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篇1
基金项目：本文系浙江农林大学校发展基金资助项目（项目编号：2006FK24）、基于STR710的USB驱动程序研究的研究成果。
中图分类号：G642.423 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）05-0184-02
“单片机原理及接口技术”是电子信息类的一门主要专业基础课，与生产生活结合密切，实践性很强。其以数电、模电为先修课程，以嵌入式等为后续课程，在课程体系中起到了承上启下的作用。而单片机实验教学是其中一个很重要的环节，但不被传统教学所重视。近年来，教学管理人员和从教人员开始意识到这个问题，也提出了一些改进的办法，[1-3]但效果并不明显，基于此，提出了单片机实验教学的改进思路。
一、单片机实验教学现状
1.实验手段单一
高校里传统的单片机实验课教学通常采用实验箱或实验台等设备，[4]硬件部分仅需简单的连线即可，实验手段非常简单。学生只是简单地模仿，简单的编程验证即可，有的学生甚至要求教师提供参考程序，仅需简单的修改就可运行，导致创新能力被严重伤害。这种教学方法只使学生懂得了一些程序。
2.内容陈旧
传统的教学内容陈旧，教科书内容与实际脱节严重，而根据教材内容设计的实验箱或实验台内容一样落后。另外，与教材相比，依赖于硬件设备的实验内容更加难以更新，导致很多届学生做的实验完全一样。整个班级的学生做同样的实验，且实验以验证性为主，编写简单的程序或简单地修改现成的例程就能完成，缺少深度和广度，与实际应用相去甚远。单片机技术日新月异，而陈旧的教学内容会极大地限制学生的视野。
3.学生被动接受
在实验教学中，传统的方法以教师为主体，学生处于被动地接受地位，发挥不了其积极性和创新能力，甚至培养不了兴趣。由于被动接受，缺少深入的钻研，学生做完实验之后还不明白是怎么一回事，导致教学效果很差。
二、单片机实验教学改进
1.实现实验设备多样化
针对实验箱或实验台模式固定，硬件电路不能改动，实验内容老旧，难以适应技术的发展等问题，自制实验板以作为重要的补充。文献[5]和文献[6]提出了自制实验板。实验板小巧、灵活，携带、使用都很方便，可以在实验室、教室、寝室等地方使用，成本低。文献[7]提出将Protues和Keil结合的仿真软件用于实验教学，可以脱离实验箱限制等。但这些设备、手段单独使用均有不足之处，仅有实验板功能还不够完善。仿真工具不能完全代替实物，但可以在预习阶段或者课后总结时使用。
如图1所示，各种实验设备或软件可以取长补短，结合实际情况合理选用。把实验箱或实验台当做基础平台，结合仿真手段，根据需要自制实验板和实验模块，将新型芯片及其相关电路做成实验模块，作为实验设备的重要补充，以保证实验内容跟上单片机技术的发展，实现实验设备的多样化。
2.重视课外时间
任何一门课程，都需要大量的课外时间作补充。单片机的实验课需要重视课外时间，实验前的预习环节是重点。学生的实验过程如图2所示。
实验前教师布置任务，列出预习的具体要求，要求学生做好预习工作、写好预习报告。没有完成预习工作的学生，不允许做实验。在预习阶段，允许学生自由发挥，教师参照指导书里的实验内容给出实验方向和准则，让学生查阅资料，设计实验方案，进行论证，画出电路图，详细说明实验原理和步骤，列出预期结果并做仿真调试。由学生自行决定使用何种实验设备，符合实验的方向和准则即可。这种实验方法，学生必须在课外时间查阅大量的资料，获取很多的信息，变被动为主动，充分调动自身积极性。当然，该过程也需要适当的考核方式来保证。为从源头上杜绝抄袭的情况，同班级的学生在同一次实验里所做内容应各不相同。
3.更新实验内容
实验内容的设计关系到知识点，是关键。传统的实验内容是依据实验箱或实验台的硬件电路编制的，而这些内容往往是生产厂家提供的，与实际脱节严重。可以在此基础上拓宽选材途径，例如从理论教学、学生竞赛、教师科研、企业案例中选择，精心设计，贯穿知识点，特别要结合新发展的技术。例如D/A转换实验，实验箱提供的往往是DAC0832电路模块，但实际应用很少，在设计D/A转换实验时可以增加较常用的串行多通道10位以上的D/A转换实验，通过两种转换器的比较，加深学生的理解，提高学生在应用场合选择芯片和设计电路的能力。或者指定实验的内容为D/A转换、电压输出，具体的方案由学生自行设计、自由发挥。
4.注意课程知识的联系
单片机是一门综合性很强的课程，需要用到电子、计算机、数学等学科的知识。模电、数电和C语言程序设计是其先修课程，先修课程的基础对单片机课程的学习影响很大，容易拉大学生的学习差距。由于实验学时的限制，先修课程的知识点无法在课堂上重新讲解，需要学生平时自行完成相关学习。针对这种情况，为加强各门课程之间的联系，编写了一本实验指导书补充手册，将实验中用到的单片机课程以外的知识要点和原理列出来，以供学生查阅参考。例如实验中用到了运算放大器，这是模电课程的知识，但在单片机应用里却不可缺少，学生若是不能理解，极有可能影响到整个实验的完成。这种情况要在手册中注明，以供学生预习时查阅。
5.建立合理的考核评价体系
考核评价体系需要公平合理的体现学生在整个实验中的工作量、发挥和创新，杜绝抄袭现象，因此设计考核方式需要科学、合理。实验的考核可以分成预习报告、实验操作、实验报告、发挥创新几部分。预习报告主要在于实验原理的描述，包括电路连接原理、芯片工作原理、程序设计原理、实验效果原理等部分。预习报告要求学生自行查阅资料、自学实验中用到的其他课程知识、清楚实验的原理和步骤以及要得到的数据与结果等。整个实验的情况为：实验操作部分的考核着重在规定的时间内实验完成的结果和质量；实验报告体现学生的实验结果，在实验过程中遇到的问题和解决方法，以及对本实验的心得体会及改进意见等，这部分可以考查学生分析问题、解决问题的能力，改进和创新的能力；发挥和创新部分着重激励学生不拘泥于所做的实验、突破惯性思维的限制、大胆创新，鼓励学生深入并广泛的探索，或者自行设计类似的实验、设定要验证的内容等。实验的成绩构成及比例如下所示：
总分=预习报告（占20%）+实验操作（占20%）+实验总结报告（占20%）+实验答辩（占20%）+发挥（占20%）。每一项还可以细分成几个小项。
三、结束语
总之，单片机实验教学是单片机教学中的一个重要环节，需要切实从培养学生动手和创新能力的角度出发，跟上单片机技术的发展，从实验内容设计、实验设备多样化、重视课程知识体系间的联系、充分利用学生课外时间、完善考核评价体系等方面着手，进行实验教学改进，推动单片机实验教学的发展。
参考文献：
[1]孟建，刘瑞祥，刘永启.“单片机原理及应用”实验教学改革研究[J].中国电力教育，2013，（11）.
