中把握好整体与个体、取与舍的辩证关系
微机技术的发展使得微机原理课程包罗了太多的内容：除了指导委员会确定的七个基本知识单元（微处理器、存储器、指令系统、输入和输出、I/O接口技术和微机应用系统）之外，32位、64位CPU内部结构及多级流水线工作原理、虚地址下的寻址过程、高档CPU新增指令及MASM32汇编语言语法规范（乃至WIN32编程等）、段页存贮管理及芯片组、总线标准（EISA、PCI、USB等）等新内容也不能不涉及。
如果仍然仅以8086CPU来讲授，对计算机软件、计算机应用专业学生来说，未免过于落后，因为8086CPU和现用的Pentium相比，至少已经淘汰了三代；另外，对计算机专业学生来说，他们已经学习了先导课“计算机系统结构”、“计算机组成原理”，“计算机”和“80X86微机”二者是整体与个体、一般与特殊的关系，并且一般还有与“微机原理”同步开设的“汇编语言程序设计”（一般开设顺序多为：汇编语言微机原理接口技术[单片机应用]），因此，在有限学时下，象数制、原码、补码加减原理、ALU原理、16位汇编语言等部分完全应从简处理，而应重点讲授80386/80486/Pentium内部结构及工作机理、存贮管理技术（包括段页式存贮管理、Cache原理与访问管理、虚拟存贮管理）、I/O接口及外设接口（硬、软盘驱动器接口、网络与通信接口、打印机接口等）、芯片组技术，总线标准与接口技术（ISA、PCI、USB等）等，尤其是8086/8088时代的接口芯片多数已淘汰，新的芯片组在结构和功能上已与早期芯片具有本质区别，所以将原来侧重芯片的内部结构改为侧重芯片应用是必由之路。这样才符合“厚基础、宽口径、重应用”的培养目标。当然，计算机专业的“微机原理”教学大纲的制订绝对不是孤立的，比如32位汇编语言和Win32编程如果在“汇编语言程序设计”大纲中要求掌握的话，“微机原理”大纲就可另辟重点。
3 在电类各专业中把握好一般到特殊、基础与应用的辩证关系
“微机原理与接口”是电类各专业处于核心地位的专业基础课，本专业的学生在此之前有些虽没有学过“组成原理”、“系统结构”等课，但诸如汇编语言、中断、定时与计数技术、存贮器扩展、串并口扩展、总线标准等都是后备课如“单片机原理与接口”、“计算机控制”、“可编程控制器PLC”、“DSP数字信号处理”等课（电类专业一般为：微机原理及接口技术 60―80学时单片机原理及应用40―60学时）以及日后从事科研所必需的，尤其是“单片机原理与接口”和“计算机控制技术”的学习必须以“微机原理及接口技术”奠基。
事实上，从“微机原理”到“单片机原理”是一般到特殊的关系，“单片机原理”是“微机原理”的后补课程，两门课都是实用性很强的课程，学好了微机原理，单片机原理是稍学即会。象微机原理中的地址、寄存器、锁存器、控制字、堆栈、中断、定时与计数技术等概念可在单片机原理课程学习中直接应用；但是，工业过程控制中用的更多的是单片机控制和PLC控制（即使象网络控制、现场总线控制其终端实现也一般用单片机或PLC控制），所以和单片机共有的汇编语言、CPU结构原理，存储器扩展、并/串行口扩展、总线、LED及键盘的接口等内容的讲述要不厌其烦，举一反三，而前述的计算机专业所侧重的高档CPU的段页式存贮管理、Pentium结构及芯片组、硬、软驱接口、MASM32及Win32编程技术等虽不能不提，但应适当从简，不要让学生感到既多又杂，抽象难学，甚至出现畏难情绪，要知道，基本原理部分如果不理解透彻，单片机应用及计算机控制系统的学习就无所适从，而且直接影响着毕业设计的质量。
4 在非电、非计算机理工类专业中把握好基本原理与一般原理、开与合的辩证关系
