单片机原理与应用大全11篇

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篇（1）

【中国分类法】：G420

0引言

传统的单片机教学采取先基础后应用的模式，即先讲授单片机的硬件结构，再讲指令、编程、系统扩展和各种器件的应用，最后讲一些实例，按照这种教学结构，往往使学员感觉枯燥无味，学习兴趣不浓，有的学员甚者认为单片机用处不大，体会不到单片机在实际应用中的重要作用。怎样才能激发学员对单片机课程的兴趣和积极性呢？我认为单片机理论知识教学中应紧密联系实际，使抽象知识形象化，同时在教学手段上也要进行改革，如在实践教学中采用在实验室上课的方式，通过课程设计和毕业设计的教学实施来提高学员对单片机的应用能力。

1 教学方法的改进

在课堂教学中，利用多媒体作为教学的辅助手段，与传统的教学手段相结合。对于需了解的内容，采用多媒体教学可以提供更多的教学内容，对于需要理解和掌握的内容，则采用传统教学和多媒体教学相结合的方式。因多媒体教学只能在形象上方便学员的认识与理解，不能代替课堂上理论和概念上的训练过程，所以教学中采用两种方法相结合的教学方式，通过发挥其各自的优势，是提高教学质量的好方法。

在理论知识教学中紧密联系实际，使抽象知识形象化。如可以这样介绍单片机中的“堆栈”：如在仓库里存放货物时，最先存放进去的货物总是最后才能取出，反之最后存进去的货物总是最先取出，这种存取货物的规则就是“先进后出，后进先出”，在单片机中把这种存放数据的操作为“堆栈”。为什么要这样存放数据呢？当存放一批数据时，通过堆栈定义可知用户只需知道第一个数据的地址单元即可，简化了数据存放操作。那么堆栈位于单片中的哪个区域？在单片机中采取用户根据需要自己确定堆栈区域，即通过设定堆栈指针sp的值来实现，如sp的值等于66H，即堆栈指针指向66H单元？在51单片机中，sp所指位置并非就是数据存放位置，而是数据存放的前一个位置，如指针指向66H单元，那么第一数据的位置是67H单元，而不是66H单元，为什么会这样？教员可在讲堆栈命令时再详细的将其原因。介绍单片机理论知识时引入生活中的实例，可使学员把难想象、难理解的内容变得易于理解。

2 在实验室现场教学

实验课是强化锻炼学员实际动手能力的重要手段，可巩固对理论知识的理解，让学员在实验中体会到单片机应用的重要性。如在讲解单片机的结构和应用时，可选择在实验室讲课，通过单片机实物和各种实际单片机系统，加深学员对单片机的内部结构、外部结构及其应用的感性认识；讲解繁多的指令时，可以利用多媒体讲述指令及相关的编程技巧，让学员熟悉指令的功能与基本用法；指令的执行情况和执行结果不好理解，到实验室可以熟悉编程软件，另一方面可以初步了解指令的运行方式且能够对自己编写的程序进行初步验证；可以激发学员的兴趣、增强感性认识、开阔学员的想象力，有利于对知识的理解。在实验教学中，教员的指导作用主要体现在工作方法和思维方法的引导上，通过实验使学员对单片机有较为深入的认识，让学员充分体会到单片机应用领域是十分广阔的，拓宽学员视野。

实验室现场教学法可以弥补多媒体教学的不足，两种方法相互结合，发挥各自的优势，能最大的提高教学效果。

3 增大实践教学环节

学员在教员的指导下进行课程设计，通过学员独立完成课题达到对学员的综合性训练。在设计中既涉及到许多设计原理与方法，还涉及到许多实际知识与技能，在设计中可以使学员对所学的内容的掌握逐层递进、逐渐深入，最终达到融会贯通，有利于培养学员运用课程中所学的理论知识独立分析、解决实际问题的能力。

在课程设计中，教员的指导作用也是主要体现在工作方法和思维方法的引导上，应以学员为主体，充分发挥其自主性和创造性，达到培养学员创新能力的目的。

4 结语

在教学中把一些典型的例子引入课堂，使学员更容易理解所学的知识，增强学员的学习兴趣，促进学员学习的自觉性和主动性，使学员能够感受到主体地位，就能更好的发挥学员的主观能动性并激发他们强烈的求知欲；此外加强实践环节的教学，比如实验、课程设计和毕业设计，这种将灵活的授课方式融于教学之中，有利于培养学员发现问题、分析问题和解决问题的能力和独立思考能力。

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一、紧紧围绕教学目标修订教学大纲

根据单片机课程的教学目标，本着以学生为本、淡化理论、突出实用、加强实践、力求知识的系统和完整为原则，重新修订了教学大纲。

第一，对教学内容进行了合理的取舍。

第二，重新确定了教学重点内容。既然确定“能够开发简单的开关量”产品并确保理论知识的系统性为本门课程的教学目标，那么理论教学重点就放在开发“开关量控制”所必需具备的基础知识上面，即：单片机的内部结构、指令功能、应用程序的编写、中断系统、定时、计数器等。这些内容融会贯通就必须“精讲多练”，所以我们把删除的知识所占用得课时按照一定比例分配给这些内容的理论课和实验课，突出其重要地位。

二、改革教学方法，提高教学效果

单片机系统有着强烈的现实性，对教学方式不应是单一的固定模式。可以采用：

（一）在课堂上可以将多种教学方式熔融一体，灵活应用

可以采用多媒体、实物教学，从智能控制系统的一个样板实物外型到该电路的原理图，采取部部展开，层层推进，让学生看见实物产生感性认识，联系到原理产生理性认识，由实践上升为理论，又由理论去指导实践，全面向学生传递智能系统中单片机的使用。在课堂的教学中采用讲授式、启发式、讨论式、测验等多种教学方法，根据学生的能力及教学内容的需要灵活使用。在教学中多与学生沟通，了解学生对教材、讲课、实验等的要求，根据教学大纲及时加以调整教学内容及模式，达到教学的目的。

（二）加大学生编程的训练

一是编制有规模的、科学的、实用的学生练习题集与试卷库，定期让学生做书面编程，使得他们对指令的记忆加深，二是加大学生实验室的训练，培养他们的调试程序能力，为学生自主学习创造条件。

（三）推进“学研产”结合

让一部分学生利用各种时间投入到实际的项目工程开发中去，培养学生的工程意识，强化学生的工程训练，使他们了解自动控制系统工程中单片机系统的整个开发过程，保证学生所学的知识与实际社会接轨，让这些学生以点带面促进、带动其他学生的学习兴趣。

三、加强单片机实践教学，培养学生分析问题和解决问题的能力

单片机的实践性较强，对实践教学的改革显得尤为重要。通过改革达到使学生具备科学的思维方式和较强的动手能力，并能运用MCS-51系列芯片进行工程开发和应用的能力。在教学过程中可以用单片机仿真试验系统良好的人机界面，通过单步执行功能让学生在显示窗口上可以看见相关寄存器的变化，并能看到转移位置；碰到中断时程序如何转入中断入口去执行以及中断程序结束后程序如何返回。通过程序分析和观察执行过程，一目了然。

为了使学生具有独立分析、解决工程中遇到的实际问题的能力和独立开发单片机应用系统得能力，我们在理论教学结束后另外可以增加两周集中实训教学环节，以体现出实践教学的重要性。比如：我们在分析单片机应用技能基础上，设计了一个典型系统――单片机温度（压力）检测与监控系统。它由检测系统、信号放大系统、A/D转换器、控制系统及单片机系统等六个部分组成。

具体要求如下：检测系统能把0―100℃的温度转换为0-1V的信号。放大及波形变换电路把信号放大到0―5V的直流信号，经A/D后送入单片机系统，单片机系统对测量信号进行滤波，非线性校准，标度变换，通过人机界面显示出来。报警值可通过人机界面（键盘）设定。单片机系统还能完成对控制量的自动设置。本方案是集电工、模拟电子、数字电子、自动检测、单片机的嵌入式应用于一体的系统，为了提高单片机的应用能力，我们把这个综合项目进行分解，把总的要求分解到各相应课程的实践中完成。如温度检测与监控系统分解为以下几个子项目：1.电源变压器的设计与制作；2.稳压电源的设计与制作；3.放大器与波形变换电路设计与制作；4.非电量（温度）检测设计与制作；5.单片机系统设计与制作。根据各部分之间的接口要求提出相应的指标，把这些项目分配到相应的实训中。例如把电源变压器设计与制作在电工实习中完成；稳压电源、放大器及波形变换电路的设计与制作在电子技术实训时完成；检测系统设计与制作在自动检测实训阶段完成；单片机系统的软、硬件设计在单片机课程设计阶段完成；整个系统的组装及调试在单片机实训阶段完成。通过变压器的制作，学生了解了选用漆包线的方法，学会小型变压器的设计，掌握变压器的绕制工艺。放大器的制作，使学生学会了放大器的设计、制作、调试工艺和电子测量仪器的选择与使用。检测电路的设计，使学生学会了传感器的选择和使用，进一步理解传感器的主要技术对检测结果的影响，学会测量误差的分析方法。单片机系统的设计与制作，使学生能根据工程要求，配置单片机应用系统的硬件电路，完成显示、A/D、键盘、程控等子程序的编写调试，熟练软件编程环境和仿真器、编程器的使用方法。

