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摘要：分析了三峡大学电气信息类专业“单片机应用技术”课程教学现状及存在的问题，并针对这些问题提出了包括课程定位、课程体系、实践教学等方面的改革措施，切实提高学生运用单片机解决实际问题的能力。
关键词：单片机；电气信息类；教学改革
作者简介：杨盛（1973-），男，湖北公安人，三峡大学电气与新能源学院，工程师；陈星（1988-），女，湖北仙桃人，三峡大学电气与新能源学院，助教（湖北 宜昌 443002）
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）02-0118-02
单片机以其体积小、价格低、功能齐全、抗干扰性高、可靠性好、易于开发扩展等独特特点，被广泛应用于工业自动化及智能仪器仪表、通信设备、家用电器等各种设备仪器中。[1]“单片机应用技术”课程是本校电气工程及其自动化、自动化、电子信息工程、通信工程等电气信息类专业的主干课程，内容丰富，实践性强。本文在分析本校电气信息类专业“单片机应用技术”课程教学现状的基础上，探讨了课程教学中存在的问题及相应改革措施，切实提高学生运用单片机解决实际问题的能力。
一、“单片机应用技术”课程教学现状及存在问题
1.课程教学现状
作为电气信息类专业必修专业基础课，本校电气工程及其自动化、自动化、电子信息工程、通信工程四个专业开设了“单片机应用综合实验”课程，3.5学分，总计56学时，其中理论课24学时，实验课32学时。该门课程旨在使学生通过实验加深对单片机结构及单片机指令系统的理解，培养学生运用单片机知识解决实际问题的能力，力求使学生在完成本门课程的相关实验后，在分析问题的能力、动手能力及创新能力方面得到较大的提高，在今后的工作实践中具备独立设计、开发小型单片机应用系统及产品的能力。
课程一般在大二下学期和大三上学期开设，学生先选择理论教学班（每班120人左右）学习单片机理论知识，理论部分以介绍51系列单片机为主，内容包括：单片机概论（2学时）、MCS-51单片机结构（4学时）、单片机指令系统及汇编语言程序设计（8学时）、MCS-51系列单片机的扩展（2学时，含最小系统与程序存储器的扩展、数据存储器的扩展、输入/输出口的扩展）、单片机机接口技术（8学时，含LED显示接口、8255可编程I/O扩展、键盘与单片机接口、ADC0809的原理与应用、DAC0832的原理与应用）。理论课结束时教师对学生该课程的评定成绩占课程总成绩的30％。
理论部分学完后学生进入实践教学环节（每班60人），二人一组，利用实验箱完成10个基础验证型实验，1个综合型实验，1个设计型实验，主要实验内容：实验系统的组成及软件编程、I/O口应用及扩展、定时器/计数器应用、串并转换、8155的应用、A/D与D/A转换、直流电机转速测量与控制等。实验课程结束后每人一组进行开卷考试，考试内容为实现单片机系统一个小的功能，成绩占课程总成绩的70%。
2.“单片机应用技术”课程教学存在的主要问题
（1）课程定位不准确，课程体系存在缺陷。长期以来，把“单片机应用技术”定位为专业基础课，没有考虑学生所学专业和今后就业去向，认为该门课程主要是了解掌握汇编语言、51系列单片机基本原理及编程基础，培养学生自学能力，为后续掌握其他单片机的应用打下良好的基础。但实际情况是除了参加各种学科竞赛的学生自学其他单片机知识外，由于没有后续课程支撑，大部分学生基本上只学了“单片机应用技术”课程中所涉及的内容，缺乏对单片机知识更进一步的综合训练，往往到毕业找工作时就表现出了这方面的缺陷。
（2）考核方式不合理。理论课环节采用随堂测试的模式，理论平时成绩和测试成绩占课程总成绩的30％，由于采用大班制教学，教师往往无法客观评价学生真实的理论水平；实践环节部分考勤占课程总成绩的20％，考试占课程总成绩的50％。目前的课程考核方式决定了学生重视实践教学而轻理论教学，学生往往在理论课上不学习而来实验室恶补，且学生理论基础的缺失给实践环节带来很大困难，存在理论与实践教学脱节现象，教师对学生实验过程缺乏评价。