由于微机（单片机、PLC）作为智能化机电产品的大脑与心脏，在超精密加工、数控机床、机电一体化、机器人技术中有着日益广泛的应用，使得微机原理（有的学校开设微机原理课，但实际讲授内容为“单片机原理”）也成为机电一体化、过程装备等机类专业学生必修的一门课程，但是在授课过程中我们明显感到两点：第一，学生与微机相关的基础知识薄弱，因为他们仅仅是把电路、模电、数电、电机学、变流技术等整合成一门电工学去学的，触发器、译码器、计数器、存储器等知识中的部分，甚至全部内容都是蜻蜓点水、点到为止，没有深入学习；第二，在机械类专业中“微机原理”课程学时很有限，一般在40-50学时之间；基于上述原因，学过两周该课的大多数同学反映，该课抽象难懂，神秘莫测。所以一开始应把数制及典型单元电路的原理讲清楚以揭开CPU的神秘面纱；要有重点有选择地讲清其原理，如门控电路及控制字，一位ALU的结构、传统CPU取指令和执行指令的过程、步骤。另外，对机械类专业学生来讲，他们掌握单片机原理可能比8086原理更重要，所以在8086原理讲完后，最好花几个课时介绍8051等单片机，8051和80X86同为Intel公司的拳头产品，汇编语言助记符十分相象，有了80X86作基础，作比较，学8051很轻松；这也是开与合的关系。开是发散，由8086发散到8051单片机；合是聚集，机类学生计算机原理仅此一门，8051不能不聚到中去讲，但8086是基础，是主要讲授对象，8051单片机是应用，要讲究适度，开是放的开，聚是收得拢，百变不应离其宗。
5 在文、管、法等文科专业中把握好深入与浅出的辩证关系
学习的目的是为了应用，而计算机是一个工具，对这个工具的原理应该多少懂一些，这是这类学生的目的所在，正是由于汇编语言课深奥枯燥，大家才喜欢使用可视化的高级语言及其编程工具，所以这类专业的“微机原理与接口”一般更名为“计算机硬件技术基础”。对这类专业学生不要大讲特讲80X86宏汇编语言程序设计、CRT显示控制编程等较深内容，只有有的放矢，深浅适度，才能调动学生的积极性，激起学生的求知欲，从而收到相得益彰的效果。浅是表达，深是理解；浅是弄懂，深是探求；浅是深的必要前提，深是浅的必然深化。要按照“培养既精通本专业知识，又能应用计算机知识，解决实际问题的复合型人才”计划来培养，让缺乏基础知识的学生由浅入深，循序渐进地学习和学习计算机原理，掌握基本知识，更要掌握一些实用知识如芯片组技术、USB接口、PCI、AGP总线、EIDE、SCSI标准等，要配合实物与实验帮助学生从感性知识上升到理性认识。
6 在讲授艺术上要把握好雅与俗、庄与谐、形象与抽象的关系
（1）恰当的应用俗语是提高学生理解能力的必要手段，“雅”是指用专业语言，用词规范，语句缜密，“俗”是口语，具有通俗易懂，亲切自然，比如，微机原理中的“总线”就是计算机系统中的“信息高速公路”，CPU总线浮空，就是该段“高速公路”关闭。
（2）工科“微机原理”也要讲求“庄”与“谐”，“庄”是庄重、严肃，“谐”是诙谐、幽默，庄谐并用，寓庄于谐，让学生在轻松愉快的气氛中接受知识，但“庄”与“谐”的应用要适度。比如，“二级控制模块DMA请求总线使用权”是“中层领导向最高层领导申请”，因为“DMA控制器有总线控制权，所以不是处于最底端；又如 “伪指令和指令相比不产生机器代码，不占据存储单元、起管理作用”可说成“伪指令是指令的后勤管理员”。
（3）提高学生形象思维能力也是课堂教学中帮助学生理解的重要手段，形象的比喻及严密的逻辑性语言可以触类旁通，帮助理解。例如，“间接寻址”是寄存器中放的是存贮单元的有效地址，按该地址便能找到操作数，可以这样理解，“张三要找李四，但只有王五有李四住址”，所以张三找到王五也就找到了李四，这是间接找法。
7 结 语
总之，在有限学时下，对于包罗了太多的内容的“微机原理”课程，我们一定要针对不同的专业对象，把握好几个辨证关系，合理地制定适合于该专业的教学大纲，而不应把一个相同内容的大纲强加到所有的专业；另外，讲课是一门艺术，在语言艺术上，熟能生巧，这是笔者讲授“微机原理”多年的深刻体会。
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投稿日期：2006-08-07
作者简介：
关键词：单片机；虚拟课堂；研讨式教学
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）49-0189-02