四、结束语

单片机系统教学应突出教学的自主性、开放性和创新性，有利于新世纪创新人才的培养，符合高校的教育教学规律。在教学过程中，以加强基础、培养能力、开拓思维、注重创新、提高素质为指导思想、以培养与提高学生的科学实验素质、动手能力和创新能力为目标，建立以学生为主体、教师为主导，以层次化、模块化、全面开放的新的教学模式运作。力争通过单片机系统教学的改革，使学生能理解、掌握实际的单片机应用系统的开发过程，学会掌握及使用新技术的方法，使学生掌握一个实际单片机应用系统的开发模拟过程。

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与传统教学系统不同，建立在虚拟现实技术基础之上的教学系统通过刺激多种感官，使人沉浸于其中，同时与这个逼真的环境进行交互，从而达到快速学习、真实体验生活经验和提高能力的目的。通过网络技术、虚拟现实技术来实现教学，可以对单片机的硬件电路原理进行直观的演示和讲解。采用基于 Flex 的虚拟现实技术开发的教学系统，不但界面美观，用户交互体验感强，而且提高了学生的动手实践能力和教学质量。

一、《单片机原理与应用》虚拟教学系统设计

1、系统框架和功能模块设计

虚拟教学系统采用三层 B/S 结构，开发技术采用.NET，MXML+ Action Script，JavaScript 技术等，数据库采用 SQL Server2000，其中第一层为客户端层，该层主要表现为系统界面，在 Web 浏览器上外挂 Flay Player 播放器，该层用来实现用户与整个系统的交互，在该层中，部分页面可以采用 Flex 技术来建构RIA 应用程序，给用户以丰富的人机交互体验；第二层为业务层，该层主要负责整个系统的逻辑业务，以此来完成客户端层与信息资源层之间的数据交互；第三层为信息资源层，提供平台所需的场景信息与数据信息，这一层实现信息资源的集中统一管理，该层主要包括师生信息库、模型库、课件库、试题库等。系统功能模块主要包括管理模块、教学资源库模块、教学模块以及协作学习模块。

2、系统界面设计

界面设计主要包括界面布局、字体、页面色彩等环节。其设计原则在遵循艺术美的前提下更加注重个性化，强调教学系统所要表达的主题，淡化非主流信息对学习者的干扰。对于虚拟教学系统的界面而言，选用蓝色为主体背景色，并通过调整色彩的透明度和饱和度来产生文字和图标的色彩，对需要交互对象的按钮等工具采用三维立体的形状来凸显出虚拟系统的多感知性。采用 Flex 技术来优化网站界面有着很大的优势，它通过提供丰富的组件来增强网站界面的表现力，使得界面更为友好。可以采用图表控件，创建丰富的图表，达到数据可视化效果。同时，Flex 还提供了大量的用户交互组件，对于知识体系的呈现，利用【Combo Box】组件对所有知识点以列表的形式展现并与用户进行交互。

3、导航策略设计

虚拟教学系统的信息量巨大，内部信息之间的关系复杂，在学习过程中，学习者由于缺乏专业教师的指引，迷航现象时有发生，所以应当提供导航策略设计，引导学生进行有效学习，以提高学习效率。目前比较多的导航方式有检索导航、导航图导航、菜单导航、书签导航、提示导航、演示导航、触摸区导航等。

4、交互策略设计

交互性主要包含人机交互以及人与人的交互。所谓的人机交互，是指人与计算机之间使用某种对话手段，以一定的交互方式，为完成确定任务而进行的人机之间信息交流的过程，这种类型的交互是虚拟现实技术的一个重要特征，也是虚拟现实技术应用于虚拟教学系统中的一个主要优势，系统中的虚拟现实场景能否实现自然流畅的人机交互，将直接关系到系统设计的成败。从技术特点来看，基于 Flex 的虚拟现实技术为交互性提供了很多的交互机制，如视点、导航、事件的发送与接收等。主要体现在：视点是用户在人机交互的过程中通过改变摄像机的位置来改变观察点，从而在不同的位置场景显现出不同的形态及具有空间感的三维效果；导航是用户在虚拟场景中漫游的信息指示，通过导航，用户可以在虚拟环境中移动或检查某个对象；基于 Flex 的虚拟现实技术主要是采用 Action Script 脚本语言对虚拟环境中的对象产生作用，通过编程控制来发送及接收对象。

二、《单片机原理与应用》虚拟教学系统中应用实现

1、虚拟实验室构建

在 Flex Builder 3 开发环境中，借助 Papervision3D开源的 3D 引擎，建立一个 Sphere 形体，然后对形体进行贴图，最后固定 Camera 的坐标，通过舞台上鼠标移动的距离来控制 Camera 旋转的角度，从而实现 360°全方位的展示。

2、单片机及相关硬件的三维虚拟模型展示

Papervision3D 中也自带一些基本的形体（球体、立方体、平面、圆锥等），但无图形界面，不能像专业的建模工具那样通过点击、拖拽等操作来创建几何体，要实现一些复杂的模型，就需要借助 3DS MAX、MAYA 等工具。在 3DS MAX 中可以通过 Polygon多边形建模、特殊建模、修改建模、Patch 面片建模、NURBS 建模等方式来建构出虚拟场景及仪器模型，然后通过材质为模型表面加入色彩、光泽和纹理等来达到与真实事物相似的特性。建模的过程中，在不影响模型整体效果的情况下尽量减少多边形的个数以达到减小输出文件的体积。

3、MXML+ Action Script 编程控制

MXML 是一种描述 Flex 应用程序界面的 XML 语言，它通过一组标签集来定义用户界面，同时提供一些不可见类库的调用，在开发虚拟实验时，可以在 Flex 工程文件中利用 MXML 语言来设计界面元素，优化界面美观，增强人机交互体验。Action Script是一种面向对象的脚本语言，在 Flex 中，用户可以采用< m x:Script> 的标签来嵌入 Action Script 代码，也可以从独立的外部文件来导入相关代码。在开发虚拟实验的过程中，Papervision3D 作为外部的类库导入到 Flex Builder 开发工具中，放置在 Flex工程文件目录下 src 文件中来进行调用。

三、总结

作为虚拟现实技术之一的桌面虚拟现实技术具有开发成本低、不需要昂贵的虚拟现实设备、只需在客户端安装相应插件即可，应用价值较高，更适合应用于教学之中。同时，虚拟协同工作、仪器的远程虚拟仿真操作技术等方面有待更深入的探索与创新，这些也将是作者进一步研究的方向。

参考文献

[1]黄怀荣．信息技术与教育[M].北京：北京师范大学出版社，2002：131,105-106

[2]张琳琳．基于 Web3D 的虚拟物理实验研究[D] ．长春：东北师范大学，2008

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关键词： proteus；keil；单片机；教学改革

Key words： proteus；keil；single-chip microcomputer；teaching reform

中图分类号：G40 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）07-0219-02

0 引言

《单片机原理与应用》这门课程是一门实用性很强的课程，目前是讲课28学时、实验12学时，一共40学时。以前的教学都是主要讲述单片机的硬件结构以及相关的组成部分的工作原理，对编程的要求不高，而且用的教材一直是以汇编语言为基础的，这样学生学习起来，单片机的汇编语言指令系统容易与另一门课程《微型计算机原理与应用》的指令混淆。而且汇编语言编程对于有些学生而言有些难度，不太容易记住。在《单片机原理与应用》这门课的12个学时的实验中，大部分学生刚对编程环境有些熟悉，刚进入状态，实验就已经完了。很多学生学完《单片机原理与应用》这门课后，让他编写一个简单跑马灯的程序都无法完成。这样对学生后期要参加的一些竞赛活动都会有一些影响，如全国大学生电子竞赛、飞思卡尔电子竞赛等竞赛活动中，都会用到单片机，而且对学生的编程能力有一定的要求。以前参加竞赛的学生都是利用暑假时间来重新学习单片机的编程知识，这样学生就会花一部分时间去补习学过的知识。而且在毕业设计中，很多学生对于课题中用到的单片机的相关的编程也不太会。鉴于目前《单片机原理与应用》这么课程教学与实践中存在着的以上问题，所以《单片机原理与应用》这门课有必要进行课堂教学的改革。我们将通过改变教学观念和模式，注重实验动手能力培养和分析解决能力培养，在考试考核等方面也相应的改革尝试。

1 改革的理念及思路

《单片机原理与应用》这门课程教学改革主要是对教学方式的改革，本次改革的侧重点是学生的动手能力和编程能力的锻炼，选择C51教材。教学方式有两种主要形式：一是以教师为中心的传授知识型教学偏重于原理的论述和编程方法的介绍；二是以学生为中心的探究与体验型教学，重视应用和编程，解决具体问题。探究与体验型教学的特点是：把问题交给学生，在老师引导下收集资料、拟定方案、动手编程实验最终解决问题，实现相关的功能，并进行归纳总结。

基本的思路是：是让学生在探究对象解决“问题”的过程中掌握本课程的知识点和原理。教师在探究式学习中的主要任务是“引导”。让学生围绕问题去琢磨，真正进入到探究的状态。因此实施本项课改探究体验学习的关键：

