时间：2022-03-02 12:38:49
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇单片机实验教学，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
随着电子技术的迅猛发展，单片机技术在军事装备、工业生产、电子消费等领域都有着广泛的应用。单片机的厂商众多，型号、功能更是千差万别，而其中的MCS-51系列单片机，因其具有集成度高、处理功能强、可靠性好、系统结构简单、价格低廉、易于使用等优点，在我国占据了不小的市场份额[1]。目前各大高校均开设有单片机专业课程，而在学习单片机课程中不仅要让学生掌握较系统的理论知识外，更为重要的是要培养他们将理论知识应用于实践的能力，这就需要通过实验课教学、课程综合设计、各类单片机竞赛等来完成，而其中的实验教学是关键的环节。
2目前MCS-51单片机实验教学的现状
2.1实验教学在校级层面得不到重视
目前，普遍存在的一种现象是从学校认为实验教学只是理论教学的辅助，是依附在理论教学之中的，而实验教学的目的也仅仅是为了让学生加深对理论知识的掌握，所以，在经费、场地、设施方面都得不到学校的投入与支持。
2.2学生往往重理论、轻实验，难以激发学习兴趣
除了得不到校级层面的重视，学生在对待实验教学环节方面也比较随意。在MCS-51单片机的学习中，很大一部分同学在实际学习过程中往往觉得理论课更重要，而对实验课重视不够。课堂期间能够按照实验要求，并且带着自己的思想完成实验的同学微乎其微，而大部分同学都是只求应付实验报告，仅仅完成老师布置的内容，甚至还有一小部分同学根本不自己动手，最后抄袭别人的实验报告。以上几种情况是普遍存在的，虽然有学生自身的态度问题，但也间接反映了实验课没能很好地激发学生的兴趣。
2.3教学内容形式化、方法单一
MCS-51单片机实验教学的进行应该不仅仅局限于理论知识的巩固，应注重其实用性学习，要培养学生在应用系统的设计、从软件到硬件以及各类接口等方面的能力，实验教学内容也应该抓住单片机的重点难点来展开，内容的难易也要循序渐进[2]。但是，现在一般MCS-51单片机实验教学都是采购公司开发的现成的综合实验箱，此类实验箱功能丰富，使用简单，学生只要严格按照配套的实验指导手册进行基本的导线连接和软件操作即可看到预期的实验效果，属于验证性实验，学生可能在初次接触时比较有兴趣，但熟悉操作后便可能会觉得实验课乏味、枯燥，归根到底就是因为这样的教学内容不能够让学生成为主体。另一方面，学校对实验硬件投入有限，一套MCS-51单片机实验箱往往是用完一年又一年，而实验内容几乎没有更新，教学方式过于单一。
3MCS-51单片机实验教学中的改革创新措施
3.1引导全校师生认识到MCS-51单片机实验在学生综合能力培养中的作用
学校要通过多种方式引导教师、学生重视实验教学。目前高校普遍采用的是学分制教育，学校可以提高单片机实验教学的学分比重，并且增加单片机综合设计学分，单片机实践学分，同时，学校也要加大单片机实验教学的经费、场地等方面的投入。
3.2激发学生学习单片机的兴趣
兴趣，是学习新事物最好的动力，要让学生在思想上认识到学好MCS-51单片机的重要性，MCS-51单片机由于它的体积小、价格低、易于同器件连接等一系列优点而广泛用于生活、工作各领域，单片机已经不仅仅是一门课程，更可能是学生未来就业的主要技能，在学习过程中必须要经过大量实验操作应用。另一方面，要让学生在单片机实验教学中成为主体，强化学生的参与度。实验室使用的单片机实验箱虽然提供配套的实验指导书，但我们可以鼓励学生结合自己的理解进行扩展。在实验教学中也可以让学生分组完成MCS-51单片机的系统设计，这些系统不需要太复杂，成本也不高，一般具有一定数模电基础的学生大多能完成这样的系统设计，这样学生会更有兴趣，学习的热情也会明显提高，通过自己开发单片机应用系统，学生对MCS-51单片机的硬件系统和接口关系就会有了更深的理解，而通过自己动手编程，又使他们的程序设计能力有了一定的提高，更重要的是，学生对学习单片机产生了浓厚的兴趣。
3.3创新教学内容，采用多元化教学方式
（1）要结合本校学生的专业特点和实验室条件来编写适合的实验教材，特别是要跟理论课的教学大纲紧密结合起来，互为补充。（2）尽量减少验证性实验内容，可以增加一些综合性的、跟实际生活相关的设计性实验，也可以让学生在理论知识学习的基础上自行设计实验。（3）实验内容也要不断更新。MCS-51单片机有它的优点但同时也有一定不足，当今的单片机技术发展的异常迅速，很多时候都和其他一些热门技术相结合，如传感器技术、物联网技术等，在单片机实验教学中要适度引入介绍，在让他们掌握好MCS-51单片机的同时也要了解现代社会的需要，调动学习的积极性和创造力。另一方面，在教学方式上也要多元化，比如可以通过举办一些校级、院级甚至专业内部的MCS-51单片机竞赛，使他们对51单片机的认识更加清晰，同时也是极大锻炼了他们的团队协作能力和动手设计能力，对于那些学有余力的同学可以鼓励他们参加省级、国家级的竞赛。其次可以引导学生积极参与到教师的科研项目中或者大学生科技创新项目，给他们提供一个良好的学习空间[3]。当然如果能够与企业联系起来，让学生亲自到企业感受下一个单片机应用系统从设计到最后制成实物的过程，对他们能力的培养是更为有利的。
4结语
【关键词】单片机 虚拟实验平台 仿真
一、前言
单片机技术是现代电子工程领域一门迅速发展的技术，是高职高专院校电子、电气、自动化、计算机、机电一体化等专业掌握的一项基本技能，而学生在该课程学习过程中却感到难学，单片机课程教师也感到难教[1]。
传统的搭建实验对硬件的要求很高，为了节省实验的投入成本，我院在2009年使用单片机实验箱进行单片机实验，这种教学实验平台主要是以验证性实验为主，实验箱上面各种实验装置的固定搭配，不利于学生拓展思维，使学生们无法进行设计性实验。从2010年开始，我院采用Proteus仿真软件和Keil编译软件进行的虚拟单片机实验有明显的优势，如实验内容不受局限性、减少了硬件成本的投入、学生可进行自主性实验、减少了实验过程中的损耗、较接近工程实践等特点。采用虚拟实验，不但能丰富了实践教学手段，还有利于更新实验教学的观念。
二、采用虚拟实验平台的优点
（一） Proteus仿真软件
Proteus软件的系统资源丰富，支持单片机汇编源码级和C源码级仿真与调试，无需硬件电路就可对单片机电路进行软硬件的开发与调试[2]。采用Proteus软件仿真进行实验，基本没有元器件的损耗问题，不但在实验的过程中是比较安全的，还降低了实验室运行成本。
（二）Keil编译软件
Keil软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面。该软件生成的目标代码效率非常高，多数语句生成汇编代码很紧凑，容易理解。通过虚拟实验平台，学生可以在计算机上自行设计所需的实验，画原理图、编写源代码、反复调试、观察结果，直到达到满意的结果。这极大地调动了学生实践动手的兴趣，提高了学生学习的主动性和积极性，培养了学生的创新性。
三、虚拟实验平台应用实例
下面以简单计算器设计为例，阐述利用Proteus软件和Keil软件进行设计及仿真的过程。
（一）使用Keil 软件编写和编译程序
进入Keil μVision2开发集成环境，新建文件，输入可实现所设计计算器电路计算功能的源程序。输入源程序后，将文件保存，文件名加后缀.asm。建立一个新项目，为该项目选择适合的单片机型号，将载有源程序的文件添加到项目中去。
（二）Keil软件设置
单击Project菜单，选择Options for Target选项，选择选项卡Output，使其生成HEX文件。点击Debug选项卡，选择窗口右侧的Use，如图1所示。在后面的下拉菜单中选择Proteus VSM Monitor-51 Driver，设置完毕。最后将工程编译，进入调试状态，并运行。
图1 设置Debug选项卡
（三）使用Proteus软件绘制仿真电路图
启动Proteus ISIS，点击窗口左侧P按钮进行元器件的选择，会弹出Pick Devices窗口，输入关键词80C51，在结果栏里找到80C51后双击，80C51就被添加到当前左侧窗口的元器件列表区。使用同样的方法，可以依次把电路中所需其他器件添加到器件列表区里。进行合理的布局后，使用列表中的器件，在绘图区将设计的电路绘制出来，可对器件的属性进行编辑。
（四）查看仿真效果
在Proteus ISIS中，点击菜单Debug选项，选中“use romote debug monitor”。双击单片机80C51，出现对话框，在Program File中添入在Keill软件中编译好的HEX文件，然后点击“OK”。在ISIS窗口左下角有运行、步进、暂停和停止按钮，我们点击运行按钮，可以进行仿真。
四、使用虚拟实验平台的教学效果
在2011、2012、2013三年的单片机教学中，我校采用虚拟实验平台进行单片机实验教学。学生在上实验课时，可以利用所学知识设计实现指定功能的电路，并使用Proteus绘制出相应电路图。运用Keil软件可编写程序，运行程序。在程序和电路都正确的情况下，会看到仿真效果。我们的学生可以利用此平台跟踪、调试并观察实验的效果，增强了学生自主学习的能动性。从培养学生运用基础理论知识和提高实际操作能力出发，Proteus仿真软件可实现设计的开发和测试，这在单片机实验教学中发挥着重要的作用。这种新的实验方式是单片机实验教学的一种很好的辅助手段，并且为学生进行综合性、创新性实验提供了一个很好的平台，在全面提高教学质量、培养学生思维能力、创新能力和动手能力等方面发挥着重要的作用。
参考文献：
[关键词]独立学院 单片机 实验教学
引言
目前，单片机在我国的各行各业得到了广泛应用，众多院校均开设了单片机原理与应用方面的课程，这是一门技术性和实践性很强的学科，必须通过一系列的软硬件实验、理论联系实际，才能学好、学懂，取得较好的学习效果。因此，单片机实验教学是单片机原理及应用课程中必不可少一部分[1]。而独立本科院校的学生要想在众多的大学生中具有更强的竞争力，必须在掌握理论知识的基础上，更加注重实践动手能力的训练，这样将来踏上社会，应聘且从事与本技术相关的工作时，才能脱颖而出。
