《单片机原理与接口技术》课程涉及的知识点多，对技能要求全面，使得学习者备感困难。同时，由于高职学生的知识接受能力弱，传统教学方式必然造成学生听不懂，跟不上，进而厌学。面对以上问题，本文试图就高职特色的《单片机原理与接口技术》课程教学改革作一探索。
《单片机原理与接口技术》课程的特点
单片微型计算机因其具有集成度高、运算速度快、体积小、运行可靠、价格低等特点而在过程控制、数据采集、机电一体化产品、家用电器、智能化仪表和网络技术中得到大量使用。国内高校、中专、高级技工学校都相继在计算机工程、软件工程、工业自动控制、机械电子工程、精密仪器、电工电力电子、电子工程等专业开设了《单片机原理与接口技术》课程。越来越多的企业也把掌握单片机技术作为招聘技术人员的标准之一。
高职院校中，由于学制限制，学时少，不少院校和专业将《单片机原理与接口技术》课程也作为对非计算机专业学生进行现代计算机技术的第二次认识和启蒙教育，因此该课程显得更为重要。学生一般都要进行计算机应用基础的学习，完成对计算机的初步认识和基本操作的学习。如果学生缺乏相关的硬件训练，将对计算机应用的理解和学习造成障碍。《单片机原理与接口技术》课程集成了计算机组成原理、微机原理、汇编语言等课程的相关内容，并且包含单片机技术本身的知识体系。单片机“麻雀虽小，五脏俱全”。为了弄清单片机的一个概念，往往要牵扯到更多的新概念。因此在学习单片机原理与接口技术的过程中，很多学生感到困惑和吃力。
根据学生特点和课程特点，教学中应注意的几个问题
《单片机原理与接口技术》教学中必须强化基础、注重应用，进行模块化教学。同时要把握好教学与培训、理论与实践两个方面的关系。教学与培训是有区分的：教学是强调系统的基础知识，培养学生进一步学习的能力；培训则是对有一定基础的学生进行短期强化训练，尽快上手，进入角色。教学必须由易到难，符合认知规律。教学内容既要有一定的先进性又必须相对稳定。单片机基础知识相对稳定，而接口芯片的发展则可以用日新月异来形容。单片机作为一门技术，《单片机原理与接口技术》课程必然是以实验为主的课程。
教学中应先给学生一个总体的知识框架和学习脉络，让学生在任何时候对基本知识的把握都是清晰和完整的。学习单片机是一个渐进的过程，往往学习一遍难以完全掌握，而且这门技术也在不断发展，因此要培养学生的自学能力。教学中要讲清、讲透单片机硬件结构。根据教学要求和学生实际，对接口技术及接口芯片的讲解和使用可简可繁、可多可少。有条件的情况下，相关专业应开设专门的《单片机原理与接口技术》实践技能培训课程。一般专业也要充实实验教学，开足基础实验，作为理论教学的有力补充，以加深学生对基础知识的理解和基本技能的训练。
探索有高职特色的《单片机原理与接口技术》课程教学方法
“教、学、做合一”教学法在单片机课教学中，要充分发挥教与学的积极性，努力走“实践―理论―再实践”之路。强调在做中教，在做中学。通过理论教学以及实验和实训的有机配合完成教学目标。
3P教学法3P的概念是指原理（Principle）、实践（Practice）和产品（Product）的三者合一，是“教、学、做合一”的具体应用，将理论学习、实践应用、产品制作有机地结合为一体，以理论教学为基础，以实践训练为重点，以掌握知识和技能、制作产品为教学目标，较好地体现“学用一致，知能并举”的教育思想。在单片机教学中，这种教学法是非常值得提倡，并取得显著成效的一种方法。
案例教学法教师可在上课前让学生预习教师准备的实例材料，形成一定的看法，做好实例讨论的课前准备；在课堂中，针对实例出现的问题，教师组织全班讨论，由学生找出解决的方法，做出辨析；最后教师作简短的点评或补充性、提高性的总结。
上好每一堂课，注重教学设计
要提倡学生参与教学。这就要求教师在备课时不仅准备专业技术内容，更要研究教法，即如何利用“项目”、“实例”、“问题”等手段来激发学生的兴趣，提高学生参与程度，这也是课程设计的重要内容。教学设计有以下几种方法：（1）根据课程教学内容划分教学单元，按照一体化原则进行设计。（2）确定每个单元课程目标，包括知识目标和能力目标。（3）选定每个单元课程单项实训项目，以实例贯彻单元教学之中。（4）确定演示、实验、实训、实习等内容。（5）引入案例，问题驱动，操作演示，展开知识，讨论问题，总结提高。（6）板书演示，示范操作。（7）自查课程目标、层次、进度、信息量等。
参考文献：
[1]张华.课程与教学论[M].上海：上海教育出版社，2001．
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。
中图分类号：G642.423 文献标识码：A 文章编号：2095-1302(2012)07-0074-03
0 引 言
微机原理及应用和单片机原理及应用是现今大多数院校自动化、电气自动化等信息工程类专业的重要课程。微机原理偏向于原理性的介绍，涉及的实验比较简单；而单片机则更偏向于应用性，涉及的实验较多。这两门课程的实验过程及使用的芯片及编程的的方式非常类似。大多数院校选择先开设微机原理的课程，在随后的一个学期开设单片机的课程。这样的选择在逻辑上没有错误，可毕竟这两门课程有很大的相似之处，但又有各自的特点。微机原理和单片机的内容既相关又有明显的区别，前后开课会使得学生可能产生忘了前面、记不住后面的感觉，同时两门课的相似点又使得学生区分不清，对内容产生混淆。而实验的环节，用的实验箱不同，虽然芯片不同，学生也仅仅为做而做。在实际教学中，会经常碰到学生提出“微机原理的汇编语言编程要分段(segment)，而单片机的汇编语言编程为何不分段”、“微机原理课里的标志寄存器有16位，为什么单片机里才有8位”等问题。此外，这两门课一般都由同一位教师讲授，教师备课时不由得对比着备课，在教学中自然把两门课相关知识点进行描述或比较，使得单一门课程的教学时间无形中被占用。对此，以笔者实际的教学经验，现对这两门课程的教学改革进行一些探讨。
