论文部分内容阅读
[摘要]根据就业市场对单片机开发人员的要求，分析当前高校单片机实验教学现状与弊端，提出单片机实验教学改革的措施。以培养学生应用能力为中心，调整实验内容，改进实验方法，优化实验教学的软硬件环境配置。通过改革改善了单片机课程教学效果，加深了学生对单片机系统设计的理解，锻炼并提高了其电路设计和编程能力。
[关键词]需求 单片机 实验教学 改革
[中图分类号]G420 [文献标识码]A
根据当前市场需求，应用型人才的培养已经成为多数高校学生培养的目标。强化实践教学以培养学生的专业技能，成为高校在教学改革过程中重点考虑的问题。结合当前社会经济和科技发展对人才的需求，各专业和课程正在进行着相应的改革与探索。
单片机课程在电类各专业和机电类各专业中广泛开设，是一门应用性很强的主干课程。随着市场上单片机种类的增加和更广泛的应用领域，单片机的应用开发能力成为用人单位招聘电类大学生的重要依据。单片机在学生专业技能的培养中越来越显示其重要地位。传统的单片机实验教学内容模式与市场实际要求不对称，培养的学生与市场需求差距较大。根据市场需求和新出现的软硬件实验配置进行相应的实验教学改革势在必行：通过实验使学生熟悉单片机开发的过程，培养其实际应用开发能力，以满足人才培养定位和市场需求。
一、市场人才需求
单片机开发工作涉及电子技术、计算机技术、硬件与软件。总结网上招聘信息，市场用人单位对单片机工程师（助理）职位的典型要求如下：1、对单片机应用场合有充分的了解，能够在应用项目中选择合适的单片机和外围芯片的型号；能够根据系统指标要求设计应用系统方案；2、熟练使用ASM和C等相应的单片机语言，有良好的编程风格和一定的编程思想；3、对模拟、数字电路、总线等比较熟悉，熟悉单片机外围电路设计；4、能够进行简单的PCB版图设计，熟练使用CAD软件进行电路图的设计和调试；5、具有良好的学习及沟通能力，有良好的沟通技能和团队合作意识。
以上要求虽然是针对具有一定工作经验的开发人员，但它也给单片机课程教学提供了很好的参考，是单片机课程教学改革努力的方向。
二、存在问题与改革措施
（一）提高实验教学地位
实验教学是高校教学工作中的重要组成部分，是学生知识学习、能力培养、素质提高的重要途径。但在学生眼中实验被看作是理论教学的补充，处于辅助教学的位置。实验成绩在课程总成绩中所占比重小，一般占到10%-15%的比例，不能够引起学生足够的重视[1]。随着众多高校特别是高职类院校应用型人才培养定位的明确，实验教学的这一状况逐渐引起各个学校的重视。
我校在范围较广的专业基础课实验教学中进行了相应的改革。因为单片机实验课时较多，我们开设了单片机实验课程，作为一门课程独立考核。同时制定完善的课程考核指标，
注重实验过程，全面考核学生工程应用能力，这样明显的提高了学生对单片机实验课程重视程度，更深层次的实验得以开展。
（二）调整实验内容和性质
当前单片机实验多为软件实验或验证性实验项目，学生根据指导书给定的实验步骤、电路接线图进行部分实验电路连接，依据流程图编写实验程序，观察、记录实验现象或者结果。单个的验证性实验涉及的硬件资源单一，被控对象少，体现不出单片机硬件系统的关联设计，内容简单，不利于学生进行独立思考，进行深入研究。
针对以验证性实验为主的单片机实验教学模式的弊端，开设以设计性和综合性实验为主的实验内容。设计性和综合性实验以单片机为中心，涉及相关课程内容，旨在培养学生的方案分析设计能力、实践动手能力、查阅文献资料及所学知识的综合运用能力，在实验教学中培养学生的工程意识。
