时间：2022-06-16 14:05:45
（重庆三峡学院 重庆 404000）
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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【关键词】创新能力；单片机教学；改革
中图分类号：TP368.1-4
随着知识经济的不断发展，企业对于综合型人才的需求更加的迫切，培养高素质的创新型人才已被确定为我国高等教育发展的根本目标。单片机课程是电子类专业的一门核心课程，具有很强的综合性与实践性特征，该课程不仅为后续课程的学习奠定基础，并且也提供了一种培养创新能力的良好手段。传统的单片机课程教学在提升学生创新能力培养方面还存在很大的欠缺性，因此，为了在单片机课程教学中强化创新能力培养，必须对传统单片机课程的教学模式进行改革。
1.教学与实践改革存在的问题
1.1教学方式有待改进
在单片机的教学过程中不少教师常常以单片机理论为教学的重中之重，实验常安排一些与实践结合不紧密的基础实验，从而难以与实践紧密结合起来；再加上一些教师强调笔试的重要性，势必造成学生失去学习的兴趣和积极性，将更多精力用于考试过关，而难以使理论知识得到实践和应用。例如循环左移和右移指令的讲解，只做理论上的推导，很难加深学生的印象，若能引入适当的EDA技术将这个循环左移和右移过程形象地展示出来，既能加深学生的印象还能提高其学习兴趣[1]。
1.2传统教学的内容问题
由于单片机教材与实际应用有一定的差距，教材中提到的理论与实物已经是几年前的市场产品或者是面临淘汰的产品，这样就会使学生接触到一些过时的知识却没有看到新的改进，从而在一定程度上影响了学生的知识面和实践能力。实验课程体系验证性实验过多、综合性、启发性实验太少，没有大型设计性和综合性实验，基本没有对学生动手实践能力达到提高和训练[2]。
1.3学生对实践和动手缺乏积极性
不少学生对单片机的实践性缺少认识，不主动参与实践和设计，他们宁愿将时间放在英语考试或计算机等级考试上，却对单片机技术的实践和操作缺少兴趣，因此培养和调动学生积极性显得尤为重要。
2.教学实践改革中的有效建议
2.1教学项目的创新设计
教学项目是课程教学内容的载体，教学项目设计的好坏直接关系到单片机课程的教学效果。为了培养学生的创新能力，笔者设计了一些创新性的教学项目，旨在为学生提供更大的创新设计空间。比如：设计智能打铃器、盆栽自动灌溉装置、自动避障小车等。这些教学项目不仅可以锻炼学生的单片机开发能力，也可以为学生提供很大的创新空间。学生在完成这些项目的基本功能后，还可以根据自己的想象力对其进行改进，使其功能更加完善。
2.2n程题目的创新设计
单片机课程设计是单片机教学的一个重要检验环节，其题目的设计对于培养和考核学生的创新能力非常重要。题目的设计和选取可以从以下几个方面入手：借鉴历届电子设计大赛的题目；从日常生活中寻找与们课堂教学相关的资源，将其改良为可行性课题；以在研的教师科研课题为蓝本，将部分研究内容作为设计制作的题目供学生练习，培养其创新能力。比如，笔者根据自己的日常生活经验，设计了智能水杯题目，不限定水杯的具体功能，要求学生充分发挥自己的想象力和创新能力，分组设计出不同功能的智能水杯。各个小组完成了不同的创新设计，有的小组设计了具有自动显示水温功能的水杯，有的小组设计了具有定时提醒喝水功能的水杯，有的小组设计了具有音乐播放功能的水杯，等等。
2.3开发单片机创新实验装置
传统的单片机实验箱内部电路固定，学生只能按照实验指导书的步骤，机械地做一遍验证性实验，无法进行创新性设计。针对传统单片机实验箱的缺点，笔者开发了一套灵活性和扩展性强、易于升级的单片机创新实验装置。其设计思路是将搭建各种不同功能单片机系统所必需的组成电路分离，设计出各个独立的功能模块，在该装置上学生可自主选择功能模块，完成创新性单片机系统的设计。另外，利用Proteus与Keil软件整合构建单片机创新虚拟仿真实验室，它可为学生提供丰富的虚拟仪器和元器件资源，为学生提供良好的创新平台。
2.4请高校研究生作有趣易懂的产品设计报告
以往常有教师向院上提出应该多请专家给学生作专题报告以拓展学生的知识面，尽管学院作出了一定的努力，然而许多国内专家总是忙于手头工作，或者因为路程问题最后不能完成这一愿望，即便有的专家过来作完报告，却也难以收到预期的效果，一些学生往往反映太过深奥，或者难于理解或者与所学知识关联不大。对此我们可以请来高校一些发表过优秀论文的研究生，利用周末过来讲解和展示他们的设计成果这些研究生往往非常乐意奉献自己的论文成果，因此讲解得较为详细具体，并且可以做到浅显易懂而本科生在具有一定理论基础情况下都能听懂。
2.5 考核方法的创新设计
通常来说考核就是对教师教学效果的检验和学生水平的测试，同时也是督促和激发学生认真学习的原因和动力。在单片机的教学与实践改革过程中，我们提出了一种注重实践能力和应用能力培养的考核方式，课堂考勤占10%，平时成绩占30%期末考试占60%。这种考核方式突出的特点是平时成绩比例较高，同时对其考核将一半的分值设定为实验成绩，并对学生在实验中的具体表现从实验态度、完成实验的情况、实践动手能力和课程设计等几方面进行量化。
3.结语
单片机技术是电子类专业的核心课程，有较强的实践性，因此学生只有在单片机开发实践中才能真正掌握其开发方法、锻炼创新能力。但加强学生的实践应用能力和创新能力并不是一件容易的事情，需要教师首先转变教学的观念，从教学的教学项目、课程题目上大胆创新，并在实验装置上下功夫，做出创新，并通过产品设计报告、以及考核方法创新的辅助，全面的提升学生的创新能力，相信在坚持不断的推进、实践和努力中，一定能在学生单片机应用及创新能力提升上有所收获。
参考文献：
【关键词】单片机 接口设计 考试 实践
【基金项目】2012年河北省高等教育教学改革研究项目（2012GJJG084）；2012年河北省高等教育教学改革研究项目（2012GJJG149）。
【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2014）01-0242-01
一、考试方法改革内容
按照石家庄铁道大学电气与电子工程学院的培养计划，与单片机相关的课程有《单片机原理及应用》、《计算机制图技能训练》、《单片机接口设计》，三门课单独上单独考。
通过整合《单片机原理及应用》、《计算机制图技能训练》、《单片机接口设计》课程，找到一种更为科学、更为合理的综合考试方法。进而提高学生的学习兴趣，让学生学会学习，提高学生的实践能力、创新精神，提升学生的综合素质，提高毕业生的就业竞争力。通过整合课程体系，提高教师的综合素质。
二、改革方法
将《单片机原理及应用》、《计算机制图技能训练》、《单片机接口设计》三门课程综合考核。在开始学习《单片机原理及应用》课程时，学生2～3人一组，选择课程设计题目，整个学期每组做不同的课程设计，学生根据自己所选课程设计的情况，自主设计实验内容，在《单片机原理及应用》课程的理论内容讲授完毕后，学生根据自己课程设计情况，设计系统原理图，利用protel软件绘制系统的原理图，板图，然后交于厂家进行加工，学生根据所设计的原理图，购买元器件，然后进行焊接，编写软件程序，最后进行系统调试。
三、改革与实践的重点
（1）调整教学内容。针对单片机原理及应用，强化学以致用的教学指导思想。
（2）灵活设置实验项目。根据课程设计内容，自主设计实验内容。指导教师也可根据自己的科研实际，给学生设计一些典型应用案例。
（3）实施过程中进行阶段性检查。为了监管进度情况，每组学生需提交阶段性报告，对这一阶段的成果进行总结，在实施过程中遇到的问题，以及解决的方法。
（4）注重引入和应用典型新技术。在教学过程中，教师应注重给学生介绍实现同一系统目标可以采用传统方案，也可以采用新方案。给学生讲解不同的技术方案，不同的系统构建方式及其优缺点，根据自己的系统实现的功能不同采用最优的技术方案。
（5）采用综合考核方法。根据学生在不同阶段对课程设计的不同内容进行考核，可分为单独实验，综合实验，系统设计，原理图及板图绘制，系统功能实现等等环节的完成情况对学生进行考核打分，最终成绩由报告、作品、答辩情况而定。把学生的课程设计放到课程网站上，形成独具特色的考核方式。
四、改革的步骤
（1）组织调查研究讨论，制定符合单片机原理及相关实践课程体系的考核方式、方法。
（2）选择有普遍性的试点班，做“单片机原理及应用课程体系考试方式改革实验班”。
（3）贯彻落实单片机原理及相关实践课程体系考核方式方法实施计划。
（4）总结讨论单片机原理及相关实践课程体系课程考核方式方法实施过程。及时总结经验教训，好的方面要保留下来，以便在后续的学年实施时进行借鉴，对于实施过程中发现的问题，讨论解决的方法，以便提高教学效果。
五、改革成果
顺利完成了三门课的教学任务；学生在独立设计、绘图、选件、焊接、调试的过程中，发现了不足，也发现了乐趣，获得了成就感，大大提高了动手实践能力，激发了学习兴趣，提高了综合素质。
电1002-2班为实验班，电1002-1班为对照班，图1为《单片机接口设计》的成绩比较，图2为《计算机辅助制图技能训练》的成绩比较。通过成绩比较可以看出，实验班的成绩比对照班的成绩都有提高。
参考文献：
[1]张震宇，周克宁等.单片机与电子技术课程实践教学模式探索[J].浙江科技学院学报。Vol.24， No.4，Aug.2012，P338-342.
【关键词】PBL教学法;单片机技术;实验教学
【Abstract】This paper analyzes the necessity of the application of using PBL teaching method on MCU technology experimental teaching， described the characteristics of PBL teaching method， especially for the putting forward of the problem has unique understanding.