1 课程改革思路
微机原理及应用课程主要是帮助学生理解计算机的原理和结构，通过学习，使学生熟悉一款比较经典的CPU和以该CPU为中心的总线、存储器存储过程等数据处理以及用汇编语言编写程序的方法；同时，还涉及了诸如8255、8259A等一些芯片的运用及接口编程知识，微机原理及应用偏向于原理性的阐述。而单片机原理及应用课程主要是针对某类型已经非常成熟的单片机型号，帮助学生学会如何使用单片微型机以及针对实现不同的功能进行编程的知识，该课程更偏向于应用。
这两门课程的内容既有很大交叉，又有各自的特点：微机原理及应用理论更系统，单片机应用性更强。独立开设两门课程，不可避免地会出现知识点的重复和各自重点的缺失。由此，针对这两门课程授课过程中的不足，笔者有了对这两门课程进行改革的想法。即：同步开课，结合实际教授理论内容，合理分配实验学时等。
2 教学方面
2.1 教学内容
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]
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。
中图分类号：G622文献标识码： A 文章编号：
一.前言
在当今教学环节中，如何充分利用多种单片机开发工具,掌握综合运用单片机的软硬件实用技术,为工业生产、科学研究和实验设备等领域的单片机应用开发,培养具有技术应用能力、创新精神和创业精神的高素质人才,单片机课程教学面临的新挑战。目前国内多数中职或技工学校电子专业的单片机课程存在理论与实践严重脱节的现象,本文针对目前国内单片机原理与应用课程的实践教学法中普遍存在的问题和不足进行深入探讨。
二.单片机原理与应用技术
1.原理
单片机原理与应用课程的特点和教学中存在的问题。结合技工学校人才培养目标，从理论教学和实践教学两方面进行改革探索。提出一种注重理论联系实践，在应用中掌握知识的方法。结果表明改革能提高学生的学习积极性和创新能力。改革经验为提高该课程的教学质量提供了新途径。
2. 单片机应用技术
单片机应用技术课程是电子专业的主干课程,也是多年来公认的“问题课程”,学生普遍感到难学。主要表现在课程内容抽象、逻辑性强、与其他课程的关联度大。教学过程极易陷入难教、难学的境地并形成恶性循环。随着计算机网络与通信技术、集成电路技术和计算机软、硬件软件技术的飞速发展,单片机应用技术的内容与教学手段和方法都发生了很大的变化。如何充分利用多种单片机开发工具,掌握综合运用单片机的软硬件实用技术,为工业生产、科学研究和实验设备等领域的单片机应用开发,培养具有技术应用能力、创新精神和创业精神的高素质人才,是技工学校单片机课程教学面临的新挑战。目前国内多数技工学校单片机课程存在理论与实践严重脱节的现象,本文针对目前国内技工学校电子专业单片机应用技术课程教学中普遍存在的问题和不足进行深入探讨,结合多年的教学经验,提出基于“项目驱动法”的单片机课程一体化教学的新思路,以期为单片机课程教学的改革提供参考。
三.单片机课程特点
单片机原理与应用是一门理论性和实践性都很强的课程，概括起来有四大特点：首先，课程涉及面广，课程综合了程序设计、电子技术、微机原理、自动控制等技术，学生先修的基础课没学好将直接影响本课程的学习；第二，单片机课程概念多，内部结构、工作原理复杂而抽象，容易出现教师难教、学生难学的状况；第三，单片机应用系统电路复杂、各种芯片元器件功能各异，学生若分不清各部分的作用，易造成学习困难；第四，单片机技术实践性强，如果缺乏实践操作经验，学生很难真正理解学习内容，更无法实现知识的灵活应用。
四.单片机教学中存在的主要问题
1.教材结构未考虑学生的接受能力。教材内容主要依照单片机硬件结构指令系统汇编语言设计系统扩展接口技术应用系统设计的顺序编写的,注重课程的学科性与系统性,而未考虑学生的认知特点;教学过程也是以单片机的结构为主线,先介绍单片机的硬件结构,接着是指令和软件编程,然后是单片机系统的扩展和器件的应用,最后是应用实例。按此教学结构,单片机课程就演绎为以单片机知识为蓝本的微机原理课程,高职学生理解力和逻辑思维能力较薄弱,对复杂的电路和抽象的指令往往不知所云,学习过程枯燥乏味,学生大多产生厌学情绪。
2.普遍存在理论与实践严重脱节的现象。在教学形式上,单片机课程多以课堂理论教学与少量硬件仿真实验相结合,实验教学也多为验证性实验。先理论后实践教学,或理论与实践教学分阶段交叉进行,造成长期以来单片机教学理论与实践的严重脱节。加之许多学校单片机实践教学资源相对比较匮乏,多以单片机实训平台为主,实践教学环节也仅仅体现在为数不多的几个验证性实验上。许多情况下,学生只是依照老师给出的实验电路进行简单连线,有些同学直接将实验系统中的源程序调出来运行一下就算完成任务了。整个课程结束后,许多学生也未能真正了解清楚单片机应用系统开发的全过程,不会使用仿真软件调试程序的同学也不在少数,甚至连单片机开发工具如硬件仿真器、编程器的用途都不知道,更不用说掌握单片机应用系统设计的一般性方法。
五.单片机原理与应用课程的实践教学法
1.教学做合一。教学过程不是教师的个人表演过程，而是教师完成一个单片机工程的开发全过程，教学过程是做单片机项目的真实过程，有电路分析、有单片机基础分析，有汇编语言（或C语言）语法、语句、算法等分析。并且把所有过程，一步一步呈现给学生，让学生有现场感、真实感，让学生最后看到我们的最终成果——单片机实验电路板上呈现的现象。整个过程是教师开发了一个单片机工程项目，对事说是做、对教师说是教、对学生说是学，此之谓陶行知先生所说“教学做合一”。