（3）实践教学条件不足。目前本校每年有近千名学生进入实验室完成单片机实践教学环节，原有40套实验设备（实验箱+电脑）仅能勉强满足教学要求，无法对学生开放；由于实验箱内部硬件资源和结构固定，学生实验时只需用导线连接部分模块、输入程序即可调试观察实验结果，并不能真正理解其硬件电路原理，更谈不上硬件电路设计，限制了学生综合分析设计能力和创新能力的培养。
（4）实验教学模式落后。实验课以教师为主，学生在规定时间内按照实验指导书要求完成规定实验内容，实验程序大多参考实验指导书所附参考程序，不利于发挥学生的主观积极性，部分学生是慑于实验考核的严格性来完成实践环节；由于实行选课制，各专业学生混选，水平参差不齐，实验课上指导教师要花大量的时间来讲解实验原理，无法针对专业要求进行专项训练，更勿论因材施教。
二、“单片机应用技术”课程教学改革措施
针对课程教学中存在的主要问题，结合实验室建设情况，本校从以下几方面着手进行了课程教学改革：
1.明确课程定位，完善课程体系
课程定位为电气信息类专业必修专业基础课，经教师讨论认为由于各专业依托行业背景不同，应区别对待：该门课程应作为自动化专业、电子信息工程专业的专业课，强调工程实际应用能力培养，增加单片机系统的实践环节教学；而对电气工程及其自动化专业，由于其就业方向的特殊性，可以仅定位为专业基础课。
课程内容上，随着各种高性能、新型号单片机地推出，任课教师都有一个疑问：继续给学生讲授51单片机吗，是讲C语言还是继续讲汇编语言？经探讨认为：目前51系列单片机在高校课堂仍属主流，要把51单片机讲好讲透，确实提高学生动手能力和综合素质，课堂上可引入其他型号单片机及单片机最新动态，通过引导学生完成综述性论文开拓其视野，至于是用C语言还是用汇编语言的问题，认为作为基础，学生应掌握汇编语言，更加清楚地了解单片机内部结构和其中内容变化，对有兴趣有能力的学生可以作更高要求，如对毕业设计学生和参加各类学科竞赛的学生要求可用C语言或C语言与汇编语言混合编程。 课程体系上，作为基础内容将原来“单片机应用综合实验”课程理论部分剥离出来成为“单片机原理及应用”课程，32学时2学分，单独考试，实践课程仍为“单片机应用综合实验”，维持32学时不变；对自动化专业、电子信息工程专业和通信工程专业学生开设“课程设计”（1学分，必修）、“DSP技术与应用”（2学分，选修）、“嵌入式系统”（2学分，选修）作为进阶，电气工程及其自动化专业学生亦可选修；高阶部分鼓励学生积极参加校内外各项学科竞赛和课外科技创新活动，激发学生的积极性，提高学生综合应用和创新能力。
2.改革课程考核方式
原来“单片机应用综合实验”课程分成两门课后，“单片机原理及应用”课程在上半学期学习，单独考试，平时成绩占30%，考试成绩占70%，学生考试合格后下半学期再修“单片机应用综合实验”课程，确保学生进入实验室之前已具备相应的理论基础。“单片机应用综合实验”成绩由平时成绩（占20%）、作业成绩（占20%）、考试成绩（占60%）三部分组成，其中平时成绩综合实验出勤、预习报告、实验操作和实验成功率等情况评定；作业成绩主要考量学生实验完成后相关知识的掌握情况；考试为一人一组上机开卷考试（资料仅限考生本人使用，不得使用移动存储设备），评分内容含操作、硬件连接、程序编写和实验结果。考核方式的改革基本确保了学生成绩评定的客观公平，杜绝了浑水摸鱼的现象，提高了学生的学习积极性。
3.改善实践教学条件
本校新增了40套雷迈特公司的DPJ-H型单片机实验箱及配套模块，实验箱采用“仿真式”设计思想，所有实验模块及CPU资源均对使用者开放，可结合Keil C51 μVision软件和Proteus仿真软件进行程序调试、固化，联机或脱机验证实验结果，充分满足“验证式—模仿式—探索式—开发式”的由浅入深的各种实验要求；购置了部分51实验开发板和凌阳单片机开发板供学生选用，同时可提供分立器件和开放的创新实验室，由学生自己制作系统版，完成感兴趣的实验内容，极大地激发了学生对单片机的兴趣，提高了其硬件设计能力和动手能力。
4.改革实验教学环节
（1）根据新的实验设备，重新编写了实验指导书。笔者设计编排了软件实验、硬件实验、系统设计三个方面共计16个实验内容，其中验证性实验10个，综合性实验4个，设计性实验2个，每个实验均附有作业题，取消了参考程序，但验证性试验仍给出了参考程序流程图。实验指导书后附上了实验模块原理图和仿真、开发工具使用说明，学生可以参考直接进行实验。