传统的单片机课程的实验教学仍然是利用现有的实验设备以验证型实验为主，各实验之间相互独立，联系不紧密，在实验课上学生仅仅需要将现成的软件和硬件进行验证，就完成了一次实验任务。由于教学设备是成品，线路大多在实验箱或者实验电路板中已经设计好了，从外部根本看不到电路是如何连接的，且生产商很少配备完整的电路原理图，学生在做实验时，要求连的线很少，很难参与到电路设计的细节中，动手能力也就很难在实验课程中得到训练和提高，导致学生缺乏整体设计能力，动手能力普遍较差[2]。因此在这类实验课中学生既不能得到有关硬件设计的训练，也不能得到软件编程的训练，这样学生不能充分的发挥他们的主观能动性和创新能力，教师的课堂教学效果也不够理想。针对以上传统的实验课教学中出现的弊端，笔者凭借多年从事“单片机”课程的教学经验，积极认真地对“单片机”的实验教学方法进行探索和尝试，发现一种行之有效的方法――单片机应用系统实验教学法。这种方法需要教师提前设计一个单片机应用系统，然后将系统分解，按照实际的教学周分步骤，按照相关的理论教学内容分层次来安排教学顺序，这样安排的实验课就为学生提供了一定的设计平台。
在此，以“4×4矩阵式键盘计算器”这个单片机应用系统为例，从实验任务的设计、教学安排的设计及考核方案的制定等三个方面对“单片机应用系统实验教学法”进行陈述。
一、实验任务的设计
当有按键按下时，将其键值显示出来，同时有按键按下时发出蜂鸣。在按键上有+1键，可实现当前数值加1，并通过数码管显示；在按键上有-1键，可实现当前数值减1，并通过数码管显示。P1口使用灌电流方式驱动一个共阳级8段数码管，P2口则以行列扫描的方法连接16个按键，为了能在有按键按下时发出声音提示，使用P0.0引脚通过NPN三极管驱动一个蜂鸣器。图1所示为“4×4矩阵式键盘计算器”系统原理图。系统包含单片机最小系统、4×4矩阵式键盘、蜂鸣器输出和数码管显示模块。
图1：单片机应用系统原理图
二、教学进度的设计
根据以上对整个实验任务的描述，可以使学生明确最终的设计目标。按照整个系统的功能，对该系统进行分解，并结合单片机教材的理论内容整理出一份详细的教学进度安排表，认真设计每一次实验课的内容及要求，引导学生进行思考和实践，这样可以较大地调动学生学习单片机的兴趣，如表1所示。表1是根据实验学时为16课时的教学计划给出的针对单片机原理课程的课内实验，要求每周安排2课时的实验课，因此根据理论课程的进度大致安排从每学期的第9周开始进行，至第16周结束，共计8周。
表1：“4×4矩阵式键盘计算器应用系统教学进度安排表”
建议采用“单片机应用系统实验教学法”的教师在制定教学计划时，可以根据不同的教学要求设计出一个或多个“单片机应用系统实验教学进度安排表”。在整个实验教学过程中，教师可以对一个班级进行分组，由教师指定按照2～5人为一个小组，这样在锻炼动手能力的同时，又培养了学生的团队协作能力。学生在实验的每个阶段都必须与教师充分地交流和探讨，这对于教师来说，虽然增加了辅导的工作量，但可以及时地把握学生对课程的理解程度、掌握程度、学习水平和完成情况等，也可以为今后对不同学习层次的学生进行更有针对性的辅导打下基础，另外也保证了绝大多数学生完成的进度。
三、制定考核方案
为了更全面、客观、公平地反映出学生实验的实际水平，尤其是学生的实验动手能力和分析、解决问题的能力，可以根据实验教学的安排，对学生的单片机实验过程进行量化评分，如表2所示，为“4×4矩阵式键盘计算器应用系统”的实验成绩考核量化表。以小组为单位，对每个阶段的进展情况进行评价，在最后一个阶段对成果进行验收，检查是否满足设计要求，并以答辩的形式对每位学生进行考核，要求每位学生展示和讲解设计内容，并回答至少2个有关该系统的硬件、软件、仿真、制作等方面的问题，最后由教师根据以上完成情况进行成绩评定。按照此类考核方案对学生进行打分，可以确保从各方面对学生的实验综合能力的考察。教师还可以针对每个阶段的特点制定出更为详尽的评分细则。
表2：考核量化表
四、结束语
由于单片机技术的迅速发展，社会上对此类人才的要求也越来越高，大学生更加渴望在踏入社会之前就能掌握这些本领，这无疑给教师提出了更高的要求，因此，教师应该更加重视实践教学环节，合理地设计实验内容，让学生学有所成。本论文提出的单片机应用系统实验教学法给学生提供了一个自主学习单片机、进行系统设计和创新的平台，能够在很大程度上激发学生的学习兴趣，也为学生创建了一个锻炼团队协作能力的机会，能够使学生在专业能力、社交能力、团队合作和自信心等诸多方面得以锻炼，教学效果非常明显。
[参考文献]
[1]王鹏峰.项目式单片机实验教学模式的研究.时代教育[J].2013.7
[2]刘燎原，孙秋波.Proteus软件在单片机项目教学中的应用[J].徐州建筑职业技术学院学报，2009 （2）：63-65.
Abstract: Summary of experiments on the specific measures. Create a new type of experimental teaching system. Proposed program of experimental teaching and assessment methods. Application of modern methods for teaching process, improve teaching, teaching methods and teaching methods, optimization of the teaching process, improve the quality of teaching.
关键词: 单片机及应用;实验教学;实践能力;实验技能
Key words: Application of Single Chip microcomputer;experimental teaching;Practical ability;Experiment skill
中图分类号:G42 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)29-0192-02
0引言
随着科学技术的发展,计算机技术已广泛应用于工业控制、仪器仪表、日常工作及生活中,因此掌握计算机技术有着实际的重要性,主要在于实践和应用。要学好《单片机及应用》这一门课,必须经过实践性环节,才能使学生深入了解和掌握单片机理论知识和应用水平,提高学生的动手能力,拓宽学生的思路和创造力。因此,提高实验教学水平,是《单片机及应用》教学过程中的重要环节。
本实验教学面向非计算机专业的大三学生,是自动化、电气工程及其自动化、电子信息、测控等本科专业的必修课程。他们初步掌握了模电、数字电路基本知识和微机原理与接口技术的基本应用[1],已经具备了基本的实验方法和一定的调试技能,需要掌握的是单片机原理及应用设计的知识。针对这一情况,我们从以下几个方面来保证实验教学的质量。
1制定实验教学大纲,教学标准化
根据各专业要求制定《单片机及应用》实验教学大纲,在大纲中明确了实验教学在培养学生实验技能方面应达到的基本要求,使实验教学标准化、规范化,为提高实验教学质量奠定了基础。借助于实验评估,完善实验教学文件,提高实验管理水平。
2结合教学计划,优化实验教学内容
2.1 加大软件设计,以提高编程、调试能力以实验教学大纲为依据,结合教学实际情况,重新编写实验指导书。在组织实验教学内容时,加大了软件设计的内容及数量,以提高学生的编程能力。《单片机及应用》教学计划中实验教学要求9个实验共24学时。为了提高学生的编程能力,在不增加学时数的情况下,采取适当延长实验时间和实验室开放等手段,增加了2个实验内容,即利用四次时间完成6个实验内容。为了加深学生对汇编指令的了解,并做到熟练掌握,实验内容采取多样化:每个实验包含了多个相同类型,但不同内容的部分,从易到难,从简到繁。如算术运算实验包含了加法、16位减法、32位无符号数乘法和除法运算等内容。
2.2 增加综合设计性实验,提高学生分析问题、解决问题的能力[2]增加综合设计性实验比例,以达到提高学生的综合编程能力、实际解决问题能力的目的。9个实验中,除了1个是验证性实验,其它8个都是设计性实验。其中《数据传送》是验证性的实验,要求学生按照实验指导书的步骤认真完成。通过这个实验使学生对单片机结构有一个感性认识,并掌握单片机仿真系统的基本使用;综合设计性实验,要求学生运用已掌握的理论知识、工作原理,进行设计、编程、调试。以提高实际编程、调试能力。
2.3 选择具有典型特征的实验,增加实验的趣味性,提高学生对实验的兴趣通过前4个实验,学生对汇编知识有了深层的了解,并逐步掌握了运用汇编语言编程及调试程序的方法。而定时/计数、中断系统是《单片机及应用》课程的两大重点特性,因此实验内容特安排定时中断实验,要求设计能实现电子钟功能,具有时、分、秒走时功能,并在七段码上显示出时、分、秒,还可以做到预置时间及零点等功能。因电子钟在日常生活中随处可见,学生们很感兴趣,从而激发了学生做实验的兴趣,达到了提高实验质量的目的。
3利用现有的资源,改进工作方法及手段
3.1 坚持实验预做工作,精心编写实验教案坚持每个实验前的预做工作,在预做的基础上,编写实验教案,对实验的重点、难点作重点阐述,并根据以往的教学经验,对实验中经常遇到的问题、注意事项、解决问题的方法在教案中作出特别标示,并在实验讲解时,对这些问题、及解决问题方法和手段加以强调说明,引起学生的重视,提高学生观察问题和分析问题的能力。
3.2 增加实验批次,提高学生独立操作及独立解决问题的能力在以往的实验教学中发现,几个人一组做实验时,往往是有的做,有的看,学生的动手能力没有得到充分培养。为了提高实验教学质量,首先对分组情况进行改进,增加实验批次,减少每组实验人数,由几人一组改为1人1组。用“逼”的方式培养学生的独立动手能力,特别是对少数平时依赖别人的学生起到督促作用。其次,在实验中,对学生按照高年级的标准严格要求,不只是注重实验结果,而是追求学生是否掌握了该知识点,是否真正掌握编程方法、调试方法及解决问题的方法。因此在实验过程中,主要是帮助启发学生分析、处理问题,而不是代替学生做实验,重点帮助动手能力差的学生,引导他们,使一般的学生有信心完成实验任务,从而激发了学生做实验的积极性。
