【关键词】高职；单片机；工程实践
单片机推动了嵌入式系统的发展，成为现代电子系统中重要的智能化工具。无论是尖端科技，还是现代工业、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，都离不开单片机。目前，高职院校许多专业都开设了“单片机原理及应用”课程，这门课程也是高职院校的电子类、电气类等电类专业的核心专业课程。但是单片机是一门实践性非常强的课程，又是一门抽象的课程，教师在课堂教学中采用传统的授课模式，往往存在许多问题。
一、高职单片机课程教学现状
1.传统理论教学枯燥抽象。在传统的单片机教学中，基本沿袭传统的授课方法：“板书+讲解”。加上现行使用的教材理论内容偏多，实例偏少，理论教学占据了2/3以上的学时。大量抽象的原理、概念使得学生难以接受和理解，感觉枯燥无味，激不起学生学习的热情和主动性，使老师和学生在教学过程中都感到很辛苦，缺少感性认识的演示平台。
2.理论教学和实践教学分开，且实践教学缺乏启发性和创新性。传统的单片机技术课程教学模式中，采用理论和实验实训分开，在进行课堂教学时，讲授的是对学生而言是晦涩难懂的纯理论知识；在进行实验实训时，基本都采用电路固定的试验箱，由学生参照实验指导书提供的范例程序，按部就班地通过编程软件，将编程文件编译、下载到试验箱中进行验证。进行的只是对理论结果验证的实验，实验缺乏综合性、开放性和创新性。这种教学模式使得理论和实践严重脱节，学生不可能真正掌握单片机技术的精髓，从而无法培养学生的实践动手能力和创新能力。
3.课程之间联系较少。单片机课程是一门联系广泛的课程，不仅涉及本课程的知识，还与数字电路、模拟电路、C语言程序设计、protel电子线路设计等课程有着密切的联系。但大部分高职院校的单片机课程教学并未与其他课程联系起来，造成了课程间的脱节。
二、单片机工程实践教学
1.单片机工程实践教学的目的。单片机工程实践的目的是让学生在理论学习的基础上，通过完成一个设计MCS-51系列单片机多种资源应用并具有综合功能的小系统目标板的设计与编程应用，使学生不但能将课堂上学到的理论知识与实际应用结合起来，而且能进一步加深对电子电路、电子元器件、印制电路板等知识的认识与理解，同时在软件编程、排错调试、焊接技术、相关仪器设备的使用技能等方面得到较全面的锻炼和提高，为今后能够独立进行某些单片机应用系统的开发设计工作打下一定的基础。着重提高学生在单片机应用方面的实践技能，树立严谨的科学作风，培养学生综合运用理论知识解决实际问题的能力。通过单片机硬件和软件设计、安装、调试、整理资料等环节的培训，使学生初步掌握工程设计方法和组织实践的基本技能，逐步熟悉开展科学实践的程序和方法。
2.单片机工程实践教学的具体要求。单片机工程实践是单片机技术课程的实践教学环节，是以工程项目和工程应用为课题的。它充分体现“教师指导下的以学生为中心”的教学模式，以学生为认知主体，充分调动学生的积极性和能动性，着重培养学生的工程实践能力、独立工作能力及创新能力，是对学生进行单片机的综合性训练，这种训练是通过学生独立进行某一课题的设计、制作、调试来完成的。具体要求如下：
①系统方案设计与论证。综合运用单片机技术课程中所学到的理论知识，学生根据所选项目的任务、要求和条件进行总体方案的设计，通过方案比较，确定总体方案。然后对方案中以单片机为核心的电路进行设计计算，包括元器件的选择和电路参数的计算，并画出总体电路图。
②硬件电路制作。设计方案经指导教师审查通过后，学生可向指导教师领取所需元器件等材料，进行电路制作，并对制作的硬件电路进行调试及测试，分析测试结果是否满足设计要求。
③软件的编程与仿真。根据已设计出的软件系统框图，用C语言编制出各功能模块的子程序及整机软件系统的主程序，程序设计时，要充分考虑与设计硬件电路的连接及有关定量要求。
④撰写实践总结报告。书写高质量的工作总结也是反映工程实践素质高低的一个重要方面，工程技术人员应能用书面形式系统、完整、清晰地表达自己的研究成果，其目的是让人很容易地看懂所研究项目的内容、方案、原理、实现方法等。因此，书写实践总结报告也是单片机工程实践的主要内容之一。
三、结束语
单片机技术实践教学是灵活多样的，教学方法也是非常之多。只要不断改进教学方法，丰富教学手段，加强实践能力的培养，注重理论联系实践，就能激发学生的学习兴趣，能有效提高单片机教学的质量，并且紧随着单片机新的技术的发展，不断更新单片机教学的内容、形式、方法和手段，我相信单片机教学工作将不再是枯燥乏味、难教难学的老大难课程了。
参考文献：
[1]皮大能.单片机课程设计指导书.北京理工大学出版社，2010-07.