【Key words】PBL teaching method; Single chip technology; Experiment teaching
0 引言
《单片机技术》课程具有较强的理论性和实践性，为了尽快让学生掌握单片机应用技术，为他们在单片机软件、硬件的开发与应用方面打下坚实的基础，为今后的就业创造良好的条件，在开设理论课程的同时，还安排了相应的实验课程。
传统的实验教学往往是预先由实验教师设计好相应的实验项目，如程序设计、I/O口使用、中断与定时器使用、显示与键盘、串行口通信、A/D等。然后由学生照本宣科地重复，完成所谓教学大纲所规定的实验，这种实验教学方法不利于培养学生的动手能力、创新能力和综合运用知识的能力，也不能进一步激发学生的学习兴趣和主观能动性，甚至出现了学生不作实验前的准备、抄袭他人程序和实验报告的不良现象，学生普遍反映这种验证式的实验教学收获不大。为了适应当今社会对电子类专业的人才需求，必须对单片机实验教学进行改革。
PBL英文全称为Problem Based Learning，即以问题为导向的教学方法，PBL最早起源于20世纪50年代的医学教育中，目前已成为国际上较流行的一种教学方法。
PBL是基于现实世界的以学生为中心的教育方式，它把学习设置到复杂的、有意义的问题情境中，通过让学习者合作解决真实性问题，来学习隐含于问题背后的科学知识，形成解决问题的技能，并形成自主学习的能力。PBL强调以问题解决为中心、多种学习途径相整合，而不只是纯粹的探索和发现，同时它强调学习者之间的交流合作，强调外部支持与引导在探索学习中的作用等。PBL教学法的精髓在于发挥问题对学习过程的指导作用，调动学生的主动性和积极性。
1 PBL教学法在单片机技术实验教学中的实施
笔者在多年单片机技术课程的实验教学中，应用PBL教学法通不断地尝试和实践，对相应的实验教学进行了一系列改革，积累了一些经验，收到较好的效果。下面以广告灯实验为例介绍一些做法与心得体会。
1.1 PBL教学法中对教师的要求
PBL作为一种开放式的教学模式，对教师自身的素质和教学技巧都有很高的要求，要求教师不但对本专业、本课程内容熟练掌握，应该熟悉教学大纲和学生的能力情况，还应当扎实掌握相关学科知识，并要具备提出问题解决问题的能力、灵活运用知识的能力、严密的逻辑思维能力。和良好的组织管理能力，要善于调动学生积极性、寓教于乐、控制课堂节奏等技巧。在单片机技术的实验教学中，教师要适时的提出问题，且对于学生经过讨论没找到思路或者无法解决的问题要给予指导。同时需要记录学生在实验中的表现结合实验报告给出相应的成绩。
1.2 问题的提出要密切联系实际并能引起学生的兴趣
问题的产生可以是学生自己在生活中发现的有意义、需要解决的实际问题，也可以是在教师的帮助指导下发现的问题，还可以是教师根据实际生活问题、学生认知水平、学习内容等相关方面提出的问题。如原广告灯实验（见程序）中只有简单的查表程序和软件延时这两个知识点，并不能满足现实生活中的各种广告灯设计的实际需要。因此问题自然而然的要提出来了，需要设计设么样的广告灯、需要哪些功能、通过哪些手段可以实现等等。
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MAIN： MOV DPTR，#TAB
MOV R5，#10H
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LOOP： MOVC A，@A+DPTR
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ACALL DELAY
ACALL DELAY
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DJNZ R5，LOOP
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TAB： DB 0FEH，0FDH，0FBH，0F7H，0EFH，0DFH，0BFH，7FH
DB 0FFH，7FH，0BFH，0DFH，0EFH，0F7H，0FBH，0FDH
END
1.3 问题的提出要围绕课程大纲
实验的目的最主要的还是让同学们熟练掌握单片机的基本编程和调试方法，熟练掌握课程大纲所要求的知识能力、动手能力。如在广告灯实验中，可以提出如果要设计流水灯除了用查表的方法外还可以有什么方法？必要时可以告知用环移指令的方法。广告灯中的闪烁时间如何控制？除了软件延时还可以用定时器定时。这样在广告灯实验中就能把定时器试验结合在一起来完成。
1.4 问题的提出要循序渐进
一个宏大的工程是由若干个小的工程构成，同样一个综合性的设计实验也可以由多个问题组成。问题的提出应该循序渐进，从最基本、最简单的问题开始，逐步拓展，最终能解决一个大问题。这样的过程，学生不仅在其中锻炼了能力，还找到了逐步解决问题的的乐趣。如广告灯实验中可以依次提出如下问题：1）流水灯如何实现？2）延时时间控制在1S用软件延时怎么实现？3）用定时器来实现1S定时。4）加入开关控制，实现不同广告灯效果。5）用键盘控制实现不同广告灯效果。6）广告灯闪烁的同时播放音乐。在这个广告灯实验的过程中，学生不仅练习了查表程序、环移指令、软件延时、定时器定时、开关量输入、键盘输入、分支程序等知识点，更在这个过程中实现了有特色、有个性的使用广告灯的设计，体会到了成功的喜悦，增强了自信心。
1.5 改变实验评价方式，增加学生积极性
实验教学同理论教学一样，是整个教学的重要组成部分。以往在成绩考核中，笔试成绩占主要部分，而实验成绩只是与平时成绩一起考核，且占整个成绩的很小比例，这样，学生对相关实验不会引起足够的重视，从而带来很大的负面影响。例如，有相当一部分同学在后期的专业课程设计和毕业设计中，不能独立地完成相应的实验。为此，须对当前的考核模式也进行改革。
首先，随着课程改革实验课时的增加，必须加大实验成绩在整个课程成绩的比重，占总成绩的50%。同时，实验成绩合格与否，作为学生具备笔试资格的必要条件，若实验成绩不合格，则取消其笔试资格。
其次，由于学生的水平不一致，导致对实验中所提出的问题不是都能解决，这就要求调整考核方式，不能给一个绝对的标准，对于解决了基本问题的学生可以给出实验成绩的80%，而对哪些动手能力强，解决问题能力突出的同学酌情加分，最高能给满分。
2 结语
在多年单片机技术实验教学中，学生普遍反映PBL教学法提高了了学生的学习兴趣，激发学生的学习积极性、主动性，增强了创新能力和综合素质，并在实验过程中提高了对自己的自信心和对所学专业的认可度。
【参考文献】
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[4]李颖.中学信息技术PBL教学法中的问题设计研究[J].山东师范大学，2012.
【关键词】大学生电子设计大赛单片机实践教学改革
【中图分类号】G【文献标识码】A
【文章编号10450-9889（2013）03C-0032-02
由教育部高等教育司和信息产业部人事司共同举办的全国大学生电子设计大赛，其参赛的规模和对社会的影响力不断扩大，现在发展为每两年一次，逢单数年举行。由此可看出大学生电子设计大赛越来越得到重视，并且社会的认可度越来越高。大赛的目的是为了促进高校相关课程体系以及授课内容的改革，提高高校的素质教育质量，培养大学生的创新意识与动手能力、团队合作精神。所以大学生电子设计大赛不仅有利于锻炼学生对具体方案进行电子设计制作的能力和创新能力，同时也有利于促进实践教学的教学内容、教学模式、考核机制等方面的改革，使实践教学更加符合社会科学发展的需要。
一、大学生电子设计大赛对高职单片机实践教学改革的推动作用
以往的单片机综合应用课程都在大三才开展，而参加电子设计大赛的选手大多是刚升人大三的学生，他们刚学习单片机原理、数字电路和模拟电路等相关课程，但是所学的各门课程相对独立，并没有综合在一起。这样学生往往缺乏相应的大规模应用电路设计经验，难以在大赛中取得好成绩。对此，可以在大二第二学期开设单片机综合应用选修课，给学生提供更多的锻炼机会。在这门课中，根据比赛的流程，按照电路设计制作、调试、撰写实验报告步骤对学生进行训练。可见，大学生电子设计大赛贵单片机实践教学改革能够起到积极的作用。此外，大学生电子设计大赛对教师实践教学中教学方法的改善以及教学水平的提高都有很大的促进作用，因为几乎所有学校的电类专业学生都会参加这项比赛，比赛的成绩在一定程度上反映了学校的教学水平，这就大大调动了参赛学校及教师改善实践教学的积极性。
二、高职单片机实践教学存在的问题
大学生电子设计大赛采用“半封闭、相对集中”的组织方式，统一命题，时间为4天3夜。每队参赛选手下载大赛试题后，在规定时间可以通过网络查阅相关资料，制订设计方案，设计并制作相应作品。最后需要提交作品实物、设计报告、测试报告等相关材料。大学生电子设计大赛检验了学生的综合素质，同时也暴露了高职单片机实践教学中存在的问题。
（一）学生获取信息的能力不高。在大学生电子设计比赛开始时，学生面对设计题目，需要先审题，从题目要求中获取信息，结合自己的知识面，选择适合自己的题目。但是学生往往理解题意不够深切，不能从题目中获取有效信息，不能理解出题者的意图。确定题目后，就开始进入比赛的设计阶段，参赛选手可以通过网络查找需要的资料，但是很多参赛学生不清楚从何处查资料，不懂得下载芯片使用说明书，缺乏获取对比赛有用信息的能力。这是因为平时的实践教学没有加强这方面的训练。
（二）学生的知识不够全面。大学生电子设计大赛是一项综合性的比赛，对学生各方面的要求比较高。但是学生在基础知识方面得分不高，对知识掌握不够全面。这与平时的实践教学有一定的关系，很多教师在实验课中，没有做到理论与实践有机结合，致使学生只是机械地完成实验，对实验知识目标、能力目标以及素质目标不清楚；也没有实现举一反三，让学生达到以点到面的学习效果。
（三）学生设计的报告质量较低。在大学生电子设计比赛结束后，每队参赛成员需要提交设计报告。从多次比赛结果来看，学生设计的报告质量比较低，格式不规范，语句不通顺，电路设计没有理论分析以及相应公式推导。这体现了平时实践教学中对学生的实验报告要求不严，没有按照一定要求规范编写。
（四）学生的创新能力不强。学生除完成比赛试题的基本要求外，很少有创新。究其原因，是因为平时的实践教学内容陈旧、形式比较呆板、方法单一，没有从培养创新精神和实践能力的角度出发，培养基本功扎实、知识面广、富有竞争意识的高技能型专门人才；在实验教学中过多强调共性训练，没有根据单个学生的特征，有针对性地开展个性训练。在训练学生的理性思维的同时，应加强学生非理性思维方面的训练，因为加强学生的非理性思维对创新能力的培养是非常重要的。
三、大学生电子设计大赛导向下的高职单片机实践教学改革
在大学生电子设计大赛的导向下，高职单片机实践教学应加强以下方面的改革：
（一）加强单片机实验室的建设。大学生电子设计大赛是对学生综合能力和创新意识的检验，但目前的实验室在很大程度上制约了学生的发展。大学生电子设计大赛比赛的时间长，学生需要在竞赛场地内完成全部工作，而高职院校目前的实验室大多是“封闭式”的，所以建设开放性的实验室显得尤为重要。由于近几年的比赛试题跟社会科技发展主题密切相关，比如增加了环保、节能等方面内容。这些试题融合了当前的前沿知识和先进的芯片技术，这需要及时更新实验室设备，使学生在平时的实验、实训中有更多机会接触这方面的知识。
