单片机原理与应用篇（1）

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：

单片机原理与应用篇（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。

单片机原理与应用篇（3）

【中国分类法】：G420

0引言

传统的单片机教学采取先基础后应用的模式，即先讲授单片机的硬件结构，再讲指令、编程、系统扩展和各种器件的应用，最后讲一些实例，按照这种教学结构，往往使学员感觉枯燥无味，学习兴趣不浓，有的学员甚者认为单片机用处不大，体会不到单片机在实际应用中的重要作用。怎样才能激发学员对单片机课程的兴趣和积极性呢？我认为单片机理论知识教学中应紧密联系实际，使抽象知识形象化，同时在教学手段上也要进行改革，如在实践教学中采用在实验室上课的方式，通过课程设计和毕业设计的教学实施来提高学员对单片机的应用能力。

1 教学方法的改进

在课堂教学中，利用多媒体作为教学的辅助手段，与传统的教学手段相结合。对于需了解的内容，采用多媒体教学可以提供更多的教学内容，对于需要理解和掌握的内容，则采用传统教学和多媒体教学相结合的方式。因多媒体教学只能在形象上方便学员的认识与理解，不能代替课堂上理论和概念上的训练过程，所以教学中采用两种方法相结合的教学方式，通过发挥其各自的优势，是提高教学质量的好方法。

在理论知识教学中紧密联系实际，使抽象知识形象化。如可以这样介绍单片机中的“堆栈”：如在仓库里存放货物时，最先存放进去的货物总是最后才能取出，反之最后存进去的货物总是最先取出，这种存取货物的规则就是“先进后出，后进先出”，在单片机中把这种存放数据的操作为“堆栈”。为什么要这样存放数据呢？当存放一批数据时，通过堆栈定义可知用户只需知道第一个数据的地址单元即可，简化了数据存放操作。那么堆栈位于单片中的哪个区域？在单片机中采取用户根据需要自己确定堆栈区域，即通过设定堆栈指针sp的值来实现，如sp的值等于66H，即堆栈指针指向66H单元？在51单片机中，sp所指位置并非就是数据存放位置，而是数据存放的前一个位置，如指针指向66H单元，那么第一数据的位置是67H单元，而不是66H单元，为什么会这样？教员可在讲堆栈命令时再详细的将其原因。介绍单片机理论知识时引入生活中的实例，可使学员把难想象、难理解的内容变得易于理解。

2 在实验室现场教学

实验课是强化锻炼学员实际动手能力的重要手段，可巩固对理论知识的理解，让学员在实验中体会到单片机应用的重要性。如在讲解单片机的结构和应用时，可选择在实验室讲课，通过单片机实物和各种实际单片机系统，加深学员对单片机的内部结构、外部结构及其应用的感性认识；讲解繁多的指令时，可以利用多媒体讲述指令及相关的编程技巧，让学员熟悉指令的功能与基本用法；指令的执行情况和执行结果不好理解，到实验室可以熟悉编程软件，另一方面可以初步了解指令的运行方式且能够对自己编写的程序进行初步验证；可以激发学员的兴趣、增强感性认识、开阔学员的想象力，有利于对知识的理解。在实验教学中，教员的指导作用主要体现在工作方法和思维方法的引导上，通过实验使学员对单片机有较为深入的认识，让学员充分体会到单片机应用领域是十分广阔的，拓宽学员视野。

实验室现场教学法可以弥补多媒体教学的不足，两种方法相互结合，发挥各自的优势，能最大的提高教学效果。

3 增大实践教学环节

学员在教员的指导下进行课程设计，通过学员独立完成课题达到对学员的综合性训练。在设计中既涉及到许多设计原理与方法，还涉及到许多实际知识与技能，在设计中可以使学员对所学的内容的掌握逐层递进、逐渐深入，最终达到融会贯通，有利于培养学员运用课程中所学的理论知识独立分析、解决实际问题的能力。

在课程设计中，教员的指导作用也是主要体现在工作方法和思维方法的引导上，应以学员为主体，充分发挥其自主性和创造性，达到培养学员创新能力的目的。

4 结语

在教学中把一些典型的例子引入课堂，使学员更容易理解所学的知识，增强学员的学习兴趣，促进学员学习的自觉性和主动性，使学员能够感受到主体地位，就能更好的发挥学员的主观能动性并激发他们强烈的求知欲；此外加强实践环节的教学，比如实验、课程设计和毕业设计，这种将灵活的授课方式融于教学之中，有利于培养学员发现问题、分析问题和解决问题的能力和独立思考能力。

单片机原理与应用篇（4）

与传统教学系统不同，建立在虚拟现实技术基础之上的教学系统通过刺激多种感官，使人沉浸于其中，同时与这个逼真的环境进行交互，从而达到快速学习、真实体验生活经验和提高能力的目的。通过网络技术、虚拟现实技术来实现教学，可以对单片机的硬件电路原理进行直观的演示和讲解。采用基于 Flex 的虚拟现实技术开发的教学系统，不但界面美观，用户交互体验感强，而且提高了学生的动手实践能力和教学质量。

一、《单片机原理与应用》虚拟教学系统设计

1、系统框架和功能模块设计

虚拟教学系统采用三层 B/S 结构，开发技术采用.NET，MXML+ Action Script，JavaScript 技术等，数据库采用 SQL Server2000，其中第一层为客户端层，该层主要表现为系统界面，在 Web 浏览器上外挂 Flay Player 播放器，该层用来实现用户与整个系统的交互，在该层中，部分页面可以采用 Flex 技术来建构RIA 应用程序，给用户以丰富的人机交互体验；第二层为业务层，该层主要负责整个系统的逻辑业务，以此来完成客户端层与信息资源层之间的数据交互；第三层为信息资源层，提供平台所需的场景信息与数据信息，这一层实现信息资源的集中统一管理，该层主要包括师生信息库、模型库、课件库、试题库等。系统功能模块主要包括管理模块、教学资源库模块、教学模块以及协作学习模块。

2、系统界面设计

界面设计主要包括界面布局、字体、页面色彩等环节。其设计原则在遵循艺术美的前提下更加注重个性化，强调教学系统所要表达的主题，淡化非主流信息对学习者的干扰。对于虚拟教学系统的界面而言，选用蓝色为主体背景色，并通过调整色彩的透明度和饱和度来产生文字和图标的色彩，对需要交互对象的按钮等工具采用三维立体的形状来凸显出虚拟系统的多感知性。采用 Flex 技术来优化网站界面有着很大的优势，它通过提供丰富的组件来增强网站界面的表现力，使得界面更为友好。可以采用图表控件，创建丰富的图表，达到数据可视化效果。同时，Flex 还提供了大量的用户交互组件，对于知识体系的呈现，利用【Combo Box】组件对所有知识点以列表的形式展现并与用户进行交互。