4充分利用现代化的教学手段,采用立体化教学模式,提高教学质量
4.1 改善教学环境,丰富教学内容学生们普遍感到单片机及应用课程难学、概念抽象、感性认识差。特别是学习到接口部分时,很多学生对于接口芯片的工作原理及其在计算机中的实际应用模糊不清,设计和应用时无从下手。为此我们开发研制了多媒体教学软件并将其运用于实践教学中,该课件获得2009年 “第九届全国多媒体课件大赛”高教理科组三等奖。采用真实与虚拟化实验相结合,有效地解决了原理概念抽象难懂,实验时数减少等问题。提高了实验效率及质量。
用图文音像等形式将实验室搬上电脑,展示实验教学内容,弥补传统课堂教学的不足,增强教学过程的直观性、可视性和互动性,丰富了教学内容,解决了理论教学和实验教学各自独立、相互分离的问题。虚拟实验室打破了实验教学局限于实验室课堂教学的传统方法。
虚拟实验室课件有利于的实验的讲解,将有些看不见的理论,用演示的方法,增强学生的理解,用直观的实践手段,解剖原理,使实验达到教学的要求。
4.2 建立网络教学平台,更新教学观念,提高实验效果[3]虚拟实验室根据单片机及应用实验大纲中规定的实验内容分别对每个实验设置了虚拟环境。可以打包在网上,学生们可以随时进入学习,不仅可以查看实验要求,明确实验任务,仿真连线,演示实验的流程和结果等,还可以在线进行交流。学生可以不受地点和时间的限制,方便地安装虚拟实验软件,随时进入虚拟实验室学习和操作。
通过仿真实验,学生可以学习程序的调试方法和调试技巧并观察实验的客观效果。学生通过虚拟实验室的预习和指导,深入了解实验的原理、过程、结果。可以提高实验过程中实际操作的正确率。
虚拟实验室具有可扩散性,学生可以根据理论课程的教学进度和自身的实际情况,自主选择实验内容,还可以尝试做实验课程之外的自己感兴趣的其它内容的各种实验,或者从不同角度出发重复某个实验以扩大视野,深化学习。通过虚拟实验室,使学生处于实验教学的主导地位,使学生的能动性和创造力得到充分的发挥,激发了学习的兴趣,掌握了学习的主动权。
5加强实验教学考核,精心设计多类型的阶段考核
5.1 增加实验预习的评定,提高实验的效果[4]为了让学生在3学时的实验课内,充分掌握实验内容和调试方法,要求学生实验之前必须写好实验预习报告。预习报告的内容包括:实验内容、原理、设计实验线路、编写实验程序、分析可能出现的调试方法以及实验数据等。学生进入实验室后,教师根据他们的预习报告情况,按考核标准,给出学生的实验预习成绩。这样,学生每次都能在预习的基础上去做实验,可以使每个实验都达到预期的效果。由于预习报告是实验总结报告的一部分,因而学生还是积极地去完成。
5.2 重视实验过程,对学生独立动手能力及分析、解决问题能力的评定实验时,学生分批进入实验室,为了调动学生对实验的兴趣,更好地理解和运用理论知识,我们针对每个实验的特点,给每批学生的实验内容、要求均作不同的要求。如:在最后一次定时中断实验中,我们对每批学生提出了不同的实验要求。有的要求用定时器0方式2来完成定时;有的要求用定时器1方式2来完成定时;有的要求将定时时间及七段码显示值存储在内部RAM中;有的要求将定时时间及七段码显示值存储在外部RAM中。由于要求不同,初始化编程及相应的其它编程都有区别,有利于在实验中跟踪学生实验过程,从对理论知识的理解、独立动手能力、分析问题、解决问题能力等方面对学生作出评定。
5.3 实验报告的评定,巩固所学知识[5]完成每次实验后,要求学生做出完整的实验报告,对其格式、内容提出要求,在书写格式、数据处理、编程分析(如程序框图、程序注释)、工作原理分析、调试方法及思考题完成情况作出评定。
最后根据学生预习、实验过程、实验报告的各项成绩给出每个实验的小评成绩,再将几个实验的小评成绩综合,给出学生实验总评成绩。
通过对撰写实验预习报告、实验过程中考核、完成实验总结报告的跟踪考评,使学生重视每一次实验,变被动为主动,深化和巩固课堂上所学的理论知识,培养了学生独立动手能力,提高了他们分析问题和解决问题的能力,起到了实验教学的效果。
6结束语
经过多年的在教学内容、教学手段、实践教学、考试方法、实验室建设的探索和实践,使实验教学质量和学生的综合素质都得到了提高,在学生的学习小结中可以看出实验教学得到学生的认可,从学生的表现从害怕到喜爱,不仅是实验课时到实验室,课后主动找时间到实验室来,不仅将实验内容细化,深化,且进行进一步的扩展,为今后的考研、竞赛、学习和工作积累了经验,提高了学生的就业能力。
参考文献:
[1]胡汉才.单片机原理及其接口技术[M].北京:清华大学出版社.2004.
[2]朱卫华.提高“单片机原理及应用”课程实践教学效果的方法和途径[J].自动化与仪器仪表,2007,(6).
[3]田军营,韩建海,单片机实验的虚拟化改革[J].实验室技术,2008(6): 121-123.
【关键词】单片机；实验；教学改革
《单片机原理及应用》是医学影像专业的一门重要专业课，此专业开设关于X线机、CT、磁共振等医疗设备的课程，这些医疗设备均应用了单片机。医学影像专业的学生学好用好单片机，既可以帮助学生理解和学习医疗设备的结构、原理及工作特点，又贴近学生的专业特点及就业方向，从而可以很好的提高学生的就业竞争力[1]。
但是，《单片机原理及应用》这门课程综合性强，既要学习单片机的硬件组成和功能，又要学习与硬件型号配套的软件编程，加之汇编语言属于低级语言，和硬件的配置情况有关，内容抽象，学起来艰涩难懂[2]。良好的实验教学可以帮助学生理解课程内容，掌握核心知识，从而提高学生的学习积极性和学习效率。目前，关于单片机实验教学的研究很多，但大都是工科院校针对本校各工科专业进行的研究，针对医学影像专业的研究很少[3-9]，所以任课教师和实验师从医学影像专业单片机实验教学存在的问题入手，着眼实际运用，对医学影像专业的单片机实验教学进行改革探索。
一、实验教学现状及原因
目前医学影像专业的单片机实验教学普遍现状是使用工科专业的教材和仪器，实验项目也与工科专业相似。对于医学影像专业的学生来说，单片机的学习本身就比较困难，如果不考虑此专业与工科专业的差别实施相同的教学方法和实验方案，其结果就是大部分学生没有学习的兴趣，学过之后既不会编制应用程序，也不会设计应用系统。究其原因，主要表现在以下四个方面。
1.实验教学方法滞后，不利于激发学生的实验兴趣
按照传统的实验教学方法，学生在学完简单的汇编指令后开始上实验课。实验的内容、步骤以及实验电路和仪器等都提前安排好，学生只要按照实验指导书的安排就能顺利完成实验。这样的实验课缺乏设计性和自选性，学生的实验结果和实验报告基本相同，这就在很大程度上抑制了学生的主观能动性，不利于激发学生的实验兴趣，致使实验课成为形式课。此外，传统的实验教学中，教师布置好实验任务后往往只看学生的实验结果，对学生实验过程中出现的问题关注不足，这样容易使问题被忽视，还容易使部分同学抄袭其他同学的实验，这些均不利于激发学生的实验兴趣。
2.实验项目内容设置不合理，不利于培养学生的实验积极性
传统的实验教学中，实验项目都是从实验仪器配带的实验项目中选取。这些实验项目虽然可以紧扣理论知识，但各个实验项目独立性强，几乎没有考虑知识的前后贯穿和最后应用系统的设计，这容易使学生学了后面的忘了前面的，自己设计简单的应用系统更是无从下手，非常不利于培养学生的实验积极性。
3.实验环境受限，不利于实施实验前指导，实验后答疑的教学全过程
在实验教学中，教师可以在实验的过程中给学生指导，但实验课的时间非常有限，实验前指导和实验后答疑的另外两个实验教学过程几乎缺失。实验课前学生拿到实验项目后至实验开始实施的这段时间里，学生几乎得不到老师的实验指导，学生做完实验后出现的疑问也得不到及时解答，这会使学生刚刚激发的学习兴趣又没有了。
4.实验考核方式落后，不利于树立学生的正确学习导向
目前单片机实验课的成绩大多取决于实验报告，由此学生往往对实验过程草草了事，而对实验报告很认真，并互相抄袭，这对实验成绩的评定造成了很大的困难。此外，课程的期终考试多为闭卷形式，考察的知识点多为记忆性的，对于学生分析问题、解决问题的能力很难考察。这种考核方式使学生只加强原理知识的死记硬背，对实验技能的培养不重视，从而树立了错误的学习导向。
二、实验教学改革的目标
单片机实验教学改革的目标就是要改变传统单片机实验教学的各种弊端，探索构建新的单片机实验教学模式，从而激发学生的实验兴趣，培养学生的实验积极性，提高学生的主观能动性和创造性，进而引导学生树立正确的学习导向。
三、实验教学改革的探索与实践
针对传统单片机实验教学的弊端，拟对医学影像专业的单片机实验课进行以下改革：
1.改进实验教学方法，激发学生的实验兴趣
在学生熟悉了实验环境后，摒弃原来学生照实验指导书做实验的实验教学方法，在具体实验项目实施前一周，给学生实验项目和实验目的及思考题，具体的实验步骤、实验程序以及电路设计均由学生自己完成。这期间老师给予适当的指导，并鼓励团队协作，由2至5名同学组建一个实验小组，共同进行实验的设计和实施。在上实验课时，老师随时关注实验过程并及时与同学交流，而不仅仅看实验结果，由此激发学生的实验兴趣。
2.设计合理的实验项目，培养学生的实验积极性和主观能动性
根据医学影像专业学生的特点以及学时安排，重新设计实验项目。新实验项目不仅紧扣理论知识，还注意知识的前后贯通和实验项目的前后联系。所有的实验项目均围绕十字路通信号灯系统进行设计，学生在由浅入深的实验过程中可以自己一步步完成一个十字路通信号灯系统，这不仅可以达到复习理论知识的目的，还可以引导学生自己完成一个应用系统的设计，由此培养学生的实验积极性和主观能动性。
3.创造环境，认真实施实验前指导、实验后答疑的教学全过程，保护学生的学习兴趣