一、非电类专业的单片机原理教学现状
单片机原理课程是机械设计制造及其自动化、车辆工程等非电类理工科本科专业的一门重要专业课，是在学生掌握了基础的模拟电子、数字电子技术课程和计算机应用类课程之后，为加强对学生应用能力的培养和结合应用实践场合而开设的体现电子技术、计算机技术等综合应用的一门课程[1-4]。学生在学习本课程的时候，一方面巩固掌握了前续基础课程；另一方面，学会了单片机系统设计的思路和方法，为今后从事相关工作打下了基础；此外，以MCS-51为基础的单片机课程也为今后的单片机、ARM等学习夯实基础，为今后从事机电一体化或嵌入式控制系统的研究及开发打下良好的基础[1，3]。但是，单片机技术日新月异，从早期的8051到现在的8/16/32位单片机、ARM、DSP等，CPU的处理速度越来越快，存储容量越来越大，功能接口越来越丰富，编程语言越来越多样化，等等。但是很多高校的非电类专业的单片机课程的教学方式却一直延续至今，没有针对技术发展及应用性需求而做出相应调整。结合我校机械设计制造及其自动化等非电类本科专业的单片机原理教学实际，目前存在的问题及不足主要有以下几点。
1.课程定位上重视不足，课程设置上存在一定问题。机械设计制造及其自动化专业的核心课程是机械原理、机械设计、机械制造等专业基础课，围绕这些课程展开的课堂教学和实践活动较多，而对于单片机等电类课程则远没有受到如此的重视。首先，课程定位上，单片机原理是任选课，学生有选课与不选课的权利。还有就是本课程一般开设在大三下学期，此时大部分同学的学分已修满，选课人数较少。其次，课程设置上存在一定的问题，单片机原理的前导课程主要为电子技术及C语言程序设计，这些课程均在大二开设，而单片机原理一般在大三下学期开设，这期间并没有开设其他电类课程，而学生对电子技术及编程设计等遗忘较大，导致学习很吃力。再次，单片机原理课程与微机原理课程有一定重叠。开课时间上有重叠，两门课程同属电类及计算机应用类课程，但都在学三下学期开设。课程内容上有重叠，两门课程在内容上有很多重叠。从上述可以看出，课程定位上重视不足，设置上也存在一定问题，导致学生对于本课程的选课积极性不高，重视程度不足。
2.教学方法已不能满足发展需求，教学内容较为陈旧。课程实验基本上是教师的示范性操作，学生通过简单连线操作就能达到实验效果。这样的教学方法已不适应教学需求，学生基本上都是被动接受，教学效果很有限。其次，教材内容陈旧，没有结合单片机技术发展和应用的现状[1-4]。在编程语言方面，现在大部分高校仍然采用汇编语句为程序设计语言，存在着语句抽象、难理解、编程效率低，学习难度大等缺点，没有适应技术发展趋势采用C语言作为单片机的程序设计语言。在存储系统方面，大部分高校和单片机教材仍然以存储器扩展为重点内容，但实际上现在的单片机种类繁多，极少需要对存储系统进行扩展。在与相关课程的相关性与衔接性方面，现在大部分高校的单片机教学内容和教材缺少与相关课程如微机原理等的联系。
3.缺少实践教学环节。目前一些高校的非电类工科专业配备了和课程相关的单片机实验箱，学生可以通过实验加深对理论知识的理解。但是，该实验设备一般只综合了十几项实验内容，无法提供高质量的动手环境，学生动脑和动手的机会太少，只是简单接线以实现实验功能。此外，单片机的硬件电路固定在实验板上，学生只能通过改变实验程序而起到灵活变通的效果，具有一定的局限性。
二、虚拟课堂教学改革研究
整个教学过程以工程专业认证的要求为目标，围绕着教学准备、教学过程、教学总结及课程考核展开，整个研究内容都强调学生的参与性及参与程度，学生是教学准备、教学过程、教学总结及教学考核的主体。从以下几个方面开展非电类专业的单片机原理教学改革研究[1-5]。
1.以视频微课为主体的教学准备过程研究。传统的教学准备一般是教材预习，但是机制等非电类专业由于电类课程学习较少，课程衔接性不够，导致自学困难，课程准备不充分。课题研究提出以视频微课为主体，结合教材预习和知识点自学等环节进行教学准备。在课堂教学开展前，将本课讲课内容制作成视频，并连同课程PPT通过网络发送给学生，在每段视频开始及结束，针对性地提出几个问题，引导学生带着问题来自学相关课程内容。此外，教师针对性地提出几个性扩展问题，引导学生进行单片机知识的自学。