3、导航策略设计

虚拟教学系统的信息量巨大，内部信息之间的关系复杂，在学习过程中，学习者由于缺乏专业教师的指引，迷航现象时有发生，所以应当提供导航策略设计，引导学生进行有效学习，以提高学习效率。目前比较多的导航方式有检索导航、导航图导航、菜单导航、书签导航、提示导航、演示导航、触摸区导航等。

4、交互策略设计

交互性主要包含人机交互以及人与人的交互。所谓的人机交互，是指人与计算机之间使用某种对话手段，以一定的交互方式，为完成确定任务而进行的人机之间信息交流的过程，这种类型的交互是虚拟现实技术的一个重要特征，也是虚拟现实技术应用于虚拟教学系统中的一个主要优势，系统中的虚拟现实场景能否实现自然流畅的人机交互，将直接关系到系统设计的成败。从技术特点来看，基于 Flex 的虚拟现实技术为交互性提供了很多的交互机制，如视点、导航、事件的发送与接收等。主要体现在：视点是用户在人机交互的过程中通过改变摄像机的位置来改变观察点，从而在不同的位置场景显现出不同的形态及具有空间感的三维效果；导航是用户在虚拟场景中漫游的信息指示，通过导航，用户可以在虚拟环境中移动或检查某个对象；基于 Flex 的虚拟现实技术主要是采用 Action Script 脚本语言对虚拟环境中的对象产生作用，通过编程控制来发送及接收对象。

二、《单片机原理与应用》虚拟教学系统中应用实现

1、虚拟实验室构建

在 Flex Builder 3 开发环境中，借助 Papervision3D开源的 3D 引擎，建立一个 Sphere 形体，然后对形体进行贴图，最后固定 Camera 的坐标，通过舞台上鼠标移动的距离来控制 Camera 旋转的角度，从而实现 360°全方位的展示。

2、单片机及相关硬件的三维虚拟模型展示

Papervision3D 中也自带一些基本的形体（球体、立方体、平面、圆锥等），但无图形界面，不能像专业的建模工具那样通过点击、拖拽等操作来创建几何体，要实现一些复杂的模型，就需要借助 3DS MAX、MAYA 等工具。在 3DS MAX 中可以通过 Polygon多边形建模、特殊建模、修改建模、Patch 面片建模、NURBS 建模等方式来建构出虚拟场景及仪器模型，然后通过材质为模型表面加入色彩、光泽和纹理等来达到与真实事物相似的特性。建模的过程中，在不影响模型整体效果的情况下尽量减少多边形的个数以达到减小输出文件的体积。

3、MXML+ Action Script 编程控制

MXML 是一种描述 Flex 应用程序界面的 XML 语言，它通过一组标签集来定义用户界面，同时提供一些不可见类库的调用，在开发虚拟实验时，可以在 Flex 工程文件中利用 MXML 语言来设计界面元素，优化界面美观，增强人机交互体验。Action Script是一种面向对象的脚本语言，在 Flex 中，用户可以采用< m x:Script> 的标签来嵌入 Action Script 代码，也可以从独立的外部文件来导入相关代码。在开发虚拟实验的过程中，Papervision3D 作为外部的类库导入到 Flex Builder 开发工具中，放置在 Flex工程文件目录下 src 文件中来进行调用。

三、总结

作为虚拟现实技术之一的桌面虚拟现实技术具有开发成本低、不需要昂贵的虚拟现实设备、只需在客户端安装相应插件即可，应用价值较高，更适合应用于教学之中。同时，虚拟协同工作、仪器的远程虚拟仿真操作技术等方面有待更深入的探索与创新，这些也将是作者进一步研究的方向。

参考文献

[1]黄怀荣．信息技术与教育[M].北京：北京师范大学出版社，2002：131,105-106

[2]张琳琳．基于 Web3D 的虚拟物理实验研究[D] ．长春：东北师范大学，2008

单片机原理与应用篇（5）

中图分类号：TP368.1-4 文献标识码：A 文章编号：1007-9599 (2011) 18-0000-01

"MCU Theory and Applications"Curriculum Reform and Innovation

Wu Xiaochun

(Jiujiang Vocational College,Jiujiang 332000,China)

Abstract:In this paper,"Microcontroller Theory and Applications"curriculum content,teaching methods and curriculum assessment problems in the teaching experiment on the basis of the analysis to explore the teaching of the reform program,the case study,experiment and conduct in-depth course evaluation research to improve the quality of curriculum and teaching effectiveness,to stimulate student interest in learning and innovation,students learn the scientific way of thinking and research methods.

Keywords:MCU Theory and Applications;Teaching;Reform;Innovation

单片机是为满足测控领域的需要而诞生的，以为它具有小体积、低功耗、易于产品化、耐干扰、适用温度范围广、易于实现多机及分布式控制等优点，被广泛应用于各种控制系统中。作为一门实践性强的专业基础课，“单片机原理及应用”课程在电气、机电一体化专业中占据重要地位。因此在学时紧、内容多的情况下，如何通过单片机课程教学的改革与创新，搞好课堂教学、实验教学及课程考核，提高教学质量，激发学生的学习兴趣，提升学生的动手能力及创新能力，是我们亟待解决的问题。

一、课程教学现状分析

（一）课程教学分析。在教材选择上，随着电子技术的快速更新换代，单片机发展也得到急速提升，产品日新月异。当下，大部分高校仍以传统的MCS-51单片机作为教材进行讲授，但却因为限于该单片机的典型性，致使学生对单片机技术的更新及更新单片机缺乏了解，狭隘了学生对单片机技术了解的视野。

（二）实验教学分析。单片机实验是为配合理论教学进行设置的。用于实验的试验箱多是为了对教材理论进行验证，可见，在课程教学中的实验教学多为验证性试验，试验箱的优点在于电路板板上只需用几根线连接少数接口，抑或不需要连线，进而导入已编好的程序便能完成实验，无法对单片机的运行原理进行升入了解。因而学生不能真正地了解具体的程序编译和内部线路连接过程，缺乏对教材教学内容的反思和应用了解，根本无法对所学知识进行巩固及加深，更是无法调动学生的思考创新的积极性及创造性。

（三）考核方式存在弊端。对于当下高校的考核制度，为达到检验学生对单片机知识的真正掌握程度，仅仅依靠笔试是无法收效显著。面对单片机知识掌握的深度和广度要求，试题无法以上要求，自然无法检测出学生的真实知识掌握程度；单片机技术重在实际的生产应用，笔试则无法考察学生实际动手实践能力，达不到确保学生能将知识运用于实践的效果。