设计性和综合性实验的开设，也给同学们提供了多人协作完成任务的机会。实验中6-8人为一组，从方案的制定到任务的分工合作，在实验中锻炼学生的协作沟通能力，培养团队意识，这也正是当前大学生培养中所欠缺的而在以后的工作中所必需的素质。实验完成后共同撰写实验报告材料，进一步锻炼了专业文献写作能力。
设计性和综合性实验一般具有实验内容的复合性、实验方法的多样性等特点，所以在开设综合实验时，现有的实验环境可能不能够满足要求。根据实验需要，补充配置实验软硬件环境：使用市场上新出现的单片机免费开发软件；经济条件允许的学校可以进行相应的硬件升级，以获得更佳的实验效果。
(三)引入通用编程语言
目前，单片机教学大多以51单片机及其汇编语言为主。随着市场上单片机种类的增加，不同厂商的单片机汇编语言也不尽相同。单纯的51汇编语言教学具有局限性：不便于学生使用其他类型单片机。而且汇编语言不容易掌握，学生使用汇编语言很难开发复杂的程序，这样既影响了学生的学习积极性，也不利于单片机综合实验的开展[2]。
C语言程序具有完善的模块程序结构，从而为软件开发中采用模块化程序设计方法提供了有力的保障。另外C程序的可读性强、移植方便、便于维护，使用C语言进行程序设计是单片机开发的大趋势。
我们在单片机教学中引入了单片机C51语言。C51继承了C语言的绝大部分特性，基本语法相同，但其又在特定的硬件结构上有所扩展。学生在之前已经开设了C语言课程，因此在单片机教学中只需要讲解与单片机相关的基本内容，所需学时不多。基于对就业市场的了解，同学们对C语言开发单片机程序也很感兴趣，但开始却无从下手。我们在实验时采取了多种措施引导学生。具体措施有：1、精心组织第一个实验。实验选用实验系统软件自带的例程项目，项目采用汇编语言和C语言两种实现途径。在熟悉实验软硬件环境后，通过运行调试程序、查看结果理解程序执行过程；通过对比汇编和C程序，讲解汇编语言程序结构和C语言程序结构；讲解单片机相关的C语言头文件的定义与作用，查看讲解主要头文件reg51.h内容，理解寄存器的C语言定义。2、在实验中，鼓励大家采用C51语言编程。一些掌握较好的同学采用C51完成编程，一些同学则采用汇编语言，这样通过交流促进了大家对汇编和C的掌握；3、在开设的设计性和综合性实验中，由于程序较复杂，基于前期实验的基础，要求采用C语言实现方式。
现在单片机开发人员大多使用C语言进行单片机程序开发。C语言已经成为各种单片机的通用编程语言。在单片机实验教学中引入C语言，学生学会使用C语言进行51单片机开发，也就很容易上手其他类型的单片机，为其以后从事单片机开发相关工作打好基础。
（四）拓展多样化的实验方式
当前的单片机实验以实验箱和所配软件为主。老的实验箱硬件资源有限，功能较少，不便于开设扩展性、综合性实验。新购买的实验箱相比之前硬件资源较齐全，但它弱化了学生的电路连接操作过程，动手机会较少。实验的大部分电路在实验箱内部已经连接好，需要学生动手连接的只是小部分电路，学生不能够完整了解硬件电路连接，造成的结果是学生对实验原理和电路硬件理解不足。不熟悉单片机及相关硬件电路原理，硬件调试更显不足，因此很多学生做完了单片机实验还是不会设计简单电路。
实验中引入当前市场上新的开发软件和仿真软件进行实验方式改革可以有效解决以上问题。我们在实验中引入Proteus仿真与开发软件。Proteus实现了单片机仿真和SPICE电路仿真相结合。Proteus支持主流单片机系统的仿真，提供了软件调试功能；同时支持第三方的软件编译和调试环境，如Keil、uVision2、Wave等软件，方便与第三方软件的结合；而且具有电路原理图绘制功能[3]。