根据学生的实际情况和要求，在每次实验课前安排三到五次的实验前指导，指导学生在进入实验室之前自己完成实验电路及实验程序的设计。实验课上指导老师密切观察学生的实验过程，对出现的情况及时解决，由此督促学生认真做实验。实验课后安排一次答疑时间，对学生实验课上产生的疑问进行解答，由此来保护学生的学习兴趣。
4.改变考核方式，引导学生树立正确的学习导向
改变传统实验的考核方式，把每次实验的全过程作为实验的主要考核依据，实验报告只做辅助参考，由此得出实验的平时成绩。最后一次综合实验课老师不给任何指导，完全由学生完成，作为实验的期终成绩。本课程的最终成绩由期终闭卷考试成绩和实验平时成绩及实验期终成绩组成，由此改变学生只加强原理知识的死记硬背，对实验技能培养不重视的情况，从而引导学生树立正确的学习导向。
以上措施在医学影像专业实施两年来，取得良好效果，学生不但实验的积极性提高了，理论知识掌握的也扎实了，而且学期末大多数同学能灵活运用所学知识自己完成综合应用设计实验项目。
四、总结
本文针对当前医学影像专业单片机实验教学的现状，从实验项目、教学方法、教学环境、考核方式等方面对单片机的实验教学改革进行了探索和实践。近两年的实践效果表明，新的单片机实验教学模式，不仅提高了学生的实验兴趣和积极性，还加强了学生对理论知识的理解和灵活应用，为学生将来的学习打下了良好的基础。
参考文献
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关键词：Arduino；传感器；可视化编程VVVV；交互原型；实验教学
0 概论
Arduino（D1）是一款便捷灵活、方便上手的开源电子原型搭建平台，包含硬件（各种型号的arduino电路主板、电子元件和软件控制开发平台（Arduino IDE）。简单地说，其就是一块电路板，具有可供存储、编辑等处理的芯片和多个用于输出、输入信号的连接口――针脚（Pin）。Arduino的工作过程可以表述为：通过针脚连接不同的传感器捕捉外界信号通过针脚输入Arduino电路板；再通过之前上传到Arduino电路板的函数进行自动编辑；之后通过连接在针脚上的输出设备（有线或者无线的）把信号传递出去；从而控制如LED、麦克风、电机等电器元件，如图像信号、应用软件等数字信息。使用者可以在不需要了解过多电子技术知识与计算机编程语言知识的情况下，通过简单的练习，了解引脚连接的规律、函数的作用或可视化编程软件VVVV，便可以进行设计与产品开发原型制作。从某种程度来说，其更适用于艺术家、设计师利用其创作和设计互动类艺术作品、空间装置、工业产品等。
如图1所示，Arduino unn基础开发PCB板正反面，正面提供各种接入、输出和通讯端口。
Arduino于2005年诞生于意大利。作为教学实践，国外高校设计专业在教学中很早就引入了Arduino平台，作为学生设计作品呈现与评价的必要形式与方法。荷兰代尔夫特大学、德国施瓦本格民得专业设计学院（图2），早已在教学实践中系统地引入了Arduino交互平台，并将其用于交互设计教学中学生开展交互产品设计创作与最终作品表达的技术基础与手段。
1 产品交互原型设计课程
交互设计的设计规则中，原型设计是《设计方法学》的核心内容。该课程主要面向产品设计专业和信息交互专业方向3年级以上的本科教学，并作为专业实践课程而设置，共60～80课时；主要培养学生在产品设计课程中使用Arduino开源电子平台，真实模拟产品人机交互概念设计的能力；培养学生在智能产品设计领域，对于服务设计、用户体验设计、交互设计等的概念表现和产品功能与人机互动行为等的形象化、表达和评估等能力。这是目前国际上交互设计领域主流的设计方法与评估设计手段；并且，培养学生对未来产品的前瞻性设计方法的学习与掌握，是其核心的专业实践课程。
南京艺术学院工业设计学院根据产品设计和信息交互专业方向教学内容的要求，以及目前国内艺术院校设计学科的特点，重新规划了课程的结构和授课方式，以适应艺术类学生学习和掌握偏向电子技术与计算机语言的必要的专业技能和知识。
在翻阅了国内外相关Arduino内容的教材和资料后，笔者发现目前的教程及教材基本只针对Arduino的基础技术内容及开发方法进行了详细的讲解及技术解决方案的案例分析，并未对其应用及在艺术设计应用领域做有针对性的介绍。此外，大部分该类教材多为工科专业人员编写，所针对用户也大多是工科类电子工程、产品技术开发等背景的专业人员和专业爱好者。而艺术设计、工业设计类专业是学生大多不具备掌握这类工科专业基础资料的能力，很难理解其中的单片机、传感器等电子元件以及计算机语言、软件编写与逻辑等，因此对其并不适用。可见，设计出一套适合设计类专业用户的Arduino产品交互原型课程迫在眉睫。
南京艺术学院工业设计学院在充分考虑产品设计专业特点与艺术学科的基础情况，在研究专业学习必要的电子技术原理内容基础的过程中，总结出如下几个方面的课程内容形式与教学方法：
首先，尽量避免使用晦涩的专业词汇、公式、定义基本的电子部件和电子技术原理。教师授课时应尽量把晦涩的技术过程形象化描述，从而更为形象、直观地为学生呈现硬件的连接图而不是电路图（图3）。
其次，硬件的模块化分类方式，能够使学生更为形象化地理解各个电子元件之间的连接关系及其在完整的系统里的作用与功能。例如，在一个用Arduino单片机完整搭建的电路中，教师应明确哪些电器元件属于输入元件、哪些属于存储元件、哪些元件具有通讯功能、哪些属于输出元件；并在授课前充分考虑学生设计方案中可能会频繁使用到的元件及元件组合，从而对其定义、分类。例如，在智能家居设计方案中，课题小组可能会用到的元件，如光耦传感器、温度传感器、湿度传感器等，可将其归类为同一类型的输入模块，用于捕捉家庭环境中的环境数据；而对于某些用于使数据在不同设备中相互交换的元件，可以归类为通讯或者接口类模块，如蓝牙模块、WIFI模块、RFID模块、USB接口等。
计算机语言用于驱动和编辑连接好的电子元件，是用于发出指令的数据。可以形象地描述：硬件相互连接产生了躯体，而计算机语言编写的程序则是赋予躯体的灵魂。在程序编写部分，通常的课程和教材中会使用Arduino IDE（集成开发环境）完成，该环境需要具备C语言基础、工业设计专业；而艺术院校产品设计专业的学生基本不具备掌握这一计算机语言的前置专业基础。因此，在实践的教学中，笔者寻求一种可视化编程语言的解决方案，可视化编程软件VVVV可实现这一教学要求。该软件是一款简单原型设计和开发的图形化编程软件，可以作为大型数字媒体与物理硬件接口、实时动态图像、音频和视频等数据信息；可以同时进行与许多用户交互环境的处理；是非常适合艺术家与设计师的可视化编程解决方案（图4）。
2 教学方法
在考虑设计专业学生的学习方式、教学内容以及相关专业课程衔接的基础上。南京艺术学院工业设计学院借鉴自身传统的问题导入法的教学模式，在学习Arduino的技术基础内容前，导入相关的用户需求与设计定位问题，并迅速地按课题小组选定的作品内容与设计概念方案导入原型设计的知识学习。这一阶段须建立在之前预设的特定课题设计内容的基础上，以课题“智能家居为例”。课题组在分别探讨家居生活中的各种需求中，发现2～5岁的儿童在家庭安防中的问题：这一阶段，儿童可以独立行走，并开始对家庭环境中未知的事物产生好奇。如去捅插座孔、伸手够高于自身高度的物体、攀爬高处甚至是阳_围栏与窗户；诸如此类的儿童安全隐患问题数不胜数。那么，什么样的设计解决方案可以避免此类危险，并在家庭环境内预设某些危险报警区域；当儿童进入时，可以预先警告父母或者对儿童采取阻吓措施呢。带着这些问题，课题组学生在学习Arduino的基本知识和各种传感器模块的功能后，其对超声波测距传感器的功能与设计情景中提出的问题产生了关联。
因此，该组可以有针对性地选择学习Arduino单片机与传感器，在输出设备的连接实验中，通过实验可以了解传感器不但可以测出具体的物体靠近的距离，而且可以把距离数据实时、动态地传递到Arduino单片机的内存中；之后，再输出变化的数值（变量），并通过某种设备转换变量为声音的大小、光的强弱甚至是色彩的变化等等；这个过程即是用变量控制输出设备的过程。课题组即可以基于此，迅速搭建其设计方案的产品交互原型。
3 课程实验、实践、设计
产品交互原型设计课程教学目的是使要学生掌握的Arduino开源电子原型平台，使其能够根据设计概念，连接硬件、编写程序，驱动硬件模块按照设计概念模拟产品的交互行为；最终在产品设计表达过程中，不仅掌握制作原型在外观造型、材料工艺、色彩搭配等方面的呈现，更重要的是产品的功能与人机交互行为上的高度仿真的知识与技能。因此，学生亲自动手实验是这门课的基础。实验以分组的形式进行，课题小组针对前期的设计内容选择相应的智能硬件模块（Arduino原型平台与输入输出模块）进行学习；从单一模块入手，循序渐进地学习多个模块组合使用与程序编写，发觉计算机、屏幕及键盘以外的世界；以使学生学习和掌握物体怎样能通过简单的传感器，监测周边的环境并应用于对数字世界的掌控。开源平台Arduino作为原型设计的主板，通过简单连接单个的传感器和机械装置，也可同时在可视化编程软件VVVV中进行编辑与控制，确保学生在掌握该主板基本知识的同时，了解可视化编程软件VVVV与Arduino相互配合的实践使用，从而避免使用需要C语言编程的Arduino IDE（集成开发环境）。具体的实验课题内容为：
第一，概述―Arduino是进入物理世界的接口。
第二，第一段代码“Hello World”。
第三，开源平台Arduino的开发模式、单独模式和作为无力界面与VVVV相连接的模式。
第四，“Firmata”连接VVVV，实现可视化编程。
第五，从反馈到循环，接收信号，编辑信号，再输出信号。
第六，RGB-LED，控制一个LED灯。
第七，关于传感器。一是电位器实验、设计实践；二是温度传感器实验、设计实践；三是加速度传感器实验、设计实践；四是RFID射频识别实验、设计实践；五是位移传感器实验、设计实践。