①是根据教学要求和课程内容，使学生充分了解当前该领域技术发展的现状，以及《单片机原理与应用》相关的知识。

②提供条件动手实验解决具体问题，实现相关功能。

③课堂上引入Proteus和keil软件，使学生在课堂上可以对相关的软硬件有一个直观的了解，并激发学生对该门课程的兴趣。

1.1 具体的实施方案与路径 本课程的教学实施分两步：①课堂教学提出问题，讲授原理要能引起学生思考和探究兴趣。要用调研、查资料的方式让学生获取学科知识体系，引起学生探究热情。在课堂上引入Proteus和keil两种软件，让学生在课堂上对单片机相关的硬件和软件有一个直观的接触和了解。②综合运用计算机技术进行设计方案、电路原理图的绘制、软件的编写和调试、完成任务达到掌握知识的目的。

1.2 考核方式的改革 考核我们从以下几个方面全面综合评价学生成绩：

①采用阶段评价、目标评价、项目评价，理论与实践—体化评价模式。

②结合设计方案答辩、现场解决问题、提交作品、测验、考试等情况，综合评价学生成绩。

③既注重学生在实践中独立分析问题和解决问题能力的考核，又注重学生协同作业的沟通、协作能力和团队精神。

2 预期的成果

《单片机原理与应用》新教学方法的研究和推广，能真正把教师的一言堂变为引导学生积极思考、思想交流的大讲堂，使学生在实践中学会分析思考，掌握科学研究基本方法，在学习实践中唤醒自己的潜能，激发自己最大的创造力。学生自主提出的问题更能引起学生的兴趣和解决问题的欲望。获得深刻的体验。

《单片机原理与应用》这门课是我院自动化、测控、电子信息和通信工程、物理学的重要专业基础课程，每年约有400学生要学习该课程。也可以为相关工科专业的学生开设。

采用与开放性实验、课程设计和毕业设计以及大学生电子竞赛相结合的方式，充分利用现代媒体、实验室和图书馆资源，不仅为学生提供了锻炼动手能力环境，还为不同年级、不同专业的学生提供了交流、探讨和相互学习的机会。使我们的课堂得到延伸。培养学生的协调能力和团队精神。为学生的就业和将来工作奠定坚实的基础。

3 实际效果和存在的问题

从目前的教学效果来看，比以前取得比较好的教学效果。由于在讲课过程中，当讲到具体实例时，都会用Proteus给出仿真的电路图和实际运行的效果图，这样学生可以很直观的看到单片机具体的控制过程，而且让学生参与互动，充分调动了学生的积极性，学生通过在课堂上自己动手编写和修改程序来控制一个具体的例程，这样大家可以把学的知识马上进行应用，可以看到实际的控制效果，学生都愿意参与。而且，我们每4人为一个学习小组，有一个开发板，大家学完相关的知识点后可以在宿舍自己互相讨论，这样可以把相关的知识点学得更加的牢靠，而且动手能力差的学生可以通过其他同学的指导也可以很快上手。这样学完这门课后整个班级没有一个不会编程的学生。如果大家有问题不清楚的可以通过电话或者QQ的方式与老师联系，可以及时的解决学习中遇到的问题。学生学完后，都不再惧怕编写程序了。

当然也存在一些问题，如刚开始的时候大家互动不是很积极，但是通过几次鼓励以后大家逐渐的积极参与到互动环节中来，还有就是我们的开发板是用串口线进行下载的，但是现在很多学生都是用的笔记本电脑，没有附带串行口，调试起来不方便，就让大家通过Proteus先仿真，通过后再到有台式机的同学那调试具体的程序。后期将通过修改开发板下载模式或加usb转串口线的方法来改变这个问题。

4 结束语

通过这次教学改革，《单片机原理与应用》这门课从原先的汇编语言教学模式转变成现在的C51编程教学模式，并通过KEIL和Proteus软件的引入，使学生在课堂上可以比较直观的看到单片机对具体硬件的控制实现的现象，加深对单片机的认识和理解。使学生学完这门课后可以自己独立的设计一些简单的单片机控制系统，为学生后期的毕业设计、参加大学生电子竞赛等打下坚实的基础。

参考文献：

[1]马忠丽.影响教学改革的因素及对策思考.甘肃科技纵横，2004，6：154-155.

[2]陈桂友，柴远斌.单片机应用技术.北京：北京工业出版社，2008：20-35.

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中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）11（a）-0127-01

随着人民生活水平的提高和相关技术的发展，单片机技术在工业控制领域和消费电子领域等方面得到了广泛的应用。作为高校相关学科的专业基础课，“单片机原理应用”课程也得到了越来越多的重视，本课程的理论性和实践性都很强[1-2]。要使学生真正学好本课程，不仅要让学生深刻理解单片机的相关理论知识，重点在于要让学生学会怎么用好单片机，因此在高校的教学中，必须做到理论教学与实践教学并重，通过实践教学带动和促进理论教学，不断提高学生的动手能力和创新能力[3]。

1 当前实践教学现状

当前的实践教学中存在的问题可以从以下三方面分析。

1.1 试验课时和试验设备不足

以我校电气工程及其自动化专业本科生的培养方案为例，单片机原理与应用理论教学共76课时，其中含有60个理论学时和16个实验学时，另外设有一周单片机原理与应用课程设计。从学时分配上，实验课时占总课时的21.05%，比例偏低。为了在有限的实验学时内完成教学任务，试验指导教师只能安排一些基础性或验证性实验，学生缺乏足够的锻炼，达不到实验教学的最终目的。另外，受实验室中设备数量限制，实践教学中出现“抱大腿”现象，即一部分同学认真做，一部分同学玩的现象。

1.2 实践教学内容缺乏创新性

传统的单片机实验教学内容中基础性、验证性内容多，综合性、设计性实验少。课程设计中选题限于试验箱和试验台资源，题目内容很难跟踪当前技术发展的热点。为了达到实物设计的目的，课程设计中题目偏重于实验台（箱）上能进行的实验项目，限于资源，题目难度总体来说偏低，实践教学过程演变成了对实验课内容的简单综合。且选题陈旧，一题多届，多人一题现象普遍，缺乏综合性、新颖性，难以激发学生学习的兴趣，更无法培养学生的创新能力。

1.3 实践教学考核体系

传统的实践教学的成绩考核包含：课程设计报告，设计过程考核和作品设计考核。由于实践教学内容缺乏创新，容易出现投机取巧的现象，使得考核过程流于形式，难以区分学生在实践教学过程中取得的成果，也就调动学生在实践教学过程中的积极性。

2 实践教学改革内容

传统的单片机原理与应用的实践教学无法达到培养学生创新能力和综合应用能力的要求，需要进行改革。针对这些问题，实践教学改革在以下几个方面展开。

2.1 实验室建设

良好的实验室条件是能够开展实践教学的基础条件。在实验室建设中不再选用试验台或试验箱这些昂贵的试验设备，而是以单片机开发板作为实践教学的平台。单片机开发板价格较低，但资源却非常丰富，可以最大程度上满足实践教学的需要。而且可以随着技术的发展不断更新教学资源，甚至部分学生会自行购买。

2.2 项目驱动式实践教学

实践教学中不再由指导教师给定题目，而是由同学们自选题目，指导教师审查题目。项目的设计既要完全包含本课程的知识点和技能要求，还要与实际相联系。所选项目可以源自日常生活中遇到的问题，也可以是自己感兴趣的课题。所选题目由指导教师审查题目难度及可行性，并给出建议后形成一个小项目。这种选题方法可以最大程度上避免选题陈旧等问题。变抽象为具体，激发学生的学习兴趣。

2.3 实践教学组织

试验资源增加后，在组织实施实践教学中，鼓励单人单组，最多两人一组。利用兴趣引导学习，激发学习的主动性，从而可以最大程度上避免“抱大腿”现象。而且因为试验资源不再局限于实验室，可以更充分的利用利用课余时间。在开设课程设计的学期内完成，参加学期末的课程设计答辩。从思想上不再把单片机课程设计当做某一段时间内需要完成的任务。通过长时间的锻炼可以取得更好的实践锻炼效果。

2.4 开发工具多样化

实践教学中坚持开放工具的多样化，不限定使用仿真器调试。实践教学前期可以使用仿真器调试，锻炼学生的编程与调试能力。到实践教学后期，因为大部分程序已经调试完成，此时引导学生脱离仿真器调试程序，锻炼学生的分析问题和解决此类问题的逻辑思维。

2.5 以知识竞赛引领创新

鼓励以实践教学的作品参加国家级或者省级电子设计类比赛。参加这类比赛以增强动手能力为主要目的，同时也会保证作品的实用性、新颖性和知识的综合性。激发学生之间的竞争意识，促进实践锻炼的教学效果。

2.6 实践教学的考核体系建设

学期末组织课程设计答辩，根据所选题目难度、任务工作量、完成情况、答辩表现、课程设计报告给出最终实践教学的基本成绩。根据参加各类大赛的获奖情况给出创新成绩，这两个成绩按一定比例确定最终成绩，在我校目前实施的考核体系中，竞赛成绩所占比例为30%。增加的答辩环节，既可以鉴别该同学是否真正完成了相应的实践教学锻炼，避免抄袭现象和“抱大腿”现象，还可以锻炼学生相应的逻辑思维能力。