（2）在理论和实践教学中引入仿真开发工具Proteus。Proteus是英国Labcenter公司开发的电路及单片机系统设计与仿真软件，可以实现数字电路、模拟电路及微控制器系统与外设的混合电路系统的电路仿真、软件仿真、系统协同仿真和PCB设计等功能，是目前唯一能对各种处理器进行实时仿真、调试与测试的EDA工具。[2]对于各层次的实验，学生都可结合Proteus与Keil C软件进行仿真，基本了解掌握实验内容，加强了对学生系统硬件设计能力的训练。
（3）开放实验室，提高学习过程的开放性。除了验证性实验外，在完成实验作业、综合性实验和设计性实验时实验室对学生开放，指导教师主要通过启发式教学引导学生进行思考和讨论，让学生建立“从顶向下”的系统学习和设计思维以及“从底向上”的系统构建方法，实现从以教师为主到以学生为主的教学模式的转变。
（4）实行分专业选课，小班制试点。学生分专业选择实验教学班，有利于教师根据专业特点指导学生选择完成相关实验内容，针对专业应用方向加强训练；考虑到自动化专业学生相对较少（每届80人左右），对自动化专业试行小班制教学，实验时每班40人，每人一组，教师可以很好地把握每个学生的情况，做到因材施教。
（5）以课外实践促进学生实践创新能力培养。对有进一步学习单片机应用技术要求的学生，采用“竞赛+项目”的模式，鼓励学生积极参加校内外各项学科竞赛和课外科技创新活动，参与教师的科研项目，由浅入深提升学生应用单片机的工程实践能力和创新能力。
三、结束语
经过近几年来的不断改革与探索，逐渐健全了“单片机应用技术课程”体系和教学内容、学生考评机制，改善了实验教学条件，加大了实验室开放力度，学生理论水平进步明显，实验效率和效果较以前得到大幅提高。“竞赛+项目”的模式鼓励了一批动手能力较强的学生进一步提升自我，参加各类学科竞赛和课外科技活动均取得了较好的成绩。课程实验教学环节的改革带动了本校其他电气类专业实验教学模式的改革，后续将进一步扩大小班制实验教学的范围、加大实验室开放力度，不断提高学生工程实践能力和创新能力。
参考文献：
[1]高健.目标教学法在单片机实验教学中的应用[J].中国电力教育，
2009，（4）：89-90.
[2]林立，张俊亮，等.单片机原理及应用——基于Proteus和Keil C.[M].北京：电子工业出版社，2009.
（责任编辑：李杰）
关键词：单片机；电气信息类；教学改革
作者简介：杨盛（1973-），男，湖北公安人，三峡大学电气与新能源学院，工程师；陈星（1988-），女，湖北仙桃人，三峡大学电气与新能源学院，助教（湖北 宜昌 443002）
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）02-0118-02
单片机以其体积小、价格低、功能齐全、抗干扰性高、可靠性好、易于开发扩展等独特特点，被广泛应用于工业自动化及智能仪器仪表、通信设备、家用电器等各种设备仪器中。[1]“单片机应用技术”课程是本校电气工程及其自动化、自动化、电子信息工程、通信工程等电气信息类专业的主干课程，内容丰富，实践性强。本文在分析本校电气信息类专业“单片机应用技术”课程教学现状的基础上，探讨了课程教学中存在的问题及相应改革措施，切实提高学生运用单片机解决实际问题的能力。
一、“单片机应用技术”课程教学现状及存在问题
1.课程教学现状
作为电气信息类专业必修专业基础课，本校电气工程及其自动化、自动化、电子信息工程、通信工程四个专业开设了“单片机应用综合实验”课程，3.5学分，总计56学时，其中理论课24学时，实验课32学时。该门课程旨在使学生通过实验加深对单片机结构及单片机指令系统的理解，培养学生运用单片机知识解决实际问题的能力，力求使学生在完成本门课程的相关实验后，在分析问题的能力、动手能力及创新能力方面得到较大的提高，在今后的工作实践中具备独立设计、开发小型单片机应用系统及产品的能力。
课程一般在大二下学期和大三上学期开设，学生先选择理论教学班（每班120人左右）学习单片机理论知识，理论部分以介绍51系列单片机为主，内容包括：单片机概论（2学时）、MCS-51单片机结构（4学时）、单片机指令系统及汇编语言程序设计（8学时）、MCS-51系列单片机的扩展（2学时，含最小系统与程序存储器的扩展、数据存储器的扩展、输入/输出口的扩展）、单片机机接口技术（8学时，含LED显示接口、8255可编程I/O扩展、键盘与单片机接口、ADC0809的原理与应用、DAC0832的原理与应用）。理论课结束时教师对学生该课程的评定成绩占课程总成绩的30％。