2.以虚拟实验室、研讨教学为核心的教学过程研究。传统的教学过程一般是以课堂授课为主体，但该教学过程对于单片机不太适合。由于单片机的实践性强，教学的过程中必须软硬件结合。提出以虚拟实验室和研讨式教学为核心的教学过程。在教学准备过程中，学生通过视频及自学已经掌握了课堂相关知识，但缺乏一定的实践知识。在教学过程中，结合Proteus+Keil的虚拟实验室，并开发相关单片机控制案例，学生通过案例及虚拟实验室来加深课程学习印象及效果。虚拟实验室的建立，使得学生的设计不局限于有限的单片机实验箱功能，进行开放性设计，锻炼实际应用和开发能力。在此过程中，针对教学准备过程中预留的问题，学生与教师之间展开研讨。采用实验板实物与软件相结合的教学方式，在课堂实验时间里学生进入实验室进行实验板实物的操作，同时利用Proteus软件进行课堂电路原理展示与分析，电路线路清晰，分析方便；有条件的同学可以自己制作或购买实验板学习，其他同学通过Proteus软件也可以进行学习，同样可以达到实验效果。通过本学期的实践教学发现，学生的动手能力和课堂内容消化效果比以往有了很大的改善。
3.以硬件在环实验和研讨总结为载体的教学总结过程研究。传统的教学总结仅针对单片机的知识点开展，没有硬件实验对所学知识点进行巩固。课题研究拟从非电类专业的实际特点出发，编制实验教学教案，围绕单片机的主要内容：I/O操作、中断定时、键盘显示、串口通信、综合实验等开发硬件实验箱，进行硬件在环实验。在实验的基础上，结合课程准备和课堂虚拟实验室所存在的问题，加深学生对硬件的认识，通过实验加强学习效果[1]。在单片机实验的教学方法上，除采用示范教学等方法外，以工程项目为导向，2～3名学生为一组，完成一个具体的单片机应用实例，并进行答辩。采取这样分组考核的方式，实验教学效果有望得到大幅提升。单片机项目教学法是围绕工程项目展开，以项目的开发步骤作为教学顺序，将单片机的知识点穿插到开发项目的过程中，引导学生边做边学。
4.以考试和综合实践为基础的课程考核模式研究。传统的教学考核方式为考试，通过卷面成绩对学生的学习效果进行评估，该考核方法没有考虑到单片机课程的强实践性。由于单片机课程的教学方式基本以案例和实践为主，也须对原有的考核主要以考试为主进行改革。课题研究提出综合实践、考试及研讨考核相结合的复合考核方式。综合实践中，以2～3名同学组成一组的形式，自定一个综合实践题目，就题目展开分析和讨论，并展开单片机硬件系统设计和程序设计，然后确定并绘制单片机综合实践系统的硬件图（在Proteus中完成），并编写单片机综合实践系统的软件（用C或汇编语言写都可以）。最后每个项目组指派一位同学，在课堂上通过PPT的方式阐述设计理念及具体的设计流程，并接受老师及台下同学的提问。本次综合实践占单片机原理课程总成绩的20%。平时教学过程及教学总结过程的研讨等占期末总成绩的10%，相应地考试成绩只占总成绩的70%。考核方式的转变，让学生更注重平时的学习过程及研讨，并培养和锻炼工程项目的实际开发经验，提升学生的团队协作能力。
三、教学改革研究的实施效果
通过教学改革研究，提出非电类专业的单片机课程虚拟课堂教学改革方案，开发出适合非电类专业的视频微课及引导式问题，建立Proteus+Keil的虚拟实验室，试制出适合非电类专业学生特点及实际需求的单片机实验平台，采用综合考核方式进行课程的考核方式改革。上述具体方案，经过近一年的教学实践及效果反馈，效果较好，可以在非电类专业的单片机原理教学中加以推广应用，教学改革研究的思路和方法也可应用在其他专业课程上面。
参考文献：
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[2]张毅刚，胡瑞强.基于Proteus的单片机课程的教学改革与实践能力培养[J].教育教学论坛，2012，（5）：149-150.