二、教学改革与创新的措施

（一）以案例法促进理论教学。有机地将实验融入课堂理论教学中来，将抽象的知识直观化，通过案例法教学，把单个的知识点有机串联起来，使单片机的教学立体化，提高学生对存储器、指令系统等抽象的知识的学习兴趣，最终发挥案例法教学的最大效益。比如，在移位控制指令的讲解时，通过依次点亮实验板上的小灯，让学生直接地理解移位指令；在寻址方式的讲解时，比较直接寻址与立即数寻址间的区别，让学生在案例发现两种寻址方式的不同之处，使其对抽象寻址的认识上升到感性认识，进而促进其对相关知识的了解通透。

（二）实验教学模式改革。单片机课程重点在知识的实践性运用，学生必须将理论知识应用到现实的实践中。因此，必须打破传统的实验教学模式，不断改革试验模式，通过基础实验、研究型实验、创新性实验等一体化实验，有机地将理论知识融入到实验中，让学生通过实践的总结掌握知识运用的要领。

1.基础实验。基础实验是理论教学初级实验，侧重于知识的验证性。通过实验，可使学生理解单片机的工作原理及常用芯片的功能、使用方法及调试方法。通过基础实验，加深对理论知识的理解，有助于理论知识的巩固。2.研究型实验。实验要以理论教学为基础，通过让学生独立设计实验来对知识加以验证。让学生独立通过实验直观地找到实际问题的答案，使之不断掌握问题的本质，从而更好地解决单片机运用过程中的难题。3.创新性实验。以知识创新为导向的实验。让学生按小组进行实验，通过小组合作完成简单的综合性课题实验，创新性实验对学生具有较强的吸引力，能使学生在主动参与中掌握实验的各个环节的要领，既提高了学生的基本操作技能，又有助于学生的自主性和创造性的激发。

（三）课程改革要以知识的拓宽为基准。以全方位涉猎促进知识全面拓展。讲课时要以点带面不断拓宽知识面，通过邀请从事单片机的专家、学者以专题讲座的方式给广大学生上公开课，使学生了解单片机的运用领域，使之看到掌握单片机核心技术的市场前景，通过对技术运用的憧憬引导学生通过网络等多途径获取前沿性较强的知识。

以综合考核确保课程改革的成效。采用综合考核的方式有助于确保单片机课程的教学改革的成效，综合考核侧重于考核学生对知识的深层理解，考核的重点是学生的实践能力，让学生通过实际动手模拟、参与软件编程和调试，不断锻炼动手能力和解决问题的能力，通过实践最终加深对单片机知识的理解与灵活运用。

三、小结

单片机的课程改革需要从理论、实践以及知识面的拓宽等方面进行全方位的革新，理论教学与实际应用结合，通过案例教学、刻板演示、课外实践、综合考核等方式，突破传统教学存在的教学瓶颈，以激发学习兴趣为起点，不断提高学生单片机知识运用能力，最终培养精通单片机各种功能操作、具备单片机技术研发创新的实用性人才。

参考文献：

单片机原理与应用篇（6）

1.引言

单片机又称为嵌入式微控制器（Embedded Microcontroller），它是将CPU、存储器、定时/计数器以及I/O接口等主要部件集成在一块芯片上的微型计算机。随着电子技术的快速发展，嵌入式微控制器的类型越来越多，功能也越来越强，应用的领域也越来越广，几乎涵盖了现代生活的方方面面，包括移动通信、GPS全球定位系统、汽车、金融等领域。社会对嵌入式人才的需求猛增，80%的相关企业都急缺嵌入式开发人才[1]。掌握嵌入式微控制器的应用与开发，显然可以使学生的就业前景一片光明。而单片机是最早的嵌入式微处理器，相对于后来出现的DSP和ARM，一方面它价格低廉、结构简单、开发应用已臻熟，另一方面它提供了研究和开发其它高级微处理器的基本方法，因此各大、专院校均开设了与单片机有关的课程，如单片机原理与应用，单片机C程序设计等。

2.传统的单片机教学模式与弊端

目前，单片机教学课程一般安排在大二下学期，要求同学们具备C语言、电路和数字电路的基本知识。传统的单片机教学，均是以单片机的内部资源为主线，先讲单片机的内部有什么，结构如何，然后是用汇编语言和C51语言实现对单片机内部资源的使用。如果学时允许的话，还要学习单片机系统扩展资源的应用，最后再讲一些综合实例。虽然这种课程安排和学习过程符合人的认知规律，也是大部分课程所采取的教学模式，但是对于这门应用和实践要求很高的课程，这种教学模式存在很大的弊端。具体表现为：

1）教、学主次矛盾颠倒，学生学习缺乏主动性，导致学生的学习状态是“要我学”，而不是“我要学”。学生一方面对专业认识肤浅，找不到专业的核心，另一方面学生对就业压力又认识不足，就业目标不确定，总觉得距离毕业还早。尽管老师苦口婆心的教导同学该课程就是专业的核心，他们仍然无动于衷，仍然拨一拨转一转，不拨不动弹。整体来看学生学习缺乏主动性，而且积极性和热情也都不高。

2）单片机理论知识较为抽象，难于理解[2]，比如总线、寻址和中断等概念。单片机从直观上看就是一个‘黑片子’，而它的内部结构却是相当的复杂，工作过程是在时序的控制下，一步一步完成的。可以说单片机完全像是一个‘黑匣子’，就算是一条简单的设置寄存器的值，其内部的数据传输也相当的复杂。因其工作过程的不可见性，同学们对该课程的学习普遍感到难度较大。

3）学生学习过程中由“学”到“用”的转变较难，更不用说综合应用了。由于课上讲的理论知识不能及时用实验来理解和应用造出了理论知识和实际应用的严重脱节[3]。一部分同学的学习感受是，理论我都懂了，但是一到实验，编程调试时又无从下手，感觉一头雾水。

4）实验学时有限，而且课下又缺乏实践的机会，导致同学失去学习的兴趣。

针对以上问题，作者认为该课程教学模式的改革应该从两方面入手，一是如何改变现阶段教、学主次矛盾颠倒的教学态度问题，二是如何从实际的教学各环节（包括理论、实验以及二者的结合）入手，激发学生的学习兴趣，让同学轻松掌握这一专业技能。下面就从这两个方面具体阐述作者的教改理念。