本文作者：焦咏梅高艳玲徐红作者单位：石家庄铁道大学四方学院
课程设计内容的改革
首先，探索全系专业课程体系框架，将内容紧密联系，增强内在逻辑性。把同一个培养能力范畴的同一类课程作为一个课程群，形成目标明确的课程群层次，把围绕一个技能培养目标的、含有若干课程的知识点抽象出来，在更高层次上连贯起来，使该技能的培养随课程设计的推进而不断递进、加深和拓展。如自动化专业的课程群层次结构。在课程群的建设基础上，我们的课程设计题目既要考虑前后课程纵向的贯通与衔接，又要充分考虑课程横向间的相互融合，实现整体优化。如把模拟电子、单片机、传感器课程设计内容纵向联系，递进升级，模拟电子课程设计题目应做到熟练掌握器件特性及参数计算，理解电路原理，并仿真出结果，使学生通过课程设计过“三关”，即“器件关”、“分析关”和“动手关”，此阶段培养了学生具备一定的硬件设计能力。在此阶段基础上进入下梯级，即单片机课程设计阶段。让学生在具备一定硬件设计能力的基础上学习系统软件设计，并且为了激发学生的学习兴趣，把电子电路和单片机课程设计进行横向优化组合。单片机题目要求学生应用电子电路的手段，即Protel原理图设计PCB设计并制版，做出实物，完成程序烧录，最终完成系统调试。结束时，学生亲身经历了硬件、软件的每一阶段，锻炼了学生工程应用能力。此阶段学生已具备了软、硬结合的能力，为进入下一个梯级做了充足的准备。课程设计的最高梯级传感器课程设计，即题目应综合模电、电子电路、单片机、传感器四类课程的理论知识，在具备软、硬件结合的能力的基础上，应用各类传感器采集数据，应用单片机、电路模块等手段完成一个应用系统的综合设计并做出实物，例如红外报警系统、温度检测系统设计、光敏元件控制系统等。培养学生结合实际应用的综合设计能力，做到环环相扣，相辅相成，为毕业设计打下良好的基础。
成绩评定体系改革
建立完善的成绩评定体系是保证课程设计教学质量的关键，在注重结论正确的同时，应强调整个设计方案实施的全过程。1．撰写总结报告。总结报告是学生对课程设计全过程的总结，不能等同于平时的实验报告，因此内容要完善，格式要规范。此环节占总成绩的30%。2．实验动手能力。包括器件选择、仿真设计制版焊接、仪器使用、调试过程中分析和解决问题的能力以及创新精神。此环节占总成绩的30%。3．学生实行全员答辩制。为避免学生互相抄袭或找人代做，我系自2009年开始施行课程设计全员答辩制度，每生5分钟自述，10分钟答辩，通过答辩情况给出答辩成绩。此环节占总成绩的40%。这样一种相对完善的成绩评定体系使学生在课程设计的任何一个环节都能认真对待，提高了学生的积极性和主动性，从而保证了课程设计的质量。
关键词：CDIO；微控制器课程；单片机课程；应用情况；开发研究
中图分类号：TP311 文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2012.01.040
引言
单片机(“Single Chip Microcomputer”，即单片微型计算机)简称SCM，确切的可称为单片微控制器，它是微型计算机的一个重要分支。单片机因其内部硬件结构和指令系统主要是针对自动控制应用而设计的，所以人们习惯称之为微控制器MCU(Microcontroller Unit)，我院的应用电子、微电子技术、电子工艺、电子信息、软件技术、自动化和电气自动化、机电一体化等专业都开设了单片机或微控制器课程；由于用单片机可以很容易嵌入到各种仪器和现场控制设备中，因此单片机也叫嵌入式微控制器(Embedded MCU)；通常把嵌入某种微处理器或单片机的测试和控制系统称为嵌入式控制系统，它在航空航天、机械电子、家用电器等各个领域都有广泛应用，特别是家用电器领域是其最大的应用领域。嵌入式技术和嵌入式系统以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可以裁剪，随时可能引起人们的创作灵感，尤其适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。单片机作为一种嵌入式芯片，尤其是初学者入门常接触的8位单片机一直广泛应用于各种智能化产品之中。
1微控制器课程介绍
笔者从事单片机(即微控制器)课程的教学已有若干届了，之前从事过很多次的单片机相关课程的教学，如《微机原理及应用》、《汇编语言程序设计》、《办公自动化设备使用与维护》等课程的理论教学及相关实验实训操作，而只有单片机课程更易强烈地引起学生的直观感觉和浓厚的兴趣，其中与可视化的嵌入式应用系统仿真实验实训开发工具PROTEUS ISIS和语言调试开发工具Wave 6000或KeilμVision 3，及实施多媒体项目化教学有着很大很直接的关系。
单片机是一种采用简单的硬件结构、复杂而灵活多变的软件系统来完成设计的通用型产品。所以，我们在教学中就要以学生自主学习为主，教师教学辅导为辅。教学时适当增加有关单片机的硬件设计的仿真和实现很有必要。例如增加LED/LCD控制电路、键盘电路、串口通信电路等等。先用PROTEUS仿真实现后，然后鼓励学生在面包板上实现，实现前多去查阅相关资料，当学生亲手完成了一个又一个项目的设计和制作要求，并且看到仿真的实际效果时就会充满成就感，这样就会不断激发学生学习和进取的兴趣。正像人民教育家陶行知所言“先生的责任不在教，而在教学，而在教学生学”，即教学是在学生的学习过程中体现的。实践证明，通过电路仿真和硬件设计实现可以有效地激发学生学习单片机的积极性。
为了取得单片机或微控制器课程的良好的教学效果，必须要做到以下几点：
(1)选择适合的编译语言(C语言)和编译软件
在编程语言选择上，传统的单片机教学多采用汇编语言，因为汇编语言比较紧
，编译后生成的目标代码比较短小，执行速度快，而且可以直接同计算机的底层软件甚至硬件进行交互，通常具有如下一些优点：1)能够直接访问与硬件相关的存储器或I/0端口；2)能够不受编译器的限制，对生成的二进制代码进行完全的控制；3)有助于学生更清楚地了解单片机的结构。但是汇编语言的指令多，不便记忆，可读性和可移植性较差，对于高职高专学生的学习效果较差。随着现代电子技术的发展，几乎各种品种的单片机厂商都相继了C语言开发工具。如Keil μ Vision 3，MedWin V3.0(国产的)编译工具等，C语言既具有高级语言的特点，又具有汇编语言的优点，C语言编程逐渐成为高职高专院校单片机或微控制器教学的新宠。C语言功能齐全，易于让初学者接受，适用于多种机型，可读性和可移植性强，便于程序功能的创新和扩展。
(2)精选优质教材：
我们选择教材要根据高职高专学生的特点，本着“因材施教”的原则，选择理论知识简明，实践操作易于接受的项目任务式的教材较为理想，这类教材基本上都是立足于生产、生活实际，从简单的应用入手，以实践过程和实验现象为主导，引导学生步步深入，逐渐学会完成一个一个的单片机或微控制器的实际项目的仿真和实现。为了方便教学，我们选择了北京大学出版社出版的张秀国的《单片机C语言程序设计》等书。
(3)电路分析与实物仿真软件的选用
Proteus是英国Labcenter Electronics公司开发的电路分析与实物仿真软件，它是目前最好的模拟单片机及其器件的工具之一，可以对基于微控制器的模拟电路、数字电路、模数混合电路的设计及其器件一起进行系统仿真，并提供简便易用的印刷电路板(PCB)设计工具。其最大的特点是：用户可以利用其丰富的元器件库，例如LED/LCD、键盘、RS232终端等动态外设模型和多种虚拟仪器模型搭建单片机的电路进行硬件仿真，在ISIS(电子系统仿真平台)编辑区中，能方便地完成微控制器系统的硬件设计、软件设计和源代码级调试与仿真。例如为了完成一个小项目的仿真和实现，首先，在Pro-teus中绘制其电路原理图；其次，在Keil“Vision 3中编写其源程序并进行调试，直到源程序通过编译并生成*.HEX文件为止；最后，在Proteus中加载生成的*.HEX文件进行仿真，并观察仿真结果和各种仿真实验现象。
2微控制器系统环境下的开发应用
