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摘要：主要分析了目前测控技术与仪器专业课程设置，提出了嵌入式系统平台课程体系建设的教学方法。根据多年专业课程的教学及科研实践，对嵌入式系统平台课程的设置及实施进行了分析论述。这种教学方法的实施，改进了教学内容，强化了实践环节，教学效果有明显提高。
关键词：测控技术与仪器；嵌入式；平台课程；教学方法
作者简介：蒋书波（1975-），女，黑龙江鸡西人，南京工业大学自动化与电气工程学院，副教授；王晓荣（1972-），男，江苏盐城人，南京工业大学自动化与电气工程学院仪器科学与技术系主任，副教授。（江苏 南京 211816）
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）02-0116-02
测控技术与仪器专业隶属于信息技术领域的仪器科学与技术学科，是该学科下设的唯一本科专业。[1]近几年，该专业呈现出招生和分配良好的状态。既社会的需求量较大，也是因为企事业单位对该专业教育的认同。其以光、机、电、算为学科基础的人才知识结构，符合人才市场的需求，也顺应信息技术蓬勃发展的势头。南京工业大学测控技术与仪器专业，依托过程检测、自动化装置和仪器仪表方面相关的学科优势，经过几年来的探索和实践，逐渐明确了以信息测量、信息控制为重点，以在线成份分析仪器和虚拟仪器研发和应用技术为主要内容的办学方向。
课程体系突出在以下几个方面：符合仪器仪表类专业规范，在学校通识教育要求的前提下，以“大化工”为特色；在“传感器与检测技术”课程中，除讲授传统的传感器和检测技术外，还重点讲授目前国内外先进的成分分析传感器的构造、原理和检测技术；在信息控制类课程中，除讲授传统的以51为核心的单片机原理及应用、接口技术等课程外，还讲授嵌入式系统设计课程，介绍ARM系统的设计；在专业课程中，讲授“分析仪器设计”、“虚拟仪器设计”、“智能仪器设计”等本校特色课程；本专业共建设了三个校内实习基地和四个校外实习基地。把实习基地建设成为规模合理、设备先进、管理科学、教学领先、有工业大学特色的现代化实习基地。
一、嵌入式系统平台课程体系建设
目前高校普遍开设“微机原理与接口技术”和“单片机微机原理与接口技术”课程。但“微机原理与接口技术”课程普遍存在以下问题，从应用角度考虑：8086/8088及其配套芯片，已经淘汰，目前已经无人采用该芯片进行实际系统地设计；从教学角度考虑：8086的原理较为复杂，不适合作为微机原理的入门教学；从实训角度考虑：仿真工具较贵，难以实现学生人手一套，不利于学生课余时间的实训练习。
“单片微机原理与接口技术“课程存在的问题有：以汇编语言为编程语言；授课与实验环节脱离，理论脱离、落后实际；无后续课程衔接。
在测控技术与仪器专业一直以来的课程体系中，“微机原理”（32学时）、“单片机原理及应用”（48学时）、“接口技术”（32学时）、“嵌入式系统设计”（40学时），是作为专业课程的必备基础课程，但由于这些课程存在上述的一些问题，导致虽然讲授了156学时，但在专业课及毕业设计中，未能将其作用发挥出来。鉴于以上情况，对上述课程进行改革势在必行。依托于测控技术与仪器专业，变单纯的课堂教学为系统的课程建设，以优质资源为课程教学提供整体解决方案。广泛吸收先进的教学经验，通过学生创新训练和学科竞赛，将所学知识与社会发展需要相结合，创新教学方法，改进教学手段，满足学生自主化学习、个性化学习和创新性探索的需求。[2]提出了“嵌入式系统”平台课程体系的建设，
嵌入式系统平台课程体系内容包括个五个环节。以“电子实习”为起点，“单片微机原理与接口技术”课程为基础，“单片机应用实习”为巩固，“嵌入式系统设计与应用”课程为深化，“嵌入式系统实习”为升华。