理论部分学完后学生进入实践教学环节（每班60人），二人一组，利用实验箱完成10个基础验证型实验，1个综合型实验，1个设计型实验，主要实验内容：实验系统的组成及软件编程、I/O口应用及扩展、定时器/计数器应用、串并转换、8155的应用、A/D与D/A转换、直流电机转速测量与控制等。实验课程结束后每人一组进行开卷考试，考试内容为实现单片机系统一个小的功能，成绩占课程总成绩的70%。
2.“单片机应用技术”课程教学存在的主要问题
（1）课程定位不准确，课程体系存在缺陷。长期以来，把“单片机应用技术”定位为专业基础课，没有考虑学生所学专业和今后就业去向，认为该门课程主要是了解掌握汇编语言、51系列单片机基本原理及编程基础，培养学生自学能力，为后续掌握其他单片机的应用打下良好的基础。但实际情况是除了参加各种学科竞赛的学生自学其他单片机知识外，由于没有后续课程支撑，大部分学生基本上只学了“单片机应用技术”课程中所涉及的内容，缺乏对单片机知识更进一步的综合训练，往往到毕业找工作时就表现出了这方面的缺陷。
（2）考核方式不合理。理论课环节采用随堂测试的模式，理论平时成绩和测试成绩占课程总成绩的30％，由于采用大班制教学，教师往往无法客观评价学生真实的理论水平；实践环节部分考勤占课程总成绩的20％，考试占课程总成绩的50％。目前的课程考核方式决定了学生重视实践教学而轻理论教学，学生往往在理论课上不学习而来实验室恶补，且学生理论基础的缺失给实践环节带来很大困难，存在理论与实践教学脱节现象，教师对学生实验过程缺乏评价。
（3）实践教学条件不足。目前本校每年有近千名学生进入实验室完成单片机实践教学环节，原有40套实验设备（实验箱+电脑）仅能勉强满足教学要求，无法对学生开放；由于实验箱内部硬件资源和结构固定，学生实验时只需用导线连接部分模块、输入程序即可调试观察实验结果，并不能真正理解其硬件电路原理，更谈不上硬件电路设计，限制了学生综合分析设计能力和创新能力的培养。
（4）实验教学模式落后。实验课以教师为主，学生在规定时间内按照实验指导书要求完成规定实验内容，实验程序大多参考实验指导书所附参考程序，不利于发挥学生的主观积极性，部分学生是慑于实验考核的严格性来完成实践环节；由于实行选课制，各专业学生混选，水平参差不齐，实验课上指导教师要花大量的时间来讲解实验原理，无法针对专业要求进行专项训练，更勿论因材施教。
二、“单片机应用技术”课程教学改革措施
针对课程教学中存在的主要问题，结合实验室建设情况，本校从以下几方面着手进行了课程教学改革：
1.明确课程定位，完善课程体系
课程定位为电气信息类专业必修专业基础课，经教师讨论认为由于各专业依托行业背景不同，应区别对待：该门课程应作为自动化专业、电子信息工程专业的专业课，强调工程实际应用能力培养，增加单片机系统的实践环节教学；而对电气工程及其自动化专业，由于其就业方向的特殊性，可以仅定位为专业基础课。
课程内容上，随着各种高性能、新型号单片机地推出，任课教师都有一个疑问：继续给学生讲授51单片机吗，是讲C语言还是继续讲汇编语言？经探讨认为：目前51系列单片机在高校课堂仍属主流，要把51单片机讲好讲透，确实提高学生动手能力和综合素质，课堂上可引入其他型号单片机及单片机最新动态，通过引导学生完成综述性论文开拓其视野，至于是用C语言还是用汇编语言的问题，认为作为基础，学生应掌握汇编语言，更加清楚地了解单片机内部结构和其中内容变化，对有兴趣有能力的学生可以作更高要求，如对毕业设计学生和参加各类学科竞赛的学生要求可用C语言或C语言与汇编语言混合编程。 课程体系上，作为基础内容将原来“单片机应用综合实验”课程理论部分剥离出来成为“单片机原理及应用”课程，32学时2学分，单独考试，实践课程仍为“单片机应用综合实验”，维持32学时不变；对自动化专业、电子信息工程专业和通信工程专业学生开设“课程设计”（1学分，必修）、“DSP技术与应用”（2学分，选修）、“嵌入式系统”（2学分，选修）作为进阶，电气工程及其自动化专业学生亦可选修；高阶部分鼓励学生积极参加校内外各项学科竞赛和课外科技创新活动，激发学生的积极性，提高学生综合应用和创新能力。