[2]周家婕，安长俊.浅谈优化单片机实验教学提高实验教学质量[J].计算机光盘软件与应用，2012，（13）.
[3]王咏梅，王印松.单片机实验教学改革的探索与实践[J].实验室科学，2012，（4）.
[4]唐续，赵芳斌，王嘉.EDA与单片机及SOPC一体化实验教学平台研制[J].实验技术与管理，2013，（1）.
篇2
文献标识码：A
文章编号：1007-3973（2012）005-185-02
1 引言
嵌入式系统正在蓬勃发展，应用越来越广，从最初的MP3、PDA、智能手机到投入工业生产，再到工业机器人、娱乐产品无不是嵌入式的产品。由于单片机的体积小、集成度高、功耗低、抗干扰能力强、控制功能强并且性价比高特点被广泛用于智能仪器、家用电器、医疗设备、汽车电子、航空领域，仪器仪表和工业控制等嵌入式系统产品。从事嵌入式系统开发的人才也越来越多，而单片机设计是嵌入式系统的基础部分和核心部分。
2 传统单片机实验教学的问题
2.1 理论教学与实践教学脱节
从单片机课程开设以来，高等院校也遇到了发现学生的实践能力很差，为了解决这个问题也开设实践教学，但是由于单片机的理论内容较多并且复杂不易理解，理论教学学时占了很大部分的学时时间，实践教学时间较短，学生无法通过较短的时间消化理论的学习。另外由于学校实验室的客观条件，实验设备不能满足一人一台的标准，使得有些学生只能看不能做，达不到实践教学的效果。由于大部分单片机课程教学的内容与实践的内容很难同步配套，使得学生很难很好把理论知识和实践联系在一起，学生做完了实验也没有达到消化理论知识的效果，这样使得理论教学与实践教学脱节。
2.2 汇编语言不适合初学者
目前大部分高校采用的单片机教材是汇编语言编写的，汇编语言虽然直接控制底层硬件，能够很好地理解单片机的工作原理。但是其与硬件细节关系密切，编写代码需要对硬件有很好的理解；指令复杂较多，程序编写繁琐，调试、维护、交流、移植困难，这些对初学者来说增加了很大的难度，使得学生学习兴趣越来越低。
2.3 实验设备的弊端
由于大部分高校实践所采用的是一些公司设计的实验箱，这些实验箱的硬件一般都是固定的，无需学生额外的设计，只需连线而已。这无疑存在一个很大的弊端，学生实践课的主要任务是机械的连接线路，无法施展自己的创造性思维，使得学生产生认知上的误区，认为单片机的系统开发就是在一个实验箱上连线。而事实上单片机与硬件有密切的关系，是需要系统的开发与设计，这样使得学生在实践当中无法理解单片机硬件设计的方法和工作原理，对于单片机系统设计无法理解其要领。另外，实验箱很难扩展其硬件部分，使得学生很难根据自己的想法设计，这样很难培养学生的创新能力和系统调试能力，使得实践教学达不到预期的效果。
3 Protues仿真软件在单片机实验教学中的探索
3.1 Protues仿真软件
基于以上目前单片机实践教学现状的分析，目前用于单片机仿真的软件较多，但是大部分侧重于软件仿真和算法的验证，使得学生无法进行单片机硬件开发；而一些软件则侧重于硬件的仿真，但是仅对CPU进行仿真，对于电路无法仿真，这使得学生无法系统的学习单片机的软件和硬件。对于单片机这样实践性很强的课程，提出了基于Protues仿真软件的实践教学。Protues仿真软件不仅可以对CPU而且对CPU电路的仿真能力很强，使得Protues仿真软件成为目前业界公认最好的仿真软件之一。Protues仿真软件是英国Labcenter electronics公司开发的EDA工具软件，它不仅具有EDA工具的仿真软件功能，还能仿真单片机及器件。它是目前最好的仿真单片机及器件的工具。Protues具有显著的优点：
(1)支持当前的主流单片机，如8051系列、AVR系列、PIC系列等，提供丰富的接口器件。
(2)支持各种虚拟仪器，如示波器、信号发生器、逻辑分析仪等。
(3)支持模拟电路、数字电路及其单片机电路的仿真，如串口，I2C，SPI，键盘显示板，LCD显示等。
(4)强大的原理图绘制功能，可以在该软件中绘制电路的硬件电路原理图，具有较强的电路仿真能力。
(5)支持调试手段，在硬件仿真系统中可以设置断点、单步、全速调试，在软件调试中可以观察各个变量、寄存器的当前状态。
(6)支持第三方软件编译和调试环境。如Keil等。
3.2 Protues在单片机实践教学中的应用
基于Protues仿真软件是单片机实践教学的得力助手，其不仅把单片机具体功能形象化，达到了实物演示的效果，也可以将单片机的一些运行过程形象化，这是实物无法达到的效果。利用Protues提供的大量的元器件，可以解决学生在实验室有限的时间下和条件下无法完成的问题。学生可以课外根据自己的想法设计自己的作品，这样对单片机的硬件和软件可以有一个很好的理解。随着现代科技的发展，仿真技术已经越来越为重要，尤其是对许多前期产品的设计。它具有很强的设计灵活性，结果、过程的统一性。这样对实验室有限的硬件资源无疑提供了极大帮助，并且使得设计时间大大缩短，减少元器件的浪费。这样让学生大胆学习，创造性思考和设计，随之学生的兴趣也提高了，形成了一个良性循环，从根本上解决了单片机实践教学的弊端。