2.尝试教学实践与创新实践的紧密结合
采取部分开放的实践教学模式的试点,在时间、内容、仪器设备、教学形式等方面给学生空间。在学习的过程中,学生在开放实验室中进行了指令学习和巩固。也逐步学会单步、断点、全速运行的调试方法和排除故障能力,并能使用寄存器窗口、存储器窗口等仿真器的功能,分析各种实验现象。在教学实践的基础上,开展形式灵活、面向不同年级学生、连续不间断地创新实践,如组织电子协会进行课外科技创新活动,以多层面学生为对象与专业技术相结合的创新项目活动、组织培训学生海南省中职学生单片机装配与调试技能竞赛等。
3.讲练结合教学法。学生单靠教师在多媒体教室的“教学做合一”的教学过程是根本学不会单片机的，单片机是理论与实践结合的一门学问，必须经过大量的实践活动才能学会单片机，没有经过实际的演练不可能掌握单片机的精髓。我采用一节教学一节机房加实验板的实训方法进行教学安排，让学生把学到的东西马上进行实际练习，使理论与实践结合。今年的单片机教学我又在原来的基础上进行了改革，全部在机房利用实验板进行教学，采用边教学、边练习的方法，让教师的教与学生的学真正做到无缝对接。
3.项目驱动教学法。在完成基础模块的教学后，学生的单片机学习就进入到另一个阶段，进行综合实训——做实际的工程。前面的教学与实践都是在单片机实验扳上完成的，这对学生来说仍然不真实，不实在，为了使学生能学生出校门就能搞项目，学生在学校必须经历实际工程的锻炼。让学生做电子表、数字温度计、数字电压表等项目。从画原理图、PCB图、制作电路板、硬件连接。软件程序编制、下载、调试与修改等所有过程都亲自参与。学生不再是学习过程的旁观者，而是整个过程的亲历者，让学生体会到创造的快乐，学习就象玩一样。
六.结束语
单片机自从问世以来,经历了多次更新换代,其应用也从最初的工业控制领域扩展到人们日常生活的各个领域。学习这门课程对于学生将知识综合应用能力转化为工程实践能力,顺利地迈向今后的工作岗位,起着举足轻重地作用。因此,如何在教学过程中确保教学目标的实现,一直是大家所关注的焦点。所以做好单片机原理与应用课程的实践教学法是有着十分重要的意义的。
参考文献：
单片机课程是电子、自动化、机电一体化等专业的核心课程之一，是一门理论性与实践性都很强的综合性课程[1]。传统的教学方式是先讲授理论，然后进行实验动手练习，这种方式致使学生对理论知识的理解非常困难，无法与单片机硬件系统联系起来，教学效果比较差。目前我们采用了一种“项目式”教学方法，将理论学习与实践操作结合起来，既激发了学生对这门课的兴趣，又锻炼了学生系统开发的能力，而且教学效果显著提高。
1 传统实验教学缺点
现在大多数学校单片机实验室均采用实验箱进行实验教学[2，3]，虽然方便但也存在一些不足：
（1）实验箱上电路连接是固定的，学生只能进行软件程序的编写，然后烧进单片机进行验证，若不了解电路的连接情况，则设计能力得不到锻炼；
（2）实验箱价格昂贵，对于在校学生来说，由于没有经济来源无法承担购买单片机实验箱的费用，因此只能依靠学校的实验室，这样就造成了学生一旦离开实验室就无法进行实验练习的状况，仅仅依靠实验课做实验显然不能满足学生的学习要求；
（3）单片机型号非常多，教学一般都学习51系列的单片机，而单片机实验箱不可能支持所有种类的单片机，况且我们自己设计的电路并不能与实验箱上的电路一一对应，导致实验箱不支持单片机型号，或实验箱上的电路不是我们所需要的；
（4）在讲授理论知识时，有时教师需要向学生进行教学演示，实验箱不能够随身携带，这为教学带来诸多不便。为了改变这种状况，将理论知识与实验实践相结合，可以采用虚拟实验的方式。
2 Proteus虚拟实验室
Proteus[4]是英国Labcenter公司开发的电路分析与实物仿真及印制电路板设计软件，具有对单片机及电路组成的系统交互仿真功能。可以支持多种型号的单片机仿真，如51系列、PIC系列、AVR系列等，而且能够进行电路分析，如模拟分析、数字分析、频率分析等；提供了多种虚拟仪器，如示波器、信号发生器、电压表、电流表等；能够进行原理图设计与PCB板设计等。在计算机上安装Proteus电子仿真软件和集成开发环境Keil，就相当于一个设备先进、功能完善的虚拟实验室。利用Proteus仿真单片机系统程序运行，可以很直观地观察单片机电路的变化，在使用时更接近实际操作，而且节省了制作实际电路板的过程，能够让学生更容易地掌握单片机系统的设计方法；让学生可以根据系统要求对电路进行自主设计，克服了实验箱电路连接固定的弊端，进行设计性与综合性实验，使学生的设计能力与创新能力得到锻炼；另外，实验设备[5]在教学过程中不断损耗，维护成本较高，而在Proteus仿真环境下，可以灵活、高效地修改仿真电路的设计，没有元器件的损耗，实现教学零成本，这些在传统的单片机实践教学中是无法实现的。
3 项目式教学方法
单片机项目式教学[6，7]重点培养学生的专业技能，以项目的开发步骤作为讲课顺序，在项目中讲授涉及到的理论知识和实践技能，比如原理图的设计、PCB板的设计、产品装配、代码编写、产品调试、产品检测等，引导学生在完成项目的过程中学习。通过使用Proteus和Keil软件，学生的硬件设计能力与软件编程能力同时得到提高，锻炼了学生的动手能力和解决问题的能力。利用Proteus进行项目式教学主要为以下几步：
（1）利用Proteus进行单片机硬件系统设计；
（2）利用Keil软件编写系统程序，编译调试，生成hex文件；
（3）将hex文件加载到单片机系统，仿真观察系统运行情况。
4 Proteus仿真项目教学实例