（二）加强教学内容和教学方法的改革。根据社会和企业发展需要，应优化单片机实践教学内容。把现有的教材中一些过时的、过于理论化的内容删掉，增加一些跟生活密切相关的以及与当前先进技术相关的实验。多增设一些综合性的实验项目，减少一些验证性实验。采用循序渐进的步骤，实验由易到难。每次实验内容分基本部分、发挥部分，重点指导学生完成发挥部分，并引导学生采用多种方法完成实验。
在单片机实践教学中，采用任务驱动、项目导向的实践教学模式。在单一的实验课教学中，以学生为中心，按照学生接受任务、学生自学、学生提问、学生观摩、学生训练、学生评价这六个步骤完成教学项目，如图1所示。最开始由教师根据教学内容和培养目标，设计实践教学项目，向学生布置教学项目后，学生通过课外自学，查找相关资料。这一环节可以培养学生的信息获取能力。学生在经过课外自学后，会有很多疑惑，在提问阶段进行师生互答，回答完学生的疑问后，学生观摩教师的演示，理解项目的实施过程。然后让学生分组训练，根据完成情况学生互相评价，最后教师对本次任务进行总结，布置新的任务。
对于综合性的实验、实训，按照电子设计大赛的竞赛流程，教师布置综合实验项目后，学生分成3人一组，采用信息、计划、确定、实施、检验、评估六步法进行项目的实施，如图2所示。在这类综合实验中，学生的自我发挥空间更大。在接到教师的任务后，学生自己独立收集制订项目计划以及项目实施所需要的资料，然后根据项目要求制订切实可行的计划。为了提高项目的成功率，教师对该计划进行总体把关，分析其是否可行，并分析项目的关键点以及难点。接着学生按照项目计划独立完成项目，再按要求独立检验项目完成情况，进行自我评价。最后教师同学生对每组的结果进行评估，并对项目进行总结。
关键词：电子技术专业教学内容连贯性知识整合
1引言
电子技术专业是以现代电子设备及通讯信息系统为主要方向，掌握电工电子技术、信息控制技术等专业知识的一门学科。电子技术专业主要涉及的课程包括电工原理、电子线路、模拟电路、数字电路、高频电路、微机原理、控制技术、通信原理等[1-3]。目前的教学方式基本上采用单课程单教师模式，教师只针对自己负责的课程，完成教学大纲任务，学生掌握本门课程的知识点，并进行实践运用。这样一来往往学生会把每一门课程当作一个个独立的个体，容易犯“学过就忘”的问题。若将每一门课程串联构成一个完整的体系，将有利于学生对电子技术这一专业的整体认知学习。本文以电子线路技术、微机原理与接口技术、电子设计自动化技术、电子综合设计四门课程为例，结合教学实例，谈谈如何实现电子技术专业连贯性教学的问题。
2教学过程连贯性
2.1电子线路技术
航空工程类电子技术专业学生在大一下学期或大二上学期便开始接触电学类的专业基础知识，如电学基础、模拟电路、数字电路。在有一定的专业基础知识后，开始接触电子线路技术这门课程，电子线路技术这门课程主要涉及基本电子元器件的特性、用法、性能检测和电路设计方法[4]。学以致用是学习的根本也是最终目的，因而在掌握课程知识点后会紧跟有实际操作设计电路。根据课程知识内容设计了“飞机起飞30秒计时器设计”、“飞机尾灯显示控制电路设计”、“机场信号灯循环控制电路设计”等多组题目的电路设计，并将学生分组，协作探讨完成电子线路设计任务。以“飞机起飞30秒计时器设计”为例，要求学生设计一个飞机起飞30秒计时器，具有30秒计时功能。设置外部操作开关，具有直接清零、启动和暂停功能。计时器为30秒递减计时器，其计时间隔为1秒，数码显示器实时显示，计时器递减到零时，发出光电报警信号。要求学生：1）拟定设计方案，画出原理框图；2）设计单元电路，画出逻辑电路图；3）设计总电路原理图；4）撰写课程设计报告。“飞机起飞30秒计时器设计”需要学生掌握模拟电子技术和数字电子技术，所以设计的本身既是对电子线路技术这门课程知识点的考察，又是对模拟电路、数字电路这两门课程的回顾。采用555构成的多谐振荡器产生周期1.0秒脉冲，74LS192芯片计数，192芯片8421码计时，4511芯片译码推动LED显示。计时器设计启动和暂停/连续计数功能，实现断点计时，当计时器倒计时为零时，会发出光电报警信号。飞机起飞30秒计时器采用模块化结构，主要包括计时模块、控制模块以及译码显示模块。在设计计时器时，指导学生采用模块化设计思想，使设计起来更加简单、方便、快捷。学生在熟练掌握电子线路器件知识的同时，还要会运用proteus仿真软件进行仿真验证设计线路的准确性，掌握知识，提高技能，又会在仿真过程中排除故障，达到电子线路技术这门课程的教与学的目的。对学过PCB设计与制作技术这门课程的学生，设计亦要利用protel完成SCH原理图的设计，从而完成课程之间的链接，使得电子线路技术这门课程与之前所学诸多课程连贯性交叉网状衔接，达到学生连贯性学习运用知识的目的。
2.2微机原理与接口技术
在大二下学期的时候，民航类航空工程电子技术专业普遍会开设微机原理与接口技术或者单片机及嵌入式微机技术这门课程，主要介绍微机系统的原理以及语言程序设计。学生在了解了微处理器结构、存储器、CPU接口、输入输出以及常用的微机接口电路后，最主要的是运用单片机进行汇编语言或C语言的程序设计，进而实现某种功能[5-6]。为了达到学以致用的教学目的，在课程的后期添加了实际操作部分。实现“飞机起飞30秒计时器设计”、“飞机温度仪设计”、“机场流水灯设计”、“多功能电压检测仪”等设计功能。同样以“飞机起飞30秒计时器设计”为例，此时无需多谐振荡器产生脉冲和74LS192芯片计数，只需学生采用C51单片机编写C语言程序，实现计时器功能。本部分设计主要考察学生对C51编程定时器、中断服务的运用，以及数码管赋值显示。数码管赋值前需提醒学生查看原理图中数码管的链接方式是共阳极还是共阴极，以及区分段码和位码的赋值，从而正确显示计数数值。同样需要设计单片机外围电路图，利用protel完成SCH原理图的设计，运用proteus仿真软件进行仿真验证，并完成课程设计报告。有实验条件的学校，还可以下载到单片机开发板上进行功能验证。同电子线路技术这门课程相比较，可以发现，完成同样的任务，采用了不同的设计方法和思路，但又有相同的部分，如数码管显示部分的设计，proteus仿真工具的运用等。两门课程之间很好地做到了连贯性教学，使学生既对先前学到的知识进行了回顾，又比较了新的设计思路与先前的设计思路的不同，连贯性的教与学得以体现。
2.3电子设计自动化技术
电子设计自动化技术也就是通常所说的EDA技术，航空工程电子技术专业会在大三上学期开设这门课程。电子设计自动化技术主要让学生了解CPLD／FPGA基于硬件描述语言和原理图的基本开发流程，并利用VHDL语言完成小规模数字系统设计开发或底层模块设计。同样，可以采用实际操作练习，实现连贯性教学，提高学生的动手操作能力。设计了“机场电子时钟设计”、“机场交通灯控制器的设计”、“飞机起飞30秒计时器设计”、“数控脉冲宽度调制信号发生器”、“五相十步步进电机脉冲分配器设计”等多个实际操作题目供学生练习。还是以“飞机起飞30秒计时器设计”为例，同样还是实现30秒的计时显示，并附加有清零、装数、启动和暂停/连续等多种功能。不同的是，在EDA设计中，需要学生选择适当的CPLD/FPGA芯片并设计相关电路，利用VerilogHDL语言设计计数器程序，并在QuartusII仿真环境下验证相应设计功能。利用protel完成SCH原理图的设计，并完成相关设计报告。飞机起飞30秒计时器的设计采用HDL语言生成74LS161作为分频器，然后和74LS192递减计数器，74LS48七段码显示器分别组成从30到00的递减功能并显示，且在为00的时候报警器工作。控制模块是由防抖动开关，控制清零、暂停、启动的按键组成。计时器的设计采用自上到下的设计思想，使设计的思路更加清晰，也更加便于功能的仿真。显然，电子设计自动化技术与先前学习的电子线路技术、微机原理与接口技术两门课程达到了三门课的连贯性教学，使得教学内容连续，知识点连续，进而使得学生对电子技术专业整体知识完成衔接，达到连贯性教学目的。
2.4电子综合设计
在学生掌握一定的电子技术专业知识后，在大三下学期或大四上学期会开设一门综合性电子设计相关课程电子综合设计。该课程是对先前所学知识的综合和扩展，仍然沿用连贯性的教学思路。可针对民航学生设计如下实际操作题目：“可程控飞机温度监测系统”、“可程控飞机起飞30秒计时器”、“基于LCD液晶显示的机场多功能数字钟”、“带温度显示的多功能机场数字钟的设计”、“太阳能供电的飞机测速装置”等。以“可程控飞机起飞30秒计时器”为例，继续沿用之前设计思路，以单片机AT89C52为控制中心，数码管显示计时，同时利用VB或LabVIEW编写上位机程序，RS232串口通讯，实现上位机计时器的显示，以及对下位机单片机的控制。综合电子设计除了需要考察学生对下位C语言的编程能力，亦考察了学生上位机程控界面的设计能力。通常要求学生采用LabVIEW编写程序控制界面。虚拟仪器技术在高校教学方面发展迅速，采用可视化图像编程，可让学生快速上手，采用模块式编程方式，可让学生对各部分精确把握，进而增强整体编程效果，达到一定设计要求。要求学生选择合适的元器件，焊接最小系统开发板，并调试设计程序，完成设计报告。在微机原理与接口技术这门课程的实操部分已经完成部分C语言程序的开发，学生只需要添加通讯控制模块，但又要修改已有程序，使其完成设计要求。这更符合工作单位的工作模式，一项程序的开发都是在已有的工作基础上进行扩展或更改。同样，课程智能化设计技术这门课程的设计也提高了学生对于上位机界面设计的能力，学习了新的知识点。可见，连贯性教学在电子技术专业是可实现、可操作的。
关键词：单片机系统；综合实践课程；实践教学
abstract: single-chip system design is a practical application and have a strong curriculum. in order to fully stimulate the creativity of students so that students are familiar with single-chip application system and development process, to master the single-chip design and development of the principle, we created an integrated single-chip system design practice courses. this article describes the practice of integrated curriculum implementation plan, gives a typical example of the design. after several years of teaching practice, this course has been a good teaching results.