《微控制器技术与应用》是一门应用性很强的电子信息类专业基础课程。微控制器的应用从根本上已改变了传统的控制系统的设计思想和设计方法。从前必须由硬件电路实现的大部分控制功能，现在已使用单片机通过软件方法得以实现，这种以软件取代硬件、简化硬件设计、并能提高系统性能的智能化控制技术是对传统控制技术的一次革命。有关微控制器系统环境下的开发应用主要表现在以下三个方面：
首先，微控制器因其体积小，可以嵌入到产品的内部，取代部分老式的机械零件、电子元器件等硬件，这样实现的目的在于可以缩小产品的体积、增加产品的性能，实现机械、电子、仪器仪表一体化的智能要求，这一点是其它任何类型的计算机无与伦比的。
例如：日常生活中的嵌入式产品，如电子表、电子秤、电冰箱、彩电、冼衣机、照相机、高级玩具、电脑缝纫机、MP3、MP4、PDA等；单片机在计算机控制的外设中有一定的应用，如软盘驱动器、硬盘驱动器、微型打印机等；单片机在智能化仪器仪表中应用最为广泛，如在各类测量温度、湿度、流量、电压、频率、角度等的仪器仪表中应用十分活跃。
其次，单片机在工业实时控制中有大量应用。单片机因其I/O线较多，逻辑处理指令丰富，特别适于实时控制场合，例如在机器设备和整套生产线中有大量应用，如单片机用于棉纺厂织物温度的控制、用于汽车点火和转向的控制等等。
第三，单片机在计算机网络与通信中有一定的应用。因为高档的单片机都具有通信接口，为单片机在计算机网络与通信设备中的应用创造了良好的条件。例如，利用RS232串口可以控制LED数码管显示屏，一台个人PC也可利用RS232串口可以实现连接投影机的任务，电脑RS232串口开关控制器可以和电脑连接对多路开关进行程序自动控制等等。
近年来，单片机的产量已占具整个微型计算机(含一般微处理器)产量的80％以上，尤其是8位单片机已成为目前单片机的主流机型。随着技术的进步，单片机电路也将会装入单片机芯片内部，以简化电路和设计，简化控制系统的体积。
3微控制器课程的cDlO工程项目的开发研究
单片机或微控制器课程在教学中以前多采取传统的模块化教学，从单片机的结构原理介绍到单片机的指令系统，再接着介绍汇编语言程序设计、中断系统及定时器/计数器、串/并行接口技术等等，这样整个教学过程下来，大多数学生都只是对汇编语言有一定的理解，而对单片机的应用却非常生疏。由于本门课程是一门理论性和应用性均较强的课程，课程的培养目标是通过本课的学习，应能掌握单片机的基础知识和单片机仿真系统的基本操作和使用能力，并具有单片机系统研制工程典型项目开发的能力。传统的单片机原理及应用课程的教学方法多采用理论实践相结合的模式，经过教改后先后采用过“任务驱动式教学方法”和“项目教学方法”，对本课教学效果有了一定程度的提高。但由于单片机的基础理论知识比较抽象，实验学时占的比重较小，实验又主要集中在学期末一段时间在面包板上进行，因此很多学生在做完实验之后，对实验中所编写的程序及所采用的具体硬件电路理解得很肤浅，而且能够独立去思考查找出实验过程中出现问题原因的学生更少。这些传统的教学方法不利于对学生基于工作过程的单片机产品研制工程能力和综合素质的培养。
为了克服传统单片机或微控制器教学中存在的问题，适应基于工作过程的工程教育和研发的需要，在单片机或微控制器课程中的应用中引入CDIO[Conceive(构思)一Design(设计)一Implement(实现)一Operate(运作)]工程教育的模式。其中，CDIO可以说是“基于做中学”和“基于项目的教育和学习”(Project based education and Learning)的集中概括和抽象表达，它以工程项目从研发到运行的生命周期为载体，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习一个工程项目。
CDIO工程项目的研制开发，围绕一个项目开发的全过程(构思C、设计D、制作I、运行0)实施教学的全过程，通过调查研究并结合本院“项目教学方法”的开展，将其实施步骤拟定如下：
(1)项目需求分析(C)：进行项目需求分析，主要是明确一个工程项目开发的任务。可以单片机为核心出发构思，根据技术、功能及性能要求选择合适型号的单片机和相关的元器件，接着尽量理解用户的要求，明确该工程项目实现的任务，并考虑实现需求的方式方法等。
(2)项目构思(c)：进行项目构思，主要是对单片机系统进行设计分析，讨论、交流，了解系统总体的要求和开发的意义，提出项目开发的初步设想，可以分小组互相讨论，交换各自的设想。目的是启发创新意识，探讨工程方法，加强人际交流，培养工程推理和解决问题的能力，发现新知识，进行系统思维。
(3)项目设计(D)：进行项目总体设计，包括进行项目硬件设计(含元器件在印刷电路板的布置设计和印刷电路板的布线设计)和项目软件设计(含汇编语言或C语言的程序设计)。主要是方案的提出、研讨、互评、优化，小组互动，最终总结得出合理的设计方案。目的是熟悉元件、器件，建立系统概念、设计方法的初步知识，培养个人能力和态度、职业能力和态度及人际交流能力。
(4)项目实现(I)：进行项目实现，主要是完成应用系统在线仿真调试、焊接。应做到分工合作，统一调度，印刷电路板布线的正确性检查、测试，元器件布置，元器件电源线正确性检查，各项工作及时互通进度及时商讨改进，焊接系统，注意通电前的电源线正确性检查。目的是要求学生学会设计电路板、布置元器件的工程能力、系统电路设计能力。培养团队工作、管理和统筹能力，协作精神和口头、书面交流能力。
(5)项目运行(0)：进行项目运行，主要是程序固化，并使应用系统独立运行。应做到分析系统故障、检查系统、寻找解决问题的切入点及具体解决问题的办法，小组高度密切交流互动，最终学会运行维护系统的方法，如启动系统运行，检查按键的工作和功能是否正常。培养运行管理能力，故障处理能力，系统改进能力，如按功能对系统进行测试，按性能对系统进行测试，针对故障检查系统，进行维护。
(6)项目开发总结(C)：进行项目开发总结，主要是整理系统资料，包括说明书、图纸及工作总结。目的是总结经验，形成完整的工作方式和负责的工作态度，建立工程档案，以备日后应用、参考和查验。
综上可见，CDIO培养了学生做成事的能力，通过自学获取知识的能力，通过解决问题运用知识的能力，通过团队合作共享知识的能力，通过创新发现知识的能力，通过交流沟通传播知识的能力；培养了教师应成为学生心目中的工程师榜样。因此，值得在微控制器或单片机课程中推广应用。具体，项目实施的组织方式如下：
(1)学生以4～6人为一个项目小组，每个小组配备指导教师一名；
(2)项目在理论课堂内或课堂外执行，以小组为单位进行活动；
(3)项目在组内活动方式有：座谈交流研讨，专题式讲解介绍，边做边探讨式互动，系统性总结等；
(4)组间活动主要采用：总结介绍、组间比较等方式。
项目完成后应具有的成果资料包括下面六项：
(1)系统结构设计图；
(2)电路原理图及元件布置图；
(3)程序流程图和程序清单；
(4)系统仿真实现图；
(5)面包板或印刷电路板布线图；
(6)项目开发工作总结等等。
4.总结
CDIO是国际创新型工程教育模式，它以工业界需求牵引，并以学生为中心，回归工程教育本质，突出知识、素质、能力的全面性、系统性培养，使得教育教学各个方面各个环节有机地联系并更加有效、事半功倍。将CDIO国际化教学工程教育模式应用于微控制器或单片机课程，建立基于工程教育模式下的新型授课体系，通过把工程项目和授课体系有机结合，能有效提高工程人才培养的质量，因为CDIO强调的是一体化，是把要培养和提升学生的各种能力和素质贯穿于高职三年学习的各个方面。经过南方部分院校教育教学实践环节的检验，该教学体系已激发了学生的学习积极性，提高了学生的理论水平和动手能力，符合微控制器或单片机课程教学的特点，比如特色之一是可以建立融机械制作、电子制作、软件编程多元化科技为一体的综合科技环境，为全院师生的科技创新项目提供技术平台，特色之二是可以学习国际先进的CDIO工程教育理念，借鉴一些成熟的项目管理和运作机制，提升师生和科技应用能力和创新能力。总之，CDIO符合高职高专院校教育教学改革的方向，为此也希望我院也能争取早日建设CDIO实践创新实验中心，为更多的学生更好地服务。
参考文献
[1]尹毅峰，刘龙江.单片机原理及应用[M].北京理工大学出版社，2010.