下面以“流水灯设计”实验项目为例，介绍如何利用Proteus软件实现电路的硬件设计、软件调试与系统仿真，实现单片机对电路的控制要求。该实例的要求为单片机控制8个LED灯依次点亮，每个LED灯点亮1 s，反复进行，循环不止。
4.1 硬件设计
该实例电路由AT89C52单片机、8个LED灯、时钟电路、复位电路等组成，在Proteus ISIS中绘制原理图时，复位电路与时钟电路可以省略。电路原理图如图1所示。
4.2 软件设计
系统控制软件采用模块化的程序设计思想，系统程序在Keil C 环境下进行编译调试，其程序控制流程图如图2所示。
4.3 系统仿真与调试
按照上述流程图写好程序后，在Keil开发环境中完成软件调试，确定没有逻辑错误后，把产生的hex文件加载到单片机中，点击Proteus的运行键即可判断程序是否正常。运行结果如图3所示。
中图分类号：TP368.1 文献标识码：A
1 目前单片机教学存在的问题
1.1 单片机课程往往多以理论为主，实验为辅的教学形式，不利于学员学习兴趣的培养
《单片机原理与接口技术》课程的传统教学模式基本是：在教室进行理论教学，在实验室进行实验教学，在不同时间、不同空间完成各自的教学内容，其中课堂教学占主导地位。这种模式将理论教学和实验教学隔离，致使很多抽象的知识不能及时消化吸收，造成累积性学习负担，对学员的学习兴趣和信心都有很大影响。
1.2 实验教学内容和形式固定，不利于学员自主性发挥和创新能力培养
实验现在普遍采用“实验箱”，实验内容是固定不变的。对于单片机电路也只是按实验指导书在实验箱上做简单的连线，没有一个整体的电气原理图概念，最终还是不会设计电路，甚至连基本的电气原理图都读不懂，很难真正把单片机方面的知识理解掌握，为专业课学习奠定基础。
2 打破传统章节体系，构建项目式教学内容
传统的单片机教材多是按照单片机的结构、工作原理及应用技术的顺序进行编排，重原理知识的讲解，轻实际应用的分析，容易使学员感到原理深奥难懂、生涩难学，逐渐丧失学习兴趣。为了使学员容易入门，激发他们的求知欲望，我们将打破传统的章节体系，将教学内容重新编排整合成15个项目式教学内容，见表1。把枯燥的原理知识以及原来集中讲授的指令和编程分解，融入到各个不同的项目中，这样可以将更多新奇的自动控制场景直观地展示在学员面前，使其深切的感受单片机在智能控制中发挥的作用，使理论和实践得到了很好的衔接和融合。
3 构建虚拟教学实验开发平台，强化实践环节
为了完成上述教学内容，达到将理论教学和实践教学有机融合、将实践引入课堂、培养学员实际能力的教学目标，我们根据现有的实验条件，决定搭建PROTEUS与Keilc软件仿真平台和具有丰富资源的硬件平台，实现虚拟实验与真实实验有机整合、验证性实验和拓展性实验并举。
除了现有的实验箱以外，我们还开发了具有最小系统，包括控制器模块、电源模块、复位模块、Flash ROM 模块、SDRAM 模块、JTAG 接口等；扩展接口，包括LED、键盘、RS232 串口、I2C 接口、液晶模块、以太网模块的实验板，该实验板不仅具有基本模块还拥有丰富的接口，可以实现在线编制、烧录程序，进行单片机应用开发，为学员进行拓展性实验提供了硬件支持。
4 采用讲、学、做一体化教学模式，取得良好的教学效果
在具体的教学实施过程中，针对每个具体项目，我们基本按照教员讲解理论、提出任务展示效果、引导学员思考、教员演示、学员练习教员指导、归纳小结的步骤进行，整个过程充分运用启发、演示和举例的方法，以学员为主体，融教、学、做为一体。通过一段时间的教学实践，学员已经完成了前6个项目的学习实践，学会了简单程序的编制和烧录，达到控制单片机工作的目的。通过由浅入深、循序渐进的实践过程，学员的实践能力得到了培养，体会了单片机系统开发的全过程，将硬件和编程联系起来了，将理论教学和实践教学有机结合起来了，使抽象的指令、程序更加具体了，教学效果明显，相信通过全部项目的学习训练，学员的创新能力一定可以得到培养和提高。
5 结语
通过上述教学改革实践，打破了原有的章节体系，重新编排成项目式教学内容，分散了重点，把原来生涩难懂的原理知识与具体实例相结合，激发了学员的学习兴趣。学员通过大量的不同层次的实践操作，熟悉单片机系统的开发过程，进一步培养学员的综合分析能力、排除故障能力和创新能力。下一步我们将根据学员的学习效果的反馈情况和专业需求进一步探讨教学内容的更新以及实践教学的模式，形成一套完整的单片机理论、实验、实训教学融为一体的教学新模式。
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）22-0141-02
一、前言
针对德国《工业4.0》，我国提出了具有中国特色的制造业发展战略，《中国制造2025》[1]明确了我国制造业遵循弥补工业3.0欠缺，追赶工业4.0发展进而实现制造强国的三个发展阶段，同时明确了制造业以自动化、智能化为发展方向。新形势下，工业企业对机械类毕业生的机电控制技能，尤其是基于单片机的自动化系统设计能力提出了更高的要求。单片机作为机电系统的主要控制器之一[2]，其原理与应用是机械类学生必须掌握的知识。针对于单片机系统应用过程中存在的不足，很多教学工作者已经提出教学改革方法[3][4][5]，就教学模式、教学内容等提出了创新性的意见。然而针对教学过程中理论与实践内容的融合问题，细化考核问题尚缺少响应的研究。针对目前我校机械类专业《单片机原理及应用》课程教学存在的教学大纲陈旧、实践环节不足、教学手段落后、考核方式单一等问题，进行了相应的改革措施探讨，以期系统提高单片机课程的教学水平，提升学生适应新形势下工业企业对毕业生的技能需求的能力。