key words: single-chip system; the practice of integrated curriculum; teaching practice
1 前言
单片机系统设计是一门实践性、应用性很强的课程。传统的单片机系统设计实验教学，具有：①实验应用机会少；②缺乏具体的实验教学内容和完善的考试、考核方法；③验证性多，创新性少；④实验教学内容与实践应用脱节的弊端[1]。这样的教学模式和方法，很难让学生完全掌握单片机系统设计的基本原理和开发方法，更不用说培养学生的创新能力。因此，为了培养和训练学生具备独立设计简单的单片机应用系统、编写系统控制程序的能力和技能，激发学生的创造力，我校在学生完成了《单片机系统设计》的理论课和汇编程序设计、七段数码显示、键盘扫描、ad转换、串行通讯等实验教学后，特开设了为期2周的综合实践教学环节。此教学环节让学生完成一个单片机系统的设计、开发、调试的完整过程，整个综合实践教学环节完成后，学生对单片机系统的学习和应用兴趣更浓了，而且具备了自行设计、开发简单的单片机系统的能力。
2 任务与要求
利用伟福lab6000系列单片机仿真实验系统构成简单实用的单片机系统，要求如下：
（1）充分应用mcs-51系列微处理器和伟福lab6000系列单片机仿真实验系统所提供的硬件资源，自由选题实现一个简单实用的单片机系统。
（2）要求具备必需的人机接口。
（3）可以选用汇编或c51语言进行控制程序开发。
设计的系统性能如下：
（1）系统运行稳定，具有一定的抗干扰和故障自测能力。
（2）系统设计安全可靠，具有出错报警和应急关闭能力。
（3）系统精度达到一般民用品的基本要求。
（4）人机接口界面友好、直观、操作简单。
另外，我们提供了一些选题供学生拓展思路，主要有：
（1）出租车计价器。
（2）温度控制系统。
（3）可编程交通灯系统。
（4）pwm电机调速系统。
（5）数字温度计。
（6）数字频率计。
3 设计范例
3.1 pwm电机调速系统
pwm电机调速系统如图1所示，系统包含电机驱动电路和测速电路，两者构成闭环系统。电机驱动采用脉宽pwm调压电路，测速电路的核心部件是霍尔元件。
图1 pwm直流电机调速系统原理图[2]
霍尔元件是一种磁传感器。用它可以检测磁场及其变化，可在各种与磁场有关的场合中使用。在外磁场的作用下，当磁感应强度超过霍尔元件导通阈值bop时，霍尔元件输出管导通，输出低电平。若外加磁场的b值降低到brp时，输出管截止，输出高电平。在直流电机的转盘上粘贴着一枚小磁铁，霍尔元件安装在转盘附近，每当磁铁靠近霍尔元件时霍尔元件导通，输出低电平，远离时霍尔元件截至，输出高电平。这样，直流电机转动一圈，霍尔元件就会输出一个脉冲，通过这个原理能够测出电机的转速。
pwm是单片机系统中常用的模拟量输出方法，通过外接的转换电路，可以将脉冲的占空比转化成电压。直流电机的转速和驱动电压呈近似线形关系，改变脉冲的占空比，就可以改变直流电机的转速。
系统结构图如图2，闭环工作时，测速电路测得的转速和给定的转速相减获得差值e，根据差值e运用pid增量控制算法获得控制量，即占空比，通过mcs-51的口线输出给定占空比的脉冲，再通过转换电路转化成电压来驱动直流电机。系统控制算法采用增量型pid控制算法，如果k时刻电机当前转速是y(k)，给定转速是r(k)，pid控制器输入信号为e(k)，输出信号为u(k)，则离散的pid递推算法如下：
图2 pwm直流电机调速系统结构图
3.2 数字温度计
数字温度计的核心电路——温度传感器调理电路如图3所示，温度传感器采用负温度系数的热敏电阻（ntc），ntc的阻值随着温度的上升而非线性下降，具体温度-阻值特性为
（4）
式中，rt 、 rt0是温度分别为t、t0 时的电阻值；b为负温度系数热敏电阻的材料常数[3]。
固定电阻和ntc组成的电阻桥输出电压随ntc阻值的变化而变化，这种变化经过差动放大器的放大后送给ad转换器转换成数字量，具体转换遵循以下公式：
(1) 电桥输出电压u
（5）
(2) 差动放大器输出电压 u'（一般r7=r8，r9=r10）
图3 数字温度计原理图[2]
一般情况下，会事先根据ntc的温度-阻值特性计算出一张温度-阻值对应表。根据ad转换的数字值逆运算获得当前ntc的阻值，再根据ntc的温度特性表运用分段查表和表项间线性运算就可以获得当前温度值，把当前温度在输出设备（如七段数码管、lcd）上显示出来就构成了完整的数字温度计。本范例也可在其他温度测量的系统中应用。
3.3 出租车计价器
出租车计价器是一个较实用的设计范例，它的结构如图4。出租车计价器包含里程测量电路、实时时钟电路和人机接口。
出租车计价器里程测量的核心部件是霍尔元件，具体电路和图1的测速电路一样。在轮胎的转轴上粘贴了6个小磁铁，轮胎转动一圈，霍尔元件就会输出6个脉冲，对脉冲进行计数就可以获得轮胎转动的圈数，圈数乘以轮胎的周长就可以获得车辆行驶的里程数。
图4 出租车计价器结构框图
一般情况下，出租车白天和晚上的里程单价并不一样，因此需要一个实时时钟来获得当前时间。ds1307是一个i2c总线的实时时钟（rtc），在外部电池的供电下，它能提供高精度的年月日时分秒bcd码时间。另外，它还包含56字节的非易失性sram（nv sram），可以用来保存系统的设置信息。
显示设备可以采用七段数码管或lcd，用来显示当前时间、行驶里程数、里程单价、和行驶
里程价格等信息。还需要少量的按键或矩阵式键盘用于输入里程单价、开始计价、清零、时间设置等操作。
4 实施过程
4.1 根据任务与要求进行总体规划与设计
这个过程包括：
⑴ 课题选择。
⑵ 硬件模块的选择和设计。
⑶ 软件整体流程的设计。
⑷ 查找各种所需资料。
综合实践课题题目是不是新颖，是不是能够激发学生的创造性和好奇心，直接影响学生实验的积极性，有的学生觉得做实验非常无聊，就是因为他们的好奇心和热情没有被激发起来。而集知识性、趣味性、创造性于一体，能应用所学知识解决具体问题的综合实践课题，是本综合实践的最大亮点，也是本教学环节区别于其他教学环节的标志。我们要求学生思考在实际生活中能应用单片机系统技术能解决的具体问题，并且考虑伟福lab6000系列单片机仿真实验系统所能提供的硬件资源，选择一个有自己特色、能在两周内独立完成的题目，题目要求新颖，鼓励创造性的思维，并且能解决实际生活中的具体问题。
受限于实验条件，硬件设计无法完全按照单片机系统设计的一般方法和标准步骤来实施。在教学过程中，我们要求学生可以根据伟福lab6000系列单片机仿真实验系统所提供的硬件资源自主地完成硬件部分的理论设计，也可以不完全局限于此实验平台进行理论设计。理论设计完全遵循单片机系统设计的一般流程，学生自己查阅资料，设计硬件电路图。指导老师对硬件部分的理论设计进行评审后，再根据具体的实验平台指导学生完成课题。
软件设计可以采用汇编语言或keil c51高级语言开发环境来实现，这两种软件开发环境是当前mcs-51系列单片机系统开发的主流环境。根据学生选题的特点，指导学生选择较为容易实现的开发环境。
4.2 根据总体规划实施软硬件的开发与设计
这个过程包括：
⑴ 硬件连接。
⑵ 软件编程。
⑶ 软硬件联调。
在这一过程中主要培养学生的硬件设计能力、编程能力和积累软硬件调试经验，熟练掌握单片机系统中人机接口的设计、控制算法设计、硬件驱动程序设计，体会理论与实践之间的差别，对单片机系统的设计与实现由理性认识转化为感性认识，激发学生的求知欲望，锻炼学生克服困难解决问题的能力。
4.3 交流总结
在2周的综合实践中抽出一天时间让能力较强的学生陈述他的设计思想和设计过程、设计中的难题和解决方法以及自己的心得体会。让进展不顺的学生提出他在设计中没能解决的难题，全班同学共同讨论，集思广益，找到解决问题的方法。这样可以使学生互相学习，取长补短，拓宽知识面，活跃思维，能在以后的工作和学习中更好地完成任务。
4.4 完成实践报告及验收评分
最后两天是综合实践报告的完成阶段，在进行了两周的综合实践以后有必要好好地总结一下，把自己在综合实践中所学到的知识以文字的形式表述出来，这样更有助于水平和能力的提高。
实践报告完全按照毕业论文要求书写，包含中英文摘要、设计任务与要求、系统结构及工作原理、主要单元电路的设计过程、控制软件的编写及调试、测试数据及调试中故障分析、收获和体会、参考文献等部分。要求学生重点讲述清楚故障分析和收获体会。
综合实践成绩由平时表现、实践报告、设计成果、创新点4部分组成，成绩构成比例是2：3：4：1[4]。
5 效果
经过几年的教学实践，单片机系统综合实践教学环节取得的效果主要体现在以下几个方面：
（1）让学生掌握了单片机系统设计的一般原理及其基本的实现过程，实现了从理论向实际的迁移，强化了学生所学的知识。
（2）让学生掌握了单片机系统硬件、软件设计的基本方法，具备了软硬件相结合的系统设计的基本能力和调试经验。
（3）本综合实践的课题真实性很强，让学生经历了单片机系统设计的全过程，提高了学生的研制开发能力和创新能力。
（4）本综合实践涉及到多学科、多知识点，是计算机软硬件知识的大综合。经过综合实践，学生运用所学知识分析解决问题的能力有了较大的提高，完成了多学科知识的融会贯通。
参考文献
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关键词：教学法；单片机；项目设计
Teaching of project design in the application of SCM courses
Zhang Yujun， Li Yudong， Wang Xiaowei
Henan Polytechnic University， Jiaozuo， 454000， China
Abstract： The paper analyzed the problem of students’ pool ability according to the teaching process of SCM in college， and proposed reform program on the basis of basic experiment projects and comprehensive experiment projects， and described the process of project selection and implementation methods， and established the project design teaching as the core. In the teaching system emphasizes training model of student-centered. The teaching of project design combined theoretical teaching and practical teaching， and improved the quality of teaching and teaching efficiency， and created the conditions to improve their engineering quality and innovation.