3 实践教学改革的成效

从2012年开始在电气工程及其自动化、自动化、电子信息工程三个专业进行实践教学内容及方法的试点改革，约有1000名学生接受了新的实践教学内容和方法。通过实践教学改革，激发了学生学习的主动性与积极性，培养了学生的创新意识和综合运用知识的能力，提高了学生的动手能力。学生参加电子类大赛的人数和获奖人数以及获奖等级逐年提高，2012年，在山东省大学生电子设计大赛中参赛的8只代表队全部获得山东省一等奖，2013年，在全国大学生电子设计大赛中有两个不同的题目获得全国一等奖，还有2个队伍获得全国二等奖，剩下的9只代表队获得了山东省一等奖。这些数据充分说明学生学习的积极性得到了激发，实践动手能力得到了明显的进步。

参考文献

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1.引言

单片机又称为嵌入式微控制器（Embedded Microcontroller），它是将CPU、存储器、定时/计数器以及I/O接口等主要部件集成在一块芯片上的微型计算机。随着电子技术的快速发展，嵌入式微控制器的类型越来越多，功能也越来越强，应用的领域也越来越广，几乎涵盖了现代生活的方方面面，包括移动通信、GPS全球定位系统、汽车、金融等领域。社会对嵌入式人才的需求猛增，80%的相关企业都急缺嵌入式开发人才[1]。掌握嵌入式微控制器的应用与开发，显然可以使学生的就业前景一片光明。而单片机是最早的嵌入式微处理器，相对于后来出现的DSP和ARM，一方面它价格低廉、结构简单、开发应用已臻熟，另一方面它提供了研究和开发其它高级微处理器的基本方法，因此各大、专院校均开设了与单片机有关的课程，如单片机原理与应用，单片机C程序设计等。

2.传统的单片机教学模式与弊端

目前，单片机教学课程一般安排在大二下学期，要求同学们具备C语言、电路和数字电路的基本知识。传统的单片机教学，均是以单片机的内部资源为主线，先讲单片机的内部有什么，结构如何，然后是用汇编语言和C51语言实现对单片机内部资源的使用。如果学时允许的话，还要学习单片机系统扩展资源的应用，最后再讲一些综合实例。虽然这种课程安排和学习过程符合人的认知规律，也是大部分课程所采取的教学模式，但是对于这门应用和实践要求很高的课程，这种教学模式存在很大的弊端。具体表现为：

1）教、学主次矛盾颠倒，学生学习缺乏主动性，导致学生的学习状态是“要我学”，而不是“我要学”。学生一方面对专业认识肤浅，找不到专业的核心，另一方面学生对就业压力又认识不足，就业目标不确定，总觉得距离毕业还早。尽管老师苦口婆心的教导同学该课程就是专业的核心，他们仍然无动于衷，仍然拨一拨转一转，不拨不动弹。整体来看学生学习缺乏主动性，而且积极性和热情也都不高。

2）单片机理论知识较为抽象，难于理解[2]，比如总线、寻址和中断等概念。单片机从直观上看就是一个‘黑片子’，而它的内部结构却是相当的复杂，工作过程是在时序的控制下，一步一步完成的。可以说单片机完全像是一个‘黑匣子’，就算是一条简单的设置寄存器的值，其内部的数据传输也相当的复杂。因其工作过程的不可见性，同学们对该课程的学习普遍感到难度较大。

3）学生学习过程中由“学”到“用”的转变较难，更不用说综合应用了。由于课上讲的理论知识不能及时用实验来理解和应用造出了理论知识和实际应用的严重脱节[3]。一部分同学的学习感受是，理论我都懂了，但是一到实验，编程调试时又无从下手，感觉一头雾水。

4）实验学时有限，而且课下又缺乏实践的机会，导致同学失去学习的兴趣。

针对以上问题，作者认为该课程教学模式的改革应该从两方面入手，一是如何改变现阶段教、学主次矛盾颠倒的教学态度问题，二是如何从实际的教学各环节（包括理论、实验以及二者的结合）入手，激发学生的学习兴趣，让同学轻松掌握这一专业技能。下面就从这两个方面具体阐述作者的教改理念。

3.改变单片机教学中的主次矛盾

教学，顾名思义包括两个过程教、学。具体来说，教学活动中包含老师和学生两大主体，包含教和学两类活动。而教学改革的目标是提高教学质量，目的是让同学学到知识，学会学习的方法。显然，从矛盾论来说，在教学活动中，学（学生）是主要矛盾，而教（老师）是次要矛盾，所以要抓住主要矛盾，增加学生压力，激发学生学习兴趣，不是老师要学生去学、逼学生去学，而是让学生感受到压力，体会到不学不行，让同学发自肺腑的说我要学，我想学，我必须学，而且我一定要学好，这就是本文作者提出的第一个教改理念。如何才能做到这样呢？

俗话说，兴趣是最好的老师。不论做什么事，只要是喜欢，你就很有可能做的很好。比如喜欢打篮球的同学，他们会习惯性的、不由自主的主动去玩，而不是依赖老师的督促和监督。如何激发学生的学习兴趣呢？可以从以下几个环节入手：

1）任课老师在课堂上演示自己亲自制作的开发板和部分程序的调试结果，一来可以激发学生的学习兴趣，二来也可以建立老师的威信。比如本文作者制作的开发板名称为FX-51 V1.1，其中F和X分别取自本文作者最后一个拼音Fen和Xiang，也寓意共同分享之意。当然如果是班上的同学有自己的作品拿出来展示，会更有说服力。

2）紧跟时展，给同学提供现有或者未来高科技产品的视频。比如“苹果眼中未来的世界”，“麻省理工大学天才学生的惊世发明”等。从直观的视频中体验科技发展的魅力，五花八门的科技产品必然会吸引同学们的眼球，进而激发学生的学习兴趣，甚至有同学也想创造出以自己名字命名的产品。

有兴趣固然最好，但是就怕学生三分钟热度，一开始热情挺高，可是没过多长时间，就会感觉到枯燥、无味，兴趣就会逐渐变少了，甚至没有了，这时任课老师还要给同学施加必要的压力。

目前，大学生的思想教育工作主要是由辅导员老师完成的，而专业课的教学由各个专业老师分别完成。辅导员老师对专业课的认识不深入，而专业课老师对同学的思想动态又了解甚少，所以会出现思想和行动脱节的现象。现在大学生的忧患意识差，目标茫然，不能把握专业的核心，更不用说掌握专业技能了。而本文作者是有四年辅导员经历的专业课教师，对学生的心理活动较为熟悉，与学生沟通也有一套独特的办法，能够想他们所想，急他们所急。学生最关心的就是我毕业后能找什么样的工作，怎样才能找到一份好工作，怎样才能在社会上立足。任课教师要从学生的这些心理活动入手，告诉他们只有掌握一两门专业技能，找工作时才不犯愁，而且也有资本与用人单位洽谈薪水的问题。而单片机课程就是通信、电子等信息处理类专业的核心课程，掌握了单片机，就相当于掌握了自己的专业未来。然而事实胜于雄辩，列举一些大四毕业生找工作的经历和已经从事单片机开发设计的校友工作的经历，让同学感到现代化生活的竞争压力，让同学领悟到掌握专业技能的必要性。只有掌握了专业技能，社会才给你工作的机会，你才有可能实现自己的梦想。俗话说千里之行，始于足下，空想没有任何的意义，我们只能从最基础的做起，一步一个脚印的创造自己美好的明天。通过这些实例化的教学，不但能够让那些一直找不到目标的同学有了学习的方向，激发了他们的斗志和兴趣，而且最主要是实现了“老师要我学到我要为我自己学”的转变。

4.改善单片机教学的各个环节

学生的思想端正了，那么教学过程中的主要矛盾就解决了，接下来就要解决次要矛盾，也就是如何教，才能使同学更好、更快的掌握单片机这一专业技能。用生动例子作比讲解理论知识，用便携式学习开发板进行实践，实现理论和实践的有机结合，这就是本文作者提出的第二个教改理念.