3.改变单片机教学中的主次矛盾

教学，顾名思义包括两个过程教、学。具体来说，教学活动中包含老师和学生两大主体，包含教和学两类活动。而教学改革的目标是提高教学质量，目的是让同学学到知识，学会学习的方法。显然，从矛盾论来说，在教学活动中，学（学生）是主要矛盾，而教（老师）是次要矛盾，所以要抓住主要矛盾，增加学生压力，激发学生学习兴趣，不是老师要学生去学、逼学生去学，而是让学生感受到压力，体会到不学不行，让同学发自肺腑的说我要学，我想学，我必须学，而且我一定要学好，这就是本文作者提出的第一个教改理念。如何才能做到这样呢？

俗话说，兴趣是最好的老师。不论做什么事，只要是喜欢，你就很有可能做的很好。比如喜欢打篮球的同学，他们会习惯性的、不由自主的主动去玩，而不是依赖老师的督促和监督。如何激发学生的学习兴趣呢？可以从以下几个环节入手：

1）任课老师在课堂上演示自己亲自制作的开发板和部分程序的调试结果，一来可以激发学生的学习兴趣，二来也可以建立老师的威信。比如本文作者制作的开发板名称为FX-51 V1.1，其中F和X分别取自本文作者最后一个拼音Fen和Xiang，也寓意共同分享之意。当然如果是班上的同学有自己的作品拿出来展示，会更有说服力。

2）紧跟时展，给同学提供现有或者未来高科技产品的视频。比如“苹果眼中未来的世界”，“麻省理工大学天才学生的惊世发明”等。从直观的视频中体验科技发展的魅力，五花八门的科技产品必然会吸引同学们的眼球，进而激发学生的学习兴趣，甚至有同学也想创造出以自己名字命名的产品。

有兴趣固然最好，但是就怕学生三分钟热度，一开始热情挺高，可是没过多长时间，就会感觉到枯燥、无味，兴趣就会逐渐变少了，甚至没有了，这时任课老师还要给同学施加必要的压力。

目前，大学生的思想教育工作主要是由辅导员老师完成的，而专业课的教学由各个专业老师分别完成。辅导员老师对专业课的认识不深入，而专业课老师对同学的思想动态又了解甚少，所以会出现思想和行动脱节的现象。现在大学生的忧患意识差，目标茫然，不能把握专业的核心，更不用说掌握专业技能了。而本文作者是有四年辅导员经历的专业课教师，对学生的心理活动较为熟悉，与学生沟通也有一套独特的办法，能够想他们所想，急他们所急。学生最关心的就是我毕业后能找什么样的工作，怎样才能找到一份好工作，怎样才能在社会上立足。任课教师要从学生的这些心理活动入手，告诉他们只有掌握一两门专业技能，找工作时才不犯愁，而且也有资本与用人单位洽谈薪水的问题。而单片机课程就是通信、电子等信息处理类专业的核心课程，掌握了单片机，就相当于掌握了自己的专业未来。然而事实胜于雄辩，列举一些大四毕业生找工作的经历和已经从事单片机开发设计的校友工作的经历，让同学感到现代化生活的竞争压力，让同学领悟到掌握专业技能的必要性。只有掌握了专业技能，社会才给你工作的机会，你才有可能实现自己的梦想。俗话说千里之行，始于足下，空想没有任何的意义，我们只能从最基础的做起，一步一个脚印的创造自己美好的明天。通过这些实例化的教学，不但能够让那些一直找不到目标的同学有了学习的方向，激发了他们的斗志和兴趣，而且最主要是实现了“老师要我学到我要为我自己学”的转变。

4.改善单片机教学的各个环节

学生的思想端正了，那么教学过程中的主要矛盾就解决了，接下来就要解决次要矛盾，也就是如何教，才能使同学更好、更快的掌握单片机这一专业技能。用生动例子作比讲解理论知识，用便携式学习开发板进行实践，实现理论和实践的有机结合，这就是本文作者提出的第二个教改理念.

从辩证法角度讲，理论和实践是相辅相成的，但是理论知识是基础，只有在掌握必要的理论知识的基础上，才能够加以应用，进而进行开发和创新。反过来，实践操作可以加深对理论知识的理解和掌握，进而提出新的理论观点。所以只有很好的把理论和实践进行有效、恰当的结合才能达到事半功倍的效果。这里包含了三方面问题：一是如何把理论知识形象化、简单化以便同学们理解；二是寻找适合教学内容和难度的学习开发板，为同学提供实验、调试的机会；三是如何设置实验让同学们从实验的调试过程中进一步理解理论知识，并进行复杂功能和系统的开发。下面就从这三个方面结合自己的教学实例来具体说明。

1）用生活中鲜活的例子做比，讲解单片机有关的理论知识，加深同学们对理论知识的理解、记忆和掌握。

认识和理解新事物的过程总是枯燥和无味的，但是如果由熟悉的旧事物通过类比或者比喻来认识和理解新事物，就会增加人的认知兴趣和热情，也会使人更加容易接受和理解新事物。单片机的教学也是如此。下面就具体描述一下作者教学过程中的实例。

实例1：将单片机和大家已经很熟悉的电脑作类比，来理解单片机软件和硬件相结合的开发应用模式。电脑中，看地见摸地着的就是硬件，比如机箱、显示器、键盘和鼠标等，而与之对应的是软件，比如office、protel、keil等。有了硬件还要装载相应的软件，电脑才能为我们工作。单片机的开发也是类似的，必须软硬结合才能够实现想要的功能。所以单片机开发和应用必须有硬件设计以及与之对应的软件设计共同完成。

实例2：观察实验结果或者判断结果正确与否，最直观有效的方式就是看，就像电脑的显示器一样，以此来类比单片机的显示系统。单片机就是一个“黑片子”，形状像手指。相对于熟悉的电脑，很明显它没有输入（键盘和鼠标）也没有输出（显示器），所以单片机的系统开发中，至少应该要增加显示系统，以便确定结果的正确性。常见的显示有LED灯，数码管、点阵和液晶显示屏等。

实例3：将单片机比作人，来讲解单片机的引脚和内部结构。在讲单片机的结构时，可以将单片机比作人，其引脚比作人的四肢，而内部的CPU、定时器以及各个特殊功能寄存器等比作人的五脏六腑。单片机工作的时钟脉冲就类似与人的心脏有节奏的跳动。

实例4：用讲课时突然来的电话，来理解单片机的中断，来理解中断函数的触发是由硬件完成的。中断是单片机的特色，关键词是interrupt，同学们一般很难理解中断函数与一般函数的区别，不知什么时候去执行中断函数。在讲解中断时，可以用讲课时的突然来电话来作类比。理解中断的启动是外部触发的，是随机的，是不受主函数（老师）来控制的。将电话模式分别设置为静音、铃声和关机来分别比喻查询模式、中断模式和禁止中断模式。