[3]许明，倪敬，陈国金.工科机械类本科《单片机原理》教学模式改革探讨[J].教育教学论坛，2013，1（4）：72-73.
摘 要：本文阐述了理论与实践一体化教学模式在单片机原理与应用课程中的应用，介绍了以万能板为载体设计硬件电路的理论与实践一体化项目教学以及项目实施具体步骤、项目教学过程中的关键点。
关键词 ：单片机原理与应用 理实一体化教学模式 项目教学
一、实施以万能板为载体设计单片机硬件电路理实一体化项目教学
传统的理论教学和实践教学是在不同的时间和不同的地点由不同的教师分别进行的。由于教学目标和教学任务不同，教学组织形式分离，因此容易造成理论教学内容和实践教学内容脱节，降低学生学习兴趣，增加教学难度，直接影响到人才培养的质量。
单片机原理与应用是一门实践性很强的应用性课程，在电子产品开发设计中应用非常广泛，并需要硬件电路开发与软件程序设计同时进行。如果只进行理论教学而不进行实践教学，则教学效果不理想；如果只进行实践教学而不进行理论教学，教学效果也不明显，因此学好单片机技术必须是理论、实践“两条腿走路”，缺一不可。理论知识的学习可以通过听课、看书、看视频教程等方式进行，实践技能就必须亲自动手操作。
为了能更好地培养现代生产企业需求的单片机技术人才，根据笔者学院多年来对用人单位的跟踪反馈，以及多种教学模式的比较、实践，笔者主张在单片机原理与应用课程中实施理论与实践一体化教学模式，即把理论与实践结合起来，理论融入到实践中，学一个知识点、做一次产品、编一次程序、总结一次学习成果，真正做到“边学边做”。
在项目教学环节采用万能板设计与制作单片机产品，这种项目教学方法，不仅能锻炼学生的焊接技术，同时还能提高学生识读单片机硬件电路图的能力，更重要的是能让学生掌握单片机开发的基本步骤，提高软硬件的编程与设计能力，为日后开发设计电子产品打下坚实的基础。
二、实施单片机理实一体化教学的项目设计
为了实现统筹单片机原理与应用课程的知识目标和能力目标，笔者将整个课程重新整合为由易到难的具有连贯性的教学项目。每个教学项目包含了必需的理论知识和岗位能力需要的实践技能，以任务驱动教学，把理论知识和实践技能渗透到教学项目的每个环节中。按照这个教学思路，设计了三个教学项目，项目中包含了三个硬件电路和100个程序范例。
1.项目一：单片机最小系统硬件电路设计与制作
单片机最小系统，是指满足单片机的工作条件，可以正常工作的单片机系统。
该项目的学习目的是掌握单片机入门基础知识和单片机的引脚功能，掌握单片机延时程序的多种编写方法，掌握单片机开发的基本步骤和关键环节，掌握单片机简单程序编辑、编译、在线下载等基本步骤。掌握单片机开发软件Keil uVision4和ISP在线编程软件progisp的使用方法。
2.项目二：基于单片机控制的十六路LED霓虹灯设计与制作
霓虹灯广泛应用于商店广告牌、城市美化等场所，采用单片机控制的霓虹灯，显示花样随程序的改变而改变，样式千变万化，深受商家和居民的喜爱。
该项目的学习目的是掌握单片机P0、P1、P2、P3口作为输入输出口的使用方法，掌握单片机键盘的工作原理及使用方法，掌握单片机C语言源程序的结构特点、标志符与关键子、数据类型与运算符、C语言的语句、数组、指针、函数等用法。
3.项目三：基于单片机控制的红外二极管感应计数报警器