4 构造一个真实的单片机实践环境
4.1 单片机实践环境C语言的选择
单片机的C是在标准C语言的基础上扩展而来的，对于初学者无疑是最佳的编程语言选择，其不仅具备了汇编语言的一些特点，支持直接对物理地址的访问和硬件设备的操作，而且还具备了标准C语言的优点：
(1)简洁紧凑、灵活方便。这使得其可以像汇编语言一样的对位，字节，寄存器进行操作。C语言的语法限制不太严格，程序设计自由，语法比较灵活。
(2)运算符、数据结构丰富。C语言的运算符类型丰富，表达式类型多样化，可以灵活的使用各种运算符，数据类型丰富，能够实现各种复杂的数据结构的运算，这样对学习单片机的初学者很容易掌握。
(3)C语言是结构式语言。这种结构化编程使得程序层次清晰，便于使用，维护和调试。它是以函数形式提供给用户的，这些函数可以方便的调用，实现了模块化编程。
(4)生成的目标代码质量高，程序执行效率高。C语言不依赖于具体的硬件系统，其对于不同硬件而言，移植起来极为方便。C语言支持多种操作系统，随着单片机的深入学习，学习嵌入式操作系统的时候，需要移植操作系统，这就是其他语言不可比拟的优点。
4.2 构造一个真实的实践环境
虽然Protues仿真软件可以提供很好的仿真实验平台，但是与真实的实验环境还是有差距，首先应用Protues仿真软件仿真好单片机系统，然后动手实践设计制作出该系统。所需要的芯片可以通过网站申请获得或者利用实验室现有的芯片。现在，随着制作开发板的公司越来越多，开发板的价格也比较便宜，在100元左右，而且单片机的种类也很多、资源丰富，支持在线下载程序和仿真。利用其开发板的资源如A/D、D/A、PWM、温度传感器、串口、红外传感器、液晶等制作自己的作品。这样构造出一个真实的应用环境，在制作过程中可以增强分析问题、解决问题的能力。每年学校都会组织学生参加省电子大赛或者全国电子设计大赛，并且学校会安排老师进行比赛方面的培训并给予很大的支持。参加电子设计竞赛会增强自己调试能力，分析问题，解决问题的能力。经过比赛会学到很多平时学不到的东西，自己的动手实践能力和实际应用能力会有较大的提高。
5 结束语
单片机实验教学和实践是单片机课程非常重要的组成部分，重在培养学生的对单片机乃至嵌入式的浓厚兴趣，使得他们在以后的学习过程中，能够自发的学习各种电子技术。该课程也旨在锻炼学生的动手实践能力，分析问题解决问题的能力。作者结合自己在教学的实践心得，提出了通过Protues仿真软件来培养学生的软件设计，接口电路等硬件设计能力并且鼓励学生自己亲手实践自己制作单片机系统于达到理论与实践紧密结合的效果。
参考文献：
[1] 周航慈.单片机应用程序设计技术(修订版)[M].北京:北京航空航天大学出版社,2002.
[3] 宗慧.以能力培养为核心的单片机教学与探索[J].中国科技信息,2010,(11).
篇3
本文对传统的实验教学平台进行总结分类,阐述其优缺点,提出新型的实验教学平台,即前期采用英国Labcenter electronics公司研发的EDA工具软件Proteus作为单片机实验教学的入门学习环境,后期则以对一些典型的实验有选择地进行硬件搭建实验平台的方式,对过去的实验教学平台进行改革,以适应我国目前对现代化、创新性人才的需求。
1现状分析
“单片机原理与应用”课程传统的实验教学平台大致分为两大类,一是直接采用现成的单片机实验箱;二是完全进行硬件搭建实验平台。
1.1直接采用现成的单片机实验箱
在这种方式中,实验教学的硬件平台是采用已成品的单片机实验箱,在实验箱上集成单片机课程中要验证的绝大部分基础实验与接口功能,实验的硬件设计过程简单,可靠性高,学生在实验中能够将注意力集中在系统的架构和软件开发上,而不会造成硬件线路搭建不当的问题,从而加深学生对实验目的的掌握。
目前,我国大多数院校采用这种方式,它在我国的单片机系统的研发与教学中发挥了重要的作用。这种教学实验平台是以验证性实验为主,其优点是采用可靠的成品硬件,减少实验中硬件的错误及硬件损耗,有助于学生对系统整体的把握。但是其缺点也是明显的。实验装置有限的功能,实验装置上各器件固定的搭配限制了学生的思维,使其无法发挥主观能动性及创造思维,也不能满足千变万化的系统设计需要,因此,与这类开发系统配套的实验装置在综合性、创新性设计实验中几乎无用武之地。
1.2完全进行硬件搭建实验平台
图1显示的是进行硬件搭建实验平台时所需的仪器设备及相应的实验步骤。很显然,完全进行硬件搭建是一个相当麻烦的事情,它要求学生有相当丰富的软硬件知识,这对大多数初学学生来说是不现实的;同时,实验还要有相对多的配套设备仪器及元器件,这对大多数学校的实验室来说也是不现实的。然而,它提供了相当大的自由度,方便学生根据设计的需要进行相关的硬件设计和软件开发,直至最后的软硬件测试,能够有效地提高学生的动手能力,开拓学生的创新性思维。
基金项目:“单片机原理与应用”实验教学模式改革(20090427)。
作者简介:冯刚,男,副教授,博士,研究方向为单片机与嵌入式。
图1硬件搭建实验平台的步骤与设备需求