以上只是课程教学过程中的几个典型例子，自然界的事物存在相似性，只要善于思考，总能发现与单片机理论相似的我们熟悉的事物，通过旧事物学习新理论，既能增加同学们的学习兴趣又可以把问题的难度降低，何乐而不为呢！

2）为了满足实验需求，自制便携式实验开发板。

理论知识固然重要，但是学习的最终目的还是用。对于这门实践要求很强的单片机课程来说，为同学提供充分的实验平台和时间，用实验结果激发学生学习兴趣和热情，做到真正意义上的学以致用才是学习的最终目标。对于课程中的重点知识点，作者主张在初步理解理论知识的基础上，通过简单实用的例子来进一步领悟和应用的学习方法，而不是把知识点反反复复、面面俱到的讲解。这就是所说的授人以渔而不是授人以鱼，其中的道理是显然的。

现在高校的单片机实验平台基本以实验箱和实验台为主，体积较大，价格昂贵，携带不便，而且一般都不允许带出实验室，因此学生课下实践的机会就非常少了[4]。为了配合教学，本文作者研制开发了单片机教学开发板，该开发板既有该课程所要求的基本实验硬件环境，也扩展了很多功能，包括电机、键盘、点阵、液晶显示屏、蜂鸣器、遥控、温度传感器、数字时钟和A/D转换等，以便学有余力的同学进一步开发。

3）设置难度适中，循序渐进的实验内容。

循序渐进的实验内容，就是让学生从易到难，从简单到复杂一步一步的将理论知识用于实验的调试，并通过实验调试来进一步理解理论知识。比如“模拟交通灯的实验”可以按照以下四种难度来完成，第一，用软件实现延时。第二，用定时器查询方式实现延时。第三，用定时器中断方式实现延时。第四，增加外部中断表示救护车的到来。通过设置这样的实验要求可以满足不同层次同学的需求，既能让同学体会到结果正确的喜悦，又能亲身感受调试过程的乐趣。

5.总结

单片机是理论结合实际的应用型课程，是通信电子专业的核心课程，掌握其学习的方法，就相当于掌握了专业，掌握了未来。所以只要师生共同努力，掌握这一专业技能是不困难的。俗话说严师出高徒，只要我们在教学过程中严格要求学生，再配以耐心、细致的学习指导，定能使同学学好该课程，为后续的嵌入式开发系统的学习和应用打下良好的基础。教学是一门艺术，单片机教学更是一项复杂的系统工程，要建立更完善、更合理、更引人入胜的教学体系，还需要更多的努力、更多的学习、更多的探索和更多的创新！

参考文献

[1]李宁，宋薇，库少平.项目化嵌入式教学方法研究[J].单片机与嵌入式系统应用，2010，2：5-7.

[2]廖伟强，郑崇林.单片机与嵌入式开发系统课程的教改与探索[J].大众科技，2013，15（4）：159-160.

单片机原理与应用篇（7）

单片机具有控制功能强、体积小、功耗低、性能价格比高的特点，广泛应用在家用电器、智能仪器仪表、自动化及工业控制等各个领域。《单片机原理及应用》课程在强调高技能型人才培养的电类专业中，是一门重要的专业基础课，是中职电子类毕业生拓宽就业面的重要知识。作为一门综合性、实践性极强的课程，《单片机原理及应用》可分为理论教学与实践教学两部分。其课程特点是概念多、逻辑性强、连惯性强、内容抽象，对于中职学生来说，入门难，不易掌握，一个知识点掌握不好就可能影响到学习的兴趣。目前，如何安排单片机的教学内容，让学生既能了解新技术又能对单片机的应用技术融会贯通；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，是中职单片机教学中急需解决的问题。根据多年的单片机教学实践和应用体会，我们对单片机课程进行了一些改革，并取得了一定的成效。

一、转变传统的教学思路，确立“做中教、做中学”的教学理念

由于单片机的专有名词多，内容抽象，指令丰富，同时涉及到电路原理及性质，仅凭教师单纯地讲授，即使想像力十分丰富的学生理解起来也比较困难。按照传统的教学思路，学生只有课程学习的最后才接触到单片机的实际应用系统，而在此之前的学习，由于学习目标不明确，学生会感到学习内容枯燥乏味，故而学习的兴趣不高，到后面表现为学习后继动力不足，最后，在讲述单片机的综合应用实例等重要部分时，学生想学也学不下去了。

为了提高学生的学习兴趣，提高教学质量，首先，确立以学生为中心的教学理念。教师作为主体体现教学的主导性。学生作为主体体现教学的学习过程中的主动性。教师要成为导航者、辅导者，把大量的时间留给学生去自主探索，相互协作学习，教师的作用是告诉学生学什么，怎么学，并帮助学生解决通过努力解决不了的问题。其次，确立以实践为重点的理念。结合中职生的学习特点，在课程学习的开始，我们通过几个简单的任务来引导学生理解单片机的基础知识，建立“做中学”的思路，激发学生自学的潜能和兴趣。例如，在学习单片机结构原理的内容时，由于学生刚刚接触单片机，只用一个生活中常见的不断闪烁的信号灯作为任务，让学生自己根据以前学过的电路知识，自己连接电路，并向学生演示如何控制电路，如何下载程序，激发学生的求知欲，使其带着疑问去学习，其效率比单纯的理论讲授要高得多。在此基础上，再引导学生进一步增加任务的难度，进而理解单片机的结构与工作原理。

二、单片机教学内容和教学组织的改革

（一）基于C语言的教学内容

近年来，单片机技术发展很快，51系列单片机是最经典的微处理，也是较容易学习的一款单片机。另外，51系列的单片机在网络上的教学资源丰富，学生可以通过上网授索相关的教学知识，及在网络上单片机高手的经验心得，同时，学生若能够很好的掌握51系列单片机，再学习其他系列的单片机也变得容易。综合考虑，在硬件上，单片机的型号我们仍以传统的51系列单片机为主。

如今企业的单片机项目开发，一般都采用C语言。为适应时展的要求，在单片机的程序编写教学上，我们采用C语言。根据单片机学习的规律，结合C语言的特点，在课程内容安排上，采用这样的模式：概述、硬件结构、I/O口、中断与定时系统、串行数据通信、应用。其中指令系统的讲解穿插在各个章节中，以案例形式讲解。案例中用到哪条指令就讲哪条指令，不再单独讲解，也不再单独讲解指令的寻址方式。在各章中由浅入深的工程案例中，带着学生一边复习巩固C语言知识，一边介绍C51与标准C语言的不同点和编程注意事项，并逐渐让学生熟悉编写大规模C语言程序的思维模式。