二、教学改革措施
1.适应学科发展，优化教学大纲。随着电子技术、IC工艺的进步以及市场需求的不断变化，单片机技术已经发生了很大变化，然而目前教学大纲还与10年前相近，教材陈旧、编程语言还采用汇编语言、教学过程理论与实践分离等。使学生很难深入掌握单片机知识，即使花大力气学习，毕业后亦发现与需求脱节。新形势下，必须对教学大纲进行全方位改革，方案如下：（1）适当增加课程课时尤其是实践课时：改革后由原来的32课时（理论22课时，实验10课时）增加到48课时（理论22课时，实践26课时）；（2）优选教材：选择普通高等教育“十二五”部级规划教材；（3）更新教学内容：重视基于C语言的单片机应用编程，以及基于Keil与Proteus的联合仿真内容；（4）细化考核：由原来的期末考试占70%，平时成绩占30%，改成期末考试占40%，实验占40%，平时作业、出勤占20%。通过教学大纲的改革，使每位任课教师、每个班级均统一按照新的方案开展教学设计，从源头上进行改革创新。
2.紧跟技术进步，丰富教学手段。长期以来《单片机原理及应用》课程教学均由两个环节组成：理论环节与实践环节，两个环节在时间和空间上分离。因理论枯燥乏味，比如寄存器、三总线、中断系统等知识相对抽象，学生很难理解。理论、时间分离的教学形式，很难短时间内做到融会贯通，教学效果有限。因此我们改革方案如下：（1）理论知识形象化：将指令中的寻址形象化为寻宝，直间寻址、间接寻址、寄存器寻址[1]等自然形象化为黄金、藏宝箱、藏宝图等；（2）理论、实践教学融合：虽因单片机实验室有特殊要求，很难理论和实践课程安排在一个教室，但现代化的仿真手段则改变了传统的模式，针对理论课程中的知识点，基于Proteus与Keil的联合仿真，完全解决了理论和实践脱节的问题；（3）采用项目驱动式教学：针对单片机的主要功能如中断、定时、输入输出、串口通讯等，每个知识点设计一个项目，要求学生3人一组，分工进行硬件电路设计、C语言设计以及Proteus仿真；（4）采用个性化实验教学：针对学校单片机实验条件有限的现状，鼓励学生根据自己兴趣从淘宝购买个性化的单片机开发板，如寻迹小车、搬运小车、四旋翼飞机等，利用开发板配套的例程进行学习。
3.注重过程管理，细化考核指标。《单片机原理及应用》课程是以实践为主的课程，然而传统考核方法确基本关注期末考试成绩，结果是学生考试前突击记忆基本概念，实践能力基本不被重视。改革方案：（1）优化成绩总评方案：期末考试占40%，实验占40%，平时作业出勤占20%；（2）细化实验考核指：将实验分成4个项目，注重考核基础知识应用、编程技能、调试技能以及总结分析能力；（3）注重综合应用能力训练：平时实验内容主要以综合实验为主，同时期末理论考核与实验考核都安排一个综合应用题，将单片机的主要知识，如最小系统、输入输出、中断、定时计数、串口进行综合。
三、教学改革效果评价
对本课程的系统改革旨在提升学生在机电控制方面的实践能力、设计能力，以适应新形势下工业企业对机械本科毕业生机电控制技能方面的需求。通过以上三个方面的系统教学改革，并经过2轮的机械大三学生的教学验证，我们发现：（1）学生对单片机的学习兴趣更为浓厚，由原来的被动式学习演变为主动购买开发板进行实践学习（图1），遇到编程应用问题会主动与老师交流；（2）经过48个学时的理论和实践，学生均能完全掌握单片机的工作原理，并能进行简单的系统设计，并制作实物（见图2）；（3）通过Proteus与Keil的联合仿真实践，增强了学生利用设计软件进行开发的能力；（4）通过细化考核，注重平时理论与实践投入，释放了学生期末考试的压力。可见本课程的教学改革基本达到了改革的初衷，提高了学生的自主学习和实践动手能力，相信对他们毕业后适应就业新形势起到了积极的作用。
参考文献：
[1]中华人民共和国国务院[Z].中国制造2025，2015.
[2]高春甫，王冬云，马继杰.单片机原理及接口技术应用教程[M].北京：机械工业出版社，2014.
摘要：针对单片机实训体系存在的理论与实践脱节、缺乏工程应用能力培养等问题，本文介绍了相关的改革情况。采用项目化模式组织理论教学和工程开发模式组织实践教学，将理论教学与实践教学紧密结合起来；改革单片机课程设计模式，增加课题宣讲、系统验收答辩等环节，促进学生动手能力及自主学习能力的培养；组建单片机兴趣小组及与大学生创新性实验的结合，促进课内外单片机学习的良性互动。实践证明，单片机实训体系的多层次多模块改革，提高了学生的应用能力及综合素质，改革经验具有一定的推广价值。
关键词 ：单片机实训课程；教学改革；应用型人才
中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1672-5727（2015）02-0060-04
作者简介：谢辉（1969—），女，硕士，重庆三峡学院教授，研究方向为工业测控系统的教学和研究。
基金项目：重庆市教委教改项目“单片机课程‘项目导向型’教学模式的研究与实践”（项目编号：113013）；重庆三峡学院教改项目“应用本科单片机课程实训体系的教学改革”（项目编号：JG120668）
一、现代工程对应用型人才的要求及现行教学模式的不足
现代工程对应用型人才的工程素质与实践能力的要求不断提高。工程素质是一个技术人员创新意识、团队意识及知识技能等的内化表现，实践能力则体现为一个技术人员分析问题、解决问题的外在执行力，二者相辅相成，是应用型人才培养的重要指标。高等院校工程教育是培养造就合格工程师的主渠道，需要每门专业课程理论与实践的有机联动，特别是实训课程的系统化培养。