完全硬件搭建进行实验需要很多仪器设备,这种方式在早期的单片机实验中采用得很多,它的优点是能够让学生对整个单片机系统的设计过程有一个认识,帮助学生从硬件设计到软件设计,以及软硬件集成测试的开发过程有一个清晰的认识,提高学生的软硬件开发能力。但在实际的实验教学中,由于大多数学生在前期并未接触过软硬件集成开发的方式,结果事与愿违,还不仅不能培养学生自己动手的能力,还因购置的设备比较多,增加学生学习和研究的投入,造成实验过程中仪器设备的巨大损耗。另外,在这个方式下,单片机实验室的教学资源比较紧张,即使是全方位开放,也很难满足所有学生的需求。很多学生为了做某一实验,在初期花费了大量的时间与精力,但是,因受元器件、实验仪器与设备的限制却半途而废,这挫伤了学生对实验和科研的积极性。
由此可见,传统的实验教学平台虽然能够满足一定的实验教学要求,但存在着很大的缺陷,它不能满足单片机技术日新月异的发展要求,无法达到培养学生自主创新实验的要求,我们必须结合传统教学实验中两种不同实验平台的优点,如采用虚拟实验平台Proteus为主并有选择地进行硬件搭建实验平台相结合的方式,从而满足学生对实验教学平台不断提高的要求。
2实验教学平台的改革
由于传统的实验教学平台存在着各自无法克服的问题,因此,选择一个合适的开发平台,结合前面所提到的两种实验平台的优点,克服各自的缺点就具有十分重要的意义。在此我们提出前期采用Proteus虚拟实验平台作为入口学习环境,后期则对一些典型实验有选择地进行完全硬件搭建的方法来对传统实验教学平台进行改革。
2.1采用虚拟实验平台Proteus的意义
Proteus软件具有以下优点[6-7]:
Proteus软件提供可仿真数字和模拟、交流和直流等数千种元器件和多达30多个元件库。
Proteus软件提供多种现实存在的虚拟仪器仪表。如示波器、逻辑笔、逻辑分析仪、SPI调试器等。
支持单片机汇编源码级、C源码级仿真与调试。
无需硬件电路就可对单片机电路进行软硬件的开发、测试与调试。
一套系统就可实现数字电路设计、模拟电路设计和单片机仿真设计的全部实验。
支持的单片机类型非常多:8051、ACR、PIC10/12、PIC16、PIC18、HC11、ARM7。
鉴于Proteus软件的优点,以Proteus软件为核心构建虚拟实验平台就具有以下意义:
构建实验室的硬件投入少,只需提供计算机即可。
Proteus虚拟实验平台无需提供大量的实验用仪器仪表,只需使用Proteus软件中提供的多种虚拟仪器仪表就能完成对硬件电路的探测。
实验室运行成本降低,整个使用过程中损耗很小,基本没有元器件的损耗问题。
实验平台更新速度提高,只需更新仿真软件即可。
支持学生自行实验。Proteus软件支持单片机及其设备仿真,克服了传统实验教学时,学生自行实验时需购置较多外设备的缺点。同时采用仿真软件后,也可以先在软件环境中模拟通过,再进行硬件的投入,这样出来,不仅省时省力,也可以节省因方案不正确所造成的硬件投入的浪费。
支持学生的创新性培养。Proteus虚拟实验平台可充分发挥学生的创新性,克服了单片机实验箱由于是成品,学生很难参与到其中的细节设计中去的缺点,提供了训练与提高学生动手能力的平台。
通过对实验平台的改革,用较少的实验费用就能达到过去采用完全硬件搭建平台才能做到的提供给学生自主的、创新的实验环境,学生在实验过程中不用担心仪器件及仪表仪器设备的损坏,这极大地调动了学生实践动手的兴趣,提高了学生学习的主动性和积极性。
篇4
文章编号：1672-5913（2007）08-0028-03
The Teaching Reform and Exploration of Single Chip Computer Experiment
ZHANG Xin, ZHANG Yan, YANG Li, GAO Qun
(School of Information and Electronics Engineering, Shandong Institute of Business and Technology, Shandong, Yantai, 264005, China)
Abstract: The necessity of experiment teaching reform of " Single chip computer Principle and Application" curriculum has been analyzed in the paper. the new experiment educational reform plan has be proposed, which’s goal lies in to stimulate the enthusiasm which the student studies, to train the project consciousness and the ability to analysis question and solves question and to enhance student's innovation ability and comprehensive quality.