[2]郑毛祥.单片机应用基础[M].人民邮电出版社，2008.
课程教学计划改革最主要特色是校企联合制定教学计划。单片机课程的教学目标是使学生较完整地掌握单片机系统的硬件设计和软件设计。将工程实际需要与原有教学计划结合起来制定校企结合模式下的教学计划。即将工程实际与该课程的理论知识和生产实践有效地结合起来，在教学过程中重点培养学生的实践动手能力，解决实践工程问题的主动思考的能力。并通过实践，使学生掌握的知识能更好地与企业的要求接轨。根据不同的企业需求，上述教学目标也必须进行适当的调整，同时由系部教研室和企业共同协商，制定可行的教学大纲和教学计划改革方案。[5]根据以单片机系统研发和满足行业企业的需求为前提，提出的通信工程专业“单片机原理与应用”课程校企共建教学模式是，以学生能力培养和工程素养为主线，以企业真实项目的实现全过程为教育教学背景，以与行业企业共建教学环境为条件，教、工、学相结合的共享型资源建设为手段，在原有传统教学模式基础上，共调整出的12个课时（以往“单片机原理与应用”课程总教学时数为40课时）。利用调整出的12个课时，结合该领的最新技术和应用、发展现状和前景，安排了智能控制仪、智能变送控制器、多功能马歇尔稳定度试验仪三个企业实践项目，三个企业实践项目各安排4个课时。《单片机原理及应用》课程的分配安排由原来课内讲课32课时+校内实验8课时，整合后变成课内讲课24课时+校内实验4课时+企业实践12课时。相应的学分比重由原来的2.5分调整为3分。理论课教材选用李建忠主编的《单片机原理与应用》第二版。该教材为高等职业教育规划教材，论述清楚、实例丰富、通俗易懂。实训教材选用我系教师自行编写的单片机实训教程，该教程兼顾单片机实训室设备条件和企业要求，针对性强，便于学生实际操作。
1.师资力量改革。除了增强我校单片机原理与应用原有理论课和实验课授课教师外，从合作企业中的优秀技术人才中，经挑选了4名实践教学工程师，作为工程实践教学授课教师，大大加强了师资力量。校内教师承担单片机原理与应用课程中24课时的校内教学任务。另外一部分师资是由来自企业专业技师、工程师作为实践教学的校外授课与指导老师，并承担企业实践教学的12学时教学。学生分为5人一组，跟随老师顶岗实习，学习各种工程设计与系统调试技能。
2.课程教学内容整合。在改革教学模式的同时，围绕通信工程专业与计算机相关课程教学模块中典型单片机应用题目，凝练教学大纲，调整教学内容。首先对于“单片机原理与应用”、“微机原理与接口技术”和“DSP应用系统设计”三门课程教学内容中重复出现的许多知识点进行适当的删除，将“单片机原理与应用”“、微机原理与接口技术”和“DSP应用系统设计”三门课程作为一个整体教学模块来编写各个课程的教学大纲，目的是去除各门课程之间冗余的教学内容，达到将各门课程内容的调整融合。例如，二进制数的概念和基本运算在“微机原理与接口技术”课程中有比较深入的研究和应用。因此，精简或删除了“单片机原理与应用”和“DSP应用系统设计”课程中二进制数的概念和基本运算教学内容，重点研究二进制数运算的应用及相关程序设计。又比如“微机原理与接口技术”课程中讲解的CPU中各种寄存器工作原理及应用的教学内容，在“单片机原理与应用”和“DSP应用系统设计”课程中会重新出现，那么就可以简化在“单片机原理与应用”和“DSP应用系统设计”课程教学中有关寄存器工作原理的教学内容，重点讲授在单片机或DSP系统中寄存器的特点及应用，尤其是其在不同项目中的灵活运用，从而从本质上了解和掌握通信工程专业计算机类课程教学内容。利用调整出的12个课时，结合该领的最新技术和应用，发展现状和前景，安排了智能控制仪、智能变送控制器、多功能马歇尔稳定度试验仪三个企业实践项目，三个企业实践项目各安排4个课时。去除各门课程之间冗余的教学内容，也为了解计算机领域的最新技术应用、发展现状和前景提供了教学空间和时间，为增加与之相关的单片机工程实践项目实践内容提供了教学空间和时间，提高了学生对“单片机原理与应用”“、微机原理与接口技术”和“DSP应用系统设计”三门课程相关理论的理解，促进了其对上述三门课程在本专业工程实践需求的理解程度。教和学双方面将计算机类课程构建成为一个有机的整体，又各有分工和特色。[6]
二、课程改革考核方式的改变
主要的考核方式还是采用闭卷考试方式，成绩的比例有所调整，平时成绩由原来占30%变成调整后的45%，相应的卷面成绩由原来的70%变成55%。平时成绩中作业占20%和平时考勤占20%不变，实验由原来占50%变成调整后的校内实验占20%，企业实践占40%。卷面考试和校内实验考试与改革之前一样，学生通过进入企业亲自动手完成三个单片机项目，企业实践的考核在学生完成这三个项目的学习之后，通过抽签来考核其中的一个项目作为企业实践的成绩，最后按比例算入总成绩。《单片机原理及应用》实验课程的总评成绩根据试验完成情况、实验报告、出勤等三个方面综合评定考核。按总成绩满分100分进行考核，分为课前准备、实验过程、实验报告、实践考核四个实验考核部分，各个考核部分占总成绩的百分比如表1。
三“、校企结合”实践实施方式
采取任务驱动的教学方式开展教、学、练、做一体化的理论讲授和技能训练。这种教学理念对《单片机原理及应用》的教学有一定的促进作用，但是驱动任务是由教师提供给学生的，没有回答任务的本来根源从何而来的问题，所以，只在一定程度上解决知识传授和技能培养的问题。校企结合的教学模式下，学生可以在进入企业任务实施的过程中将所学知识运用到实践中，发现并提出问题，逐步学会自己提出解决问题的方法和路线，也就是自己提出任务驱动。显然，较之一般化的任务驱动教学模式，校企结合教学模式可以更进一步，任务由自己发现、提出，由自己运用解决问题。学生可以更深刻体会所学知识点与具体实践之间的特殊关系，由实践促进知识点的深入理解，使得自身对知识的理解和掌握获得升华。当然，在这个过程中离不开作为实践导师现场工程技术人员的指导，从而达到举一反三、灵活运用知识的最终目的。研究设计的“校企结合”实践实施方式包括项目描述、项目预设计和项目实施三个主要步骤。