通过1～3章的学习，课题小组可以基本了解Arduino开源平台的基础知识与运转的机制；通过第4章的学习，了解和基本掌握解实现可视化编程控制和编辑开发Arduino功能的方式；通过第5章的学习，了解和基本掌握可视化编程必要的逻辑关系；第6章为前1～5章知识的综合实践练习，即通过可视化编程软件VVVV驱动并改变一个连接在Arduino开源平台上的RGB-LED灯（全色彩LED灯）的颜色；在第7章，各个课题组将有针对性地选择与自己课题相关的综合实验模块。由于章节限制，笔者在这里只节选一组实验模块作为实验实践案例。
实验案例：温度传感器实验、设计实践、设计案例介绍
背景描述：
我们可以通过温度传递非常多不同的信息。对于人体而言，我们可以推断出与之自然或健康的状态相关；对于人造物（产品）而言，可以理解为如反映其运行的状态等。通过温度传感器，我们可以把这种变化作为输入信号读入计算机。这类型的传感器通常会改变自己的阻值或者输出温度成比例的电压。
实验规则：
监控一个杯子的温度，同时通过一个彩色的LED灯显示。如果我们使用一个热源，如将一杯热咖啡放在离传感器很近的位置，则可以改变传感器的电阻值。这一改变可以使用Arduino主板捕捉并通过VVVV传输出去。在VVVV中，我们把温度转换为一个色彩值，并通过一个RGB-LED灯，使之可以看见。RGB-LED灯的色彩变化可以作为参照，提醒用户杯中的饮品是否达到了适宜饮用的温度（图5）。
如图5所示，一个简单的逻辑可以在Arduino的开发环境之中自然甚至完全地实施；但是，VVVV应用在原形搭建方面更为有用，因为其结果很快能够调整同时可以直接反馈并评价。温度传感器可以提供这样一种可能，温度可以直接转换成变量值，线性的变量值再次传输给色谱同时作为输出而应用。
实验材料：
温度传感器（LM35）、RGB-LED、Arduino主板、面包板、连接线和接口、3*10k?电阻
实验图与可视化编程（图6）：
如图6所示，左边为电路连接示意图。其并非标准的电路图纸，只适用于设计类专业教学使用。右边为可视化编程软件VVVV的编程界面，程序以图形的形式组成，可以很直观地进行编辑。
实验结果（图7）：
图7这个例子演示的是如何利用物理大小变化作为控制因素。当杯子还是热的、LED灯亮着红色时，他们可以同时传达给我们更多的信息。我们在享受饮品的同时，还可以期待多些……
4 设计案例
Tia（图8）是一款可以自动跟踪使用者书写习惯的台灯。当用户在做书写、阅读等动作时，Tia智能灯能够捕捉运动轨迹，且灯会移动到相应位置，自动调节光线的高低，以符合使用者的书写的习惯，避免了在光源的阴影下写作的情况；同时，它能根据环境光线的强弱自动调整书写光源强度，以达到最佳的书写和阅读使用的效果；此外，Tia还会自动感应使用者位置、声音和振动来判断，进行开启或关闭动作。
关键的原型搭建主要分为4个部分。第一，外观制造的工艺部分主要使用工程塑料的高压注塑以实现实体外观；第二，智能控制部分主要使用嵌入式芯片设计，嵌入Arduino单片机、光耦传感器、超声波传感器、视频识别等集成的硬件构架；第三，控制程序采用可视化编程软件VVVV编写，以实现对外部环境的感知和调节以及书写动作轨迹的捕捉；第四，机械部分采用四台伺服舵机四个维度的旋转达到光源方向与书写或阅读轨迹的同步的目的。
5 结语
“如果你想成为合格的程序员，你就永远成为不了优秀设计师。”科学技术日新月异的今天，工业设计的定义已发生了根本性的改变。2015年，国际工业设计协会（ICSID）了新的工业设计定义：“设计是一种战略性地解决问题的方法和流程，它能够应用于产品、系统、服务和体验，从而实现创新、商业成功和生活品质的提升。”该定义为科技飞速发展语境下的艺术设计与创新人才的培养提出了新的思路与契机。以提高艺术性、形象化思维的创造力为培养目标的艺术院校，在产品设计专业人才培养方式与专业知识构建中不可避免地受到时代的影响。如果一味地摒弃自生独特的艺术专业特征与创新思维方式与能力，以适应科技的发展对设计的需求，将导致艺术院校培养艺术创新设计人才的教育目的和艺术学科的本质的动摇。在艺术与科技相结合的大趋势下，如何从形象化思维的角度去了解技术、掌握基本的信息技术工具（如计算机语言），从而将其选择性地引入艺术设计教育及人才培养领域中，笔者已在文中用自己教学实践中的一些粗浅的案例进行了总结，希望起到抛砖引玉的作用。
注释：①Tia（提亚）-书写习惯追踪智能台灯，获2015第二届“紫金奖”文化创意设计大赛铜奖，设计：林胜狮，林尧，指导：刘彦。
参考文献：
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关键词：单片机 实验 仿真应用
中图分类号：TP3368 文献标识码：A 文章编号：1007-9416(2012)02-0111-01
1、引言
随着世界计算机技术的飞速发展，单片机及其接口技术的也获得了迅速提高。单片机在已经成为了人们日常生活的必要组成部分，并深入到各个领域，为此，我国许多高等院校都在专门成立的单片机专业以学习单片机专业理论知识及相关课程，为方便和高效的开展单片机技术课程必不可少的要进行单片机仿真实验。目前，我国拥有单片机实验教学设计和开发资质的公司并不占少数，但真正能够开发出便宜教师教学、适合学生自主学习的单片机仿真器却很少。
传统的单片机实验教学中采用比旧的单片机系统，只能模拟出并行扩展接口实验，不能及时随着单片机技术的更新而快速的更新，严重阻碍了教学的实效性。目前，能够开发出紧跟科技步伐、拥有领先于国内外的技术、方便程序更新和硬件换代、成本低廉的单片机实验教学仿真系统，对学生学习单片机理论知识兴趣的提高、便宜单片机理论内容的研究有重要意义，最终为我国培养出高水平单片机领域人才打好基础。
2、单片机在教学中存在的问题
硬件实验板是单片机实验的重要基础部分，该实验主要是通过实验电路编程来测试单片机中个组件能否完成电路的实验功能。实验中单片机仿真器的采用不但增加了实验的真实性，同时，提高了实时仿真调试单片机程序及硬件电路效率，能够做到及时、随时发现并快速修改程序设计中存在的问题，从而提高程序编写的效率。
经过多年发展，我国单片机教学、仿真实验课程已取得了一定成绩，但目前，单片机的教学实验中仍存在诸多问题。
(1)单片机教学是一门实践性很强的课程，但国内许多高校往往将单片机课堂定性为以理论教学为主、学生实验为辅的课程，实验也仅仅是用来验证理论知识的验证性课程。这样几乎只学习理论不做实验练习的教学方法，很难提高学生自主学习的热情，更别想真正深刻的理解掌握单片机方面的知识，也很难真正的培养出单片机应用领域的高级人才。(2)单片机仿真实验课程受到了实验场地、实验时间等多方面的限制，学生除了在课堂上，平时很难有机会接触，更别说实践了。在单片机教学实践中需要诸如电脑、实验电路板、编程器、仿真机等很多硬件设备。学生无法承受个人配备单片机实验开发系统所需要的高额成本，大多数高等院校不能满足上课学生人手一套实验设备，来模拟和开发系统进行单片机实验。(3)现行条件下单片机技术发展较为迅速，更新换代较快，新买的实验仿真器用不了几年就会很快落伍，学校无法及时更新，设备却在不断老化。这就造成单片机实验设备不足、落后，实验教学配套教材陈旧。要想解决此问题就必须投入大量的资金，来重建单片机实验室，我国许多高校肯本没有这种条件。
3、教学中的具体实例
单片机仿真实验教学是单片机教学的重要组成部分，经典的单片机仿真器包括如下单元电路模块教具：CPU电路、LED数码显示电路、LED发光管电路、LCD显示电路、存储器模块、键盘电路、D/A转换模块、A/D转换模块、输入模块（光感、温感、触摸、遥控、红外等输入传感模块）、输出模块（蜂鸣器、直流电动机、继电器等）、集成器件扩展模块、分离器件扩展模块。老师通过手工焊制电路板、导线连接等方式将各个单元连接起来，可以方便的将组合教具组合出：数字钟、简单计算器、篮球比赛计分器、简易秒表、电风扇、电压表、洗衣机模型、变光灯、遥控电风扇、遥控洗衣机、交通灯、遥控变光灯、火警报警器、温度表、光电记数器、光电开关等，许多具有较强实用功能的应用电路。学生通过单片机实践课，利用教具各单元电路模块、合理的连接导线、或自己设计的硬件电路构建出自己理想的单片机硬件，这样不但极大的调动了学生的学习热情，同时加深了单片机理论课程的印象。
在单片机教学中我们通常会讲：“8051单片机有p0，P1，p2，P3，四个I/O口”。但是，在做实验时，由于大多采用电路连线固定，只用p1口接LED灯的实验电路板，选用这样的实验电路板同时向CPU中输入“让LED灯反复亮灭”的实验程序，八个LED等将不停的闪烁。但是这样的实验电路板无法演示p2、p3、P0口接LED灯的实验状况，采用这种相对传统的连线式单片机实验电路板，我们只能通过想象来完成教学中单片机电路的连接模拟，肯定没有条件去亲自设计或连接相关的实验。如果选用组合式单片机教具作为实验电路板，只需将接p1口线的八根连接线分别连接到p1、p2口和p3口，并分别将上面程序中的连线接口分别换成p0、p2、p3，就可以演示相关的实验状况。
但是，将LED灯直接连p0口时，LED灯不能闪烁，也就是电路不能正常工作。这个实验可以充分说明p0、p1、p2、p3，这4个I/O口中由于p0口的内部电路不一样（没有内部上拉电阻）所造成的同样的硬件电路完全不同的实验效果。在这个实验后，在讲解四个I/O口的内部电路结构时，就可达到事半功倍的效果。
4、结语
我们在对单片机进行教学实验时，要不断的注重实际应用的需要。在对单片机仿真器教学时，我们要在借助现代新型教学手段的同时，不断更新单片机设计思路，转变单片机系统的设计、制作与调试方法，最终做到利于学生的实验实践。相信，随着我国科学技术和电子技术教学的不断发展，单片机新技术、新应用会不断出现和发展，学习真正为高等工程教育实验教学带来革命性的变化。当然，在围绕应用性人才培养目标发展的过程中，我们还有许多方面需要研究和探索，需要走的路还很长。
参考文献
关键词 Proteus 单片机 电路软件 硬件仿真
中图分类号：TP368.1-4 文献标识码：A
随着我国教育信息化步伐和“互联网+”建设的不断加快，利用现代化教育资源构建网络化、数字化、个性化的教育教学方式方法已经成为一种新的发展趋势。同时基于软件仿真设计的实验教学也越来越多，越来越重要。软件仿真实验教学作为理论教学的扩展和补充，不仅可以改善原理简述的抽象性，还可以帮助学生加深对理论知识的理解，并进一步拓展知识面，激发学生的探究兴趣和能力。