从辩证法角度讲，理论和实践是相辅相成的，但是理论知识是基础，只有在掌握必要的理论知识的基础上，才能够加以应用，进而进行开发和创新。反过来，实践操作可以加深对理论知识的理解和掌握，进而提出新的理论观点。所以只有很好的把理论和实践进行有效、恰当的结合才能达到事半功倍的效果。这里包含了三方面问题：一是如何把理论知识形象化、简单化以便同学们理解；二是寻找适合教学内容和难度的学习开发板，为同学提供实验、调试的机会；三是如何设置实验让同学们从实验的调试过程中进一步理解理论知识，并进行复杂功能和系统的开发。下面就从这三个方面结合自己的教学实例来具体说明。

1）用生活中鲜活的例子做比，讲解单片机有关的理论知识，加深同学们对理论知识的理解、记忆和掌握。

认识和理解新事物的过程总是枯燥和无味的，但是如果由熟悉的旧事物通过类比或者比喻来认识和理解新事物，就会增加人的认知兴趣和热情，也会使人更加容易接受和理解新事物。单片机的教学也是如此。下面就具体描述一下作者教学过程中的实例。

实例1：将单片机和大家已经很熟悉的电脑作类比，来理解单片机软件和硬件相结合的开发应用模式。电脑中，看地见摸地着的就是硬件，比如机箱、显示器、键盘和鼠标等，而与之对应的是软件，比如office、protel、keil等。有了硬件还要装载相应的软件，电脑才能为我们工作。单片机的开发也是类似的，必须软硬结合才能够实现想要的功能。所以单片机开发和应用必须有硬件设计以及与之对应的软件设计共同完成。

实例2：观察实验结果或者判断结果正确与否，最直观有效的方式就是看，就像电脑的显示器一样，以此来类比单片机的显示系统。单片机就是一个“黑片子”，形状像手指。相对于熟悉的电脑，很明显它没有输入（键盘和鼠标）也没有输出（显示器），所以单片机的系统开发中，至少应该要增加显示系统，以便确定结果的正确性。常见的显示有LED灯，数码管、点阵和液晶显示屏等。

实例3：将单片机比作人，来讲解单片机的引脚和内部结构。在讲单片机的结构时，可以将单片机比作人，其引脚比作人的四肢，而内部的CPU、定时器以及各个特殊功能寄存器等比作人的五脏六腑。单片机工作的时钟脉冲就类似与人的心脏有节奏的跳动。

实例4：用讲课时突然来的电话，来理解单片机的中断，来理解中断函数的触发是由硬件完成的。中断是单片机的特色，关键词是interrupt，同学们一般很难理解中断函数与一般函数的区别，不知什么时候去执行中断函数。在讲解中断时，可以用讲课时的突然来电话来作类比。理解中断的启动是外部触发的，是随机的，是不受主函数（老师）来控制的。将电话模式分别设置为静音、铃声和关机来分别比喻查询模式、中断模式和禁止中断模式。

以上只是课程教学过程中的几个典型例子，自然界的事物存在相似性，只要善于思考，总能发现与单片机理论相似的我们熟悉的事物，通过旧事物学习新理论，既能增加同学们的学习兴趣又可以把问题的难度降低，何乐而不为呢！

2）为了满足实验需求，自制便携式实验开发板。

理论知识固然重要，但是学习的最终目的还是用。对于这门实践要求很强的单片机课程来说，为同学提供充分的实验平台和时间，用实验结果激发学生学习兴趣和热情，做到真正意义上的学以致用才是学习的最终目标。对于课程中的重点知识点，作者主张在初步理解理论知识的基础上，通过简单实用的例子来进一步领悟和应用的学习方法，而不是把知识点反反复复、面面俱到的讲解。这就是所说的授人以渔而不是授人以鱼，其中的道理是显然的。

现在高校的单片机实验平台基本以实验箱和实验台为主，体积较大，价格昂贵，携带不便，而且一般都不允许带出实验室，因此学生课下实践的机会就非常少了[4]。为了配合教学，本文作者研制开发了单片机教学开发板，该开发板既有该课程所要求的基本实验硬件环境，也扩展了很多功能，包括电机、键盘、点阵、液晶显示屏、蜂鸣器、遥控、温度传感器、数字时钟和A/D转换等，以便学有余力的同学进一步开发。

3）设置难度适中，循序渐进的实验内容。

循序渐进的实验内容，就是让学生从易到难，从简单到复杂一步一步的将理论知识用于实验的调试，并通过实验调试来进一步理解理论知识。比如“模拟交通灯的实验”可以按照以下四种难度来完成，第一，用软件实现延时。第二，用定时器查询方式实现延时。第三，用定时器中断方式实现延时。第四，增加外部中断表示救护车的到来。通过设置这样的实验要求可以满足不同层次同学的需求，既能让同学体会到结果正确的喜悦，又能亲身感受调试过程的乐趣。

5.总结

单片机是理论结合实际的应用型课程，是通信电子专业的核心课程，掌握其学习的方法，就相当于掌握了专业，掌握了未来。所以只要师生共同努力，掌握这一专业技能是不困难的。俗话说严师出高徒，只要我们在教学过程中严格要求学生，再配以耐心、细致的学习指导，定能使同学学好该课程，为后续的嵌入式开发系统的学习和应用打下良好的基础。教学是一门艺术，单片机教学更是一项复杂的系统工程，要建立更完善、更合理、更引人入胜的教学体系，还需要更多的努力、更多的学习、更多的探索和更多的创新！

参考文献

[1]李宁，宋薇，库少平.项目化嵌入式教学方法研究[J].单片机与嵌入式系统应用，2010，2：5-7.

[2]廖伟强，郑崇林.单片机与嵌入式开发系统课程的教改与探索[J].大众科技，2013，15（4）：159-160.

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中图分类号：G622文献标识码： A 文章编号：

一.前言

在当今教学环节中，如何充分利用多种单片机开发工具,掌握综合运用单片机的软硬件实用技术,为工业生产、科学研究和实验设备等领域的单片机应用开发,培养具有技术应用能力、创新精神和创业精神的高素质人才,单片机课程教学面临的新挑战。目前国内多数中职或技工学校电子专业的单片机课程存在理论与实践严重脱节的现象,本文针对目前国内单片机原理与应用课程的实践教学法中普遍存在的问题和不足进行深入探讨。

二.单片机原理与应用技术

1.原理

单片机原理与应用课程的特点和教学中存在的问题。结合技工学校人才培养目标，从理论教学和实践教学两方面进行改革探索。提出一种注重理论联系实践，在应用中掌握知识的方法。结果表明改革能提高学生的学习积极性和创新能力。改革经验为提高该课程的教学质量提供了新途径。

2. 单片机应用技术

单片机应用技术课程是电子专业的主干课程,也是多年来公认的“问题课程”,学生普遍感到难学。主要表现在课程内容抽象、逻辑性强、与其他课程的关联度大。教学过程极易陷入难教、难学的境地并形成恶性循环。随着计算机网络与通信技术、集成电路技术和计算机软、硬件软件技术的飞速发展,单片机应用技术的内容与教学手段和方法都发生了很大的变化。如何充分利用多种单片机开发工具,掌握综合运用单片机的软硬件实用技术,为工业生产、科学研究和实验设备等领域的单片机应用开发,培养具有技术应用能力、创新精神和创业精神的高素质人才,是技工学校单片机课程教学面临的新挑战。目前国内多数技工学校单片机课程存在理论与实践严重脱节的现象,本文针对目前国内技工学校电子专业单片机应用技术课程教学中普遍存在的问题和不足进行深入探讨,结合多年的教学经验,提出基于“项目驱动法”的单片机课程一体化教学的新思路,以期为单片机课程教学的改革提供参考。

三.单片机课程特点

单片机原理与应用是一门理论性和实践性都很强的课程，概括起来有四大特点：首先，课程涉及面广，课程综合了程序设计、电子技术、微机原理、自动控制等技术，学生先修的基础课没学好将直接影响本课程的学习；第二，单片机课程概念多，内部结构、工作原理复杂而抽象，容易出现教师难教、学生难学的状况；第三，单片机应用系统电路复杂、各种芯片元器件功能各异，学生若分不清各部分的作用，易造成学习困难；第四，单片机技术实践性强，如果缺乏实践操作经验，学生很难真正理解学习内容，更无法实现知识的灵活应用。 

四.单片机教学中存在的主要问题 

1.教材结构未考虑学生的接受能力。教材内容主要依照单片机硬件结构指令系统汇编语言设计系统扩展接口技术应用系统设计的顺序编写的,注重课程的学科性与系统性,而未考虑学生的认知特点;教学过程也是以单片机的结构为主线,先介绍单片机的硬件结构,接着是指令和软件编程,然后是单片机系统的扩展和器件的应用,最后是应用实例。按此教学结构,单片机课程就演绎为以单片机知识为蓝本的微机原理课程,高职学生理解力和逻辑思维能力较薄弱,对复杂的电路和抽象的指令往往不知所云,学习过程枯燥乏味,学生大多产生厌学情绪。

2.普遍存在理论与实践严重脱节的现象。在教学形式上,单片机课程多以课堂理论教学与少量硬件仿真实验相结合,实验教学也多为验证性实验。先理论后实践教学,或理论与实践教学分阶段交叉进行,造成长期以来单片机教学理论与实践的严重脱节。加之许多学校单片机实践教学资源相对比较匮乏,多以单片机实训平台为主,实践教学环节也仅仅体现在为数不多的几个验证性实验上。许多情况下,学生只是依照老师给出的实验电路进行简单连线,有些同学直接将实验系统中的源程序调出来运行一下就算完成任务了。整个课程结束后,许多学生也未能真正了解清楚单片机应用系统开发的全过程,不会使用仿真软件调试程序的同学也不在少数,甚至连单片机开发工具如硬件仿真器、编程器的用途都不知道,更不用说掌握单片机应用系统设计的一般性方法。

五.单片机原理与应用课程的实践教学法

1.教学做合一。教学过程不是教师的个人表演过程，而是教师完成一个单片机工程的开发全过程，教学过程是做单片机项目的真实过程，有电路分析、有单片机基础分析，有汇编语言（或C语言）语法、语句、算法等分析。并且把所有过程，一步一步呈现给学生，让学生有现场感、真实感，让学生最后看到我们的最终成果——单片机实验电路板上呈现的现象。整个过程是教师开发了一个单片机工程项目，对事说是做、对教师说是教、对学生说是学，此之谓陶行知先生所说“教学做合一”。 