红外二极管感应计数报警器可以实现当用手经过红外发射管和红外接收管时，蜂鸣器发声、二位数码管数字加1的功能，其灵敏度非常高。该电路设计思路来源于企业商品自动计数器的应用实例，当有商品从传送带上经过感应器前，计数器加1，并发出提示声。该电路在现实生活中应用广泛，可以作为单片机设计人员的基本电路模块。
该项目的学习目的是掌握单片机的定时器、计数器、中断及接口技术，掌握LED数码管的工作原理和接口电路，能综合运用模拟电路、数字电路、传感器等基础知识设计与制作比较复杂的作品。
三、组织实施单片机理实一体化教学的关键点
1.前期准备是组织教学的起点
在教学准备阶段，推荐购买单片机制作常用工具和用万能板设计的单片机学习套件。
2.课堂管理是组织教学的难点
由于学生的学习动力、接受能力差异较大，教师要有针对性地将学习动力、接受能力较强的学生与学习动力、接受能力较弱的学生组成一个小组，同时指定一个小组长，协助教师进行课堂管理。
3.教师现场技术指导是组织教学的重点
当学生进行实践操作的时候，教师一定要巡视，及时解决学生遇到的困难，批评教育个别不遵守纪律的学生，要求其加强组织性和纪律性。
4.项目报告是组织教学的落脚点
关键词：单片机;教学改革;应用;案例
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）06-0124-02
一、引言
单片机在工业控制、数据处理、过程管理、日常通信、仪器仪表、家用电器、电子玩具甚至航空航天等各个领域都有广泛的应用，单片机类课程已经成为电子及电气类专业一门重要的专业课程。目前，我国的各大工科院校都开设有《单片机原理及应用》。
但是，我国的各大工科院校却几乎都存在同样的问题[1]，即培养出来的学生单片机的应用能力不强，理论知识也不深厚，甚至还不如职业中学培养出来的学生，因此在就业方面就存在高不成低不就的情况，使本科生陷入尴尬的境地。究其原因，主要在于本科教学与职业院校教学的侧重点不同，本科院校偏重原理的掌握而职业院校偏重实践能力的培养。单片机原理及应用课程教学中如果实践部分偏少，学生势必不会有兴趣也将无法深入理解理论，致使本科教学理论与实践能力都不高的结果。
本文在分析目前教学现状后，介绍我校采取的改革措施，提出下一步的改革思路。
二、目前我校单片机教学现状
1.理论讲授与实例脱节。目前国内多数单片机原理教材在内容结构上是以科学逻辑顺序进行编排的。按照这种顺序单片机课程先讲基本原理和内部结构，而总是把实例讲解放在最后。学生在听课的过程中，除非讲到到实例才知道前面讲的内容的用法，且只是对实例涉及到的内容清楚，其他内容则是为了应付考试而记忆了，听课缺乏主次与目标性。
2.多采用汇编语言授课。目前，单片机教学中多数教师仍然倾向于采用汇编语言，原因在于采用汇编语言可以较好地讲解单片机的工作原理[2]，如数据存取、总线时序、程序指令执行过程等，但汇编语言教学与主流的C语言开发不一致，学生需花费大量时间记忆、学习汇编指令和汇编编程方法，效果自然不好。
3.实验箱教学的不足。实验箱的不足多数高校已经意识到[3]：（1）实验箱体积庞大，学生无法做到随时验证自己的程序。（2）实验箱的硬件面面俱到，原理图过于复杂，学生不能真正理解硬件电路的设计方法。
4.考核方式存在弊端。目前，各高校中单片机课程的考核方式存在几点弊端[4]：（1）考试试题无法全面、客观地衡量学生的真实学习水平;（2）笔试无法真正考查学生的动手能力和实践能力。也有部分高校上机考试，形式仅仅是布置上机考试题，当场编程，当场计分。这种形式不可避免地使后边考试的学生占优势，且当场计分容易造成考试混乱，学生趁机复制作弊等。