Keywords: single chip computer experiment; experimental teaching;teaching reform
1 引言
作为典型代表，单片机推动了嵌入式系统的发展，成为现代电子系统中重要的智能化工具。无论是尖端科技，如军事、通信、能源、机器人、交通、IT，还是现代工业、农业、仪器仪表、汽车电子系统、家用电器、玩具及个人信息终端等诸多领域，都离不开单片机，其使用率和普及率远远超过了其他类型的计算机。因此“单片机原理及应用”课程也在高校的计算机类、电子类、电气类、机械类等专业的教学计划中有着特殊的地位。这些专业除了单独设课程外，在涉及的许多实践环节，如课程设计、毕业设计乃至研究生论文课题中，单片机系统都是应用最广泛的手段之一。近年来，在高校中大力推行的各种电子设计竞赛中，单片机已成为主要方法。
2 单片机实验改革的必要性
“单片机原理及应用”是一门理论性和实践性都很强的课程，在重视理论教学的同时，必须重视实验教学。学生通过设计硬件电路、编制软件程序、仿真调试等实验过程，才能更好地掌握单片机的理论知识和应用技能。
传统的实验教学形式单一、方法呆板，实验课一直以教师为中心，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。实验技术、手段相对较落后，效率不高。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，为了适应当今社会对单片机行业人才的需求，必须对单片机实验教学进行改革。
3 单片机实验教学的改革与探索
要使学生真正掌握知识，学会运用知识，必须通过学生的亲身实践。如何通过实验教学使学生进一步巩固和消化课堂上所学知识，掌握单片机应用技术，同时又培养学生的动手能力、创新能力和综合运用知识的能力，造就综合型、创新型、复合型人才，具有重要的意义。
3.1 实验教学内容的改革
根据单片机课程的特点，将实验教学内容分为基础实验、基本接口实验、综合设计实验三个部分。
基础实验主要有硬件的认知、指令系统实验、汇编语言程序设计实验。考虑到学生已学习了一些相关的课程，掌握了一定的硬件知识、软件知识以及编程方法，基于学时的限制，这部分的内容可让学生利用课外时间自行完成。
基本接口实验安排在课堂进行，是实验教学的重点。它包括硬件接线与软件编程两部分。学生在进行实验时，首先要根据实验任务完成硬件设计、搭建主体电路，然后编写程序，最后调试。
实践环节应充分发挥学生的自主性。传统的单片机教学中，实验内容通常是理论知识的验证，很少有应用理论知识去解决实际问题的综合设计性实验。综合设计实验旨在帮助学生全面掌握所学内容，提高综合运用所学知识解决实际问题的能力。安排的内容主要是简单电子产品的设计。在进行综合设计实验时，指导书只给出了任务、要求和原理性说明，学生必须根据实验的目的和要求，独立完成软硬件设计和调试。学生要自己分析解决实验中出现的问题，在解决问题的过程中进一步加深对单片机系统软硬件设计的理解。观察实验现象，分析实验结果，写出实验报告。
正确处理好三类实验关系。基础实验、基本接口实验是综合型实验的基础。必要的基本实验是不可缺少的，学生可以通过基本实验掌握单片机的基本原理。综合设计型实验可以培养学生的动手能力和综合应用知识的能力，充分发挥学生的主观能动性，激发学生的学习兴趣。基本实验可安排在教学环节的前期，其目的在于在教学开始之初帮助学生熟悉单片机软硬件环境。而综合设计实验是为了培养学生综合运用所学知识的能力，使学生受到更为实际、更加全面的科学研究训练，没有现成的模式可循，主要利用实验后期、开放实验室结合课程设计、课外兴趣小组、大学生电子设计大赛、毕业设计进行。综合设计实验和课程设计虽然有一定难度和深度，但对学生很有吸引力，能使学生从被动应付实验变成主动实验，不仅提高了基本操作技能，也发挥了学生的学习自主性和创造性。
3.2 精选实验内容
实验内容的选取要做到典型的芯片都安排有相关的实验内容，要适应不同层次学生的需要，将单纯的验证性实验逐步向综合应用实验和创新实验类型发展，增强学生的参与意识，提高学生的动手能力，增加以设计性、系统性为主的实验内容。
单片机实验既要进行硬件接线，又要编写程序，且程序的准确编写是实验成功的前提条件；有些实验，学生要在有限的时间内完成任务是不容易的。因此，编写实验指导书时，要精心设计，对程序比较复杂的实验，给出部分的程序，并将其中的关键语句删去或是用错误的语句来取代，由学生去完善。这样可以缩短学生编写程序的时间，又能使学生掌握其中的关键。重视思考分析题的设计，使学生通过完成思考分析题，拓宽知识面、提高分析问题和解决问题的能力。
3.3 改进实验教学方法
3.3.1 要求学生进行实验预习.
实验预习是提高实验效果的一个重要环节。在每次实验完成后，就布置下一个实验的内容，并在上实验课时通过提问、检查预习报告等形式进行检查。学生通过预习并听了教师的讲授之后，在做实验时就能做到心中有数，实验操作的过程也比较容易实现，还能提出一些问题与指导教师探讨，效果较好。
3.3.2 启发式教学
在实验过程中，积极对学生进行引导，最大限度地调动和发挥学生在实验中的主体作用。对学生在实验过程中提出的问题，不做正面的回答，而是围绕问题引导学生积极地对待实验中出现的问题，并自己动手独立解决问题。将传统的以教师和课堂教学为主的教学模式，逐步演变成基础实验以教师为主导，综合实验教师与学生并重，创新实验以学生为主的多种形式。鼓励学生结合实际自己立项，独立完成项目。
在实验过程中启发学生寻找解决方法，就能训练学生遇到问题（提出问题）─寻找方法（分析问题）─解决问题的方法和技巧，培养独立工作能力，使实验更具有实践性和实用性。
3.3.3 通过多种渠道实现实践教学