2.尝试教学实践与创新实践的紧密结合

采取部分开放的实践教学模式的试点,在时间、内容、仪器设备、教学形式等方面给学生空间。在学习的过程中,学生在开放实验室中进行了指令学习和巩固。也逐步学会单步、断点、全速运行的调试方法和排除故障能力,并能使用寄存器窗口、存储器窗口等仿真器的功能,分析各种实验现象。在教学实践的基础上,开展形式灵活、面向不同年级学生、连续不间断地创新实践,如组织电子协会进行课外科技创新活动,以多层面学生为对象与专业技术相结合的创新项目活动、组织培训学生海南省中职学生单片机装配与调试技能竞赛等。

3.讲练结合教学法。学生单靠教师在多媒体教室的“教学做合一”的教学过程是根本学不会单片机的，单片机是理论与实践结合的一门学问，必须经过大量的实践活动才能学会单片机，没有经过实际的演练不可能掌握单片机的精髓。我采用一节教学一节机房加实验板的实训方法进行教学安排，让学生把学到的东西马上进行实际练习，使理论与实践结合。今年的单片机教学我又在原来的基础上进行了改革，全部在机房利用实验板进行教学，采用边教学、边练习的方法，让教师的教与学生的学真正做到无缝对接。 

3.项目驱动教学法。在完成基础模块的教学后，学生的单片机学习就进入到另一个阶段，进行综合实训——做实际的工程。前面的教学与实践都是在单片机实验扳上完成的，这对学生来说仍然不真实，不实在，为了使学生能学生出校门就能搞项目，学生在学校必须经历实际工程的锻炼。让学生做电子表、数字温度计、数字电压表等项目。从画原理图、PCB图、制作电路板、硬件连接。软件程序编制、下载、调试与修改等所有过程都亲自参与。学生不再是学习过程的旁观者，而是整个过程的亲历者，让学生体会到创造的快乐，学习就象玩一样。 

六.结束语

单片机自从问世以来,经历了多次更新换代,其应用也从最初的工业控制领域扩展到人们日常生活的各个领域。学习这门课程对于学生将知识综合应用能力转化为工程实践能力,顺利地迈向今后的工作岗位,起着举足轻重地作用。因此,如何在教学过程中确保教学目标的实现,一直是大家所关注的焦点。所以做好单片机原理与应用课程的实践教学法是有着十分重要的意义的。

参考文献：

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中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）20-0101-02

单片机由于其结构简单、易于控制及价格低廉等优点，使得其广泛应用在仪器仪表、工业控制和自动化控制等领域中。随着电子技术的飞速发展，企业对单片机应用型人才的需求越来越多，而且越来越看重具有动手能力、团队意识和创新能力的学生。因此，理工科学校的教育工作者和学生越来越重视单片机原理及应用课程的教学成果。然而该课程作为高等工科院校电子、机械和测控等专业重要的专业必修课，是一门综合性、实践性很强的课程。对于工科学生来说，很好地掌握单片机技术，不仅有助于深入地学习专业知识技能，提高自身的整体专业素养，培养动手能力与团队意识，更重要的是能够获得实用的专业技能和创新能力，增强就业竞争力。

面对市场对人才日益严峻的要求，如何培养出适应社会需求的创新型和专业型人才，是教师面临的一项紧迫而艰巨的任务。这不仅仅要求教师提高自身水平和积累工程项目经验，还要求不断反思教学过程，在教学方法上进行改革和探索。

一、单片机教学特点及存在的问题

单片机原理及应用课程教学与其他理论科目教学方式不完全相同，这门课程强调的是专业知识的应用，要求学生能够将基本理论与实际工程相结合，达到解决工程问题的基本能力。因此，在重视理论教学的同时，必须重视实验教学。但是，在具体的教学过程中，不但学生普遍感到难学，授课教师也存在许多困惑，这些都是由于课程特点引起的。

它的主要特点[1]有：（1）概念多，专有名词多，内容抽象，对于初学者来说难以适应，由此会感觉入门较难。（2）编程语言指令多，且需要掌握每条指令的功能及操作数来源。（3）逻辑性和完整性强，各部分知识衔接紧密。（4）课程的图示说明多。（5）综合性强，涉及内容较多，涵盖了模拟电路、数字电路、自动控制系统等诸多基础课程的内容。（6）解决实际问题的能力强。单片机教学的这些特点，使得学生在开始学的时候难以入门，难以了解单片机的整体结构，从而对单片机的学习失去信心，以至于出现学生普遍认为课程难学、教师普遍认为课程难教的局面。

多年的单片机教学经验表明很多学生学完课程之后并没有达到预期的效果，不能将学到的知识应用于实践，或无法将知识点连成知识面进而形成知识体系。另外传统的实验教学以验证性的实验为主，学生在规定的时间内，用统一的模式，按照指导书上规定的步骤做相同的实验。对于包含工程开发的软硬件协同设计难以开展，学生对基础知识的综合应用能力较差，自主设计和创造能力也普遍存在问题。

二、CDIO模式下课程教学改革探索

1.CDIO工程教育模式。CDIO是一种国际化高等工程教育的创新模式，是由麻省理工学院（MIT）、瑞典皇家工学院（Royal Institute of Technology）等四所跨国大学合作开发的一整套工程教育理念和实施体系[2，3]。它以产品研发到产品运行的生命周期为载体，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程[4-6]。主要包括技术知识与推理、个人和职业能力与态度、人际交往能力，团队合作和交流、企业和社会环境下的构思设计实施运行系统等四个层面，这种模式不仅注重培养学生扎实的专业技术知识，更关注团队协作精神和创新精神的培养，并通过“做中学”和“基于项目的教育和学习”的教学模式培养既有扎实的专业技能，又有良好的团队协作能力和创新能力的国际化工程师。国内外的经验都表明CDIO“做中学”的理念和方法是先进可行的，适合工科教育教学过程各个环节的改革。

2.以项目为导向，改进教学方式和教学内容。教学方式上，将本专业有着丰富科学研究和教学经验的教师组织成一个项目实施团队，建立相对稳定的承担单片机原理及应用课程教学和实践环节的教师队伍。研究CDIO高等工程教育模式的理念和本质，转变观念，改革教学内容、教学方式和教学手段，紧密结合有关科研项目，将CDIO理念和教师在科研中的实践经验和体会融入教学内容、课堂教学和实验教学环节中。项目中每位成员根据自己承担的科研项目，每学年提出一个适合单片机项目化教学的项目，并将学生进行分组，每组4人，每组都包含1～2名兴趣比较浓厚、学习动手能力较强的同学，每个小组选择一个项目，该项目贯穿于单片机教学内容和过程的始终。最后再完成一个综合性强的实践环节。通过这种方法提高学生学习的积极性和主动性、动手实践能力、团队协作能力和创新能力。

3.改革教学模式。在实际的教学中，将提出的适合单片机项目化教学的项目分配给学生小组，让学生以团队的形式完成整个项目的设计，包括方案设计、软件实现、硬件设计以及测试和调试等整个过程。使项目贯穿于单片机原理及应用课程教学内容和过程的始终，学生分组完成，教师提供辅导。选用的项目可分步实现，彼此关联，从小到大，从简到繁，从局部到整体，层层推进，形成一个完整、全面的单片机应用系统的教学项目。在实际的教学改革中，我们依托于“RS232串口通信”、“数控式直流电流源设计”、“智能负载”、“温湿度测量系统”、“数控直流稳压电源”等项目，将以包含能力训练的项目教学方式让学生深入理解专业知识和提升其专业技能。将教学内容相关的知识分解到各个教学项目当中，这样可以增强学生学习单片机课程的兴趣，培养他们的团队意识和创新能力以及提高在严峻就业环境下的竞争力。

4.考核方式的改革。传统的单片机的期末成绩主要由学生的平时成绩和卷面成绩按照一定的比例构成（一般为3∶7），卷面成绩则全部由试卷考试的形式决定。这种传统的考核方式评价不了学生的实践能力和创新能力，也不能完全作为掌握单片机基础知识的判断依据。而CDIO工程教育则要求学生在掌握专业知识的基础上，具备一定的工程实践能力，也符合广大学生的学习目的。

因此，在本次改革中，为了确保考核方式的合理性、公平性和有效性，单片机的成绩将以CDIO工程教育基本理念为指导，与项目结合的形式完成对学生能力的综合评价，并采取教师点评和学生互评等各种方式（如表1）进行。这种以“过程”为基础开展，关注学生知识、技能的学习过程，关注实践环节及工程应用能力，力求知识与能力的协调统一的教学考核，不仅增强了衡量学生掌握知识的依据，而且有利于引导学生注重动手实践能力和自身综合素质的提高。

三、教学改革的实际效果

1.激发了学生的学习兴趣。以项目化方式指导学生学习的教学方式，增强了学生学习单片机的兴趣和热情。工程教学中始终贯穿着项目，学生需要按照项目的任务和要求系统地学习基础知识和应用能力，有助于学生明确学习目标。这种由传统单调的课程教学到灵活的项目教学方式，也极大地提高了学生的学习氛围和兴趣。

2.培养了学生综合运用知识的能力。要完成CDIO项目中的工程任务，必须运用诸如数字电路、模拟电路、自动化控制和单片机技术等多学科的基础知识。学生需要综合运用所学知识来解决项目中遇到的问题，使学生综合运用知识的能力得到培养。通过完成遇到问题到解决问题的过程，学生也加深了对知识的掌握。