1研究现状
作为计算机技术在控制领域的应用。单片机以其体积小、性能强、集成度高、功耗低、控制能力强、易扩展等特点，广泛应用于工业自动化方面、仪器仪表、家用电器、医用设备、信息和通信产品方面、航空航天、军事、专用设备的智能化管理及过程控制等领域。
目前的单片机教学采用项目教学法，不少内容抽象、乏味，若不通过实验很难让学生提起兴趣，得到更好的理解，而以前的实验硬件平台能做的实验有限，效果不理想，开设成本也很高，培养出来的学生既不知如何设置电路，也不知选择芯片的哪些引脚，只会单一的编程验证，且编写的程序都是为了实现试验箱上的功能，根本满足不了实际项目课题的需要。
2研究意义
现在使用的教学仿真软件有多种，这些软件各具特点，在教学实践中根据不同专业及需求可以选用不同的软件。Proteus是世界上著名的EDA工具（仿真软件），从原理图布图，代码调试到单片机与电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模拟仿真软件三合一的设计平台。Proteus仿真软件具有数字、模拟及数字/模拟混合电路的仿真能力；还提供了电路的直流工作点分析、瞬态分析、噪声和失真分析等多种常用的电路仿真分析方法。这些分析方法基本能满足一般电路的分析设计要求。
在单片机实验教学中采用Proteus软件能更好地解决采用虚拟技术解决单片机及其电路的设计和协同仿真的问题，无需硬件实验平台，只需利用个人计算机进行单片机软硬件同步仿真，仿真结果即可直接运用于真实设计。因此采用Proteus电路仿真软件建立的网上单片机实训室既解决了以往单片机编程过程中的抽象性问题，同时还极大程度地扩展了单片机硬件电路资源，降低了实验教学成本，也使教学过程更加直观，还为学习者提供了一个即时可学式实验室。
3 Proteus在单片机功能开发中的作用
目前，实物单片机实验室的基本功能主要包括元器件选择、电路连线、单片机程序编写、系统运行调试和硬件电路测试，而利用Proteus仿真软件所提供的不同功能可以完全保证对其完全实现。
（1）系统资源。任何一种单片机都提供了一定的系统资源。对于51系列单片机来讲，所供的资源是以寄存器和存储器的方式体现出来的。Proteus仿真软件所提供的元器件包括了电阻、电容、二极管、三极管、MOS管、555定时器等模拟元器件和74系列1vrL芯片、4000系列CMOS芯片、存储器、FC元器件等数字元器件以及PIC、AVR、8051系列单片机，学习者可以通过选取所需的元器件并对参数进行修改实现单片机实验元器件的选择。
（2）硬件电路的设计、制作与调试。硬件电路的设计包括两部分内容：一是系统的扩展；二是系统的配置。大部分常用的硬件电路设计可以通过Proteus软件来实现，学生通过Proteus软件的使用，可以很方便地掌握硬件电路的设计方法。Proteus仿真软件具有导线自动连线功能，使用时只需单击元器件的引脚系统就可进行自动布线，同时，学习者也可根据需要对走线方式进行调整，完成系统电路的整体线路连接，此功能使学习者更加方便的对电路结构进行理解。
（3）程序编写。利用Proteus仿真软件的编程功能学习者可以进行单片机程序编写实验，并在软件中进行目标代码的仿真运行，利用软件所提供的诊断及追踪信息，学习者可以发现代码中所存在的问题并进行修改。
（4）系统运行调试。利用Proteus软件的仿真调试可以实现系统的调试。Proteus可以作为硬件仿真和调试界面。Proteus仿真软件还提供了系统单步运行仿真调试功能，并可以通过此功能模拟单片软件调试器功能，使学习者观察设计效果，同时，在程序运行过程中单片机引脚的电平状态也将实时地显示出来，这为学习者更好地理解程序运行提供了很好的帮助。
（5）硬件电路测试。除了上述功能，Proteus仿真软件还包含了大量的虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、函数发生器、时钟计数器、电压计和电流计等单片机硬件电路测试所需的试验仪器，学习者可以通过此功能仿照真实情况完成对硬件电路的测试与检查。
通过实地教学反馈，针对单片机控制系统是软、硬件结合的应用系统，若将Proteus软件引入单片机课堂教学，可以构建一个适合“教、学、做”一体化教学的单片机虚拟实训室，大大提高学习效率，方便实践操作。
4结论
叙述了单片机实验教学的发展现状，介绍了Proteus仿真软件创新性的功能，研究了Proteus仿真软件在单片机实验教学中的作用。通过实践证明，其构建的虚拟实验室与传统单片机实验室相比，具有开放、灵活和成本低等特点。使用该实验能够实现以教师为引导、以项目为主线、以学习者为实验主体的教学新方法，在提高教学效率的同时，使学习者形成工程设计思路，并利用电路仿真和互联网技术实现了设计、开发、调试并形成产品的全过程，增强了单片机实验的创新性。
参考文献
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关键词：OBE（Out-Based Education） 单片机原理课程 计算思维能力 教学改革
中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）10（c）-0093-02
OBE（Outcome-Based Education）教育理念起源于美国，并在20世纪的后20年在一些发达国家发展起来的一种新的教育模式。随着其理念的普及与深入发展，OBE教育模式逐步成为工程教育人才培养的基础。OBE教育理念的实质是把学生在学习过程中的主体表现作为教育质量考核的重要指标，在人才培养的过程中强调学生的学习结果，并以此作为反馈教学活动质量的重要因素。
单片机原理及应用是电气工程、电子工程、自动化、通信工程等专业的核心基础课程。该课程主要包括了单片机的硬件结构，汇编指令和汇编程序设计，接口技术以及C程序设计技术，是一门实践性很强的课程。在传统的教学过程中，通常以教师为教学活动的主体，学生被动的接受课程知识，因此在这门实践为主体的课程中，学生很难达到应有的教学目标。此外，在该课程所配套的实验教学过程中，多数以验证性实验为主，部分学生在实验过程中目的性不强，很多的时候也只是看到了实验最终的一个现象，并没有深刻体会到实验过程中所涉及到的分析流程，并且在课程的考核上很多的时候都是以卷面考核的方式来进行，在考试过程中很多学生也只是靠僵硬的记忆来答卷，在试卷考核的内容中有一些灵活应用的地方就容易大量丢分，究其原因，很多的学生在学习过程中其目的就是考试及格，学习并不是源于学习的兴趣。
1 课程理论内容讲授环节设计
从学生的学习效果反馈来看，单片机这门课程难点很大程度上在于很多同学没有建立起利用计算机进行解决问题的思维方式，换言之，就是很多同学觉得单片机难学在于他们碰到程序设计问题的时候，很多时候无从下手解决，因此可以分析出在教学过程中的汇编指令，汇编程序设计以及高级语言程序设计时单片机教学的重点和难点。根据OBE理论就需要从新反向设计这部分的教学内容和教学手段，在讲授方式上教师应当注意由浅入深，课堂上适当增加程序分析和设计的内容，同时注重理论和实践相结合，可以选择一个适当的综合性题目，在题目的完成过程逐步掌握基本程序设计的要领。
基于OBE教育理念的教学方式就是以预期的学习产出作为目标，并通过产出的结果反向设计和课程相关的教学活动。在单片机原理及应用的授课过程中，制定课程的预期学习产出和相应的教学策略是实现OBE工程教育的重要前提。针对单片机原理及应用这门课程需要较高实践性的特定，同时优化理论教学和实验教学，激发学生的学习兴趣和动力。建立起学生自主学习的积极性，提高教学效率和改善教学效果。
2 实验教学环节设计
实验教学是本科教育教学工作的重要组成部分，是人才培养过程十分关键重要步骤，实验教学和理论教学在单片机这门过程中二者的关系是相辅相成的。在单片机原理及应用教学中，强化学生在实践教学环节的学习效果，有利于提高实践教学质量，提升学生实践能力、合作精神和创新意识。从人才培养的根本目的看，实践环节的意义在于实践理论，实现学生专业知识外化的转化能力。
在实验教学环节，优化实践教学方案，制订实验教学大纲，设计实践教学的环节和相关子项目，突出学生实践能力培养、重视实践教学效果、明确技能考核要求，充分体现课程体系下实践教学改革的总体思路，从根源上优化各专业的实践教学方案，以便形成科学且合理的实践教学体系。在制定电子信息类专业教学计划时，教学大纲的制定重视课程与实验内容的合理优化配合，避免理论知识与实践的重复或脱节；另外，充分体系课程知识结构发展和教学安排的组织、内容及方法的映射关系，避免重复的验证性实验项目，增加具有创新性、设计性、综合性的实验项目的实践教学体系，使学生在实验教学环节能提升其实践主动性、创新能力、求实及合作精神的作用。因此，构建科学、合理的实践教学体系对此实践教学目标产生深远的影响。
3 课程评价的考核目标和学习产出的关系
课程评价的考核目标引导和决定预期学习产出的结果，具有重要的导向作用。在单片机原理课程上实行相应的多元考核评价方法，多元化的评价模式包括两个方面，理论环节和实验环节。其中理论环节包括识记能力、理解能力和表达能力；实验环节包括实践能力、小组合作能力和创新意识。通过理论环节和实践环节测评的设定，过程考核和结果考核有机地结合起来，学习结果可体现为过程和结果两个方面。
4 结语
对大学生计算思维能力的培养已经成为工程教育界的共识，其最终目的是培养大学生的实践与思维相结合的能力，培养大学生利用已有计算机和数学基础发现和解决问题的创新能力。该研究通过对计算思维基本概念的界定，介绍了以计算思维能力培养为导向的单片机原理课程的教学改革现状，探讨了其中存在的问题，提出了相应的教学模式与解决策略。
参考文献
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[5] 马宝山，刘剑桥，金国华，等.单片机应用课程设计教学改革探讨[J].实验科学与技术，2015，13（2）：103-104.