（二）构建模拟与实体实验平台共同教学的实验模式

利用计算机、KeilC51仿真器和Protues软件创建一个可视化虚拟电子类实验室。通过操作这些虚拟的实验仪器或设备。完成各个工程案例的设计与实现。利用仿真技术达到真实效果相一致的教学要求和目标，从而在不增加硬件投入的基础上，提高学生的创新能力。Proteus与其它单片机仿真软件不同的是。它不仅能仿真单片机CPU的工作情况，也能仿真单片机电路或没有单片机参与的其它电路的工作情况。因此在仿真和程序调试时，关心的不再是某些语句执行时单片机寄存器和存储器内容的改变，而是从工程的角度直接看程序运行和电路工作过程和结果。对于这样的仿真实验，从某种意义上讲，解决了实验和工程应用之间脱节的问题。该软件是目前唯一的一款能对单片机进行仿真的EDA软件。在实践过程中发现，选用KeilC51uVision2软件编泽调试比较合适。该软件支持众多不同的MCS51架构的芯片，集编辑、编译和程序仿真等于一体，同时还支持PLM、汇编和C语言的程序设计。界面友好易学。

单片机课程的实验教学，除了利用Protues软件构建其虚拟现实电子教学实验平台外，必须补充单片机的综合设计实验，这是在前面实验的基础上进行的，旨在让学生对实际的单片机应用系统有个感性的认识，也锻炼学生实际应用设计能力。安排的内容是通过教师给出设计题目，由学生自己设计单片机系统电路、选择器件，然后按照自己的设计焊接实验板，并编写程序调试电路，实现题目要求的功能，在制作过程中出现的问题与故障，要自己找到切实可行的解决办法。这样，就培养了学生的工程意识，让学生知道如何应用所学的知识用到真正的系统设计上。

（三）结合项目教学法，在教学中引入案例

“项目教学法”是通过实施一个完整的项目而进行的教学活动，其目的是在课堂教学中把理论与实践教学有机地结合起来，根据课程目标、教学内容及教学特点，以恰当、实用、渐进为原则设计课程教学项目，在实施过程中，按照由简单到复杂的顺序实施各个项目，每个项目的实施以行动导向教学原则为指导。教学过程分采用资讯、计划、决策、实施、检测、评价六个阶段。

同时结合案例教学，每个的任务实质上就是一个案例。在单片机教学中，运用案例教学。可以大大缩短理论与实践的差距，提高学生解决实际问题的能力。很多学生在上实践课时大都有这样的感觉，他们学到很多关于单片机技术及其相关课程的理论和技术，但回到实践的时候却不知道如何使用，从何入手。究其原因，就是学生没有接触过单片机技术和其课程整合的实际问题，离一线课堂操作的距离还很遥远。而运用案例进行单片机的实践教学，创造机会让学生接触与实际应用相近的案例，能有效地缩短学生学习时间。比如。在教学过程中。以一个完整的项目开发为案例，编写生日快乐曲、做个电子钟。一方面其趣味性增强了，另一方面又容易被学生接受，学生可以根据所学到的东西，进行分析、反思、体验和感悟。当与其共鸣时，就会很自然的模仿，进而收到举一反三的效果。

三、开展第二课堂活动小组，结合第二课堂增设自创实验项目

单片机相关实验室可以在完成计划内教学、科研任务的前提下。利用现有师资、仪器设备、设施条件等资源，在课外的时间，面向学生开放，为学生提供实践学习条件，重点培养学生的创新创业意识和动手实践能力。学生在开放时间内自主完成自创实验和趣味性实验，教师从旁指导。第二课堂的开设，拓展了学生的课外学习，是课堂教学很好的延伸。同时，这有利于提高学生的实践能力和创新能力，也为单片机的竞赛培养人才。

单片机原理与应用篇（8）

[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.

单片机原理与应用篇（9）

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）20-0101-02

单片机由于其结构简单、易于控制及价格低廉等优点，使得其广泛应用在仪器仪表、工业控制和自动化控制等领域中。随着电子技术的飞速发展，企业对单片机应用型人才的需求越来越多，而且越来越看重具有动手能力、团队意识和创新能力的学生。因此，理工科学校的教育工作者和学生越来越重视单片机原理及应用课程的教学成果。然而该课程作为高等工科院校电子、机械和测控等专业重要的专业必修课，是一门综合性、实践性很强的课程。对于工科学生来说，很好地掌握单片机技术，不仅有助于深入地学习专业知识技能，提高自身的整体专业素养，培养动手能力与团队意识，更重要的是能够获得实用的专业技能和创新能力，增强就业竞争力。

面对市场对人才日益严峻的要求，如何培养出适应社会需求的创新型和专业型人才，是教师面临的一项紧迫而艰巨的任务。这不仅仅要求教师提高自身水平和积累工程项目经验，还要求不断反思教学过程，在教学方法上进行改革和探索。

一、单片机教学特点及存在的问题

单片机原理及应用课程教学与其他理论科目教学方式不完全相同，这门课程强调的是专业知识的应用，要求学生能够将基本理论与实际工程相结合，达到解决工程问题的基本能力。因此，在重视理论教学的同时，必须重视实验教学。但是，在具体的教学过程中，不但学生普遍感到难学，授课教师也存在许多困惑，这些都是由于课程特点引起的。

它的主要特点[1]有：（1）概念多，专有名词多，内容抽象，对于初学者来说难以适应，由此会感觉入门较难。（2）编程语言指令多，且需要掌握每条指令的功能及操作数来源。（3）逻辑性和完整性强，各部分知识衔接紧密。（4）课程的图示说明多。（5）综合性强，涉及内容较多，涵盖了模拟电路、数字电路、自动控制系统等诸多基础课程的内容。（6）解决实际问题的能力强。单片机教学的这些特点，使得学生在开始学的时候难以入门，难以了解单片机的整体结构，从而对单片机的学习失去信心，以至于出现学生普遍认为课程难学、教师普遍认为课程难教的局面。

多年的单片机教学经验表明很多学生学完课程之后并没有达到预期的效果，不能将学到的知识应用于实践，或无法将知识点连成知识面进而形成知识体系。另外传统的实验教学以验证性的实验为主，学生在规定的时间内，用统一的模式，按照指导书上规定的步骤做相同的实验。对于包含工程开发的软硬件协同设计难以开展，学生对基础知识的综合应用能力较差，自主设计和创造能力也普遍存在问题。