二、教学内容及方法
与传统的学科导向课程体系不同，平台课程体系以学科为主，把项目穿插其中；教师之间团结合作，分工协调，将实习、项目开发与授课穿插进行。下面对嵌入式系统平台课程体系的五个环节进行详细说明。
第一个环节：“电子实习”，开设时间为二年级上学期的期末，2周。实习内容为焊接电子元件练习：万用表焊接（MF47万用表）、51学习板套件焊接（伟煌S51V板），电子实习的作品作为后续课程的实验设备使用。因此，学生在焊接练习时的责任心很强，收到了较好的实践效果。
第二个环节：“单片微机原理及接口技术”课程，开设时间为三年级上学期，64学时。在课程内容安排上的模式为，通过教师讲授，利用万用表和51学习板学习和演练各种案例。课程内容包括单片微机原理：计算机数据格式、MCS51内核技术、存储器、中断技术和定时器；接口技术：I/O接口、数码显示/液晶显示、AD/DA转换、各种接口电路；总线和通讯技术：I2C总线/SPI总线、RS232/485总线、USB总线及其应用；软件技术：汇编指令、C语言、程序规范、软件工程。其中，指令系统的讲解穿插在各个章节中，以例题的形式讲解。例题中用到哪条指令就讲哪条指令，不再单独讲解，也不单独讲解指令的寻址方式。汇编语言章节可不讲，但要求学生能读懂课本该章节中的部分例题。由于学生的先修课程中已经学过了C语言。因此，该部分内容也不单独介绍。在各章的由浅入深的例题中，带着学生一边复习和巩固C语言知识，一边介绍C51与标准C语言的不同点和编程应注意的事项，并逐渐让学生熟悉编写较大规模C语言程序的思维模式。[3]课程中所有内容的实验都是在电子实习环节中焊接的S51V单片机开发板上完成的，程序设计、烧录，在学生自备的笔记本电脑上完成，S51V上带有USB下载烧录接口。
第三个环节：“单片机应用实习”，开设时间为三年级上学期期末，2周。实习内容为熟悉各种芯片和电子元件的特性，完成S51V单片机开发板的电路原理图和PCB板图的绘制和规范化软件系统设计，熟悉硬件调试技术。在S51V单片机开发板上完成指定软硬件设计作品及创新作品。此环节为前两个环节的加强，通过对以单片机为核心的外围电路的开发、设计及实现，锻炼了学生从事基本科研的工作能力。 第四个环节：“嵌入式系统设计与应用”课程，开始时间为三年级下学期，40学时。课程内容以ARM的Contex-M3内核为主，主要讲解：ARM系统原理、ARM接口技术、ARM软件设计、嵌入式操作系统原理，嵌入式操作系统移植、嵌入式系统应用程序开发等嵌入式系统设计与应用的相关软硬件知识。讲授方式与“单片微机原理与接口技术”课程相同。
第五个环节：“嵌入式系统实习”，开设时间为三年级下学期期末，2周。提供给学生必要的各种元器件和实验工具，要求学生完成基于ARM公司ContexM3核的一系列软硬件系统设计的项目，并将设计实物调试成功。这些项目的硬件和软件设计要求学生独立完成，指导教师不提供给学生相应的电路图和软件程序。学有余力的同学，可以完成自主创新项目。通过这个环节的锻炼，学生在实践能力方面得到了提高，面临四年级的就业，有了充足的信心。
三、实践教学法
将嵌入式系统平台课程中五个环节的知识分类重新排列整合，构成一个个微型课题（例题），如发光二极管的闪烁、按键识别、交通信号灯控制设计、电子钟设计等。实施教学时，不是先讲解知识点，而是先讲解例题的软硬件设计。在讲解例题的过程中，需要先了解开发板上例题部分的硬件电路，并由学生自己下载调试。例题的讲解一般分为两部分：硬件设计和软件设计。在讲解硬件设计的同时，介绍51单片机原理及接口电路的知识点；软件设计讲解可结合软件编辑调试工具，一边单步运行一边讲解，同时介绍与语句相关的硬件结构以及指令系统。较简单的例题，其软件程序需同时采用汇编语言和C语言；复杂的例题，如计算器设计，仅用C语言讲解，讲解的同时介绍较大规模C语言程序的思维模式。