1.项目描述。每个实践项目开始时，首先由指导教师介绍项目内容，组织学生多方位、角度讨论项目内容。通过讨论使学生清楚了解实践目的，学生知道该做什么，逐步知道为什么做。
2.项目预设计。根据项目设计的任务要求，先确定设计的硬件电路方案，在老师的指导下读懂硬件电路图，进行分组，每组负责项目中的不同模块。要求教师们必须引导学生对每个步骤进行思考和实践，这样可以较大地调动学生学习单片机的兴趣，培养学生硬件电路设计能力，形成电路设计和程序设计思想。
3.项目实施。学生分组进行项目实施，教师负责统筹管理规划模块做成构架，并分析探讨及模块工作流程，提出最佳工作流程及方案。给予学生思路、给予学生结论的教学方式转变为学生自己发现问题、自己解决问题、自己得出结论的教学方式。在确定硬件的基础上，要进行软件的总体设计，包括软件主流程的设计以及各子程序的设计，同时，要写出详细的操作说明，如时间的调整方法、显示窗口的时间切换等，以配合软件的设计。培养学生程序设计能力。然后进入硬件的调试及编程工作，设计组内的同学可根据任务分工，有调试硬件各功能，如键盘子程序、显示子程序等，有进行整体程序的编制的，各模块的编制过程中要注意资源的衔接。培养学生单片机产品综合设计开发能力。最后进机调试，各组之间联机调试的原则也要采用分步走的原则，各个模块要逐步套入，通过一个再增加一项功能，从而达到设计的总体要求。最后写出设计报告。实验报告中，应该包括实验名称、实验的目的、完成实验所需的设备、实验的思路、电路图、程序、实验中遇到问题的解决过程、实验结束后的思考等多个内容。培养学生沟通与表达能力，形成计算机技术应用工程所必需的基本职业素养。
四、课程改革实施成效
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。
参考文献：
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[6] 郑学坚.微型计算机原理及应用[M].北京：清华大学出版社,2002.
[7] 周明德.微型计算机系统原理及应用(第四版)[M].北京：清华大学出版社,2004.
投稿日期：2006-08-07
作者简介：
[关键词]课程教学 教学改革 独立实验 单片机
[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2015）01-0158-03
随着计算机应用技术的迅速普及，单片机原理与接口技术课程是作为机电等相关专业的主干课程开设的，是理论与实践结合非常紧密的课程。[1]主要介绍一种典型类型单片机的基本硬件组成，指令系统和程序结构，单片机常用接口芯片的接口电路及编程，单片机的实际系统应用等。[2]通过该课程的学习，学生具有开发单片机应用系统的初步能力，包括软件、硬件及系统等，为后续的专业课程设计和毕业设计打下良好的基础。为了提高单片机的教学效果，人们也不断进行教学方法、内容、手段的改革与探索实践，取得了一定的成绩。[3] [4]不过学生仍感觉到课程内容抽象，建立单片机系统的概念困难。当然这与学生自身的相关知识储备有关，但从单片机教学的角度出发仍然有许多方面值得教师研究和探索，切实有效提高课程的教学质量。
一、单独开设单片机理论课程和实验课程
单片机课程的传统教学模式是把理论教学和实验教学作为一门课程来进行的，也就是常说的理论和实验混编课程，实验形式叫课内实验，这是大多数课程采用的教学模式。[5] [6]这种模式对实验内容多、实践要求很高的单片机课程教学明显不足。
首先，是实验学时数明显不足且难以协调。原来的单片机课程总学时为48，其中包括安排了10个学时的实验。这对于课程实验学时的占比来说已经是比较高的了，但对于单片机这类课程要进行较全面系统的实践训练是远不够的，只能安排少学时的验证性实验，同时也给出了参考程序和实验步骤。这样虽然加快了实验周期，但学生独立思考能力、动手实践能力和创新能力得不到有效的锻炼。同样随着单片机技术的发展，串行通讯及低功耗串行器件在微控制器中的广泛应用，要求掌握的内容也在增加和变化，38学时的课堂理论学时也是不够的。在课程总学时确定的情况下，调整实验与理论之间的学时分配也很困难。
其次，理论教学限定了实验时间的灵活性和内容的扩展性。对于混编课程，课堂理论教学和实验教学最终给出一个总成绩，理论和实验各占一部分，两者在时间上就存在制约。一般是课堂教学结束，实验也基本上要完成，否则将会影响考试的时间安排和成绩的评定。这样就造成实验周期较短且相对集中，在这段时间实验室的负荷非常高，实验的时间安排非常紧密，灵活性受到很大的限制，甚至影响正常的实验开展。
为了加强单片机课程的教学，特别是加强实验教学，将原单片机原理及应用混编课程改为单片机原理与接口技术理论课（学时48）和实验课（学时24），两门在形式上完全独立的课程。这不仅仅是学时数和内容的增加，而且使得课堂理论教学和实验教学能够根据各自的不同特点和差异，改革完善各自的教学模式及教学方法，有助于实验教学改革，改变实验长期作为课堂理论教学辅助地位的状况，实现理论教学和实践教学两条腿走路。
二、单片机课堂理论教学模式及方法探索
对初学者来讲单片机的内容抽象，同时需要一定的电子技术知识支撑，对知识综合性、实践性要求都比较高，学生总感觉内容零散难以构成系统应用。因此在大力加强实践教学的同时，对单片机课堂理论教学的模式及方法等许多方面同样需要改革和探索。
（一）模块及层次化的教学内容组合
单片机常规教学一般都是按照教材的先后顺序讲授单片机的硬件结构、指令系统，汇编语言程序设计方法和技巧、定时计数器及中断系统、串行口通讯，单片机的扩展、人机和机电接口应用等，知识点较多，前后知识有机联系弱，难以构成完整系统性的概念。为此，从系统角度出发将单片机内容划分为硬件结构、软件程序、外部扩展、应用实例等四大模块，每个内容模块中又划分有不同的知识层次子模块。[7]如硬件结构模块划分为单片机核心基础层（包括寄存器、存储器结构、端口等）和片内功能层子模块（包括中断、定时器、串口等）;软件程序模块包括指令基础子模块和基础程序设计子模块等。在课程讲授的开始就让学生对单片机三大模块的关系有初步的感受，并在后期交叉讲授过程中不断强化认识，建立知识与系统的概念。