二、CDIO模式下课程教学改革探索

1.CDIO工程教育模式。CDIO是一种国际化高等工程教育的创新模式，是由麻省理工学院（MIT）、瑞典皇家工学院（Royal Institute of Technology）等四所跨国大学合作开发的一整套工程教育理念和实施体系[2，3]。它以产品研发到产品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工程[4-6]。主要包括技术知识与推理、个人和职业能力与态度、人际交往能力，团队合作和交流、企业和社会环境下的构思设计实施运行系统等四个层面，这种模式不仅注重培养学生扎实的专业技术知识，更关注团队协作精神和创新精神的培养，并通过“做中学”和“基于项目的教育和学习”的教学模式培养既有扎实的专业技能，又有良好的团队协作能力和创新能力的国际化工程师。国内外的经验都表明CDIO“做中学”的理念和方法是先进可行的，适合工科教育教学过程各个环节的改革。

2.以项目为导向，改进教学方式和教学内容。教学方式上，将本专业有着丰富科学研究和教学经验的教师组织成一个项目实施团队，建立相对稳定的承担单片机原理及应用课程教学和实践环节的教师队伍。研究CDIO高等工程教育模式的理念和本质，转变观念，改革教学内容、教学方式和教学手段，紧密结合有关科研项目，将CDIO理念和教师在科研中的实践经验和体会融入教学内容、课堂教学和实验教学环节中。项目中每位成员根据自己承担的科研项目，每学年提出一个适合单片机项目化教学的项目，并将学生进行分组，每组4人，每组都包含1～2名兴趣比较浓厚、学习动手能力较强的同学，每个小组选择一个项目，该项目贯穿于单片机教学内容和过程的始终。最后再完成一个综合性强的实践环节。通过这种方法提高学生学习的积极性和主动性、动手实践能力、团队协作能力和创新能力。

3.改革教学模式。在实际的教学中，将提出的适合单片机项目化教学的项目分配给学生小组，让学生以团队的形式完成整个项目的设计，包括方案设计、软件实现、硬件设计以及测试和调试等整个过程。使项目贯穿于单片机原理及应用课程教学内容和过程的始终，学生分组完成，教师提供辅导。选用的项目可分步实现，彼此关联，从小到大，从简到繁，从局部到整体，层层推进，形成一个完整、全面的单片机应用系统的教学项目。在实际的教学改革中，我们依托于“RS232串口通信”、“数控式直流电流源设计”、“智能负载”、“温湿度测量系统”、“数控直流稳压电源”等项目，将以包含能力训练的项目教学方式让学生深入理解专业知识和提升其专业技能。将教学内容相关的知识分解到各个教学项目当中，这样可以增强学生学习单片机课程的兴趣，培养他们的团队意识和创新能力以及提高在严峻就业环境下的竞争力。

4.考核方式的改革。传统的单片机的期末成绩主要由学生的平时成绩和卷面成绩按照一定的比例构成（一般为3∶7），卷面成绩则全部由试卷考试的形式决定。这种传统的考核方式评价不了学生的实践能力和创新能力，也不能完全作为掌握单片机基础知识的判断依据。而CDIO工程教育则要求学生在掌握专业知识的基础上，具备一定的工程实践能力，也符合广大学生的学习目的。

因此，在本次改革中，为了确保考核方式的合理性、公平性和有效性，单片机的成绩将以CDIO工程教育基本理念为指导，与项目结合的形式完成对学生能力的综合评价，并采取教师点评和学生互评等各种方式（如表1）进行。这种以“过程”为基础开展，关注学生知识、技能的学习过程，关注实践环节及工程应用能力，力求知识与能力的协调统一的教学考核，不仅增强了衡量学生掌握知识的依据，而且有利于引导学生注重动手实践能力和自身综合素质的提高。

三、教学改革的实际效果

1.激发了学生的学习兴趣。以项目化方式指导学生学习的教学方式，增强了学生学习单片机的兴趣和热情。工程教学中始终贯穿着项目，学生需要按照项目的任务和要求系统地学习基础知识和应用能力，有助于学生明确学习目标。这种由传统单调的课程教学到灵活的项目教学方式，也极大地提高了学生的学习氛围和兴趣。

2.培养了学生综合运用知识的能力。要完成CDIO项目中的工程任务，必须运用诸如数字电路、模拟电路、自动化控制和单片机技术等多学科的基础知识。学生需要综合运用所学知识来解决项目中遇到的问题，使学生综合运用知识的能力得到培养。通过完成遇到问题到解决问题的过程，学生也加深了对知识的掌握。

3.锻炼了学生的团队协作精神。由于在整个工程项目的学习过程中，学生被分为3～4人一组，在分散学习、查阅资料、讨论及实践活动的过程中，都是以小组的形式进行，每个小组都是一个小团体，全体组员共同参与学习环节中的各项活动。彼此互相配合，广泛交流的过程，锻炼了学生的团队协作精神和团队意识。

4.提高了学生的思维、实践动手能力。CDIO教学模式“做中学”的理念，强调教学与实践的统一。在教学过程中安排的大量项目实践活动，需要学生亲自动手完成项目要求的各个实践任务，并参与到项目开发的始终。参与工程的开发能够发散学生的思维，提高实践动手能力。从项目完成的情况来看，此次改革有效地提高了学生的创新能力和解决问题的能力。

四、结语

经过全体课题组教师的不断努力，“单片机原理及应用”课程教学改革已经取得了初步成效，教学效果得到了显著提高。通过单片机教学改革的实践，结果证明，在CDIO工程教学模式下，采用以项目为驱动的教学方式不仅生动有趣，还能提高学生的创新能力和实践能力。而且理论与实践紧密结合的教学改革，激发了学生学习的兴趣，培养了学生的团队协作能力和团队意识。

参考文献：

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[2]马卫国.基于CDIO的单片机原理及应用课程教学改革探讨[J].中国现代教育装备，2011，（19）：70-72.

[3]张翼成，刘美，王涛.CDIO模式下“单片机原理及应用”课程教学改革[J].计算机教育，2012，（32）：22.