3.锻炼了学生的团队协作精神。由于在整个工程项目的学习过程中，学生被分为3～4人一组，在分散学习、查阅资料、讨论及实践活动的过程中，都是以小组的形式进行，每个小组都是一个小团体，全体组员共同参与学习环节中的各项活动。彼此互相配合，广泛交流的过程，锻炼了学生的团队协作精神和团队意识。

4.提高了学生的思维、实践动手能力。CDIO教学模式“做中学”的理念，强调教学与实践的统一。在教学过程中安排的大量项目实践活动，需要学生亲自动手完成项目要求的各个实践任务，并参与到项目开发的始终。参与工程的开发能够发散学生的思维，提高实践动手能力。从项目完成的情况来看，此次改革有效地提高了学生的创新能力和解决问题的能力。

四、结语

经过全体课题组教师的不断努力，“单片机原理及应用”课程教学改革已经取得了初步成效，教学效果得到了显著提高。通过单片机教学改革的实践，结果证明，在CDIO工程教学模式下，采用以项目为驱动的教学方式不仅生动有趣，还能提高学生的创新能力和实践能力。而且理论与实践紧密结合的教学改革，激发了学生学习的兴趣，培养了学生的团队协作能力和团队意识。

参考文献：

[1]李晓林，牛昱光，阎高伟.单片机原理与接口技术[M].第2版.北京：电子工业出版社，2011.

[2]马卫国.基于CDIO的单片机原理及应用课程教学改革探讨[J].中国现代教育装备，2011，（19）：70-72.

[3]张翼成，刘美，王涛.CDIO模式下“单片机原理及应用”课程教学改革[J].计算机教育，2012，（32）：22.

篇（9）

中图分类号：G642 文献标识码：B

“单片机原理与应用”课程是电类专业一门重要的专业基础课，其教学目的是通过理论教学与实践环节，使学生正确理解单片机的基本概念、基本原理，掌握单片机程序设计和接口应用的基本方法，并能综合运用单片机的软硬件技术，分析实际问题，为工业生产、科学研究和实验设备等领域的单片机应用开发打下良好的基础。

传统的单片机教学，均是以单片机的结构为主线，按单片机的硬件结构、指令、软件编程、单片机系统的扩展、各种器件的应用的顺序讲授，最后再讲一些实例。这种传统的教学结构，学生普遍感到难学。在现有技术发展和教学条件下，应该积极探索新的教学方式。

1传统单片机课程教学存在的不足

单片机教学包括理论和实践教学，而传统的课堂教学及实验中存在诸多问题，如教学方式多以课堂原理讲解与少量硬件仿真实验相结合，课堂教学多以理论为主，实验教学也多进行验证性实验。但单片机是一门应用性和实践性都很强的课程，本身比较抽象，所以在教学中必须把教学内容更为直观地展示给学生。为此，教师一般会把实验板或者仿真器引入到课堂上，通过在课堂上现场做一些演示实验给学生看，但是采用这种方法往往效果不是很好，主要表现在：(1)在课堂上现场做演示实验很浪费时间，降低了教学的效率；(2)小小的实验板和仿真器演示起来很难看清楚，也很难让所有学生都观察到效果，所以采用这种演示的方法来进行理论教学往往是事倍功半。

学生实验时也存在不少问题，实验教学不足，实验学时不足。由于单片机实验室的场地和时间等问题，除了上课以外，平时学生难得有机会实践。个人配备单片机实验开发系统，因成本较高，很多学生无法承受。又由于一般单片机实验多为箱式成品，学生难以参与到其中的细节设计，学生动手能力很难得到训练和提高。

实验设备不足、落后。建造单片机实验室成本高，一般学校很难达到学生人手一套实验开发系统，并且随着技

术的不断发展、设备的不断老化，实验设备也需要更新。要解决此问题就需要不断重建单片机实验室，因此必将带来资金耗费严重等问题。

课程设计、毕业设计等教学活动中存在明显的不足。在实际教学中常常需要学生设计一些基于单片机的系统，以提高学生的综合能力。单片机系统设计包括硬件电路设计、软件编程设计及软硬件结合的系统调试三个方面。目前单独的软、硬件设计都有较好的软件支持，而在软硬件结合的系统调试上，传统的方法中应用程序需要在硬件完成的情况下才能进行调试，这就必须进行制板、元器件焊接。在软硬件的配合中如需要修改硬件，必须重新制板，在时间和经济投入上带来很大的麻烦。

2引入Proteus的可行性

针对传统的理论和实验教学存在诸多的不足，促使我们在教学中寻找新的教学方式和方法，从教学实践上看，将Proteus引入单片机原理与应用课程的教学中是可行的。

目前我校已建立众多的多媒体教室，为课堂教学引入Proteus提供了基本条件，同时学校还拥有很多教学公用计算机，加上很多同学也拥有计算机，这就为学生学习使用Proteus创造了良好的条件。

单片机课程大都安排在大学二年级，学生从大学一年级开始系统地学习了计算机知识，因此学生已有了学习与使用Proteus的基础。

现在EDA技术的发展，已具备单片机仿真的软件，本文探讨的Proteus仿真软件是一款含有大量的系统资源、丰富的硬件接口电路，具有强大的调试功能和软硬件相结合的仿真系统，完全符合单片机教学的要求。在教学过程中既可调试单片机程序，也可仿真单片机器件的工作情况；既能充分利用学校计算机房现有计算机，减少硬件设备的维护工作量，还可为学生提供丰富的实验内容。本仿真系统结合了单片机和电路，与实际工程系统非常接近，拉近了单片机学习与就业的距离。

3Proteus在单片机原理与应用课程教学中的应用

3.1Proteus简介及其在单片机教学中的意义

Proteus软件是来自英国Labcenter Electronics公司的EDA工具软件，Proteus软件有十多年的历史，在全球广泛使用。Proteus软件由于强大、直观、完善、全面的功能，已为越来越多的国内大学作为电工电子虚拟实验平台、单片机设计与虚拟仿真实验室、嵌入式系统设计与仿真实验室、创新实验平台等电类综合实验平台，为教学改革、创新和科研开发提供了良好的软件支撑。

目前企业单位对单片机应用人才的需求量仍然很大，对技术水平的要求也越来越高。面对传统教学中存在的诸多问题，借助Proteus对CPU和电路强大的仿真能力以及丰富的资源库，可以有效替代硬件仿真器进行先期的软硬件调试，等到仿真结果基本理想时再进行实际的硬件调试。这样的开发过程不仅高效，而且会尽可能地减少损失，对于解决实验室资源紧张的问题是一个很好的思路。

3.2将Proteus引入单片机课堂教学

过去在课堂上演示单片机的设计和调试几乎不可能，然而利用Proteus仿真软件可以轻松做到这一点。在进行多媒体教学时，可设计大量的单片机应用实例，用Proteus软件演示从单片机硬件设计到软件调试的全过程，并演示运行结果，增强教学生动性和直观性。比如教师可以制作一些典型的应用系统，如流水灯、交通灯、数字钟及LCD显示等实验进行演示，让学生对单片机应用系统有一个感性认识，明白一个完整系统的含义，清楚单片机在一个系统中的作用和地位以及应用情况。

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传统单片机原理及应用课程教学方式是以单片机的知识结构为主线，学习单片机的原理部分――单片机硬件结构、中断系统、定时器/计数器、串行口应用、系统扩展等。原理部分内容抽象，对高职学生来说学习难度大。应用部分是在所学理论知识的基础上，将理论用于实践，实践性强，与实际应用联系非常紧密。单片机应用以硬件和程序作为基础和支撑，前面知识一知半解，使单片机系统设计的学习和掌握变得难上加难。对于非计算机专业的高职学生，要学习如此复杂的单片机软、硬件知识，传统的以讲授为主的教学模式显然不能适应高职学生学习的需要，改革教学模式势在必行。在本课程的教学中实施了以任务驱动模式为主的项目教学法，加大实践在教学中的比重，力争实现理实一体化教学。

一、引入PROTEUS仿真教学，激发学生的学习兴趣

PROTEUS软件是由英国Labcenter Electronics公司开发的功能强大的EDA工具软件。其运行环境为Windows系统，操作简单，不仅具有PCB设计、Schematic Drawing仿真功能，还能仿真单片机及器件，是目前对单片机进行模拟实验的最好软件。PROTEUS软件可在目标板没有进行制作前，事先对其合理性、功能等指标进行设计、调整，还能在没有目标板的情况下实现对单片机软件的开发和调试，从而进行完整的模拟开发。

单片机原理及应用课程的具体目的是培养学生的软件编程能力及硬件设计能力。但由于课程教学课时以及经费的限制，学生很难亲自动手将软件和硬件进行实际操作。使用PROTEUS软件可以实现单片机应用系统仿真模拟。在教学实践过程中，教师通过计算机和多媒体指导学生使用计算机操作KEIL uVision2 软件和PROTEUS软件。学生首先使用KEIL uVision2 软件练习程序编写，将程序编辑、编译、链接后生成“.hex”的可执行文件；然后利用PROTUES软件平台搭建实际硬件电路；最后在PROTEUS平台加载可执行文件，进行仿真运行。