单片机是现代测控的核心。“单片机原理及应用”是电子、机电等专业的一门重要的专业基础课，同时也是一门软硬件技术结合紧密、理论性与实践性强的课程。特别是单片机实训课程，是对学生进行专业的技能训练，巩固和加强所学理论知识，培养学生动手能力和工程素质的重要环节，与单片机理论课程具有同样重要的地位。
“单片机原理及应用”课程在我院开设多年，虽实践教学经验较丰富，但单片机实训课程体系还存在着很多问题，主要体现在以下几个方面：
第一，单片机实训课程与理论教学结合不够紧密。目前的单片机课程教学仍主要注重理论知识的传授，课堂教学以单元章节划分知识体系，课内实训以验证性实验为主，学生无法将理论知识与实训有机地结合起来。到了课程设计阶段，学生很难对实训课题有一个整体性的认识，不知道软硬件如何分工，如何开展模块化程序的编写。许多时候课程设计变成了教师做课题，学生只能做简单的电路焊接、程序录入等工作，没有达到培养学生应用能力的效果。
第二，实训课题与生产实际结合不够紧密。课程设计是学习单片机系统设计与开发的综合过程的重要环节，实训项目应该与生产实际紧密联系。但目前绝大多数的实训项目都主要停留在理论分析、绘制原理图、编写程序及电路板焊接等方面，对单片机系统在生产实际中可能遇到的重要问题如故障排查、系统优化、抗干扰、性价比等很少涉及。
第三，对学生实践能力与创新精神的培养不足。工科的学生最重要的专业素质就是实践能力与创新精神。单片机课程实训涉及电子、传感、程序设计及系统集成等多方面的知识，是培养学生专业素质优质的载体。但由于现行课程体系的条块分割，课程实训没有与课外实践及相关课程知识进行有机衔接。为保证课程设计在规定的学时内完成，实训项目往往省略了文献资料查阅、设计方案论证、任务分解及答辩等诸多步骤，直接给出一个可以完成的任务。这样，学生的实践能力很难有实质性的提高。
总体来说，现行单片机实训课程任务较单一、考核不够全面，对学生应用能力的培养还停留在较低的层面上。为促进学生实践动手能力的培养及工程素质的提高，单片机实训课程改革十分必要。
二、单片机实训课程体系的改革
单片机课程实训体系的改革，最重要的是通过理论课程学习及实践项目训练，使学生能站在工程应用的角度，更深入地理解单片机的理论知识，掌握单片机系统的开发流程，提高分析问题解决问题的能力，最根本的目的是培养良好的职业应用能力。为此，实训课程的改革主要做了如下几个方面的工作。
（一）项目化教学模式的构建
打破传统的理论教学与实践教学相分离的教学模式，将单片机课程规划为基础知识、单元技能及综合能力三个层次，采用项目化教学模式组织理论与实践教学。
根据电子信息应用本科的人才培养定位将课程内容进行优化重组，精心编选了6个非常贴近实际的工程项目，编写出版了相应的单片机项目化教材。每个项目就是一个相对独立的单片机应用系统，包含单片机的一个或若干个知识模块，从实现实用性、能力化的教学目标；每个模块又由一个或多个任务组成，将单片机应用技术的知识点、能力点加以整合和重组，贯穿在以职业能力培养为核心的工程项目中。
课程教学按照工程项目开发的模式，即“项目提出模块分解任务完成项目总结”的流程进行。如“单片机最小系统”项目是让学生理解单片机内部结构和最小系统的的简单应用，又将其划分为“51单片机初步认识”、“最小系统构成”、“流水灯控制器“、“简单程序设计”等几个主要任务，每一个任务就是一个或几个项目知能体系指标的具体体现。通过实物演示、多媒体授课及实验室任务程序的调试运行，将单片机理论教学与实验教学紧密结合。在每个任务的完成过程中，还有意识地通过实验思考题的形式引导学生进一步探索。如“彩灯控制器”，除常见的流水、追逐、跳跃等基本控制效果外，还引导学生思考多重跳跃、旋转及不规则闪亮效果，进一步思考更多LED组成点阵的控制方法，更深一层地思考I/O口不够用时的接口扩展问题及延时时间的控制问题；鼓励学生通过钻研教材及课余查阅资料提出想法，并将想法变成可行的系统设计框图；对一些技术难点留到课程设计阶段进行论证与解决。
（二）工程实践型课程设计的开展
课程设计是工科专业培养应用型人才的重要手段，也是单片机实训体系改革的重要环节，其主旨就是加强实训课题与工程实践的紧密联系，真正培养学生具备单片机系统设计开发的基础能力。课程设计改革主要做了课题论证宣讲、过程指导改革、规范设计报告及答辩验收等几个方面的工作。
1.实训课题论证与方案宣讲
课题论证是工程项目开发的一个重要环节，方案的优劣直接关系到后续开发难度、售后维护及产品性价比。在前期项目化教学的同时就有意识地引导学生开展横向与纵向的知识扩展，为课程设计做准备。如“数字电压表设计”横向的知识扩展包括不同种类A/D转换器的选择、显示器及键盘设计方案的比较，纵向的知识扩展包扩电压表量程的切换、电压表到万用表的转换，其他非电量，如温度、流量、湿度、压力的检测，从单机仪表到组网仪表的扩展等。在学生具备一定理论知识水平与实践能力的基础上，教师提出课程设计的要求，并给出相应的实训指导书，鼓励学生开始项目化小组筹备，寻找感兴趣的课题。教师指导学生到专业网站查阅资料、下载模块。必要的时候，还可以思考题的形式让学生写一份相应的文献综述。
课程设计阶段的第一个任务就是实训课题方案论证，要求以小组为单位充分讨论，进行一次公开的课题论证宣讲。宣讲内容主要包括设计方案选择、设计框图、系统原理说明、拟达到的技术指标及及拟解决的关键问题等。教师会在此过程中检查学生的前期准备工作，包括相应芯片数据手册、设计参考范例等，指出设计方案的优点及不足，对可能遇到的设计问题给出参考意见，要求针对方案宣讲中发现的问题再修改整理。如常做的“温度控制系统设计”，要求每个课题组明确控制背景、控制精度，进而选择合适的温度传感器与A/D转换器，鼓励学生选择性价比高的芯片，如内置A/D转换器的单片机，串行总线传输的小尺寸贴片封装的芯片，或一体化的数字温度传感器等，提示学生注意温度是大惯性控制量，需要一定的算法处理以提高控制精度。通过课题论证宣讲过程的训练，可让学生切实感受到工程项目开发的严肃性及系统性，意识到前期准备及系统规划的重要性，从而更全面深入地思考与解决问题。