通过一个个由浅入深例题的软硬件演示和讲解，可使学生在不知不觉中掌握课本中绝大多数关键的知识点。具体例题可采用：发光二极管的闪烁（直接接单片机的IO口）、按键控制发光二极管的闪烁、交通信号灯控制设计、简单的七段码显示器设计、电子钟设计（采用软件延时）、发光二极管的闪烁（利用外部中断）、发光二极管的闪烁（利用定时器）、发光二极管的闪烁（利用计数器）、发光二极管的闪烁（利用查询方式）、带调时功能的电子钟设计、计算器设计、单片机之间的数据传输等。
以上例题是以51单片机为核心的系统，后续的嵌入式系统设计课程则以ARM为核心的系统，例题功能基本相似，都有发光二极管的闪烁、按键识别、外部中断和定时、液晶显示等知识点。
四、结语
通过对2008、2009、2010级测控技术与仪器专业学生的教学实践表明：采用嵌入式系统平台课程体系的教学方法后，极大地提高了学生对单片机的学习兴趣。课堂发言和提问较以前明显踊跃，很多同学自己买了ARM的实验板以及开发工具。学生普遍反映单片机很容易掌握，学习压力减轻。尤其是通过两个实习环节的锻炼，学生们的自主创新项目经过老师的指导得以完善，可以直接作为参加各种竞赛的作品。教学培养成效、学生综合素质显著高，毕业生受到企业青睐。
采用嵌入式系统平台课程体系，积极运用现代教育手段，适当调整教学方案，以社会需求为导向，注重学生实际应用能力的培养，必定能使测控技术与仪器专业学生的教与学跃上一个新台阶。
参考文献：
[1]教育部仪器科学与技术教学指导委员会.高等学校仪器科学与技术学科专业教学规范（技术型）[Z].2007.
[2]李恒灿，李权才.测控技术与仪器专业建设的探索与实践[J].中国电力教育，2011，（17）：63-65.
[3]焦振宇.浅谈新形势下我国高校单片机教学的课程改革[J].高教论坛，2005，（1）：102-104.
（责任编辑：李杰）
关键词：测控技术与仪器；嵌入式；平台课程；教学方法
作者简介：蒋书波（1975-），女，黑龙江鸡西人，南京工业大学自动化与电气工程学院，副教授；王晓荣（1972-），男，江苏盐城人，南京工业大学自动化与电气工程学院仪器科学与技术系主任，副教授。（江苏 南京 211816）
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）02-0116-02
测控技术与仪器专业隶属于信息技术领域的仪器科学与技术学科，是该学科下设的唯一本科专业。[1]近几年，该专业呈现出招生和分配良好的状态。既社会的需求量较大，也是因为企事业单位对该专业教育的认同。其以光、机、电、算为学科基础的人才知识结构，符合人才市场的需求，也顺应信息技术蓬勃发展的势头。南京工业大学测控技术与仪器专业，依托过程检测、自动化装置和仪器仪表方面相关的学科优势，经过几年来的探索和实践，逐渐明确了以信息测量、信息控制为重点，以在线成份分析仪器和虚拟仪器研发和应用技术为主要内容的办学方向。
课程体系突出在以下几个方面：符合仪器仪表类专业规范，在学校通识教育要求的前提下，以“大化工”为特色；在“传感器与检测技术”课程中，除讲授传统的传感器和检测技术外，还重点讲授目前国内外先进的成分分析传感器的构造、原理和检测技术；在信息控制类课程中，除讲授传统的以51为核心的单片机原理及应用、接口技术等课程外，还讲授嵌入式系统设计课程，介绍ARM系统的设计；在专业课程中，讲授“分析仪器设计”、“虚拟仪器设计”、“智能仪器设计”等本校特色课程；本专业共建设了三个校内实习基地和四个校外实习基地。把实习基地建设成为规模合理、设备先进、管理科学、教学领先、有工业大学特色的现代化实习基地。