Proteus提供丰富的电子元器件库。实验中，学生基于实验原理进行硬件电路的设计，通过Proteus绘制硬件电路原理图，完成硬件设计并可对所设计的硬件系统的功能、合理性和性能指标进行调整。在熟悉实验原理和电路结构基础上，编写程序，由Keil等生成的执行代码可以在电路中模拟运行，进行软硬件仿真与调试，显示程序在应用系统中的运行过程；观察硬件的执行效果；同时观察各个变量、寄存器的当前状态，真正实现了虚拟物理原型仿真功能。这一过程完整展现了实验的软硬件之间的联系，激发学生的学习兴趣，使学生的编程能力和单片机系统硬件电路设计能力同步提高。
Proteus仿真软件的引入，可在没有硬件电路的情况下，进行相应的程序设计与调试，这样有更多实验内容可选择。基于Proteus，可以开设以往受限于实验箱硬件资源无法开设的综合性和设计性实验。同时，Proteus实现了一种全新的实验方式：只需一台电脑，装上软件即可对实验的每个环节以及最终的完整系统进行调试，像使用仿真器一样来调试程序和电路模块，对学生的深入学习有很大帮助[4]。
三、结束语
根据我校应用型人才培养目标定位，分析了当前单片机应用开发就业市场需求，制定了单片机实验教学的新措施，缩小了实验教学与单片机产品开发之间的差距。从近两年学生在毕业设计中单片机使用水平以及就业反馈信息来看，改革有效提升了学生的实践能力和工程素质，使之能与市场需求相接轨，为其在相关领域就业打下坚实基础。
[参考文献]
[1]袁锋伟.基于的单片机课程教学与实验改革[J].实验室研究与探索，2007，26(12):75-78.
[2]谭炳菊,富钰.单片机C语言编程方法探讨[J].辽宁高职学报,2010,12(4):43-44.
[3]刘霞,刘钧,陈朋.基于Proteus的单片机虚拟实验平台设计[J].实验室科学,2010,13(4):123-125.
[4]赵念强,鲍可进.基于C8051F的单片机课程教学改革[J].计算机教育, 2010,13:57-59.
（作者单位：河南工业大学电气工程学院 河南郑州）
[关键词]需求 单片机 实验教学 改革
[中图分类号]G420 [文献标识码]A
根据当前市场需求，应用型人才的培养已经成为多数高校学生培养的目标。强化实践教学以培养学生的专业技能，成为高校在教学改革过程中重点考虑的问题。结合当前社会经济和科技发展对人才的需求，各专业和课程正在进行着相应的改革与探索。
单片机课程在电类各专业和机电类各专业中广泛开设，是一门应用性很强的主干课程。随着市场上单片机种类的增加和更广泛的应用领域，单片机的应用开发能力成为用人单位招聘电类大学生的重要依据。单片机在学生专业技能的培养中越来越显示其重要地位。传统的单片机实验教学内容模式与市场实际要求不对称，培养的学生与市场需求差距较大。根据市场需求和新出现的软硬件实验配置进行相应的实验教学改革势在必行：通过实验使学生熟悉单片机开发的过程，培养其实际应用开发能力，以满足人才培养定位和市场需求。
一、市场人才需求
单片机开发工作涉及电子技术、计算机技术、硬件与软件。总结网上招聘信息，市场用人单位对单片机工程师（助理）职位的典型要求如下：1、对单片机应用场合有充分的了解，能够在应用项目中选择合适的单片机和外围芯片的型号；能够根据系统指标要求设计应用系统方案；2、熟练使用ASM和C等相应的单片机语言，有良好的编程风格和一定的编程思想；3、对模拟、数字电路、总线等比较熟悉，熟悉单片机外围电路设计；4、能够进行简单的PCB版图设计，熟练使用CAD软件进行电路图的设计和调试；5、具有良好的学习及沟通能力，有良好的沟通技能和团队合作意识。