如何建立软硬件之间的联系对理解单片机是非常重要的，教学中要加强软硬件模块之间联系的讲解。指令是编程的基础，但一条条指令的讲解又是非常枯燥的事情，因此要求学生强化课下的指令记忆，课堂上着重讲解典型指令、指令对比以及和硬件存储关系等。如传送指令MOV、MOVX和MOVC的区别和对应存储空间的位置;堆栈指令PUSH、POP对指针的影响及调整初始指针的原因;比较指令CJNE和减法指令SUB实现同样功能的编程等;对于功能部件及扩展器件则加强软件与硬件结合的讲解，如何实现接口的编程。这样使学生逐步建立单片机软硬件系统结合的方法。
（二）适当引入虚拟仿真教学
单片机的广泛应用使得其软件的虚拟仿真技术也得到了迅猛的发展。Keil软件是单片机开发软件，它支持包括51系列等流行单片机的宏汇编及C语言的程序编译、连接及仿真调试等;Proteus软件电路设计和分析软件，可以进行硬件电路原理图设计、PCB电路板布线及电路仿真，还可以结合单片机的软件实现软硬件的联合仿真。因此通过Keil软件环境中编写单片机程序，Proteus软件环境中设计相应的单片机硬件电路，然后通过两个软件的关联就可以模拟将程序加载到单片机中进行仿真了。[8]
在单片机的课堂教学中适当引入Keil和Proteus软件，用它们编写软件、设计电路和虚拟仿真，不仅可以培养学生严谨仔细地编写指令和设计硬件电路的态度，还可以使枯燥的单片机学习变得直观、形象和生动，激发学生学习的兴趣和主动性，提高教学的效果。当然，软件仿真和单片机的实际系统还是有差异的，只是验证其逻辑关系。但在单片机应用系统的开发过程中先在PC电脑上进行软硬件结合的虚拟仿真，不仅可以缩短开发时间，节约硬件成本，而且使开发的初期过程变得简单、直观，对于既要学习单片机并不需要进行实物开发的广大学生来说更是很好的学习软件。
（三）一个应用实例贯穿教学始终
学生对单片机比较困惑的是相关的内容学完后认识还是比较零散，不知道该如何应用。老师在讲授过程中，不同的章节也会举一些局部的应用实例，各个实例仅仅是局部详细的，但缺乏整体性，不同章节例题很少有关联性，老师感觉基本应用都讲解了，但学生仍难以有效建立整体系统应用的观念。
为了强化学生单片机系统应用的理解，在教学的开始就提出一个具体的应用实例，并贯穿整个课堂教学活动中。例如温度对学生来说是一个很熟悉的，因此就提出单片机温度测量系统设计的实例，可以是教室的、宿舍的温度测量，给出实时温度显示，并模拟给出控制信号（模拟空调电机控制）、超限报警等。教师还可将相关的内容分散到各个章节中介绍，最后构成一个完整的系统。在讲解软件程序设计时，介绍如何根据已知数（模拟采集的温度数据）通过查找比较编程来确定温度;在讲解中断及定时器时，介绍如何用定时中断的方法进行定时温度信号的采样;在讲解键盘及显示时，如何设定温度值，显示键盘功能及数据，然后再返回显示实时温度等接口编程;在讲解A/D时，以AD590集成温度传感器讲解电压与温度的关系（输出电压可以用电位器模拟），A/D转换后的数字量对应关系;在讲解D/A时，讲如何输出电压或电流信号，以模拟控制调节空调电机。然后进行问题实例总结，给出完整的软件编程和硬件电路，并进行Keil和Proteus软件的仿真。这样学生比较容易将单片机的知识点串成一个有机的系统，有效掌握设计的基本方法。
三、单片机独立实验教学模式改革
独立开设单片机实验课程的学时数大大增加了，实验内容的系统性得到了充分的保证，可以使学生对单片机的存储器结构、汇编程序编写设计、定时/计数器和中断应用、并行/串行通讯方式、A / D和D / A转换、键盘和显示、系统实际应用等方面得到较为完整系统的训练。与原来的单片机课内实验的模式相比优势是显见的，更能反映学生实验的本质特点。独立课程的实验使得实验在时间安排上更宽泛和灵活了，不再受课堂教学的严格束缚，实验时间可以安排在整个学期内。学生选做实验项目的自由度大大提高了，前期有充足的时间对实验内容进行预习和软件仿真，有助于学生自主实验的开展，实行开放式的实验教学[9]，也促进实验教学管理模式及方法的改革。
单片机的实验教学中除开发系统的使用及基本编程操作实验进行集中指导之外，大多数实验是学生以实验小组为单位自由与实验室联系，自主地决定实验时间。不再按课堂教学时间，而是按上、下午及晚上三个单元安排实验，这样使学生有充足的时间进行实验操作、分析，同时也考虑到学生快慢层次上的差异。
在单片机实验独立开设课程之前，实验的学时少且实验的时间跨度有限，实验内容一般都是由指导教师安排的，学生主动选择实验内容的机会很少。而独立开设实验课程后，大大增加了选修实验的内容，实验安排上指定实验和选做实验的学时数基本上各占50%左右。这样即能够保障学生对单片机主要内容实践的基本要求，又能让学生可以根据自己的兴趣选择不同的实验内容，培养自主实验的意识和主动探究知识的动力。
四、结束语
单片机的理论教学和实验教学分别独立开课，使得理论和实验的教学内容得到了加强。特别是独立实验课的开设，除了实验内容更加系统化，时间更加灵活，提高学生做实验的主动性和兴趣，还有效提升了实验教学的地位，有利于加强学生对实验教学的重视。教学课堂采用软件仿真和系统的实例，使得枯燥呆板的指令、电路变得生动形象，有效提高学生单片机知识的综合和实际应用能力。单片机课程的教学改革虽然也取得了较好的效果，但对于这类实践性要求很强的课程，需要进一步加强实验和实验室教学，改变传统的课堂与实验的认识，深化高等教育的改革。
[ 注 释 ]
[1] 胡晶晶，李娟.虚实结合的单片机实践教学探讨[J].赤峰学院学报（自然科学版），2013（4）：206-208.