一、嵌入式系统平台课程体系建设
目前高校普遍开设“微机原理与接口技术”和“单片机微机原理与接口技术”课程。但“微机原理与接口技术”课程普遍存在以下问题，从应用角度考虑：8086/8088及其配套芯片，已经淘汰，目前已经无人采用该芯片进行实际系统地设计；从教学角度考虑：8086的原理较为复杂，不适合作为微机原理的入门教学；从实训角度考虑：仿真工具较贵，难以实现学生人手一套，不利于学生课余时间的实训练习。
“单片微机原理与接口技术“课程存在的问题有：以汇编语言为编程语言；授课与实验环节脱离，理论脱离、落后实际；无后续课程衔接。
在测控技术与仪器专业一直以来的课程体系中，“微机原理”（32学时）、“单片机原理及应用”（48学时）、“接口技术”（32学时）、“嵌入式系统设计”（40学时），是作为专业课程的必备基础课程，但由于这些课程存在上述的一些问题，导致虽然讲授了156学时，但在专业课及毕业设计中，未能将其作用发挥出来。鉴于以上情况，对上述课程进行改革势在必行。依托于测控技术与仪器专业，变单纯的课堂教学为系统的课程建设，以优质资源为课程教学提供整体解决方案。广泛吸收先进的教学经验，通过学生创新训练和学科竞赛，将所学知识与社会发展需要相结合，创新教学方法，改进教学手段，满足学生自主化学习、个性化学习和创新性探索的需求。[2]提出了“嵌入式系统”平台课程体系的建设，
嵌入式系统平台课程体系内容包括个五个环节。以“电子实习”为起点，“单片微机原理与接口技术”课程为基础，“单片机应用实习”为巩固，“嵌入式系统设计与应用”课程为深化，“嵌入式系统实习”为升华。
二、教学内容及方法
与传统的学科导向课程体系不同，平台课程体系以学科为主，把项目穿插其中；教师之间团结合作，分工协调，将实习、项目开发与授课穿插进行。下面对嵌入式系统平台课程体系的五个环节进行详细说明。
第一个环节：“电子实习”，开设时间为二年级上学期的期末，2周。实习内容为焊接电子元件练习：万用表焊接（MF47万用表）、51学习板套件焊接（伟煌S51V板），电子实习的作品作为后续课程的实验设备使用。因此，学生在焊接练习时的责任心很强，收到了较好的实践效果。
第二个环节：“单片微机原理及接口技术”课程，开设时间为三年级上学期，64学时。在课程内容安排上的模式为，通过教师讲授，利用万用表和51学习板学习和演练各种案例。课程内容包括单片微机原理：计算机数据格式、MCS51内核技术、存储器、中断技术和定时器；接口技术：I/O接口、数码显示/液晶显示、AD/DA转换、各种接口电路；总线和通讯技术：I2C总线/SPI总线、RS232/485总线、USB总线及其应用；软件技术：汇编指令、C语言、程序规范、软件工程。其中，指令系统的讲解穿插在各个章节中，以例题的形式讲解。例题中用到哪条指令就讲哪条指令，不再单独讲解，也不单独讲解指令的寻址方式。汇编语言章节可不讲，但要求学生能读懂课本该章节中的部分例题。由于学生的先修课程中已经学过了C语言。因此，该部分内容也不单独介绍。在各章的由浅入深的例题中，带着学生一边复习和巩固C语言知识，一边介绍C51与标准C语言的不同点和编程应注意的事项，并逐渐让学生熟悉编写较大规模C语言程序的思维模式。[3]课程中所有内容的实验都是在电子实习环节中焊接的S51V单片机开发板上完成的，程序设计、烧录，在学生自备的笔记本电脑上完成，S51V上带有USB下载烧录接口。