三、目前已经采取得改革措施及效果
1.实验条件的完善。结合单片机实验教学的特点和我校人才培养的一些具体要求，本项目所涉及到的实验装置全部进行了自主开发。实验装置小巧易用，有完善的配套例程与开发资料。同时利用学校重点开放性实验项目的机会，让学生亲自参与实验板卡的设计、组装、例程和实验指导书的编写过程中，提高了实验教学效果。
2.成立课程教学团队，采取集体备课。突破以前的各授课教师按照教学大纲独立准备自己教案、课件的方式，每位老师选择自己最擅长的部分集中精力准备这部分教案与课件。这种方式不仅节省了大量的时间，而且教师可以集中精力遴选授课案例、制作丰富的演示动画并进行丰富多彩的课堂设计。
3.授课形式的改变。授课时，学生都需携带电脑及实验板到教室。讲授某个知识点时，学生可运行教师提供的设计演示程序观察其直观运行效果，先看结果，再来探究是如何编写程序的。该演示程序均经过教师充分设计，涵盖多个知识点，作为一条清晰的脉络贯穿各重要知识点。并且在此基础上可布置相关的作业，学生有了实验板必然提高学生课下完成作业的积极性。
4.授课侧重点的改变。作为本科院校，提高学生的实践动手能力固然重要，但从培养学生的目标来看，原理与应用都不可偏废。汇编语言与C语言各有优劣，因此课堂上要求原理及应用并重，对汇编语言要求能结合汇编掌握掌握原理并能够看懂简单的小程序即可。要求会用C语言写外设的控制程序，即会应用单片机，同时了解两种语言之间的差别及作为应用工具的殊途同归性。定时、中断、串口三部分传统的重点内容，从定时开始设置一个案例：如何实现灯50ms的闪烁？如何实现更长时间的延时？通过50ms定时如何实现，重点学习定时器工作方式一对寄存器的设置过程。
四、下一步的改革思路
1.使用考试系统进行期末考试。下一步的改革重点是全面进行题库建设[5]，开发使用单片机上机考试系统，进行上机考试，试卷可由题库系统随机给出，包含理论与实践，考试机上配备keil与proteus软件，硬件包括实验板，学生可根据试题随时使用这些软硬件工具。考试完毕提交结果至服务器。这种方式避免了现场计分时由于学生众多不可避免的抄袭现象。
2.进行过程考试。平时成绩除记录学生出勤、作业外，可以在上课初始就为同学们布置稍微综合一点的设计题，但难度小于课程设计。学习过程中，学生不仅能够根据每个分知识点的案例学好各个知识点，也会在听课过程中思考自己的设计，并通过查找资料、教师答疑等完成综合设计。该设计作为平时成绩的一部分。
五、结论
针对单片机的改革措施，同学们反馈了不少意见与建议，多数同学反映改革措施非常好，本来对单片机抱着抵触心理没有信心学好的同学反馈，单片机不过如此，不再有畏惧情绪。但也有同学反映既讲汇编语言又讲C语言，会造成混淆。最后的考试也反映出这一点。单片机教学改革任重道远，需大胆尝试。
参考文献：
[1]朱志伟.基于C语言的单片机教学利弊分析[J].电子制作，2015，（03）：103.
[2]姚健.单片机课程项目化教学改革的研究与实践[J].辽宁高职学报，2015，（02）：51-53.
[3]张德宁，蔡振江，张梦.“单片机原理与应用”课程教学改革[J].河北农业大学学报：农林教育版，2015，（02）：55-58.