以上要求虽然是针对具有一定工作经验的开发人员，但它也给单片机课程教学提供了很好的参考，是单片机课程教学改革努力的方向。
二、存在问题与改革措施
（一）提高实验教学地位
实验教学是高校教学工作中的重要组成部分，是学生知识学习、能力培养、素质提高的重要途径。但在学生眼中实验被看作是理论教学的补充，处于辅助教学的位置。实验成绩在课程总成绩中所占比重小，一般占到10%-15%的比例，不能够引起学生足够的重视[1]。随着众多高校特别是高职类院校应用型人才培养定位的明确，实验教学的这一状况逐渐引起各个学校的重视。
我校在范围较广的专业基础课实验教学中进行了相应的改革。因为单片机实验课时较多，我们开设了单片机实验课程，作为一门课程独立考核。同时制定完善的课程考核指标，
注重实验过程，全面考核学生工程应用能力，这样明显的提高了学生对单片机实验课程重视程度，更深层次的实验得以开展。
（二）调整实验内容和性质
当前单片机实验多为软件实验或验证性实验项目，学生根据指导书给定的实验步骤、电路接线图进行部分实验电路连接，依据流程图编写实验程序，观察、记录实验现象或者结果。单个的验证性实验涉及的硬件资源单一，被控对象少，体现不出单片机硬件系统的关联设计，内容简单，不利于学生进行独立思考，进行深入研究。
针对以验证性实验为主的单片机实验教学模式的弊端，开设以设计性和综合性实验为主的实验内容。设计性和综合性实验以单片机为中心，涉及相关课程内容，旨在培养学生的方案分析设计能力、实践动手能力、查阅文献资料及所学知识的综合运用能力，在实验教学中培养学生的工程意识。
设计性和综合性实验的开设，也给同学们提供了多人协作完成任务的机会。实验中6-8人为一组，从方案的制定到任务的分工合作，在实验中锻炼学生的协作沟通能力，培养团队意识，这也正是当前大学生培养中所欠缺的而在以后的工作中所必需的素质。实验完成后共同撰写实验报告材料，进一步锻炼了专业文献写作能力。
设计性和综合性实验一般具有实验内容的复合性、实验方法的多样性等特点，所以在开设综合实验时，现有的实验环境可能不能够满足要求。根据实验需要，补充配置实验软硬件环境：使用市场上新出现的单片机免费开发软件；经济条件允许的学校可以进行相应的硬件升级，以获得更佳的实验效果。
(三)引入通用编程语言
目前，单片机教学大多以51单片机及其汇编语言为主。随着市场上单片机种类的增加，不同厂商的单片机汇编语言也不尽相同。单纯的51汇编语言教学具有局限性：不便于学生使用其他类型单片机。而且汇编语言不容易掌握，学生使用汇编语言很难开发复杂的程序，这样既影响了学生的学习积极性，也不利于单片机综合实验的开展[2]。
C语言程序具有完善的模块程序结构，从而为软件开发中采用模块化程序设计方法提供了有力的保障。另外C程序的可读性强、移植方便、便于维护，使用C语言进行程序设计是单片机开发的大趋势。
我们在单片机教学中引入了单片机C51语言。C51继承了C语言的绝大部分特性，基本语法相同，但其又在特定的硬件结构上有所扩展。学生在之前已经开设了C语言课程，因此在单片机教学中只需要讲解与单片机相关的基本内容，所需学时不多。基于对就业市场的了解，同学们对C语言开发单片机程序也很感兴趣，但开始却无从下手。我们在实验时采取了多种措施引导学生。具体措施有：1、精心组织第一个实验。实验选用实验系统软件自带的例程项目，项目采用汇编语言和C语言两种实现途径。在熟悉实验软硬件环境后，通过运行调试程序、查看结果理解程序执行过程；通过对比汇编和C程序，讲解汇编语言程序结构和C语言程序结构；讲解单片机相关的C语言头文件的定义与作用，查看讲解主要头文件reg51.h内容，理解寄存器的C语言定义。2、在实验中，鼓励大家采用C51语言编程。一些掌握较好的同学采用C51完成编程，一些同学则采用汇编语言，这样通过交流促进了大家对汇编和C的掌握；3、在开设的设计性和综合性实验中，由于程序较复杂，基于前期实验的基础，要求采用C语言实现方式。