2.项目化小组的开发过程训练
课程设计以贴近实际的项目化小组的方式开展。根据课题工作量的大小及各自的兴趣爱好，3~4人组成一个项目小组进行系统设计，包括硬件原理图设计、控制程序编写及调试、系统仿真验证及实物制作等。项目小组的形式既能发挥不同学生的能力优势，又有利于锻炼学生的团结协作及产品竞争意识。课程设计强调系统的整合及实践能力的培养，如管理程序编写、系统调试、故障排查、性能优化等，使其更贴近工程实践的开发过程。整个课程设计过程给予学生充分的自主学习与实践探索的机会，从而最大限度地调动学生的学习积极性，教师主要起到启发、把关和解决一些棘手问题的作用。对学生解决不了的难题，教师提出自己的观点和看法，必要时指导学生进行软硬件调试，观察实验现象，从而引导学生向正确的方向发展。如所做的“16×64点阵控制屏”，最先驱动方式是采用串行移位寄存器控制。当做16×16点阵实验时，一切正常，但扩展到16×64点阵，进行字幕左右移动时，会出现重影，通过教师指导及实验验证，确定是串行驱动方式带来的问题，改为并行驱动方式后，很好地解决了该问题。
3.规范设计报告及验收答辩
课程设计后期主要完成设计报告写作及实物验收和答辩。通过这些手段促进学生更全面深入地掌握项目开发各方面的技能。
（1）设计报告写作。进行设计报告写作培训，指导学生从课题任务、设计方案论证、设计内容、硬件及软件工作原理、系统调试、仿真及实物展示等几个方面进行阐述，并要求做实训总结，最后的附录按照规范格式附上完整的硬件原理图、元器件清单表、程序清单及实物照片，成为一份有价值的技术文档。通过培训，学生课程设计报告整体质量较好，报告言之有物、条理清晰、结构合理、描述完整，杜绝了原来抄袭芯片手册，缺乏实质内容的假大空形式。
（2）验收和答辩。原来的课程设计没有验收答辩这个环节，不利于学生总结反思项目经验。程设计引入验收答辩机制，检查学生是否认真完成课程设计及对专业知识的掌握和运用能力，也是确保考核评价真实公平的重要依据。验收主要从系统设计、功能演示、硬件质量及软件功能等几个方面进行考核，并进行作品之间难度的对比与竞争。答辩以小组为单位进行，要求以PPT形式展示课题所做主要工作，每个组员都要回答指导教师的1至2个问题。验收答辩促进学生对系统设计相关原理进行更深入地理解并总结反思项目经验，从而从考核层面督促学生更好地学习。课程设计的改革实现了从以前重结论重报告到重过程重能力的转变。
（三）实训过程的考核改革
考核方式改革是实训体系改革的重要方面。以往的实训课程考核形式相对单一，主要以实训产品及设计报告为考核对象，没有细致地考核实训过程及团队成员知识水平的真实情况。改革的重要理念是重视创新思维与实践能力的培养，采用形成性考核与终结性考核相结合，以能力考核为主的方式进行实训成绩的评定。考核内容主要由“综合能力考核”（30%）、“实训过程考核”（40%）及“总结与答辩”（30%）三部分组成。“综合能力考核”主要包括文献查阅、设计方案论证及课程设计报告等部分，重点考核学生对单片机理论知识及应用能力。“实训过程考核”主要考察学生实训过程的软硬件设计、编程及仿真、实验仪器设备的使用熟练程度、系统的查错与纠正等多方面的实践能力。“总结与答辩”也是实训考核的重要环节。通过课题总结，让学生明白系统设计性价比的重要性，实验室方案与工程实用方案的区别，课题存在的不足与可能的改进措施；验收答辩可以让学生对课题做全面的总结反思，端正学习态度、重视实践过程，重视知识点的细节学习。单片机课程考核方式的改革可以从根本上杜绝“高分低能”现象的发生，是促进学生创新思维和应用能力提高的重要手段。
（四）课外科技实践活动的有机结合
一些综合性的项目开发仅靠课内实验实训环节的训练是远远不够的，将课内实训与大学生课外科技实践活动及电子竞赛等环节有机结合，是培养专业技能、提高综合素质的一个重要途径。
组织成立单片机兴趣小组，建立QQ交流群，将一些优秀的单片机教程、设计范例、芯片手册及常用的单片机开发网址等资料上传到群里共享。每个同学的电脑上都安装了Keil和Proteus软件，相当于建立了一个虚拟实验室。学生可以选择感兴趣的课题进行开发验证，对课程实训过程中的一些技术问题在群里相互讨论并进行进一步的完善，教师也会针对一些难点问题在线答疑。对一些基础较好、能力较强的学生，推荐他们进入创新实验室进行更进一步的学习。
创新实验室是学生进行课余科技实践活动的平台，配备了完善的电子仪器、单片机开发装置及刻版机等设备。学生可以选择实训过程中一些难点课题或综合性较强的课题再进行研究，也可以结合大学生创新实验课题及大学生电子竞赛课题进行研究，甚至可以承担教师主持的研究课题中的一部分内容开展工作。学生在教师指导和高年级学长带领下，独立进行系统设计、编程调试、仿真验证、电路刻版直至实物完成，最后写出课题报告。实验室还要经常召开讲座，介绍一些新型单片机及先进设计方法，并进行设计作品的讲评。通过这些多模块、多层次的课外科研训练与实践训练，学生能够将单片机及其他相关学科知识融会贯通，具有一定的单片机系统综合开发经验，为今后从事相关工作打下了良好基础。
参考文献：