Key words： teaching； SCM； project design
单片机应用技术课程是高校电子信息类专业的主干课程，也是多年来的“问题课程”。在教学过程中反映出课程内容抽象、逻辑性强、与其他课程关联度大等特点。教学过程极易陷入难教、难学的恶性循环[1]。随着集成电路技术和软硬件技术的飞速发展，单片机应用技术课程的内容与教学方法都发生了很大变化。如何充分利用多种开发工具和仿真软件，掌握单片机的综合运用能力，是单片机课程教学中面临的新挑战。笔者依据教学过程中存在的问题和多年教学经验进行深入探讨，提出了“项目设计”教学法的新思路，以提高单片机类课程的教学质量和效率。
1 传统单片课程机教学中存在的问题
目前，在部分高校单片机课程教学中，普遍存在以下几方面的问题：
（1）教材结构不合理。多数单片机教材内容主要是依照单片机硬件结构、指令系统、汇编语言、系统接口技术顺序编写，注重了课程的学科性与系统性，但未考虑学生的认知特点，从而影响了学生的学习兴趣。而课程的教学过程也是以教材为主线，先介绍单片机的硬件结构，指令讲解和软件编程，然后是单片机的扩展和器件应用，最后是应用实例。这种教学方式使学生对复杂的电路和抽象的指令缺乏了解，从而产生难学、厌学的情绪[2]。
（2）部分教材较为陈旧，所介绍知识与实际应用不符。在部分单片机教材中，还介绍74LS273/373锁存器、74LS244/245总线驱动器、8279键盘显示器件等，这些器件在单片机的开发中已很少应用。而一些新型单片机，如支持在线编程的AT89S系列单片机，支持串口编程的STC系列单片机，32位CORTEX-M3核心的单片机，特殊功能单片机（具备语音，A/D，D/A，抗干扰，SPI扩展等）被广泛应用[2]，但这些单片机和电路在目前课堂教学中很少涉及，从而影响实际教学效果。
（3）理论教学与实践教学严重脱节。在教学形式上，单片机教学多以课堂教学结合少量验证性实验教学为主。在教学过程中，则是先理论后实践，或者理论与实践分阶段交叉进行，这种教学方法使理论教学与实践教学严重脱节。全部教学活动结束后，许多学生也未能真正了解单片机应用及系统开发过程，不会使用调试工具，不会使用开发工具，无法掌握单片机系统开发的方法[3]。
（4）教师队伍中缺乏高素质工程人员。长期以来，教师受传统教学模式的影响，重视理论教学，轻视实践教学。使得在工科类专业课程中，教师对提高工程素质认识不足，使得教学活动缺乏技术性、实用性和工程实践性[2]。所以才出现将单片机课程教学演绎为以单片机为蓝本的微机原理课程教学的误区，这种纸上谈兵的教学模式使许多教师在技术应用能力、工程实践能力和科研开发能力上有缺失，致使单片机课程教学活动无法适应当今对技术人才的需求，难以培养出具有应用能力、开发能力和创新能力的高素质人才。
2 项目设计教学法的实施方案
2.1 项目的确定
单片机类课程是实践性很强的课程，项目设计教学法则是将实践项目与理论教学紧密联系起来，提高学生实践能力与理论知识水平的方法，合理的实践项目保证了教学效果。在教学过程中，综合考虑学生的培养目标和培养方案，以单片机课程的各知识点为依据，制定出合理的实践项目。这些项目既能与理论相联系，又能保留一定的发挥空间。在项目设置时，为了提高学生的兴趣，则围绕日常电子设备由浅入深，由易到难，设置10个实践项目（见表1）。这些项目之间紧密联系，并能逐渐增加新的知识点，最后达到课程教学的目的。
另外，实践项目都需教师先期试做，在学生进行实验之前先进行演示，让学生明确目标，也对项目有全面的了解。便于学生顺利地完成实验任务。
表1 单片机类课程的实践项目
2.2 项目的实施
项目设计教学法的实施主要分为项目确定、项目实施和项目总结3个过程。
2.2.1 项目确定
在项目确定过程中，将学生分成2～3人一组，由学生根据所学知识选择项目（项目1～6各选做1个，项目7～10则为选做）。选好项目后，教师根据项目任务、目标及相关知识点进行讲解，让学生了解项目中的知识点和难点。最后学生根据实践项目进行资料查阅、小组讨论，提出合理的设计方案。
2.2.2 项目实施
在项目实施中以倒计时交通信号灯的设计为例说明项目设计教学法的实施过程。
（1）教学目标：要求学生根据所学知识，设计出交通信号灯控制电路，编写相应的控制程序，完成硬件连接和系统调试，达到控制要求；并撰写设计报告。
（2）项目描述：利用单片机及相关器件设计一个倒计时交通信号灯。
①基本要求：信号灯分东西、南北两组，分别有红、黄、绿3种颜色，并由LED显示倒计时。具体控制要求：南北方向绿灯亮30秒后，黄灯闪3秒，红灯亮；同时东西方向红灯亮30秒后，黄灯闪3秒，绿灯亮，循环点亮。②创新部分：倒计时调整和路口紧急通过功能。
（3）实施过程：利用实验室的设备设计调试出倒计时交通信号灯。
①硬件设计。学生根据项目要求设计出合理的电路，并根据电路在实验箱上进行连接，完成系统所需电路，这是项目实施的重点。硬件设计不仅能考查学生的动手能力，还能考查学生使用仪器设备（万用表、示波器等）的熟练程度。在此过程中，教师引导学生正确使用仪器设备，为硬件设计提供帮助，也为今后发展打下坚实基础[3]。②控制软件设计。教师引导学生进行模块化软件设计，依据项目要求将软件分为几个相对独立的子程序，最后形成合理、高效的软件结构体，这是项目实施的另一重点。通过软件设计培养学生独立思考、分析问题、解决问题和创造性思维的能力。③系统联调。在各模块设计完成后，对软硬件进行联调。调试中，引导学生分析问题、解决问题，不断地进行软硬件调整，实现分析问题修正错误再分析再修正成功的过程。通过反复调试实践，学生的自信心和创造力得到进一步提升，他们的综合能力在潜移默化中提高。
2.2.3 项目的总结验收
项目总结验收是项目设计教学法的重要环节。
首先，学生进行自我评价，写出项目实施的任务、目标、方法、手段、结果以及收获和体会。然后，教师根据项目评价标准对学生作品的工艺、完成情况、评价报告等材料做出评价，评出优劣。项目评价标准为：完成时间（10%），完成效果（工艺10%，基本30%，创新10%，答辩10%，报告20%），综合表现（10%）。通过这种评价可以发现不同学生的长处和缺点，针对缺点引导他们再学习、再提高，以达到单片机类课程的学习要求。
3 项目设计教学法的实施效果
经过几年的教学实践，新的教学法在我校电类专业单片机课程教学中取得了良好效果，完全达到教学培养目标的要求，其具体成效主要表现在：
（1）教学效果明显提高。项目设计教学法打破了理论教学与实践教学的界限，使理论教学和实践教学有机结合，提高了教学效果。此教学方式，使抽象、难学的知识点变得简单，激发了学生的学习兴趣。使学生充分利用实验室各种资源，实现多种教学资源的有机融合[4]。
（2）学生学习主动性明显提高。传统的教学模式中，学生都是被动接受知识，而新的项目设计教学法中，学生是主动学习，学习兴趣被有效激发。
（3）学生的创新能力得到加强。通过两年的教学实践，一大批学生喜爱上了单片机技术课程，并参加一些电子竞赛活动。近两年参加电子竞赛的学生1 000余人次，其中获省级以上奖项100余项。可以看出，学生的实践能力和创新能力得到明显增强。
4 结束语
经过近几年的教学实践，项目设计教学法在单片机类课程教学中取得了良好的效果，学生的知识掌握和动手能力得到显著提高，充分体验了创新的艰辛与乐趣。通过该教学法的实施，培养了学生的团队精神与合作能力，发掘了学生的创造潜能。通过这种教学方式的实施，学生的学习兴趣得到提高，为后续专业课的学习提供了有效帮助，也为社会培养了大量优秀的应用型、创造型技能人才。
参考文献
[1] 彭芳远，陆勤.基于“项目驱动法”的单片机课程一体化教学的探索与实践[J].计算机教育，2010（3）：78-81.
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[3] 贡雪梅.项目教学法在单片机原理课程设计中的应用[J].实验技术与管理，2009（7）：115-116.