2.改革课程考核方式
原来“单片机应用综合实验”课程分成两门课后，“单片机原理及应用”课程在上半学期学习，单独考试，平时成绩占30%，考试成绩占70%，学生考试合格后下半学期再修“单片机应用综合实验”课程，确保学生进入实验室之前已具备相应的理论基础。“单片机应用综合实验”成绩由平时成绩（占20%）、作业成绩（占20%）、考试成绩（占60%）三部分组成，其中平时成绩综合实验出勤、预习报告、实验操作和实验成功率等情况评定；作业成绩主要考量学生实验完成后相关知识的掌握情况；考试为一人一组上机开卷考试（资料仅限考生本人使用，不得使用移动存储设备），评分内容含操作、硬件连接、程序编写和实验结果。考核方式的改革基本确保了学生成绩评定的客观公平，杜绝了浑水摸鱼的现象，提高了学生的学习积极性。
3.改善实践教学条件
本校新增了40套雷迈特公司的DPJ-H型单片机实验箱及配套模块，实验箱采用“仿真式”设计思想，所有实验模块及CPU资源均对使用者开放，可结合Keil C51 μVision软件和Proteus仿真软件进行程序调试、固化，联机或脱机验证实验结果，充分满足“验证式—模仿式—探索式—开发式”的由浅入深的各种实验要求；购置了部分51实验开发板和凌阳单片机开发板供学生选用，同时可提供分立器件和开放的创新实验室，由学生自己制作系统版，完成感兴趣的实验内容，极大地激发了学生对单片机的兴趣，提高了其硬件设计能力和动手能力。
4.改革实验教学环节
（1）根据新的实验设备，重新编写了实验指导书。笔者设计编排了软件实验、硬件实验、系统设计三个方面共计16个实验内容，其中验证性实验10个，综合性实验4个，设计性实验2个，每个实验均附有作业题，取消了参考程序，但验证性试验仍给出了参考程序流程图。实验指导书后附上了实验模块原理图和仿真、开发工具使用说明，学生可以参考直接进行实验。
（2）在理论和实践教学中引入仿真开发工具Proteus。Proteus是英国Labcenter公司开发的电路及单片机系统设计与仿真软件，可以实现数字电路、模拟电路及微控制器系统与外设的混合电路系统的电路仿真、软件仿真、系统协同仿真和PCB设计等功能，是目前唯一能对各种处理器进行实时仿真、调试与测试的EDA工具。[2]对于各层次的实验，学生都可结合Proteus与Keil C软件进行仿真，基本了解掌握实验内容，加强了对学生系统硬件设计能力的训练。
（3）开放实验室，提高学习过程的开放性。除了验证性实验外，在完成实验作业、综合性实验和设计性实验时实验室对学生开放，指导教师主要通过启发式教学引导学生进行思考和讨论，让学生建立“从顶向下”的系统学习和设计思维以及“从底向上”的系统构建方法，实现从以教师为主到以学生为主的教学模式的转变。
（4）实行分专业选课，小班制试点。学生分专业选择实验教学班，有利于教师根据专业特点指导学生选择完成相关实验内容，针对专业应用方向加强训练；考虑到自动化专业学生相对较少（每届80人左右），对自动化专业试行小班制教学，实验时每班40人，每人一组，教师可以很好地把握每个学生的情况，做到因材施教。
（5）以课外实践促进学生实践创新能力培养。对有进一步学习单片机应用技术要求的学生，采用“竞赛+项目”的模式，鼓励学生积极参加校内外各项学科竞赛和课外科技创新活动，参与教师的科研项目，由浅入深提升学生应用单片机的工程实践能力和创新能力。
三、结束语
经过近几年来的不断改革与探索，逐渐健全了“单片机应用技术课程”体系和教学内容、学生考评机制，改善了实验教学条件，加大了实验室开放力度，学生理论水平进步明显，实验效率和效果较以前得到大幅提高。“竞赛+项目”的模式鼓励了一批动手能力较强的学生进一步提升自我，参加各类学科竞赛和课外科技活动均取得了较好的成绩。课程实验教学环节的改革带动了本校其他电气类专业实验教学模式的改革，后续将进一步扩大小班制实验教学的范围、加大实验室开放力度，不断提高学生工程实践能力和创新能力。
参考文献：
[1]高健.目标教学法在单片机实验教学中的应用[J].中国电力教育，
2009，（4）：89-90.
[2]林立，张俊亮，等.单片机原理及应用——基于Proteus和Keil C.[M].北京：电子工业出版社，2009.
（责任编辑：李杰）