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传统单片机原理及应用课程教学方式是以单片机的知识结构为主线，学习单片机的原理部分――单片机硬件结构、中断系统、定时器/计数器、串行口应用、系统扩展等。原理部分内容抽象，对高职学生来说学习难度大。应用部分是在所学理论知识的基础上，将理论用于实践，实践性强，与实际应用联系非常紧密。单片机应用以硬件和程序作为基础和支撑，前面知识一知半解，使单片机系统设计的学习和掌握变得难上加难。对于非计算机专业的高职学生，要学习如此复杂的单片机软、硬件知识，传统的以讲授为主的教学模式显然不能适应高职学生学习的需要，改革教学模式势在必行。在本课程的教学中实施了以任务驱动模式为主的项目教学法，加大实践在教学中的比重，力争实现理实一体化教学。
一、引入PROTEUS仿真教学，激发学生的学习兴趣
PROTEUS软件是由英国Labcenter Electronics公司开发的功能强大的EDA工具软件。其运行环境为Windows系统，操作简单，不仅具有PCB设计、Schematic Drawing仿真功能，还能仿真单片机及器件，是目前对单片机进行模拟实验的最好软件。PROTEUS软件可在目标板没有进行制作前，事先对其合理性、功能等指标进行设计、调整，还能在没有目标板的情况下实现对单片机软件的开发和调试，从而进行完整的模拟开发。
单片机原理及应用课程的具体目的是培养学生的软件编程能力及硬件设计能力。但由于课程教学课时以及经费的限制，学生很难亲自动手将软件和硬件进行实际操作。使用PROTEUS软件可以实现单片机应用系统仿真模拟。在教学实践过程中，教师通过计算机和多媒体指导学生使用计算机操作KEIL uVision2 软件和PROTEUS软件。学生首先使用KEIL uVision2 软件练习程序编写，将程序编辑、编译、链接后生成“.hex”的可执行文件；然后利用PROTUES软件平台搭建实际硬件电路；最后在PROTEUS平台加载可执行文件，进行仿真运行。
将PROTEUS与 KEIL uVision2 软件相结合仿真，不但可以丰富教师教学手段，还可以使学生既能进行单片机系统软件程序设计，又能进行单片机接口电路的设计，并立即看到程序运行和电路工作的过程和结果。在提高学生学习兴趣的基础上锻炼了学生实践动手的能力，既降低了教学成本，又提高了教学效果。与此同时，还能解决实验箱不能实现功能模块的有关限制性。
二、选取任务驱动教学模式，提高学生学习效率
1.以“必需、够用”为原则，在教学内容上改革
针对本课程实践性强的特点，应以“强化能力，重在应用”为指导思想。通过对部分毕业生和相关企业、行业的调研，在教学内容的选取上应以培养技能型专业人才为出发点，以满足岗位职业技能需求为最终目标，以真实的工作任务为载体进行教学过程的设计，以“必需、够用”为原则设计教学内容，注重职业岗位技能训练，增加实践教学的学时，培养学生的实际应用能力。
2.教学过程主要采用“任务驱动法”，理论教学紧扣“实际应用”
“任务驱动法”是理论教学全过程都以单片机应用的典型工程实用案例进行分析讲述的一种教学方法。授课时以“任务”演示作为引入，以实现“任务”为主线介绍单片机各相关理论知识。将单片机课程的内容融入几个典型的单片机任务中，将理论教学和实践教学融为一体，将“单片机理论”“单片机仿真”与“单片机实操”融为一体，将传统教学方法与现代化教学方法融为一体。使学生在实践中学习理论知识，使所学的理论知识在实践中得以验证；同时用理论指导实践，培养学生的操作技能，实现理论和实践的有机结合。这样学习目标更明确，带着具体的任务去学习，既增加了学习兴趣，又提高了学生学习的主动性和自觉性。
3.结合以“单片机实验开发板”为主，以“单片机实验箱”为辅的实验教学模式
“开发板”为电路板的形式，虽然体积很小但包含了“单片机”实验的各个部分，可以根据需要对其进行扩展。另外，此单片机“开发板”要求学生自己动手焊接、调试，可加强学生对硬件电路的认识和手工焊接能力的锻炼，为今后学生自主开发、设计单片机应用系统奠定了一定的硬件基础。
三、以C语言为主，与市场接轨，降低学生学习难度
C语言是目前世界上使用最广泛的高级程序设计语言之一。C语言已被人们普遍接受，它在系统软件、数据处理、科学工程数值计算等多个领域的软件开发中起着越来越重要的作用。C语言结构紧凑、语句简洁，是介于高级语言和汇编语言之间的一类语言，具有像汇编语言那样直接访问硬件的功能。
单片机应用系统的程序设计，既可以采用汇编语言，也可以采用C语言。汇编语言虽然具有接近硬件和执行效率高等优点，但开发单片机难度高、效率低且周期长。C语言虽然执行效率不如汇编语言，但是C语言的突出优点是可读性和可移植性好，既有高级语言的优点，又不失对硬件的控制，可以尽量少地对硬件进行操作，非常适合开发单片机。C语言中有丰富的函数，可以直接调用，大大降低了编程者的工作负担。引入C语言进行教学，学生掌握起来相对较快，不用过多考虑硬件，编写程序较容易。经过调研，目前在高科技电子领域实际应用中，单片机的开发多采用C语言编程。故采用C语言代替汇编语言开发单片机。
通过理实一体化课程教学改革，将任务驱动法、仿真法、实验教学法相结合，将“教、学、做”融为一体，培养学生单片机系统的应用能力，并将C语言应用于单片机课程，降低了学生的学习难度。经过课程改革，可提高学生学习兴趣、提高学生主动学习的积极性，教学效率和教学质量也有一定提高。单片机原理及应用教学改革是一个长期的过程，需要教师不断学习、积累经验、探索完善、拓展知识结构、加强科学研究，同时不断改进教学方法，提高教学效率，使学生在知识的掌握与实践能力的提升方面受益。
参考文献：
[1]余永华.单片机课程理实一体化教学模式改革[J].读与写，2015（3）：314.
[2]张子红，王昊.依托实训基地和单片机学习板的单片机课程改革[J].高师理科学课，2015，35（1）：74-77.