单片机原理与应用篇（10）

中图分类号：G642 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2017）06-0118-03

1 前言

单片机原理与应用是洛阳理工学院计算机科学与技术、通信工程、物联网工程等专业的必修课程。在学校建设特色鲜明的应用型本科院校的办学定位指引下，培养符合社会发展需要，具有工程实践能力、应用能力和创新能力的应用型人才尤为重要。由于该课程在本专业学生的培养中具有承上启下的作用，因而教学方法和实践模式改革对于激发学生的学习兴趣具有重要的引导作用。随着互联网、手机应用等信息技术的发展，充分利用“互联网+”辅助教学，成为提高教学质量、增强教学效果的一个重要手段。

目前，对于高校大学生来说，几乎每人拥有一部智能手机。一些学生一般用手机接打电话、收发短信、聊天、玩游戏，很少利用它来辅助学习。以至于在一些教师上课的时候，看到学生低头玩手机不认真听讲，干脆把学生的手机收上来，代为保管，让学生专心上课。那么，能否学禹治水，改鲧的“围堵障”为“疏顺导滞”的方法呢？如果能够让学生利用手机之便利参与教学过程，以及用手机的便利功能完成作业等，就会让学生体会到手机可以作为辅助学习的一个重要利器。

2 采用仿真软件，实施直观教学

为了使学生建立直观的系统设计理念，在教学中引入Proteus仿真软件。Proteus具有国际通用的虚拟仪器及电子元器件库，学生可以根据系统要求，设计出电路原理图并进行仿真测试，清楚地观察设计电路的工作状态及软件运行后的变化情况。在单片机系统设计过程中，所有的硬件电路、软件设计都可在Keil及Proteus仿真平台上实现。在课堂讲授时引入仿真软件进行案例式教学，形象生动，学生很容易理解。课堂外，学生利用仿真软件可以验证编程的正确性及合理性。采用Proteus软件辅助教学活动，可以加深学生对单片机抽象知识的理解，有利于学生对理论知识的深入掌握。单片机系统仿真实例如图1所示。

3 采用Plickers软件，促进课堂教学

Plickers是一款辅助课堂教学的小软件，通过教师出题，学生举起专属卡片，教师用智能手机一扫就能得到学生回答的统计结果。不仅能显示学生回答问题的正确率，还可以针对题目选项进行分析，也可以看出谁没有做题。第一次上课前，教师要拥有智能手机、安装Plickers软件（有安卓和iOS版本）、为学生打印有不同序号和图案的卡纸。通过利用该软件实施教学，能及时掌握所有学生的反馈信息，以便进一步合理安排教学活动。对于一些内向的学生，可以通过该方式让他们大胆举出答案。根据教学设计要求，可以应用此软件设计单项选择，让学生稍微思考，即可统计学生的想法和答案。同时，针对学生选择的不同，可以及时知道哪些学生做错，并讨论为什么会选错，当场可以解决一些学生存在的问题。

如果有合班上课的话，可以一个班级先回答问题，另一个班级再回答，这样有利于统计反馈结果。此外，可以利用学生回答问题的结果，来查看哪些学生缺席，就不用再像传统的方法进行点名了。所以在上课的时候，课程组教师从来不用现场点名，学生都称该软件具有隐形考勤的作用。在上课回答问题时，只需打开软件用手机扫一圈，即可把扫描到卡纸的数量和学生作答情况快速统计出来，用时也就是几十秒的r间，效率非常高。同时，因为扫二维码的方式比较新颖，学生参与积极性非常高。

此外，通过与学生课堂上互动，也使他们从紧张的听课状态舒缓了心情，既活跃了课程气氛，又加深了知识点的理解掌握，如果深入挖掘，在教学的其他方面可能会有更好的应用效果。通过该软件辅助教学实践，可以实现快速得到反馈，激发学生独立思考能力，实现基于问题的教学，能够确保上课的出勤率。采用Plickers软件辅助教学及建立问题如图2所示。

4 利用问卷星，辅助手机完成作业

利用问卷星软件，可以根据教学的需要，设计好单选题、多选题、判断题、填空题、简答题等，当完成问卷后会自动生成链接。可以通过QQ分享或者微信发送、扫描二维码等形式给学生。根据设计问卷、发送试卷、统计分析、查看下载，可以实现对学生完成作业情况的统计分析，找出学生掌握薄弱的地方，以进行重点复习讲解。同时，通过该软件的分析功能，可以看到哪些学生哪些题做错了？做对的比例是多少？同时可以生成饼状图、圆环图、柱状图、条形图进行分析，使用起来非常方便。

5 录制教学视频，实施翻转课堂

课程组结合教学主要内容，精挑细选录制重点内容的视频，同时制作微课视频辅助教学。为了促进以学生为中心的“学”的质量，在授课时采用翻转课堂教学。

1）让学生分组、领取任务，提前学习已录制的视频内容。课堂上教师组织学生回答问题，随机让每组中的任何一人回答，并根据答题情况为该组计分。由于同一组的每位学生的回答对该组的成绩影响一样，因而在课下的时候，该组的学生就会协作学习，成绩好的学生会主动帮助差生，这样才能保证在翻转课堂的时候，同组内每个人都能回答好问题，不会影响本组的成绩。通过实施翻转课堂教学，使得学生能够提前学习授课内容，并通过课堂上的回答问题，学生自主讲解，大家就会更加深刻地理解所学内容。这远比直接听教师讲、看教师演示效果要更好。

2）利用翻转课堂教学进行阶段性复习、总复习，提前让学生分组，布置任务，大家课下准备。在课堂上课时，第二组出一人带着准备的几个问题提问第一组的学生，每次答对了给第一组加1分，答错了减1分。如果被提问的学生不会，同组的人员可以补充回答，若回答正确，不扣分，否则扣两分。同理，第三组提问第二组，以此类推，直至一个循环结束提问。根据一个循环每组回答问题加减分的情况，统计出各组的得分并记录，作为平时成绩的一部分。

6 加大网络建设，提供开放平台

在不断的教学实践中，课程组教师勇于创新教学改革，先后建成校级网络课程、校级精品资源共享课程、省级精品资源共享课程，开发了教学实验系统、单片机实践教学系统，把大量的教学资源放到网站上，供学生自主学习。同时开发了自测系统，在学生学完一章内容后，都可以在网上进行自测；课程学完后，也可以进行整体测试，同时显示测试成绩与纠错答案。通过网上的阶段式和整体式测试复习，使学生达到反复训练学习的效果，巩固了所学的内容。精品资源共享课程平台建设如图3所示。

7 结语

本文结合课程组在单片机原理与应用课程中的教学实践，从Proteus仿真辅助教学、Plickers手机教学、网上提交作业、翻转课堂教学、建设网络平台、开放创新课堂等方面进行改革和实践探索。实践表明，把“互联网+教育”技术引入本课程的教学过程中，大大激发了学生参与课程教学互动的积极性。学生通过本课程的创新课堂实践后，不仅掌握了相应的理论知识，更重要的是利用所学能够设计出应用系统来解决实际问题，这与学校转型发展下培养高级应用型人才的目标是相一致的。

参考文献

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[4]祝天龙，张志军.基于布鲁姆理念的单片机课程教学探索[J].电气电子教学学报，2015（4）：42-44.