第三个环节：“单片机应用实习”，开设时间为三年级上学期期末，2周。实习内容为熟悉各种芯片和电子元件的特性，完成S51V单片机开发板的电路原理图和PCB板图的绘制和规范化软件系统设计，熟悉硬件调试技术。在S51V单片机开发板上完成指定软硬件设计作品及创新作品。此环节为前两个环节的加强，通过对以单片机为核心的外围电路的开发、设计及实现，锻炼了学生从事基本科研的工作能力。 第四个环节：“嵌入式系统设计与应用”课程，开始时间为三年级下学期，40学时。课程内容以ARM的Contex-M3内核为主，主要讲解：ARM系统原理、ARM接口技术、ARM软件设计、嵌入式操作系统原理，嵌入式操作系统移植、嵌入式系统应用程序开发等嵌入式系统设计与应用的相关软硬件知识。讲授方式与“单片微机原理与接口技术”课程相同。
第五个环节：“嵌入式系统实习”，开设时间为三年级下学期期末，2周。提供给学生必要的各种元器件和实验工具，要求学生完成基于ARM公司ContexM3核的一系列软硬件系统设计的项目，并将设计实物调试成功。这些项目的硬件和软件设计要求学生独立完成，指导教师不提供给学生相应的电路图和软件程序。学有余力的同学，可以完成自主创新项目。通过这个环节的锻炼，学生在实践能力方面得到了提高，面临四年级的就业，有了充足的信心。
三、实践教学法
将嵌入式系统平台课程中五个环节的知识分类重新排列整合，构成一个个微型课题（例题），如发光二极管的闪烁、按键识别、交通信号灯控制设计、电子钟设计等。实施教学时，不是先讲解知识点，而是先讲解例题的软硬件设计。在讲解例题的过程中，需要先了解开发板上例题部分的硬件电路，并由学生自己下载调试。例题的讲解一般分为两部分：硬件设计和软件设计。在讲解硬件设计的同时，介绍51单片机原理及接口电路的知识点；软件设计讲解可结合软件编辑调试工具，一边单步运行一边讲解，同时介绍与语句相关的硬件结构以及指令系统。较简单的例题，其软件程序需同时采用汇编语言和C语言；复杂的例题，如计算器设计，仅用C语言讲解，讲解的同时介绍较大规模C语言程序的思维模式。
通过一个个由浅入深例题的软硬件演示和讲解，可使学生在不知不觉中掌握课本中绝大多数关键的知识点。具体例题可采用：发光二极管的闪烁（直接接单片机的IO口）、按键控制发光二极管的闪烁、交通信号灯控制设计、简单的七段码显示器设计、电子钟设计（采用软件延时）、发光二极管的闪烁（利用外部中断）、发光二极管的闪烁（利用定时器）、发光二极管的闪烁（利用计数器）、发光二极管的闪烁（利用查询方式）、带调时功能的电子钟设计、计算器设计、单片机之间的数据传输等。
以上例题是以51单片机为核心的系统，后续的嵌入式系统设计课程则以ARM为核心的系统，例题功能基本相似，都有发光二极管的闪烁、按键识别、外部中断和定时、液晶显示等知识点。
四、结语
通过对2008、2009、2010级测控技术与仪器专业学生的教学实践表明：采用嵌入式系统平台课程体系的教学方法后，极大地提高了学生对单片机的学习兴趣。课堂发言和提问较以前明显踊跃，很多同学自己买了ARM的实验板以及开发工具。学生普遍反映单片机很容易掌握，学习压力减轻。尤其是通过两个实习环节的锻炼，学生们的自主创新项目经过老师的指导得以完善，可以直接作为参加各种竞赛的作品。教学培养成效、学生综合素质显著高，毕业生受到企业青睐。
采用嵌入式系统平台课程体系，积极运用现代教育手段，适当调整教学方案，以社会需求为导向，注重学生实际应用能力的培养，必定能使测控技术与仪器专业学生的教与学跃上一个新台阶。
参考文献：
[1]教育部仪器科学与技术教学指导委员会.高等学校仪器科学与技术学科专业教学规范（技术型）[Z].2007.
[2]李恒灿，李权才.测控技术与仪器专业建设的探索与实践[J].中国电力教育，2011，（17）：63-65.
[3]焦振宇.浅谈新形势下我国高校单片机教学的课程改革[J].高教论坛，2005，（1）：102-104.
（责任编辑：李杰）