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关键词： 单片机课程 理论环节 实践环节 考核环节
随着电子技术和计算机技术的迅速发展，单片机具有体积小、性价比高、可靠性好等优点，已被广泛应用于工业控制、智能化仪器、数据采集、通信及家用电器等领域，其在教学及产业界的技术推广是当今科学技术发展的热点。单片机技术是现代电子技术中的一项不可缺少的重要技术，是电子类专业和机电类专业学生必须掌握的一门技术，同时也是一门非常重要的专业课。掌握有关单片机的组成和工作原理以及系统的扩展和接口技术，能够为从事和开发与电子信息和通信领域相关的嵌入式系统的研究工作打下较为扎实的基础。
单片机课程是一门多理论、重实践的课程，其理论知识和实践能力对于单片机课程的学习都非常重要，因此在教学过程中如何将这两个环节把握好就显得尤为关键。
一、理论教学方面
单片机课程是一门实践性很强的课程，它主要体现在硬件和软件的紧密结合，要编制单片机的应用程序就必须很好地了解单片机的硬件结构，所以在理论教学过程中需要重点给学生介绍硬件方面的知识以及基本的指令系统。
在传统的教学模式下，教师习惯于以“单片机简介硬件结构编程指令系统扩展”这种按部就班的方式去进行讲解，这种模式符合单片机课程的特点。但是在实际的教学过程中会遇到许多问题，如：单片机系统结构抽象、指令功能多、程序编写困难造成学生难懂的问题，很难提高学生的实践能力，导致学生失去学习兴趣。
为了提高学生的实践能力，可以把理论教学从传统模式过渡到一种模块化教学的模式。单片机这门课程的模块化教学方式具有很强的灵活性，一个模块可以是一个单元的知识，可以是几个单元的组合，甚至可以是一本书的整合。小模块组合成了大模块，大模块可以组成更大的模块，一环套一环，这样的教学设计使学生由学期末的反馈变成模块的反馈，有利于教师对学生进行有效的指导。比如说，我们可以将单片机的基础知识设置成一个主模块，在这个主模块下包括单片机的结构和引脚说明，存储器结构，指令系统这几方面内容。通过实物演示及多媒体教学方式让学生对单片机有一个简单认识，然后在后续的模块中选择一些好的实例作为模块，使学生更好地掌握单片机的中断系统、定时/计数器，并学会用指令对接口进行编程。
总的来说，模块化教学的含义及特点是详细分析、概括、总结了单片机课程的所有内容，改变了原有课程体系的束缚，打破了原有章、节的顺序，根据高职学生的素质和能力，根据理论和实践相统一的特点，把单片机课程分为若干个主模块，每个主模块下又分为不同的子模块，并根据不同的模块采取了与之相应的教学方法和教学手段。与传统的理论教学模式相比，模块化教学模式能更好地使学生掌握单片机的理论知识。笔者通过一段时间的教学尝试，取得了较好的成效。
二、实践教学方面
实践教学一般分成实验教学和课程设计两个阶段，实践教学穿插在理论教学阶段中，通过一定数量的实验课，学生不仅能很好地掌握课堂上所学的理论知识，而且能达到举一反三的目的，因此也达到了理论教学的目的。对于实验课的内容应该选择一些实用性强的内容进行实验教学。为增加学生的主动性，实验指导书一般只给出简单的实验内容和要求，以及基本的硬件接线图，其余的环节就由学生自己在实验课中独立完成，如程序设计和上机调试。
传统的单片机程序设计工具为汇编语言，使用汇编语言编程的优点是代码紧凑，运行效率高，可直接对单片机硬件进行控制;缺点是对单片机硬件结构的依赖，语句抽象不易理解，编程功能弱，编程效率低等。过去单片机的教学和实际开发中更多地使用汇编语言，但是由于单片机的运行速度的提高，以及存储器成本的降低，汇编语言的优势不再明显，大有被高级语言取代的趋势。基于此形势，在教学中使用的开发语言已实现从纯汇编语言向以C语言为主而汇编为辅的转变。如可以使用keil C51uVision集成开发环境来进行调试，同时可以结合Proteus软件进行仿真，使学生了解单片机开发的软件仿真流程，也可以配合硬件实验箱，完成硬件仿真。
由于实验学时的限制，师生在实验课中只能做一些验证性和熟悉所学知识的实验，大型的综合性和研究性实验只有在课程设计中完成，因此课程设计就是实践教学的一个重要环节，一般在两到三周的时间内由学生完成从硬件设计到软件设计、仿真、做出实物的全过程。在课程设计过程中，教师应鼓励学生利用学校图书馆的资源，查阅电子或纸质资料，独立设计系统方案，利用实验室开放时间，进行硬件环境的构建和软件的调试。在调试过程中，教师可采用启发式的方法，引导学生自己发现问题和解决问题。总之，课程设计的教学目的是加深学生对单片机系统的理解，补充理论教学和实验中的不足，既有助于学生单片机系统概念的建立，又培养了学生独立开发与应用单片机系统的能力。
三、考核方面
对于单片机这种实践性强的课程，不应该仅仅使用一张试卷考试的这种形式，而应该使用理论考核与实践考核两方面相结合的方式。理论考试可以通过试卷的形式进行考核，实践考核应结合学生平时的实验成绩，课程设计的作品，以及口试的形式来完成。口试主要体现学生的表达能力，了解学生对知识的掌握程度。最后将学生两部分的成绩进行综合。通过这种考核方式可以全面了解学生对所学知识的应用能力、实践能力、创新能力。
四、结语
单片机课程作为一门重要的专业课，对于大多数学生来说是有难度的，但是只要我们根据学生的实际情况以及学校的教学资源合理地安排教学计划，应用更好的教学模式，相信一定会取得较好的教学效果，既可以让学生很好地掌握课程内容，又可以使单片机课程成为学生最感兴趣的专业课。
参考文献：
［1］李朝青.单片机原理及接口技术［M］.北京：北京航空航天大学出版社，1999.