[6] 顾佩华，沈民奋，李升平，等.从CDIO到EIP-CDIO――汕头大学工程教育与人才培养模式探索[J].高等工程教育研究，2008（1）：12-20.
【关键词】单片机 项目教学法 中职教学
我国已经进入互联网时代，计算机的应用已经普及到了社会的各行各业，在这种背景之下，单片计算机的发展前景非常广阔。从大的自动化系统控制，小对个别功能的单一控制，都涉及到了单片机技术。所以，对于电子类专业学生来说，单片机的课程学习具有非常重要的作用。中职院校要想提高单片机课程的教学效果，就必须要对传统的教学方法进行创新。现在，笔者结合自己多年单片机教学的实践，提出了项目教学的方法，并取得了不错的教学效果。现在就以笔者的实践为例，对单片机教学的现状和项目教学的具体方法进行论述。
一、中职单片机教学的现状分析
单片机就是单片计算机的简称，对于电子专业来说，是一门实用性很强的基础性课程，通过对单片机的学习，学生才能完全掌握电子技能，并灵活运用。但是由于中职学生的基础较差，而且单片机教学内容和多个学科都有交叉，具有很强的综合性。在传统的教学方式之下，很多学生并不能理解单片机的理论，无法完成编程的高要求，使得教学的效果并不理想。这是因为，传统的单片机课程教学只是一味传授比较枯燥的理论知识。在笔者过去的教学方式中，也存在这样的问题，由于教学大纲的限制，所以都会先介绍单片机的结构组成、工作原理、功能构建、设计方法和编程等内容，然后再进行实验操作。而且，由于学校教育资源比较缺乏，并不是每个学生都有实践操作的机会。再加上单片机课程的理论综合性很强，很多学生等不到开始实践，就已经对课程失去了学习兴趣。
二、项目教学方法在单片机教学上的具体应用
中职院校中进行单片机的项目教学，就是要改变传统的教学方法，将单片机的课堂划分成不同的板块，将会项目作为教学的核心，实验操作作为教学的主要方式的一种教学方法。这种教学方法的主要目标并不是实现大而全的教育，而是让学生真正理解和掌握教学内容，让学生在实验的过程中完成知识的接受和理解，掌握单片机技术，具体的方法如下：
（一）选择合适的教学项目
使用项目教学法开展教学时，一定要选择合适的教学项目，将知识性和趣味性结合在一起，所以选择的项目要具有以下四个特点。第一，趣味性特点，这是由中职学生的年龄特征所决定的。因为他们正处于不成熟的年龄阶段，学习的效果很大程度上去取决于学习兴趣。考虑到这一点，笔者就从他们比较关注的数码显示、报警系统、循环灯等项目作为单片机教学的切入点，很快就吸引了学生的注意力。第二，可接受性特点。由于中职学生的基础较差，所以在选择项目时，要考虑到学生的学习能力和知识结构，要让他们能够理解并接受项目的教学内容。第三，知识性特点。项目教学不能只从趣味性入手，为了完成教学目标，还需将知识性融入到项目之中。笔者在开展单片机项目中就很好地做到了这一点。笔者在教学大纲的基础上，针对其中主要的知识点都精心设计了实验教学的内容。这种实验教学既能提高学生的学习兴趣，增强他们的实践能力，还能让他们在实验中掌握教学内容。第四，延伸性特点。在满足了上述三个特点之后，只是达到了单片机项目教学的基本要求。为了让学生便于理解相关知识，提高他们灵活运用单片机技术的能力和业务能力，就有必要使项目的知识具有一定延伸性和扩展性。所以，笔者在进行单片机的项目教学时，选择了LED点阵的显示控制、制作抢答器、时钟的电路设计、键盘扫描、模拟交通指示灯等和生活息息相关的项目，让学生能够运用所学知识解决生活问题，这样才能真正实现单片机教学的目的。
（二）以项目为中心，重点开展实验教学
事实已经证明，传统的单片机教学方法根本不能满足中职教学的需要，所以除旧立新是必然的。受到单片机综合性较强的特点限制，要想获得理想的教学效果，就有必要在项目教学的基础上，加强实验教学。这样才能让学生将理论知识和实践结合起来，在动手操作的过程中实现知识的融会贯通。确立了明确的教学方向之后，中职教师在进行单片机教学时，就可以将实验室作为开展项目教学的主要阵地，将学生的项目实验操作作为教学的重点内容。笔者在项目教学的基础上开展单片机的实验教学时，在告知相关的操作流程和注意事项之后，就会让学生自己动手来完成整个项目的操作，从设备和材料的选择开始，到线路连接，从程序的编制开始，到程序的调试，都让学生独立完成，自己只在旁边进行必要的指导。通过这样的教学方式，学生会对单片机的学习兴趣大大提高，对单片机的结构、工作原理、系统构成等理论知识都有了一个大概认知，然后笔者再对这些例，论知识进行讲解，学生就能很好地理解教学内容。
三、结束语
综上所述，本文从传统单片机教学方法的问题开始，对中职单片机课堂进行项目教学的具体方法从两个方面进行了具体的论述。这是笔者通过自身的教学实践得出的结论，收到了良好的教学效果，可以为中职单片机的课堂教学提供借鉴意义，共同提高中职院校单片机的课堂教学效果，提高教学质量。
参考文献：
[1]何岩.项目教学法在中职计算机教学中的探索与应用[D].山东师范大学，2010.
[2]陈意定.单片机项目教学法在中职教学中的实践[J].职业，2011，08（21）：25-26.
[3]黄承斌.项目教学法在中职语文教学中的实践[J].考试周刊，2013，01（27）：28-29.
Sang Hong
（重庆信息技术职业学院，重庆 404000）
（Chongqing Information Technology College，Chongqing 404000，China）
摘要：虚拟实验室的建设是学生和学校实验需求的重要补充和学生学习及开发的重要手段。
Abstract: The construction of virtual laboratory is an important supplement of experiments needs of students and school and the important way of student's learning and development.
关键词：电子 虚拟实验室 实践实训
Key words: electronic；virtual laboratory；practical training
中图分类号：TP39 文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）32-0172-01
1虚拟实验室建设的理由
1．1 虚拟实验室：虚拟实验室是利用计算机仿真技术，在计算机上学习模拟电路、数字电路、单片机应用系统等课程，并进行电路设计、仿真、调试等通常在实验室完成的实验。以虚代实、以软代硬，即为虚拟实验室的本质。
1.2 虚拟实验室建设的必要性：电子技术、电路分析和单片机教学包括理论与实践教学，对于感知教育来讲，而实践实训教学所占比例较多，硬件投入大。在实践实训的中，需要大量的实验仪器和设备。而一般的学校或个人没有较多的经费，因此，单片机的课堂教学及实验中存在诸多问题如：①特别是单片机课堂教学以往多以理论教学为主，实验教学也多是进行验证实验。②学生实验时也存在着不少问题：学生除了上课外，平时难得有机会实践；一般单片机实验箱由于是成品,学生很难参与到其中的细节设计中去，学生动手能力很难得到训练与提高。③实验设备不足，落后，单片机实验室建立成本高，更新换代跟不上发展的需要，还会带来资金耗费严重等问题。
1.3 PROTEUS实验室：Proteus是一种低投资的电子设计自动化软件，提供Schematic Drawing、SPICE仿真与PCB设计功能，同时可以仿真电子技术、电路分析和单片机及周边设备，特别可以仿真51系列、AVR、PIC等常用的MCU，并提供周边设备的仿真。Proteus提供了大量的元件库，有RAM、ROM、键盘、马达、LED、LCD、AD/DA、部分SPI器件、部分IIC器件，编译方面支持Keil和MPLAB等编译器。采用PROTEUS仿真软件可以实现从虚拟到实际，从软件到硬件，从概念到产品的主要用于电路、单片机或嵌入式系统课程的实验实训实验室。
2实验室建设的主要目标
2.1 实验教学体系建设和实验教学内容改革的目标通过PROTEUS实验室的构建，使得实验教学体系建设和实验教学内容改革达到以下目标：①使实验内容更加全面。实验的内容包括软件部分的汇编、C51等语言的调试过程，也包括硬件接口电路中的大部分类型，对同一类功能的接口电路，可以采用不同的硬件来搭建完成，从而克服传统实验硬件电路固定、学生不能更改、实验内容固定等方面的局限性，扩展学生的思路和提高学生的学习兴趣。②降低实验室构建、运行和更新成本。③进一步提高学生的设计能力及创新能力。实验能力和实验设计能力的培养，是工科学生解决实际工程问题能力中较为重要的方面，因此，提供学生自行设计和创新性设计平台尤为重要。④培养学生的协作能力。一个比较大的工程设计实验室，是由一个开发小组协作完成的。了解和把握别人的设计意图和思维模式，是团结协作的基础。在Proteus中进行仿真实验时，所涉及到的内容并不全是学生独立设计完成的，因此对于锻炼学生的团结协作意识，是有好处的。
2.2 实验教学体系建设和实验教学内容改革的效益分析建立的新的实验教学体系，并进行相应的教学内容改革，将对教学带来以下效益：降低实验室建设投入；降低实验室运行投入；降低实验室更新投入；降低实验室设备维护投入；提高实验质量，从而提高教学质量；可培养学生的实验室设计能力，并降低学生科研投入；支持学生创新性设计；可培养学生的团队合作能力。
3本实验室建成后的特色与定位、硬件水平与国内高校同类实验室的对比分析
3.1 本实验室建成后具有以下特色：实验内容全面；硬件投入少，经济优势明显；学生可自行实验，锻炼解决实际工程问题的能力；实验过程中损耗小，基本没有元器件的损耗问题；与工程实践最为接近，可以了解实际问题的解决过程；大量的范例，可供学生参考处理；协作能力的培养和锻炼；支持网络环境，实现实验室的虚拟化和网络化，大大提供实验室的使用效率和范围。
3.2 本实验室建成后的定位：由于本系统采用虚拟软件和实物验证相结合的实验室模式，实验内容更加灵活，可根据不同学校的具体培养目标合理设置实验内容。对于以培养学生操作能力的院校，实验内容的设置可侧重于基础性实验；对于以培养学生综合性能力的院校，实验内容的设置可侧重于综合性实验；对于以培养学生创新性能力的院校，实验内容的设置则可侧重于设计性实验。综上所述，PROTEUS实验室可满足各类大、中专院校不同的实验要求。
3.3 本实验室建成后的硬件水平：本实验室建成后，实验室的硬件水平直接和软件挂钩，硬件随着软件的更新而更新。目前世界上多种主流单片机系列以及各种芯片；支持大量的存储器和芯片。总之，该软件是一款集单片机和SPICE分析于一身的仿真软件，功能极其强大，硬件库随时与更新。因此，本实验室建成后，虚拟实验室的硬件水平可与当前硬件的发展同步。
4本实验室的配置方案
4.1 独特的仿真功能，生动的仿真显示：用色点显示引脚的数字电平，导线以不同颜色表示其对地电压大小，结合动态器件的使用可以使仿真更加直观、生动；高级图形仿真功能：基于图标的分析可以精确分析电路的多项指标，包括工作点、瞬态特性、频率特性、传输特性、噪声、失真、傅立叶频谱分析等；独特的单片机协同仿真功能：支持主流的CPU类型，CPU类型随着版本升级还在继续增加；支持通用外设模型，其COMPIM（COM口物理接口模型）还可以使仿真电路通过PC机串口和外部电路实现双向异步串行通信；实时仿真支持UART/USART/EUSARTs仿真、中断仿真、SPI/I2C仿真、MSSP仿真、PSP仿真、RTC仿真、ADC仿真、CCP/ECCP仿真；支持单片机汇编语言的编辑/编译/源码级仿真，内带8051、AVR、PIC的汇编编译器，也可以与第三方集成编译环境（如IAR、Keil和Hitech）结合，进行高级语言的源码级仿真和调试。
4.2 实用的PCB设计平台：16个铜箔层，2个丝印层，4个机械层加上板沿，禁止布线层，抗蚀掩模和阻焊层；任意角元件的布置和焊盘栈；完全自动的连线（ratsnest）以及力向量生成；理想的基于网表的手工布线系统；无栅，多边形电源板；物理设计规则检测保证设计的完整性；超过1000种标准封装的元件库；Windows装置的任何输出；完整的CAMCAM输出以及嵌板工具；自动插入机器的拾取和布置文件。
4.3 自动设计：元件自动布置；基于多策略栅格的自动布线；SMT输出的特殊例行程序；在多数板上实现100%撤消以及重试；减少过孔的数目和铜膜导线的长度。
参考文献：
[1]朱清慧.Proteus教程―电子线路设计、制版与仿真[M].北京：清华大学出版社，20008.9，（13-17；144-149）.