[关键词]能力培养； 单片机； 实训课； 改革
中图分类号：G619.21 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）06-0287-01
0.前言
应用单片机的范围越来越广使得相关企业对从事单片机开发的人员的要求不断提升，这需要改革现今的中职单片机的实训课，将教学的目标定为对学生相关能力的培养，加强学生实践能力，将学生所学到的单片机应用系统的理论知识与相关的实践相结合，从而使学生更好地对自己所学到的知识进行有效的掌握。
1.教学课程现状
现今的中职单片机教学依旧采用的是先进行理论方面的教学，等学生全部掌握以后，再对实例进行介绍，进而进行课程设计的教学。这种教学将它们分成了三个时间段，各个时间段学习的内容不同，当然，其中的主体依旧是课堂教学。其中教学内容脱节于社会对单片机人才的要求。在课堂教学过程中在学生被动接受着老师的传授，整个教学活动学生都围着老师转，应用型人才的培养无法得到实现。这使得学生在理论方面很是充足，然而在实践上却生疏的很。由于任课老师在他的教学中运用这种模式，使得学生对单片机理论方面的知识的学习感到困难，从而使得学生对这门课产生厌恶；教学内容常年不变是的学生无法跟上时代的步伐，且没有运用多余的时间通过实验来巩固自己所学的理论知识等等。这样使得学生走进社会就面临被淘汰的危险，学生会怀疑在学校学习 的知识是否真的有用，甚至会怀疑它的正确性。
2.在实训课中进行实践化教学改革
在教学过程中为了改变传统教学的课程没有中心思想，任务不集中与教学内容太多太复杂的现状，通过对单片机应用技术与社会需求相结合， 对中职单片机实训课教学进行改革，从而对单片机课程的教学内容进行了重新的设置。这种设置主要是在实例中运用一个突出的项目作为分解的目标，将分解出来的知识模块与课本各章的内容相互结合，进而对这些模块进行分析，学生在学习的过程中面临的不再是枯燥的理论知识，而是一个个活生生的例子，学生才会真正的投入其中。当然，为了对模块化知识的教学造成的不完整现象进行避免，可以相对的对这些模块化知识进行发散思维的讲解。在教材中融入一个突出案例，这样将会使得在学习的过程中，学生的思维得到充分的训练，学生对知识的掌握将做到更加的轻松。当然，相关技术的快速发展以及深入化的应用要求我们对案例中的单元电路做到准确有效的更换，学生更好地做到对教学知识的掌握是这种实训课的重要作用所在，中职教学的目的也就因此达到了。
传统的教学内容与当今单片机方面先进的知识相结合，从而使学生在学校中学习的过程中也能跟上时代的步伐。学以应用就是单片机课程的特点，现今快速发展的以89S51为核心的接口芯片使得接口器件也在发生不同的变化，因而，我们要做到传统教学内容与先进知识的有效结合，基于MCS-51传统内核对教学内容进行精心的选择，在其中对新的接口器件的应用技术做到重点的介绍。当然，发展起来的嵌入式单片机应用技术也不容忽视，C8051嵌入式单片机系统也要加入到新的教学内容中，通过这些手段使得学生对社会的适应能力得到强化，学生的创新与发展潜能也会因此得到提升。
理论与实践相结合使自己的学生不仅拥有丰富的理论知识，而且在实践能力方面也很棒。这样需要调整传统的教学模式，将单片机课程理论方面的教学移到实训教室中进行授课。老师在对学生进行单片机课程知识传授的过程中，学生在实训室中进行手动的练习，利用实训室中的硬件软件技术进行仿真模拟，从而做到贴近现实。这样将会使得学生的学习兴趣得到激发，学生的求知欲望也会因此得到提升，学生也会因此对老师所传授的单片机方面的知识做到更好的吸收与掌握。单片机的理论与实践相结合使得实践教学也将做到对理论教学的全面渗透，从而做到对实训课的改革。在教学中对多媒体技术加以运用，对教学进行开展的过程中运用WAVA软件仿真，从而做到教学的生动和形象，学生也将更容易理解和吸收老师所传授的知识。其在设计局部电路与分析调试程序方面可以说教学效果非常好。当然在教学的过程中也要对的单片机专项技能的实训进行开设，也就是对单片机应用电路设计与编程进行重点的培训，这样将会使得学生对单片机应用系统的设计与编程调试能力做到更好的掌握。系统性的培训学生进行接口电路设计、编程等能力，从而使学生单片机应用能力得到更好的培养。
3.考核实践化教学效果，注重实际效果
相比于传统的笔试考核决定一切，将笔试结合实验考核的考核模式将会更真实的对学生的能力做到展现。其中的45%由笔试得出，20%由平时作业得出，35%由实验考试得出。将实验效果与创新点作为实验考核的重点，将设计报告、实验效果结合答辩作为专项技能实训成绩，其中的20%由设计报告得出，45%由实验效果得出，35%由答辩得出。当然，在各个考核项目中也对具体的考核点进行了设置。在毕业设计中将单片机应用系统的实际开发真实的引入进来，其考核方式可以对专项技能实训考核模式进行运用。在其中对实践能力的量进行了加重，学生的各方面的能力也将因此得到培养，社会对单片机开发能力的人才要求也因此得到满足。
4.结语
在新的单片机实训课教学中，我们将目标定为对学生能力的培养。在对单片机实训课进行改革后，中职单片机课程教学做到了真正的改变，学生在学校中学习的过程中也能学到真正的知识，做到学以致用，不会出现出校门就淘汰的现象。本人的一点建议希望对中职单片机实训课的改革做到一定的帮助。
参考文献
[1] 王东.高职单片机应用技术课程开发的研究[J].科技资讯.2012（32）：58.
[2] 廖建尚，曹成涛.基于工作过程的《单片机应用技术》教学设计与实施探索[J]. 广东交通职业技术学院学报.2013（03）：74-77+81.
Abstract： Hardware experiment teaching plays an important role in the cultivation of talents in Colleges and universities. It emphasizes on cultivating students' practical ability and innovative ability， which is a necessary part of teaching. In view of the traditional hardware experiment teaching concepts， teaching system， experimental conditions， experimental teachers and evaluation etc.， combined with their years of computer hardware experimental teaching experience， this paper puts forward measures hoping to improve experimental teaching and enhance the quality of teaching.
Key words： computer hardware； experimental teaching； teaching system； laboratory construction； teaching staff
1 概述
硬件实验教学是计算机实验教学的重要组成部分，是计算机专业培养学生动手能力、实践与创新能力的必需环节。不断改进计算机硬件实验教学体系、更新实验教学内容、改革实验教学方法，以适应计算机硬件技术的不断发展[1]。以下结合自身多年来的计算机硬件实验教学经验，谈谈自己的看法。
2 硬件实验教学方式与特点
硬件实验教学具有理论性强、难度大、软硬件结合紧密等特点。与理论教学一样，具有一套完整的科学教学体系，同时又有区别于理论教学的一些特点[2]。计算机硬件实验一般需要用到的软硬件有微机、配套软件、实验设备、测量仪器仪表及各种线缆等，使用设备多、综合性强、复杂度高。实验成功与否涉及因素多，操作方式、软硬件结合等方面都会影响实验结果，实验时需要综合考虑。
实验课前，教师会要求学生进行实验预习。实验时，教师讲解实验目的、原理和电路，布置内容与要求。学生根据实验内容，结合硬件实验箱，进行电路连接、编写程序、运行并观看结果。若结果有出入或者错误，则需要进行排查，直到实验结束。实验完成后，记录数据，进行分析判断并填写实验报告。以单片机AD转换实验为例，讲授理论知识后布置实验预习；实验前教师讲解AD转换工作原理、电路并布置实验内容；实验时，学生按照要求将单片机硬件实验箱相关电路模块用导线连接，在上位机端使用KEIL软件进行编程，完成后进行调试验证。使用数字万用表观察模拟电压量以及实验箱上八段数码管显示的数字量，对比模拟量与数字量的对应关系，若模拟量与数字量都能正常同步增加与减小，实验基本成功；若不能，则需要检查硬件电路连接是否正确、软件编写是否到位；实验完成后，需要记录数据完成实验报告并分析结果。
3 存在的问题
3.1 观念滞后
国内的教育思想中存有“重理论，轻实践”的传统观念，实验教学仍处于理论教学的从属地位，被视为是单纯理论教学的验证和延伸[1]。及时转变观念，认识实验教学的重要性，就显得尤为重要。一般高校只重视学生的软件教学，轻视了硬件教学，存在“重软轻硬”现象。由于硬件实验的特殊性，学生也只对软件感兴趣，害怕硬件实验与操作。比如有的专业，学过单片机技术课程，却只懂得一点单片机理论知识，做起实验来，芯片控制与编程、电路连接，无从下手，更别说学以致用。同时，系部与教师对硬件实验也不够重视，这样对高校人才培养是不利的 。
3.2 实验教学体系缺乏系统性和科学性
计算机体系结构有很强的系统性。但硬件课程之间没有形成一个系统整体，缺乏系统性和完整性的实验教学体系，基本以演示性、验证性的实验为主，缺少综合性、设计性实验。大多高校一般都开设有数字逻辑电路、计算机组成原理、微机原理与接口、单片机技术、嵌入式系统等硬件课程，各门课各自按课程要求安排实验，实验内容之间缺乏相互联系。另外，课程开设有先后顺序关系，可能存在如“微型计算机原理与接口”与“单片机技术”同一学期进行教学的情况。同时，存在硬件实验在学时学分上的设置不合理、学时偏少、实验课程无学分、课程结束后无课程设计环节等情况。
3.3 实验条件不完善
近年来， 高校的软硬件设施建设有了很大提高，积极更新实验室设备、建设虚拟仿真实验室等。但是，一般高校在实验室建设更新上更侧重于软件类实验室的建设更新，比如计算机机房。造成了硬件实验条件的不足、设备老旧、更新不及时等问题。还存在实验场所不足，硬件实验室设置不全，相关课程只上理论、没有硬件实验的情况；有的实验室存放多套实验设备，实验室利用率高，却出现单套设备使用率较低的情况，这样给实验室增加使用学时、实验室开放、开设课程设计等方面增加了困难。