现在单片机开发人员大多使用C语言进行单片机程序开发。C语言已经成为各种单片机的通用编程语言。在单片机实验教学中引入C语言，学生学会使用C语言进行51单片机开发，也就很容易上手其他类型的单片机，为其以后从事单片机开发相关工作打好基础。
（四）拓展多样化的实验方式
当前的单片机实验以实验箱和所配软件为主。老的实验箱硬件资源有限，功能较少，不便于开设扩展性、综合性实验。新购买的实验箱相比之前硬件资源较齐全，但它弱化了学生的电路连接操作过程，动手机会较少。实验的大部分电路在实验箱内部已经连接好，需要学生动手连接的只是小部分电路，学生不能够完整了解硬件电路连接，造成的结果是学生对实验原理和电路硬件理解不足。不熟悉单片机及相关硬件电路原理，硬件调试更显不足，因此很多学生做完了单片机实验还是不会设计简单电路。
实验中引入当前市场上新的开发软件和仿真软件进行实验方式改革可以有效解决以上问题。我们在实验中引入Proteus仿真与开发软件。Proteus实现了单片机仿真和SPICE电路仿真相结合。Proteus支持主流单片机系统的仿真，提供了软件调试功能；同时支持第三方的软件编译和调试环境，如Keil、uVision2、Wave等软件，方便与第三方软件的结合；而且具有电路原理图绘制功能[3]。
Proteus提供丰富的电子元器件库。实验中，学生基于实验原理进行硬件电路的设计，通过Proteus绘制硬件电路原理图，完成硬件设计并可对所设计的硬件系统的功能、合理性和性能指标进行调整。在熟悉实验原理和电路结构基础上，编写程序，由Keil等生成的执行代码可以在电路中模拟运行，进行软硬件仿真与调试，显示程序在应用系统中的运行过程；观察硬件的执行效果；同时观察各个变量、寄存器的当前状态，真正实现了虚拟物理原型仿真功能。这一过程完整展现了实验的软硬件之间的联系，激发学生的学习兴趣，使学生的编程能力和单片机系统硬件电路设计能力同步提高。
Proteus仿真软件的引入，可在没有硬件电路的情况下，进行相应的程序设计与调试，这样有更多实验内容可选择。基于Proteus，可以开设以往受限于实验箱硬件资源无法开设的综合性和设计性实验。同时，Proteus实现了一种全新的实验方式：只需一台电脑，装上软件即可对实验的每个环节以及最终的完整系统进行调试，像使用仿真器一样来调试程序和电路模块，对学生的深入学习有很大帮助[4]。
三、结束语
根据我校应用型人才培养目标定位，分析了当前单片机应用开发就业市场需求，制定了单片机实验教学的新措施，缩小了实验教学与单片机产品开发之间的差距。从近两年学生在毕业设计中单片机使用水平以及就业反馈信息来看，改革有效提升了学生的实践能力和工程素质，使之能与市场需求相接轨，为其在相关领域就业打下坚实基础。
[参考文献]
[1]袁锋伟.基于的单片机课程教学与实验改革[J].实验室研究与探索，2007，26(12):75-78.
[2]谭炳菊,富钰.单片机C语言编程方法探讨[J].辽宁高职学报,2010,12(4):43-44.
[3]刘霞,刘钧,陈朋.基于Proteus的单片机虚拟实验平台设计[J].实验室科学,2010,13(4):123-125.
[4]赵念强,鲍可进.基于C8051F的单片机课程教学改革[J].计算机教育, 2010,13:57-59.
（作者单位：河南工业大学电气工程学院 河南郑州）