关键词 信号检测技术；实验教学改革；自主创新
中图分类号：G642.423 文献标识码：B
文章编号：1671-489X（2014）02-0079-03
Research and Reform of Experiment Teaching of Signal Detection Technology Course//Li Fei
Abstract Based on the current problems of the experiment teaching of Signal detection technology course， experimental teaching mode has been studied and reformed. The main goal of the reform from the training objectives， the experimental teaching content， the experimental teaching methods and the experimental evaluation. Student’s comprehensive ability and capability of independent innovation have been getting a good workout.
Key words signal detection technology； reform of experimental teaching； innovation
信号检测技术是电子信息工程专业开设的一门专业基础课程。随着科学技术的发展，信号检测技术作为信息的采集技术，始终处于整个测控系统的前端位置。因此，如何进行信号的实时检测与有效传输是研究的一个热点。那么，围绕信号检测技术课程所开设的实验教学也尤为重要，合理的实验教学可以使理论知识得到进一步的巩固与加强。
1 当前实验教学存在的不足
随着科学技术的发展，对信号检测技术的要求也越来越高，当前存在的信号检测技术实验教学模式已无法满足社会的需求，逐渐浮现出一些问题。
实验教学培养方案较落后，不能适应信号检测技术的发展需求 任何一门课程的教学培养方案都应适应于社会的需求。邵阳学院目前开设的信号检测技术课程实验环节较薄弱，层次低，仍处于简单的信号采集层面[1]。那么，随着社会的发展，如何对采集后的信号进行有效的处理，或通过传输通道对后续的控制系统如何进行控制，这都是要考虑的问题。目前仍未涉及这些方面。
实验内容设置不合理 目前已开设的实验项目中大部分仍以验证性实验为主，综合性和设计性实验较少。验证性实验是指对研究对象有了一定了解，并形成了一定认识或提出了某种假说，为验证这种认识或假说是否正确而进行的一种实验。这种实验在课程中是必不可少的，可以加深学生对理论知识的理解，但在所开设的实验课程中不应占过大比例。为了加强学生的自主创新能力和综合应用能力，设计性实验和综合性实验是必不可少的。
另外，目前所开设的实验项目没有与实际的应用环境相结合，忽略了在一个完整的系统中进行信号有效采集会出现的问题。
实验教学方法与手段过于陈旧，创新性缺乏 现今的实验教学中仍存在“教师先演示，学生再操作”的实验教学方法。这种教学方法造成了学生极强的依赖心理，不愿思考，等教师演示完之后再依葫芦画瓢，以这种方式完成的实验可以说收效甚微，学生根本没有进行自主思考，完全是照搬教师的操作过程，要从自己的操作中寻找问题、解决问题更是无从谈起。这种实验方法严格来讲，学生就只学会了如何找孔插线，对实验的原理以及原理的应用都了解甚少。
实验考核方式不能体现学生的实际水平 在以往的信号检测技术课程实验中，学生的实验成绩主要通过三方面来综合考评。这三方面包括学生的实验考勤、实验操作过程和实验报告，其中，实验考勤占10%，实验操作过程占50%，实验报告占40%。这种方法虽然考虑到了实验的各个环节，但是仍无法体现学生的自主创新能力，甚至于实验报告出现一些抄袭现象[2]。
2 课程实验教学的具体改革措施
针对上述存在的问题，主要从实验教学培养目标、实验教学内容、实验教学方法和实验考核这4个方面入手，对信号检测技术课程的实验教学进行研究与改革，具体的改革内容如下。
实验教学培养目标的改革 任何一门课程的教学培养目标都不是一成不变的，它必须根据社会的需求、技术的发展来及时修订，实验教学也毫不例外。现今的信号检测技术已不是单纯的信号获取，而包含了大量的信号处理内容，如：如何采集低噪声的微弱信号，如何将采集的信号与单片机相连继而控制某个系统的运行状态，等等。所以，培养出综合而全面的新型信号检测技术人才，才是本门课程实验培养的目标。
实验内容的改革 对原有的实验内容不再以验证性实验为主，而将实验内容划分为3个层次：基础型实验、提高型实验和实际应用型实验，采用循序渐进的方法来依次完成实验的教学，如图1所示。
1）基础型实验。基础型实验重在基础，包含少量验证性实验和本门课程内部的综合性实验。
2）提高型实验。提高型实验分为两部分。
①设计型实验。这一类型的实验只提供实验任务，具体的实验内容与步骤都由学生自己设计与规划完成。如实验任务为温度的测量：学生首先可自行选择温度传感器（如热电偶或热电阻等），其次选择其他的模块（如运算放大器等）自行组合搭建完成温度的测量。这一类型的实验特别注重学生的自主思考，在某一程度上极大地活跃了学生的思维，使学生的思考、动手和创新能力都得到很好的训练。
②跨学科的综合性实验。综合性实验不单单是本门课程的综合，而要与其他课程进行综合性实验，如与单片机课程结合、与虚拟仪器课程结合。以热电偶实现测温的一个系统为例。与单片机结合的实验内容为：用热电偶采集实时温度，经A/D转换输送到单片机，单片机经过内部处理，发出指令，可进行LCD实时显示，也可实现对控制系统的控制，如温度过高、启动风扇降温等。或者，与单片机课程及虚拟仪器课程结合的实验内容为：用热电偶采集实时温度，经A/D转换输送到单片机，单片机内部处理后经串口通信输送给由LabVIEW软件编写的信号分析系统，对采集的温度信号进行实时分析，并将分析后的结果再经串口通信输送给单片机，控制相应的模块进行升温或降温处理。这种形式的实验内容使实验意义上升了一个层面，不再拘泥于单纯的信号采集，而是通过与其他课程实验的结合，完成了一个产品工程链的训练，大大提高了学生的综合应用水平和自主创新能力。
3）实际应用型实验。这种类型的实验不再进行理想化处理，而是与实际的应用环境相结合。比如待采集的信号太微弱，基本被噪声信号淹没，该如何处理？再如上述提到的热电偶实现测温系统，在实际的应用环境中，热电偶的冷端温度不是恒定的，是随环境温度变化的，比如冬天使用和夏天使用时，热电偶的冷端温度就有极大的差别，那么，在实际应用中就必须考虑一个冷端温度补偿的问题。又如温度的惯性问题，如何保证在最短的时间内使温度恒定在预期的设置参数？这些都是在实际的应用环境与企业项目开发中会碰到的问题。
因此，课程实验内容设置不能理想化，不能与社会脱节，相反，而应与实际的应用环境紧密相连，要尽量保持步调一致，时刻根据应用环境的改变而进行实验内容的重新设置。
实验教学方法的改革 打破传统的实验教学中“采用2人一组，教师先演示，学生再操作”的教学方法，更注重“以学生为主导、开放性”的实验教学方法。在这种实验教学方法中，教师不再进行实验演示，学生以4人为一小组，自行根据实验要求和实验内容完成实验，教师在整个实验的完成过程中只起到指导和答疑的作用。
此外，实验室对学生开放，不再规定学生在2学时内完成实验，学生可利用课余时间去实验室完成实验任务，这种方法大大灵活了实验完成的过程。
实验考核办法的改革 为了避免出现实验抄袭的现象，实验不再以考勤、实验操作过程和实验报告为考核的内容，新的实验考核基于现场答辩+实验报告完成情况。具体的实施方案如表1所示。
其中，由于实验中是以4人为一组，为避免出现实验都是由组内1人或2人完成的现象，在进行现场答辩时，4人必须依次进行答辩。这种新的考核办法更注重于对学生的动手能力、分析问题与解决问题能力及自主创新能力进行综合评价。
3 总结
信号检测技术在信号采集领域起到至关重要的作用，本文对信号检测技术课程的实验教学进行了探索和改革。按照课程的发展需求，以培养应用型、技术型人才为目标，分别从实验内容、实验方法及实验考核方面进行了改革，改革后的实验教学模式更加注重学生的自主学习能力，使学生真正掌握信号检测技术，并使相关课程也得到了较好的巩固与实践。
参考文献
[1]王党树.传感器与检测技术实验教学改革探讨[J].高校实验室工作研究，2012（2）：29-30.