3.4 实验教师队伍相对薄弱
稳定的教师队伍，对高校的发展与人才培养至关重要。实验教师作为实验教学的设计者和执行者，对实验教学起到了关键的作用，其能力和素质的高低直接影响了学生学习的积极性和学习效果[3]。相对于公办高校，独立学院存在师资队伍不稳定、人员流动率高等问题。造成许多硬件课程是新老师任教、非专业教师上专业课程，以及一位教师任教多门专业课程等情况，这样不管是理论还是实验教学，都是不利的。另外，还缺乏专业的实验员，而硬件实验一般是由教师和实验员一块配合进行的。由于独立学院的特殊性，一位实验员需负责管理多间实验室，既要管理机房又要负责硬件实验室，还管理着网络实验室。而且硬件实验设备维护难度大，对专业技术要求高，实验室管理往往会套用计算机机房的管理方式，容易造成管理不足或“虚位”管理。
3.5 实验内容与考核方式需要改进
受旧的教学模式影响，以教师为中心，学生按照老师要求和步骤进行实验，缺乏主动性，这种模式影响学生创新精神和创造力的发挥。硬件理论教材陈旧，实验教材单调，或没有实验教材，多年使用同一本教材，不能与时俱进。一般来说，实验教材是各高校自行编写，实验电路、操作步骤、表格等都已经准备好，只需按照教材进行实验与验证、数据填写、完成报告后就算完成实验。这束缚了学生的思维，影响了创新能力的培养。有的设备配套实验教材，使用方便，但存在教材简单、错误多，不能完全满足实验要求。而且，实验教材上基本只有演示性和验证性实验，缺少设计性、综合性的实验内容。另外，在实验考核方法上，也有不足。一般硬件实验是依附于理论教学的，没有独立设课，学生对实验重视度不够，只注重于期末的考试，实验过程、数据记录和报告应付性完成，影响了教师对学生的量化考核，也影响学生学习的积极性。
4 改进措施
4.1 建立和改进硬件教学体系
培养学生创新能力和综合素质为出发点，以调动学生学习的主动性和创造性为目标，提高学生综合实践能力和应用能力为结果，做到实验教学融会贯通的模块化、实验教学体系的多层次、实验教学类型的多样化、实验教学内容的系统化[4]。根据计算机硬件知识结构，将硬件实验教学体系分为四层：入门层、基础层、拓展应用层和提高层，如图1所示。
入门层实验让学生熟悉常见的模拟电路、数字逻辑电路原理，具有设计一定功能电路的实践能力；基础层的“计算机组成原理”主要完成运算控制器、存储器、CPU等器件的原理与控制实验，熟悉简单的计算机原型组成与原理；微机原理接口培养使用与硬件紧密结合的汇编语言编程、CPU与外围部件的接口设计等，使学生对计算机软硬件系统有更进一步理解；拓展应用层实主要完成单片机、嵌入式系统的软硬件设计，使学生能熟悉应用系统的软硬件开发，提高实际应用能力；提高层的综合设计与应用创新，要求学生将所学专业知识进行综合运用，进行应用系统开发和新技术的研究应用，提升学生科研和开发能力。比如参与教师课研、毕业设计，参加各种电子设计竞赛等活动。
在实验教学内容层次上，可以将部分计算机硬件课程的实验内容分为4类，即验证型、设计型、综合型、探索型，实验内容由浅入深，循序渐进[5]。验证型实验强化理论知识的理解；设计型实验培养电路设计和调试能力；综合型实验使学生掌握综合应用软硬件的技能；探索性实验培养学生分析、判断和解决实际问题方法和能力。在改进实验教学体系和教学内容层次上，还需要根据硬件实验课程情况，在实验学时、课程设计和实验课程学分等方面做出改进，以加强学生从基础到应用、从探索实践到创新能力的层次化培养全过程。
4.2 加强建设，改善实验室环境
改善实验环境，从硬件和软件建设两方面入手。
1）硬件设备是保障实验正常开展的前提条件。微机与硬件实验箱使用3～5年就会出现设备老化、运行速度和设备可靠性下降等情况，一些常用仪器仪表，比如万用表、示波器之类的仪器，也需要及时更新换代，否则无法满足实验教学需求。因此，在硬件实验室建设上，根据教学内容的需要及新技术的发展来定期制定设备购置计划，及时让学生用上最先进的产品来适应社会的发展[6]。另外，尽量避免出现过多套数的硬件实验设备共用一间实验室情况，预留足够的空间和时间来进行实验室的开放。
2）在加强硬件建设基础上，也需加强软件方面建设。第一，及时安装更新当前主流系统软件和应用软件，使学生能够熟悉使用比较当前主流的应用软件，做到与时俱进。由于硬件实验箱存在硬件电路或芯片的不足，安装虚拟仿真软件进行实验，如数字逻辑电路、单片机技术实验课程使用PROTUES仿真软件，弥补硬件实验箱的短板，做到能实不虚、虚实结合的实验环境。第二，要加强实验室管理与维护，形成良好的实验环境，完善规章制度，保障实验室正常高效使用。第三，相对于理论授课，硬件实验在学时上明显偏少，导致学生动手能力不足。一种途径是增加实验学时数，也可以在课余时间进行硬件实验室的开放，开展有偿使用实验室服务工作，满足学生在课余时间使用设备做实验的要求。
4.3 加强师资队伍，提升水平
加强师资队伍建设，是培养高质量学生的前提条件。如何培养出一批既要有知识，又要有能力，更要具有使知识和能力得到充分发挥的高素质人才，对教育工作者而言是一大挑战[7]。硬件师资队伍建设，需要将理论教师与实验员队伍建设一起抓，两者不可或缺。除了留住在职教师之外，招聘有丰富经验的专业教师加入计算机硬件教学队伍，提高专业水平。同时，要加强对教师和实验员专业素质的培养，组织参与校内外的教学研讨交流，参加计算机硬件有关的学术会议、厂家举办的各种软硬件培训、与企业开展横行课题合作及带领学生参加各种计算机硬件类的竞赛等活动，以提升专业水平。
4.4 改进实验考核机制
硬件实验在增加实验学时、课程设计环节等内容之外，还需要改进实验考核机制，引起学生对硬件实验的重视，提高学习积极性。适当增加学时，让学生在学习理论知识后，有时间在硬件实验室完成实验，也可以让教师更好的进行实验成绩综合评定。增加课程设计、硬件实验课程设置学分，让学生提高动手能力之外，也可以提高学生对实验的重视程度。同时，为了实验成绩评定的公平性，实验时要求每位学生独立操作和完成实验报告。实验课程单独设置学分，意味着理论与实验的考核分开，让学生在学到相关理论知识外，能够独立完成实验，提高动手能力。
关键词 SPOC；单片机技术；翻转课堂
中图分类号：G712 文献标识码：B
文章编号：1671-489X（2016）18-0041-03
Abstract Single Chip Computer Technology is a practical course. In order to reduce the gap between theory and practice and improve learning effect， SPOC is used to flip the classroom of Single Chip Computer Technology， so that students are able to study according to their real requirements and solve the actual control problems in a face-to-face classroom. The adjusted course provides students new environment to explore， which is beneficial to improve their practice and innovation ability. Results show that most of the students are satisfied with this teaching mode.
Key words SPOC； single chip computer technology； flipped class-room
1 引言
SPOC（Small Private Online Course），即小规模、私有化的在线课程，是针对少数在校注册的学生实施的一种课程教育。单片机技术课程是为扬州市职业大学应用电子专业二年级学生专门设立的、基于小班化教学的专业必修课，目的是使学生获得单片机应用系统设计的基本知识，各主要环节的设计、调试方法，启发学生进行程序调试与硬件电路设计。
随着学校新的培养方案和教学大纲的颁布，需要对该课程的学时进一步压缩，为保证学生在更短的学时内更好地掌握单片机技术，减少现有教学中理论和实践之间的差距，本文考虑将单片机技术课程通过翻转课堂的方法和SPOC资源进行有效融合，学生通过开放的SPOC资源学习单片机的理论知识，在课堂上则将所学理论应用到仿真平台和真实的单片机系统中，从而提高实践能力和创新能力。
2 单片机技术SPOC设计
在线课程本身的设计非常重要，考虑到教师精力等问题，本文依托学校提供的统一在线教学平台进行了单片机技术SPOC的设计开发，在使用SPOC进行教学的阶段，SPOC按照以下流程运行。
第一周：单片机的硬件结构。
第二周：数码管的显示原理和静态、动态显示。
第三周：点阵屏的原理和单片机接口的扩展方法。
第四周：独立式、矩阵式键盘的使用。
第五周：定时、计数以及中断的基本知识。
第六周：串口通信以及分布式控制系统的设计原理。
根据在线教育研究发现，人们注意力集中的学习不能超过11分钟。因此，本文也遵循这样的模式，将每周所需要讲授的内容分解为若干个学习单元，每个学习单元都包含如下内容。
1）短小的学习视频（平均10分钟）。为吸引学生对相关概念、重点知识的注意，视频中表现出教师和动画、和课件之间的互动。
2）补充材料。提供和视频相一致的课件以及一些扩展性资料。
3）自测评价。测试题和作业的设计是引导学生进行自主学习的关键，学生完成测试题和作业后及时收到反馈，可以让他们了解自己是否已正确理解学习单元的知识。
为学生创建好这样的在线课程需要多个教师的合作，主讲教师负责创建用于SPOC的视频，制作视频需要一台电脑、摄像头、麦克风以及Camtasia软件。即使是使用原有成熟的课程内容，也要花费大约半天的工作时间才能完成1～2个10分钟的小视频。另两位教师负责为每个学习单元开发测试题和作业，主要以选择题和设计题的形式给出，此外还有一位现代教育技术专业的教师提供指导帮助，从学校层面协调SPOC制作标准。
3 基于SPOC的单片机技术翻转课堂