关键词：单片机；教学实践；教学改革
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）26-0080-02
随着计算机技术的快速发展，“单片机原理与应用”以及相关课程已经成为了电子信息类以及控制类专业的基础课程，经过长期的探索，很多高校都形成了成熟的教学体系。但是，如何使自身的教学体系与时俱进，从而满足培养高素质应用型人才的需要是高校必须面对的问题。同时，单片机课程的应用性较强，与实际联系较为紧密，对动手能力的要求也相对较高。因此，如何将课程的理论与实践紧密结合起来，使得课程教授能够取得良好的效果，达到培养高质量应用型人才的要求，也是一个值得探讨的问题。
一、单片机实践教学中普遍存在的问题
由于单片机课程在电子类专业中的重要性，许多高校与教师都在探讨如何提高课程的教学质量。[1-4]而单片机课程的应用性较强，理论教学与实验教学结合紧密，因此教学中普遍存在一些问题，导致教学效果不佳。
1.教学内容与实际应用脱节
单片机课程与一般的理论课程不同，是一门实践性极强的课程。因此需要将理论课与实验实践课程紧密连接起来才能达到较好的教学效果，二者不能脱节。而在一些学校的教学活动中，普遍存在重课堂轻实验的状况。同时，担任理论课程的教师与实践课程的教师互相沟通不足，更易导致教学内容与实际应用脱节。
2.教学实验方法以及内容陈旧
高校实验内容单一、陈旧也是单片机教学中普遍存在的问题。大多数高校的单片机实验往往是学生根据实验指导书的内容，在实验箱上接插导线，按照书中的步骤完成实验，学生在实验中较为盲目。同时实验教学方法与内容都较为陈旧，比如实验中使用的8155、8255、74LS373等扩展芯片的实验教学内容在实际中大多已被PLD芯片取代。
同样由于设备的局限性等诸多原因，导致验证性实验较多，设计性以及综合性实验偏少，学生缺乏兴趣，上完全部实验课程而不知一个简单的单片机系统究竟如何开发的学生比比皆是，丝毫达不到培养应用型人才的效果。
3.理论教学与实验教学不够系统
传统的单片机理论与实验教学往往就单片机中的某个部分内容进行教授或者训练。而对于单片机系统完整的开发方法、使用的设备以及应用讲授较少，学生面对实验箱也无法接触真正的开发工具与设备，导致学生学习了理论课程，会编写一些程序，却不能熟练地利用各种应用开发设备，更无法开发完整的单片机系统。
二、基于单片机教学的应用型人才培养方法探讨
在这种前提下，首先对任课教师提出了较高的要求。任课教师需要不断提高自身的理论与实际科研水平，在实践中不断提高自己的素质，才可能高质量完成课程的教学任务，不至于与实际应用脱节；其次，学校在制订单片机课程的培养大纲时，需要用发展的眼光看待单片机课程教学，由于信息技术的迅速发展，单片机教学也应根据实际应用适当微调，而不能由于已经具备了成熟的教学体系忽略了时代的发展，导致与实际应用脱节；更重要的是需要以高素质应用型人才培养为目标，合理设计单片机教学方法。
因此，在近年的单片机教学摸索中，总结出基于应用型人才培养的单片机教学方法，即四层次教学法：“理论打基础，实验帮融会，实践做贯通，认证促拔高”，而参加各类比赛，如电子设计大赛、飞思卡尔智能车比赛对高素质应用型人才的培养更可锦上添花。基于应用型人才培养的单片机教学实践体系如图1所示。
1.理论与实验教学
在上海电力学院电子信息系单片机教学的课程体系中，理论课程教学是单片机教学的基础。在学生没有任何基础的情况下，理论教学可以尽快使得学生了解、认知单片机的基本知识，掌握编程的基本指令以及内部资源的使用方法。同时，除单片机基本理论教学之外，还应涉及单片机高级接口技术等基本知识，如单片机Can总线接口技术、单总线接口技术、SPI总线接口技术及I2C总线接口技术等。掌握单片机接口技术可使得学生深入了解单片机应用方法及扩展方案，扩展课程覆盖面。
而实验课程多为基础性实验，附加提高性实验，主要以锻炼学生的编程能力为目标。实验课程可帮助学生在理论学习的基础上进一步掌握单片机的各个内部资源的使用方法，如中断系统、定时器系统、I/O口、一般接口技术等基本应用。同时实验还应包括单片机高级接口技术应用，以扩展学生知识面。这些实验可包括“I2C智能卡的读写实验”、“Can总线应用试验”及“数字温度传感器DS18B20应用实验”等。
2.实践教学
在学生对单片机理论知识以及编程技术熟练掌握的基础上，利用期末两周时间进行实践课程的教学。实践课程教学以学生自主开发一个完整的单片机系统为主要内容，设计不同的单片机系统开发项目，可供学生选择。选择合适的设计题目是提高单片机设计性实验教学效果的关键。题目太大、太难会使学生完成不了，题目太小、太易就达不到设计的目的和要求。设计的内容要考虑它的先进性、实践性和实用性。不同的实践课程项目提供学生各种相关电子元器件，从图纸的设计开始，到整个系统调试完成，教师仅仅辅助学生解决问题，检查学生搭建的电路以及流程图等，所有的硬件设计以及软件设计的内容需要学生独立完成。整个项目的完成实施过程如图2所示。由图2可知，学生完成项目可分为根据元器件清单及课题要求设计电路图、根据电路图搭建实际电路、设计电路驱动软件、分块调试系统、系统联调等几个部分。
具体实践项目可包括基于微处理器的函数信号发生器的设计、多功能计算器的设计、定时器的设计及简易电子琴的设计等。以函数信号发生器为例，课题要求其应输出多种标准波形信号，如方波、锯齿波、三角波和正弦波等，输出信号的波形频率、幅度应可调，用示波器观察时波形应光滑，周期应与设计的频率相一致。由课题要求可以看出，项目难度适中，具备实用性。为了提高课题的可实现性，项目实施的过程中教师将任务分解细化，即每日任务指标化，并在次日上课时首先检查前日任务的完成情况。如多功能计算器课题电路板调试可分解为“单片机最小系统模块”“蜂鸣器驱动模块”“液晶显示模块”及“键盘识别模块”等，明确每日任务要求并根据学生调试结果调整及时指导方法及指导内容。
实践课程的教学将单片机系统硬件设计、软件设计到整个系统的调试完全融合在一起，教会学生如何开发一个完整的单片机系统，将单片机整个学习内容融会贯通。
3.电子设计工程师认证
电子设计工程师认证是中国电子学会电子信息技术资格认证工作之一，也是中国工程师职称改革、申请国际互认的试点工作之一，是国家正式批准并认可的认证体系，也是目前国内电子设计专业技术资格唯一的权威认证。上海电力学院电子信息工程系建立了中国电子学会电子设计工程师认证考试中心，学生可报名参加电子设计工程师认证考试。由于认证考试分为理论与实操两个部分。理论考核包括数字电路设计及单片机基本原理，实操考核需要学生在较短时间内设计一个完整的电子产品，因此考试难度较大，而参加这类认证考试将会大大锻炼学生的实践能力，促进学生进一步提高自身的应用能力，对应用型人才的培养有很大的推动作用。
同时，院系积极鼓励一些单片机学习成绩较为突出的学生参加电子设计大赛与飞思卡尔智能车比赛，通过更高水平的竞赛以及竞赛前的辅导使得一部分学生的应用能力得以更大幅度的提高，对于应用型人才的培养作用也较为明显。
三、结语
通过教学、实验、实践、认证考核以及参加大赛等一系列的教学培养过程，使得大多数学生都经过了完整的单片机学习训练，并提高了自身的水平，又对学习突出的同学有提升的作用。如一些同学参加了飞思卡尔智能车大赛，获得了全国二等奖的好成绩。各个培养方法之间结合紧密，层层推进，学生普遍反映学到了“真”东西，对应用型人才的培养起到了较为明显的作用，并为后续课程的学习打下了坚实的基础。
参考文献：
[1]史英侃.单片机实验教学三步曲[J].实验室研究与探索，2009，
28（5）：57-59.
[2]朱卫华，龚学余，黄智伟，等.提高“单片机原理及应用”实践课程教学效果的方法和途径[J].自动化与仪器仪表，2008，（6）：90-92.
[3]廖平.单片机实验教学的改革[J].实验室研究与探索，2004，
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