将PROTEUS与 KEIL uVision2 软件相结合仿真，不但可以丰富教师教学手段，还可以使学生既能进行单片机系统软件程序设计，又能进行单片机接口电路的设计，并立即看到程序运行和电路工作的过程和结果。在提高学生学习兴趣的基础上锻炼了学生实践动手的能力，既降低了教学成本，又提高了教学效果。与此同时，还能解决实验箱不能实现功能模块的有关限制性。

二、选取任务驱动教学模式，提高学生学习效率

1.以“必需、够用”为原则，在教学内容上改革

针对本课程实践性强的特点，应以“强化能力，重在应用”为指导思想。通过对部分毕业生和相关企业、行业的调研，在教学内容的选取上应以培养技能型专业人才为出发点，以满足岗位职业技能需求为最终目标，以真实的工作任务为载体进行教学过程的设计，以“必需、够用”为原则设计教学内容，注重职业岗位技能训练，增加实践教学的学时，培养学生的实际应用能力。

2.教学过程主要采用“任务驱动法”，理论教学紧扣“实际应用”

“任务驱动法”是理论教学全过程都以单片机应用的典型工程实用案例进行分析讲述的一种教学方法。授课时以“任务”演示作为引入，以实现“任务”为主线介绍单片机各相关理论知识。将单片机课程的内容融入几个典型的单片机任务中，将理论教学和实践教学融为一体，将“单片机理论”“单片机仿真”与“单片机实操”融为一体，将传统教学方法与现代化教学方法融为一体。使学生在实践中学习理论知识，使所学的理论知识在实践中得以验证；同时用理论指导实践，培养学生的操作技能，实现理论和实践的有机结合。这样学习目标更明确，带着具体的任务去学习，既增加了学习兴趣，又提高了学生学习的主动性和自觉性。

3.结合以“单片机实验开发板”为主，以“单片机实验箱”为辅的实验教学模式

“开发板”为电路板的形式，虽然体积很小但包含了“单片机”实验的各个部分，可以根据需要对其进行扩展。另外，此单片机“开发板”要求学生自己动手焊接、调试，可加强学生对硬件电路的认识和手工焊接能力的锻炼，为今后学生自主开发、设计单片机应用系统奠定了一定的硬件基础。

三、以C语言为主，与市场接轨，降低学生学习难度

C语言是目前世界上使用最广泛的高级程序设计语言之一。C语言已被人们普遍接受，它在系统软件、数据处理、科学工程数值计算等多个领域的软件开发中起着越来越重要的作用。C语言结构紧凑、语句简洁，是介于高级语言和汇编语言之间的一类语言，具有像汇编语言那样直接访问硬件的功能。

单片机应用系统的程序设计，既可以采用汇编语言，也可以采用C语言。汇编语言虽然具有接近硬件和执行效率高等优点，但开发单片机难度高、效率低且周期长。C语言虽然执行效率不如汇编语言，但是C语言的突出优点是可读性和可移植性好，既有高级语言的优点，又不失对硬件的控制，可以尽量少地对硬件进行操作，非常适合开发单片机。C语言中有丰富的函数，可以直接调用，大大降低了编程者的工作负担。引入C语言进行教学，学生掌握起来相对较快，不用过多考虑硬件，编写程序较容易。经过调研，目前在高科技电子领域实际应用中，单片机的开发多采用C语言编程。故采用C语言代替汇编语言开发单片机。

通过理实一体化课程教学改革，将任务驱动法、仿真法、实验教学法相结合，将“教、学、做”融为一体，培养学生单片机系统的应用能力，并将C语言应用于单片机课程，降低了学生的学习难度。经过课程改革，可提高学生学习兴趣、提高学生主动学习的积极性，教学效率和教学质量也有一定提高。单片机原理及应用教学改革是一个长期的过程，需要教师不断学习、积累经验、探索完善、拓展知识结构、加强科学研究，同时不断改进教学方法，提高教学效率，使学生在知识的掌握与实践能力的提升方面受益。

参考文献：

[1]余永华.单片机课程理实一体化教学模式改革[J].读与写，2015（3）：314.

[2]张子红，王昊.依托实训基地和单片机学习板的单片机课程改革[J].高师理科学课，2015，35（1）：74-77.

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中图分类号:G71 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)06(b)-0181-02

从第一块单片机问世，经过短短几十年的发展，单片机技术已经在工业控制、仪器仪表、家用电器、汽车、办公自动化和通讯等领域得到了广泛的应用。单片机应用在我国有着非常广阔的应用，但相对于世界市场我国的占有率还非常底，还有很大的发展空间，因此《单片机原理与应用》也就成为了中等职业学校机电、自动化及电子等专业学生的必修课。

由于“单片机”对理论和实践的要求都很高，除了抽象的逻辑电路和编程技巧需要学习外，具有能够独立动手解决实际问题的能力也是必要的，而中职学校的学生的基础相对薄弱一些，因此在学习“单片机”课程时普遍感觉到非常困难。针对这一现象，教师在实际的“单片机”教学中应注意教学方法的改革，同时要不断探索新的教学模式，适应中职学校学生的学习规律。

1 现行单片机课程教学的不足

1.1 理论与实践存在脱节现象

在以前的“单片机”教学中，理论教学占据了主要地位。课堂教学以单片机的结构为主线，讲述单片机的硬件结构、指令、软件编程、系统的扩展和器件的应用，然后再相应讲些简单实例。尽管这种教学方法中的教材结构比较严谨，内容比较全面，但是却存在与实际需要脱节的现象，教师过分注重按照教材来组织教学，且在教学过程中单纯的对单片机的组成原理讲述过多，忽略了实际应用，致使学生感觉学习起来比较枯燥，进而失去了学习这门课程的兴趣。

1.2 教材更新速度限制了知识的传播

“单片机”作为一门技术，对技术的前沿性和更新要求非常高，尤其是在当前这个技术发展迅猛的时代，其技术的更新换代更是以极快的速度进行着。而目前有关“单片机”的教材却多以传统MCS-51单片机的讲述为主，这就在一定程度上影响到了学生对单片机行业最新发展动态的了解。

1.3 实验设备限制了学生的创造力

实验箱是各学校“单片机”实验中常使用的设备，这种设备并不向学生公开其基本电路原理，只是“傻瓜”式的让学生按照定好的步骤将程序录入计算机，待运行后查看结果即可。这样的实验过程大大限制了学生的创造力，不能真正培养学生的能力。

1.4 考核方式过于片面

以前很多中职学校对“单片机”的考核主要还是以笔试为主，对于“单片机”这种强调应用性的课程，单纯的依靠笔试是无法全面、客观地了解学生的实际学习情况。

2 “单片机”课程教学的改革与创新方法

2.1 消除对单片机的认识误区

由于学生平时接触单片机及其实际生产的机会比较少，且过多接受软件的使用、高级语言编程等方面的信息，很多学生片面的认为单片机已经过时，而PC机或其他高级计算机才是当今主流。因此，教师要顺应单片机的发展潮流，从实际出发，用学生容易接受的知识体系和讲述方式，深入浅出的帮助学生学习全新的《单片机原理与应用》的知识和技能。

2.2 教学内容的改革与创新

课程改革要注意全面推进素质教育，培养学生的综合职业能力、高新技术能力和创新能力。

2.2.1 课程内容的选取

中职学校的课程内容要按照“够用、适用、实用”的基本原则进行设计。一般来说，理论教学部分以“单片机”的内部结构和汇编语言为主；软件仿真部分则着重介绍各类开发工具；硬件仿真及实物设计则可脱离教材，以激发学生动手、动脑为主设计一些与实际相关的实验。

2.2.2 及时更新课程内容

随着计算机的飞速发展，单片机及其技术也在不断发展，中等职业学校希望在技术上与行业保持同步，就需要根据当前的技术发展，及时将近期工程应用中所涉及到的最新成果补充到教材中，或以项目的形式引入课堂。

将单片机产业的最新发展注入教学，让学生熟悉当前主流单片机的品种、型号和价格，以及了解选择和购买器件的方式，这样可以使学生更加容易进入单片机的开发行列。

2.2.3 编写具有专业特点讲义

传统教材比较注重编写技巧、程序设计，但是如果不结合硬件，那么学生将很难掌握重点知识。因此，讲义要从实战出发来设计和完善那些与实际紧密联系的实验项目，在理解硬件原理的基础上充分发挥学生的主观能动性，并让学生能独立完成接口器件的选择、编程的思路和软件程序的调试等，从而深刻地了解单片机的运行原理。

2.2.4 利用网络资源丰富教学内容

当今社会发展日新月异，特别电子信息技术，新知识、新技术层出不穷。学生在今后从业中要想有较大发展就需要有较强的获取信息和整理信息的能力。授人以鱼，不如授人以渔，因此在平时的教学中不仅要教给学生专业知识和技能，还要教会他们如何自学专业知识和技能，必须培养学生查阅文献资料和整理资料的能力，如今查阅文献资料最便捷途径就是通过网络查阅。网络资源丰富，并且更新快，但多而杂，良莠不齐，所以要培养学生筛选整理资料的能力。另外可以丰富教学内容，提高学生自主学习的积极性。

2.3 丰富教学方式来提高教学效率

2.3.1 应用教学软件