教学过程中要与学生的实践活动紧密结合；通过课堂实践教学、课外科研训练实践、大学生电子设计竞赛等多种渠道实现真正的创新型实践教学。利用课程设计进行系统设计级综合实验，使学生将各章学到的知识进行综合归纳，提高学生对单片机应用系统的认识和应用水平。以全国大学生电子设计竞赛、山东省大学生电子设计竞赛为契机，充分调动学生学习的积极性。
3.3.4 鼓励学生利用课外时间到开放实验室进行实验
开放实验室是由教师组织学生利用课余时间开展的教学活动，它是对课堂教学的补充和完善，是学生独立思考、亲自动手的实验环节，也是解决学时少与内容多这一矛盾的重要手段。指导教师可以结合课堂上的内容，提出一些设计性题目或学生自行设计实验题目与方案，由学生独立操作调试，最后写出实验报告及收获。基础好的同学得到了施展才能的机会，可以设计出颇有特色的实验方案，写出很好的实验报告，一般同学也会感到有压力，增强了实验的自觉性。
3.3.5 充分利用多媒体进行实验教学，建立网上虚拟实验室
充分运用现代信息技术手段辅助实验教学，结合实验项目的内容和教学大纲的要求，将相应的实验原理、实验步骤、实验设备和仪器、实验所用到的芯片工作原理和外形通过多媒体技术设计制作出将文字、图形、图像、声音、视频、动画等集于一体的多媒体虚拟实验软件。形象逼真地将相关的实验内容展现在学生面前，产生动静结合的画面和智能性启发诱导功能，使学生身临其境，直接去感受、体验，便于学生进一步巩固课堂上所学的基础理论，同时了解实验基本技能，使学生在较短的时间内获得较多的信息量，为教学提供高效、交互、实时的操作环境和良好的服务。大大提高了实验教学效率，保证了实验教学效果。
3.4 在专业课程设计中融入单片机内容
为了进一步加强单片机的应用，在专业课程设计中融入单片机应用内容，使之成为专业课程设计的重要组成部分，从而使学生通过专业课程设计获得综合培养和锻炼，具备单片机应用系统的设计、开发能力。
3.5 规范实验报告，改革考核模式
实验完成后，要求学生按规范写出实验报告。实验报告的规范完成，是实验效果的综合反映。
改革考核模式，从理论和实践两方面进行，重点考核和评价学生的实际应用和创新能力。考试成绩采用百分制：期末考试占60%、平时成绩（作业、答疑、课堂提问）占10%、实验占30%，加大实验成绩在整个课程成绩的比重，以促进学生应用创新能力的培养与提高。若实验成绩不合格，则取消其笔试资格。实验成绩的评定方法为：预习报告占10%，硬件电路连接占25%，软件设计占25%，系统调试占25%，实验报告占15%。另外，对实验中出现的问题，根据解决的情况可奖励0～50分（百分制）。
为了充分发挥学生的主动性、创造性，全天开放实验室。保证学生在规定的学时内顺利完成相关实验，并对实验结果当面考核。
3.6 注重实验教学队伍的培养，提高教师素质
实验教学离不开实验教师，由于加强了综合设计型实验项目，使得学生进行同一项目的实验时，实验程序和实验电路有所不同，这就对实验教师提出了更高的要求。必须加强对实验人员的培训，造就一支稳定的、高素质的实验教师队伍。
4 结束语
通过对单片机课程的实验教学进行改革，提高了学生的创新能力和综合素质，激发学生的学习积极性、主动性；使学生能够学到更多的知识，实际操作能力也得到了一定程度的提高。同时也更新了教师知识，提高了教师的综合能力。
实验教学的改革是一项长期而复杂的任务。我们只有立足单片机实验教学的实际，逐步深入，取长补短，推陈出新，才能建立起一套完整的实验教学体系，新的教学方法才能日趋完善，也才能更好地适应时展的需要。
参考文献：
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作者简介：
张鑫（1965.5-），女，黑龙江省庆安县人，山东工商学院信电学院教师，副教授，系副主任。主要从事单片机原理及应用、微机原理及应用教学，单片机应用技术和智能控制系统的开发工作。
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单片机技术是现代电子工程领域一门迅速发展的技术，是高职高专院校电子、电气、自动化、计算机、机电一体化等专业掌握的一项基本技能，而学生在该课程学习过程中却感到难学，单片机课程教师也感到难教[1]。
传统的搭建实验对硬件的要求很高，为了节省实验的投入成本，我院在2009年使用单片机实验箱进行单片机实验，这种教学实验平台主要是以验证性实验为主，实验箱上面各种实验装置的固定搭配，不利于学生拓展思维，使学生们无法进行设计性实验。从2010年开始，我院采用Proteus仿真软件和Keil编译软件进行的虚拟单片机实验有明显的优势，如实验内容不受局限性、减少了硬件成本的投入、学生可进行自主性实验、减少了实验过程中的损耗、较接近工程实践等特点。采用虚拟实验，不但能丰富了实践教学手段，还有利于更新实验教学的观念。
二、采用虚拟实验平台的优点
（一） Proteus仿真软件
Proteus软件的系统资源丰富，支持单片机汇编源码级和C源码级仿真与调试，无需硬件电路就可对单片机电路进行软硬件的开发与调试[2]。采用Proteus软件仿真进行实验，基本没有元器件的损耗问题，不但在实验的过程中是比较安全的，还降低了实验室运行成本。
（二）Keil编译软件
Keil软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面。该软件生成的目标代码效率非常高，多数语句生成汇编代码很紧凑，容易理解。通过虚拟实验平台，学生可以在计算机上自行设计所需的实验，画原理图、编写源代码、反复调试、观察结果，直到达到满意的结果。这极大地调动了学生实践动手的兴趣，提高了学生学习的主动性和积极性，培养了学生的创新性。