对于单片机技术这门实践性要求较高的课程，期望通过翻转课堂来提高学生的动手能力。在翻转课堂教学中，学生成为课堂的主角，不仅可以提高学习的主动性，还可增加与教师交流时间并激发创造性，从而改善单片机技术课程的教学效果。重新整合后的课程教学主要分为课程初期、课程中期和课程后期这三个阶段。
课程初期 课程在进行SPOC前两周开始，这两周用来让学生准备好即将到来的六周的SPOC、与SPOC同步进行的课堂教学以及需要动手完成的项目。第一周包括对课程大纲的讨论，告诉学生能从这门课程中学到什么，基本编程语言的复习，以及对各种单片机芯片的介绍。同时告知学生本课程不同于一般的课程，其学习负担将远大于一个传统课程。第二周是一个详细的关于单片机仿真软件以及开发环境的讨论，为接下来的课堂项目做好准备。
课程中期 课程中期SPOC教学和面对面课堂教学并存，持续6周，学生每周需要观看对应本周的所有学习单元并完成相应的测试题和作业。每周开始，教师会本周翻转课堂中学生要完成的项目任务，以提醒学生结合项目理解消化SPOC中的学习内容。为通过课程，学生不仅需要完成SPOC的作业与测试题，还需要完成实际的单片机项目。
在此期间，每周有两次课堂教学，每次2节课。第一次课堂教学分为两个部分：第一部分用来复习SPOC中获得的关键性知识；第二部分讨论本周需要完成项目的设计方案。第二次课堂教学并不在传统教室，而是在实训室进行（以小组形式开展项目，每组不超过3人），因为实训室能够提供给学生足够的讨论、设计和测试空间。学生将所设计的系统电路和程序先在仿真环境中测试，然后进行实际的单片机系统制作。
在单片机技术课程中，学生共需要完成6个事先设计好的项目：1）流水灯的设计，学习LED灯的控制；2）秒表的设计，学习数码的显示；3）电子广告牌的设计，学习点阵屏的使用；4）记分牌的设计，学习按键的使用；5）六十秒定时器的设计，学习单片机中断系统；6）分布式控制系统的设计，学习串口通信。
对于每个项目，学生都会收到关于下课前他们需要完成的任务的指导手册，一般每个项目会安排有2～3个任务，任务的完成均需要由一个指导教师签字。学生必须要证明自己的设计方案在仿真软件里能够有效运行，因为如果设计的系统和程序在仿真软件中没有效果，那么可能在实际的单片机系统中也无法获得想要的效果。学生可以在课外进行项目设计，将在仿真软件中运行正常的设计方案带至课堂，节省课堂上实物制作和调试的时间。作为指导教师，则是把大部分时间用在回答各个小组提出的问题上，控制他们项目执行的进程，检查设计方案及操作的正确性。
课程后期 SPOC结束后，距离本课程结束还有4周。最后4周用来进行由学生自选的单片机应用项目，每组的项目必须是不一样的，学生可以使用各种型号的单片机以及各种类型的传感器。完成项目后，每组都需要进行实际的演示以及项目陈述。
4 实践成果
本文对参加本课程的80个学生进行了问卷调查，回收的样本数为72个。调查结果显示，基于SPOC的翻转课堂教学比传统教学效果更好（90%）；通过SPOC的学习很好地支持了课堂的单片机项目（88%）；课堂的实际项目有助于增强对SPOC中知识的理解（92%）；完成SPOC中测验和作业所花费的时间适中（70%）；翻转课堂中需要完成的项目的难度适中（75%）；课程考核方式提高了学生的参与度（88%）。
总的来说，学生积极评价了基于SPOC的翻转课堂的教学方式。为了保证翻转课堂教学，制作的SPOC重点关注了用于实际项目的理论知识，为学生准备的多数材料都是与此项目相关的测试和实例，因此较好地支持了课堂实际项目的完成。但不论是SPOC中的作业，还是课堂上的实际项目，学生认为难度有点儿偏高，需要花费很多时间，因此还需要进一步改进作业和项目内容。
从这次教学实践来看，应用SPOC进行翻转课堂的教学是一次很有意义的尝试，具有若干优点。
1）在线视频资源比文本材料更容易理解和记忆，学生可以以自己的速度吸收知识，能够根据自己的需求多次学习这些视频，直到理解为止；
2）这种应用SPOC进行翻转课堂的方法完全改变了以往的教学模式，从以前课堂中教师传授知识、学生被动接收，转变为学生为主要角色，教师在学生的学习过程中起答疑、指导的作用；
3）翻转课堂将学习目标演化为如何应用理论知识完成实际的任务，让学生获得实际应用能力的提高，而不仅仅是学习了一些知识；
4）教师可以根据学生和SPOC之间的交互数据（学生接入次数、对每个学习单元所花费的时间、测试结果等），不断改进课程材料。
5 结论
本文提出将SPOC引入单片机技术课程进行翻转课堂的教学，使学生成为课堂的主角，并能够根据自己的实际情况进行学习，学生在面对面的课堂中开展实际单片机项目，有利于他们理论联系实际，提高实际应用能力和创新能力。后续工作方面，本文将根据教学体验以及来自学生的反馈，不断完善单片机技术课程的教学内容，并将对基于SPOC的翻转课堂教学方式与传统教学方式下学生对单片机技术课程的学习效果进行比较。
参考文献
[1]曹洪龙，胡剑凌，俞一彪，等.利用微课翻转课堂优化DSP实验教学探索[J].西南师范大学学报：自然科学版，2015，40（10）：191-196.
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[关键词]单片机；Proteus；项目化；教学改革
单片机是一种最典型、最简单的没有操作系统的嵌入式微处理器。它以体积小、成本低、使用方便等优点，广泛应用于各个领域。正因为它的广泛应用，各院校相继开设了《单片机技术应用》这门课程。但该课程实践性非常强，又非常抽象，多数学生反映难以理解。我系基于传统教学环境和教学方法落后、教学理念陈旧、传统教学模式存在着许多问题的现状，对课程教学作了大胆改革与探索。
1.单片机教学现状分析
1.1教学结构安排不合理。许多教师课程教学以单片机的知识结构为主线，把单片机知识系统分成若干模块进行理论讲解，最后讲解一些实例，这种结构教法使学生普遍感到难学。
1.2传统教学方法难以达到既定教学目标。传统的单片机教学往往以理论教学为主，实践教学多是以验证性实验为主，辅以课程设计或校内实习。而单片机是实践性非常强的课程，教学中需要很多硬件设备。课堂中即便有多媒体或现场演示都难以辅助硬件教学，而一般的单片机实验箱也只是起验证实验的作用。况且高职学生普遍理论基础偏差，动手实践能力较强，这样传统的教学方法必然导致学生失去学习的兴趣，难以达到既定教学目标。
1.3虽然很多学校引入了多种新式教学手段及方法，实现教学做一体化。但原有实验开发系统成本较高，由于技术更新，设备老化，大部分为成品，实验仪器会很快落后，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。
2.教学改革思路分析
通过以上分析，当前的单片机教学需要深化改革，需要教师在教学中将教学内容与工程实践结合起来。这就需要打破传统的教学知识体系结构，按照企业生产中的实际应用任务来组织知识点，使每一单元课程以一个具体的项目来体现，学生在做项目的过程中掌握各知识点，这可以在一定程度上提高学生学习的积极性，也使学生在校学习的内容更接近于企业生产实际，缩短学业与就业的差距。
在教学中引入Proteus仿真软件，利用Proteus仿真软件和现有的多媒体教学设备，便能完成软件、硬件和系统集成等内容的教学。还配合虚拟工具与进行仿真，在实时仿真的同时观测电路参数，整个过程与真实的硬件调试相当。这使教学内容生动、直观、思路清晰，使抽象的理论概念和结构直观化、具体化，学生易于理解和掌握，能起到事半功倍的效果。
程序上，在C语言教学基础上，采用C51作为编程语言。由于c语言结构性强，功能强大，适用范围广，易学易用。因而在此基础上，学习单片机C51更简便、实用，学生在项目实施过程中应用自如。
3.项目化教学在课程教学中的实践
3.1项目的选取
项目选取直接关系到课程教学效果，有趣味性、应用性、知识的获取和技能的培养循序渐进的项目让学生完成项目之后有成就感并可激发学生的学习兴趣。在单片机课程中，项目的选取应遵循：（1）按专业人才培养方案和课程教学目标选取；（2）结合学生实际知识、能力选取；（3）结合实际应用，让学生通过项目的完成获取新知识、感受到所学知识的实用价值。
3.2项目的实施
教学过程中，项目的实施需尽可能模拟真实的工作情境，教师先通过项目演示，使学生直观地明确项目任务。首先将项目分解成几个小模块，指出完成这个项目所需的知识和技能，然后对项目中涉及的新知识点和技巧进行详细的讲解和指导。下面以“数字式温度计的设计与制作”为例，说明教学的实施过程：
（1）项目要求：以51单片机为核心，设计一个数字式温度计，要求采用数字温度传感器DSl8820实现温度采集，用LED数码管显示采集到的温度。
（2）教学目标：掌握数字温度传感器DSl8820的功能、特点以及与单片机的接口电路，掌握LED数码管的动态显示原理，掌握DSl8820的编程控制以及实时采集温度的显示操作。
（3）项目拓展：为此系统增加温度报警功能，当温度高于某一温度或低于某一温度时，利用蜂鸣器进行报警。
（4）项目实施步骤：①硬件设计，可利用仿真软件Proteus进行硬件电路的设计，这个过程可以使学生掌握单片机系统器件的接口技术；②软件设计，利用Kei lC51的编译环境为硬件电路编写C51程序，软件的设计要注重培养学生模块化程序设计的思维，锻炼学生分析问题、解决问题的逻辑思维能力；⑨软硬件联合调试，将通过调试的程序加载到Proteus软件中的电路，进行联合调试，直到满足要求；④实物呈现，仿真调试通过以后，利用实际器件搭接系统真实硬件电路。学生在这里更能深刻体会到硬件电路设计、实现的过程。实际硬件电路的调试，锻炼了学生对常用仪器仪表的使用方法和技能。教师要注意引导学生探索电子电路及器件的测试方法和技巧。
（5）项目验收：学生在完成项目之后，要完成项目报告，内容包括项目硬件电路原理图、软件设计流程图，对于项目实施的过程分析，并附带项目的程序代码。
（6）项目考核：教师根据学生完成项目的难易程度、正确性、创新性以及项目报告等，对学生的成绩给出评定。
4.单片机项目化教学实施效果
单片机课程实行项目教学方法，其教学效果从学生角度来看：（1）激发了学习主动性和学习兴趣：学生根据项目的需要去寻找知识，学生是主动学习。通过项目的完成学到的知识比以前更扎实，学习目的明确，学习积极性高；（2）提高了自学能力：学生的自学能力、钻研能力得到很大提高，在相对较短教学时间里开阔了视野，锻炼了实际工作能力，并适应企业的要求。从教师的角度来看：通过对学生的指导，转变教育观念和教学方式，从单纯的知识传递者变为学生学习的促进者、组织者和指导者。