关键词：单片机；课程实践；答辩；KEIL C
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2013）36-8369-02
单片机课程实践是高校自动化专业集中实践环节的必修课，是学生学习《单片机原理》课程后，进行的一次全面的综合实践，其目的旨在加深对单片机基础理论和基本知识的理解，培养学生具有单片机系统应用软件设计和开发的能力，在具体实现过程中强化学生的实践意识，提高应用能力、创新意识和合作精神。在项目的实践中，使得学生掌握一定的理论与技术知识，而且应该树立管理理念，建立项目工程思维观念，而这一点正是高级语言编程思维的一种体现。
通过将单片机课程实践和高级语言程序设计实验相结合，使学生在理解单片机理论和高级语言编程思想的基础上，实际动手开发一个实际的应用系统，来提高综合运用所学理论知识的能力。
1 研究内容或对象
引导学生运用已学的单片机理论知识、单片机程序设计方法和高级语言编程思想，具体设计一个实用的小型单片机应用系统，开发设计过程按以下顺序进行――选定课题、调查用户需求、总结归纳数据流程、分析性能、书写需求分析及总体设计报告（包括组成原理图、硬件连接、程序流程、系统功能模块）、完成应用系统的开发、撰写课程实践报告、系统验收、组织课程实践答辩。让学生在这一系列工作中综合运用单片机系统原理以及编程语言等相关课程知识，培养学生的综合素质。
根据单片机课程实践和专业课程实践两个实践教学环节各有4～5周但分散的实际情况，考虑将其进行整合。并在实践教学环节中安排相应的指导老师对学生进行必要的指导和帮助，为学生提供分析思路，解决学生项目完成中碰到的实际问题。
2 研究拟达到目标
通过在单片机课程实践中结合高级语言编程思想，使学生在掌握单片机理论基础知识的同时，通过参与项目的分析、设计与实现，建立软件工程理念，具备一定的理论与单片机实物实践相结合、解决实际应用问题的能力。同时在完成项目的过程中，锻炼科研开发能力和科研论文写作能力，为大四的毕业设计和毕业论文的顺利完成奠定基础，并为以后工作中的理论与实践相结合奠定良好的基础。
使学生在单片机课程实践和高级语言程序编程实践相结合的实践教学环节中，利用所学的单片机系统原理和C语言程序设计基础知识设计单片机应用系统，解决单片机系统应用中的实际问题，掌握高级语言编程思想，借助相关编程工具，完成一个小型项目的自主分析、设计与实现。
3 主要研究方法
教师提供部分项目供学生选择，学生亦可自拟项目，但课题的选择要由教师审查核准。项目尽量选择实际需求的题目，让学生走出校园，通过调查走访，了解国内单片机应用发展的状况，开阔眼界，而且在开发一个真实项目的过程中，带来求知的源动力，激发学生自主学习的渴望以及创造力；对于虚拟项目，要求学生做到切合实际需求，能解决一定的应用问题，有一定的应用价值。
编程开发工具原则上推荐学生使用KEIL C，如果学生认为其它开发工具更适合可由学生自主选择。由于实际可用的编程开发工具与日俱增且不断更新，为此在课程实践中，对学生开发工具的选择不做过多限制，使得学生可以选择自己感兴趣的程序设计工具进行项目开发，既锻炼了学生自学的能力，又能让学生成为项目开发的决策者，这种主人翁意识使得学生变被动学习为主动学习，从而激发学生自主学习的积极性。
为了防止学生对课程实践任务敷衍了事，对课程实践的考核方式由原来的提交程序和文档改变为答辩的方式。且在集中教学环节之前就让学生明确单片机课程实践的任务，同时考虑在集中教学环节结束后适当放宽学生上交可运行的项目程序和课程实践报告以及组织答辩的时间，让学生能更好的延续自主学习的积极性并进一步完善项目的开发。
4 特色、创新及推广应用价值
通过将单片机课程实践和高级语言程序设计基础实验相结合，让学生在项目的分析、设计、与实现的过程中掌握单片机理论知识、单片机系统应用的设计方法和高级语言程序编程思想 ，提高自动化专业学生理论与实践相结合的能力，激发学生的学习积极性和主观能动性，提高学生解决实际应用问题的能力。
《单片机原理》课程实践教学，将单片机课程实践和高级语言程序设计实验两个教学环节有机整合，让学生能在该实践教学环节中综合运用单片机系统原理和高级语言程序设计基础以及相关编程思想等多种知识，培养初步的科研能力和科研论文写作能力以及团队合作精神。并通过组织课程实践答辩使学生进行类似毕业答辩的演习。
在自动化专业学生的单片机课程实践教学环节中，通过团队合作的方式，以共同完成项目为目标，让学生在单片机课程实践中综合运用所学的单片机系统原理和高级语言程序设计基础的理论知识来完成项目的分析与设计，并借助相关的编程语言来完成项目的编程实现。将原本独立但有高度关联的两个实践教学环节进行有机整合，可以让学生有更多的时间来系统而连续的综合运用所学的相关知识，进而更好的将理论与实践进行有机结合，激发学生的学习热情，提高学生的学习积极性。