三、虚拟实验平台应用实例
下面以简单计算器设计为例，阐述利用Proteus软件和Keil软件进行设计及仿真的过程。
（一）使用Keil 软件编写和编译程序
进入Keil μVision2开发集成环境，新建文件，输入可实现所设计计算器电路计算功能的源程序。输入源程序后，将文件保存，文件名加后缀.asm。建立一个新项目，为该项目选择适合的单片机型号，将载有源程序的文件添加到项目中去。
（二）Keil软件设置
单击Project菜单，选择Options for Target选项，选择选项卡Output，使其生成HEX文件。点击Debug选项卡，选择窗口右侧的Use，如图1所示。在后面的下拉菜单中选择Proteus VSM Monitor-51 Driver，设置完毕。最后将工程编译，进入调试状态，并运行。
图1 设置Debug选项卡
（三）使用Proteus软件绘制仿真电路图
启动Proteus ISIS，点击窗口左侧P按钮进行元器件的选择，会弹出Pick Devices窗口，输入关键词80C51，在结果栏里找到80C51后双击，80C51就被添加到当前左侧窗口的元器件列表区。使用同样的方法，可以依次把电路中所需其他器件添加到器件列表区里。进行合理的布局后，使用列表中的器件，在绘图区将设计的电路绘制出来，可对器件的属性进行编辑。
（四）查看仿真效果
在Proteus ISIS中，点击菜单Debug选项，选中“use romote debug monitor”。双击单片机80C51，出现对话框，在Program File中添入在Keill软件中编译好的HEX文件，然后点击“OK”。在ISIS窗口左下角有运行、步进、暂停和停止按钮，我们点击运行按钮，可以进行仿真。
四、使用虚拟实验平台的教学效果
在2011、2012、2013三年的单片机教学中，我校采用虚拟实验平台进行单片机实验教学。学生在上实验课时，可以利用所学知识设计实现指定功能的电路，并使用Proteus绘制出相应电路图。运用Keil软件可编写程序，运行程序。在程序和电路都正确的情况下，会看到仿真效果。我们的学生可以利用此平台跟踪、调试并观察实验的效果，增强了学生自主学习的能动性。从培养学生运用基础理论知识和提高实际操作能力出发，Proteus仿真软件可实现设计的开发和测试，这在单片机实验教学中发挥着重要的作用。这种新的实验方式是单片机实验教学的一种很好的辅助手段，并且为学生进行综合性、创新性实验提供了一个很好的平台，在全面提高教学质量、培养学生思维能力、创新能力和动手能力等方面发挥着重要的作用。
篇6
基金项目：本文系中国石油大学（北京）2012年度“研究生教育质量与创新工程”项目的研究成果。
中图分类号：G642.423 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）03-0136-01
电类专业的学生在本科阶段已经学过类似于“单片机原理及应用”的课程，对单片机结构和工作原理以及利用汇编语言或C语言进行程序开发都具备了一定基础。然而，通过以往对学生的调研发现，好多学校在本科开设单片机课程时，采用proteus仿真软件来代替实际硬件电路进行课堂实验，这对初学者而言有一定好处，可以将学生的主要精力放在单片机程序开发上，而不必过多考虑电路相关问题。但另一方面，这也造成了学生不能从电路层面真正了解单片机接口电路的开发，甚至影响了学生对某些编程细节的理解。此外，本科阶段的单片机课程基本处于培养计划中有关MCU、MPU及EDA课程体系的最开始阶段，学这门课的学生首先需要经历一个从电子技术基础、C语言编程等基础知识向以微处理器为核心、通过软件编程实现系统功能的思想跨越，这一思想转变对初学者来讲有一定难度，再加上当时课时又比较紧张，因此除了在课外竞赛或本科毕设中用到过单片机的同学外，多数同学对单片机掌握的情况其实并不理想。而到了研究生阶段，基于微处理器的C语言编程几乎是每个学生应该具备的一项基本技能。为了让学生能更快提高自己这方面的能力，更好地融入到科研项目当中，笔者所在学校面向硕士研究生开设了单片机接口实验课程。尽管学生已经有了相关知识基础，但课堂面临着学生基础参差不齐、课时少、实验内容多等问题，为了解决好以上矛盾，笔者在教学方法上进行了改革尝试，取得了明显效果。
一、转变指导思想，优化教学内容
在以往的教学过程中发现，选课学生的单片机基础不尽相同，多数学生对学过的内容遗忘了很多，甚至有极少数学生以前没有接触过单片机，为了更好地帮助学生回忆知识，让所有学生都能跟上课堂进度，往往要花6～8个学时给学生讲解单片机的结构、片上资源及其工作原理以及单片机C语言等相关知识，即便这样教学效果还不是很理想，在后续的实验课上仍然发现不少同学没能真正消化课堂上所讲的内容。6～8个学时相对课程总的32学时来讲已经算是占用了不少课时，但要想让学生用这么短时间就把之前学的知识完全捡起来，客观来讲确实有一定难度。而且在教学过程中还发现，有些学生尽管单片机知识掌握了，但到编程的时候还是不知道该如何下手，反映出学生对编程的生疏。
针对以上问题，笔者经过认真思考，认为解决问题的办法应该是设法提高学生的主观能动性，让学生利用课外时间通过自学去弥补单片机知识上的不足，而老师在课堂上应更多地以简单实例进行示范性讲解，使学生对编程有足够的认知，对编程别再那么生疏，比如：通过GPIO口控制LED灯亮灭的跑马灯实验，控制七段数码管的静态、动态显示实验，输出固定频率的PWM信号等等。尽管实验内容很简单，但结合完整的程序，通过逐字逐句的解释，学生可以从这些示例中学到很多编程的细节或应该注意的问题。课程初期学生一旦能够顺利融入课程，随着课堂的进行、编程能力的提高，后面较为复杂的实验自然水到渠成。反观以前的教学中，让学生自学单片机的内容，学生觉得很枯燥，而且自学以后还是存在无法解决编程的问题，教学效果受到了影响。
通过调整课程初期的教学内容，帮助学生解决真正棘手的问题，实现从以往以教师为中心的知识讲解向以学生自学为主、教师示范指导为辅的教学模式的转变，不仅节省了课时，同时还提高了学生学习主动性，收到了好的教学效果。
二、更换实验设备，改变教学形式
对于实验课程，实验设备是课堂开展的平台和载体，设备的选取至关重要。以往教学中实验设备采用体积较大的实验箱，实验内容丰富，从简单的有关并行IO口控制的按键、LED灯实验到中等难度的A/D、D/A接口实验，一直到复杂的液晶显示、USB接口等实验，可以循序渐进地培养学生的编程能力，但同时也存在一个弊端，那就是由于实验箱体积较大，只能将其固定放在专业实验室，这在一定程度上给学生带来不便。尽管该实验室是开放的，但难免实验室安排有课或者其他活动，学生对实验箱很难做到“长时间零距离”接触，而这一点在课程初期很重要。上面已经提及，一方面学生已经有了相关知识基础，另一方面课程学时又很紧张，因此从教师角度而言，当然是希望学生能越早下手编程越好，课程的目的是通过大量从简到繁的实验直接培养学生对微处理器常见接口的开发能力，而不希望学生由于接触实验箱的时间得不到保障而影响了学习的进度。
为了能让学生更方便地使用实验设备，我们购买了体积小的实验箱，长、宽、高尺寸仅为200（mm）×150（mm）×60（mm），而且做到人手一个，在整个开课期间由学生自己保管。由于携带方便，所以无论在实验室还是宿舍，学生只要编好一段程序便可很方便地在实验箱上进行调试和验证，这在某种程度上也提高了学生学习的积极性。尽管实验箱体积小，但是支持的实验内容同样很丰富，这主要归功于实验箱上的元器件均采用贴片的小体积封装，大大节省了电路板面积；此外，很多模块并没有直接出现在实验箱上，而是以接线口的形式预留出来，实验箱中再配以一个个独立的功能模块，从而有效减小了实验箱的尺寸。
通过更换实验设备使学生更能方便地验证所编写的程序，提高了学习的连贯性。以往课程的进度基本以课堂为主线，比如一次课或两次课做一个实验，未完成的同学再利用课后时间将实验做完，但由于这种可调节的时间弹性范围较小，再加上学生之间在单片机基础和编程能力上存在较明显的差别，老师有时难以把握课程进度。更新实验箱以后，学生可调配的用来做实验的时间更加充足，学有余力的学生可以走在课堂前面做一些较综合的实验，而基础相对薄弱的学生，可以课外多花一些时间练习编程并随时通过实验箱进行功能验证。整个学习过程中，学生具有更大的独立性、自主性、探索性，[1]这对培养研究生的专业技能和整体素质都是非常有益的。
三、丰富试题内容，调整考核方式
为了能够对学生整个学习过程和学习效果作出合理评价，学生成绩的评定主要源于平时课堂实验的表现和期末大作业的完成情况，两者各占50%的比例。课堂实验涉及的内容较多，其完成情况可以直接反映出学生对知识和编程的熟悉程度以及思考问题、解决问题的能力。为了圆满完成课堂实验，学生的积极性也会相应提高，学生之间经常就编程思路、调试中遇到的问题展开讨论，课堂气氛活跃。[2]老师在和学生讨论的过程中，有时也能被激发出灵感，甚至从学生那里学到一些巧妙的解决问题的方法。总之，课堂氛围好了，大家对课程的兴趣就更加浓厚，能力提高也就更快。
期末大作业都是综合性的实验，通过一个完整的题目，将平时实验中的至少三四个实验内容联系到一起，培养学生工程化、系统化思维，并且在作品提交时要进行简单答辩，这样可以敦促学生更深入地思考问题。大作业的题目要做到动态更新，参考各类竞赛以及教师科研中遇到的实际问题，经提炼形成合适题目后随时加入到试题库中。这些题目不仅可以培养学生分析问题的能力，还可以让学生了解教师的科研内容和目前科学研究的现状与发展。[3]如果有的实验模块实验箱上不具备，可以让学生自行研制或者采用别的资源更丰富的实验箱。
通过加大对学生平时表现的考核比重，丰富期末大作业题目内容，在一定程度上减少了以往少数学生散漫、学习不积极的现象，使得讨论成为了课堂的主旋律，学生的创新思维和综合能力在讨论中得到培养与提高。
四、结论
实验类课程不同于理论课，需要在熟悉理论知识的前提下进行，然而对于我校面向硕士研究生开设的单片机接口实验课程而言，相关理论知识的学习已经过去一两年，而且每个人的基础也不尽相同，因此在以往的教学中面临着诸多困难。通过在教学内容、教学形式、考核方式等多方面的改革，课堂气氛得以改善，学生学习的积极性得以提高，教学质量得到了保证。
参考文献：
篇7
我校的校训是“动手动脑，全面发展”，说的就是在教学中我们要讲究“知行合一”，即在“做中学、学中做”，用理论促进实践，通过实践提高理论水平。《单片机原理及应用》这门课程除了要让学生掌握较系统的理论知识之外，更重要的是培养他们对知识的理解和实际应用能力，而这种应用能力的培养，主要是通过单片机实验课和其他一些实践类课程如专业综合设计、电子课程设计、毕业设计等来完成的，所以，单片机实验课程的教学效果对掌握单片机的理论知识和应用技能起着关键作用。要使学生学好这门课，必须调动起学生的学习兴趣，安排合适的教学内容，给予学生充分实践的机会，改进该门课程的考核方式等。
一、目前单片机实验课教学中存在的问题
（一）学生重理论课、轻实验课，实验课程没有很好地激发学生的学习兴趣
要学好单片机的相关知识，除了熟练掌握单片机的理论基础，还要靠大量的实践来理解和深化相关的理论知识，熟悉单片机应用系统设计，积累编程经验。而部分学生在思想中，往往重视理论课程的学习，对实验课重视程度不够。在上课过程中，通常有这样的三类同学：（1）一部分同学能够按照实验要求，认真完成实验，对实验内容理解较深入。（2）一部分同学能够完成实验，但一般是依赖老师提供的例程，对实验内容仍一知半解。（3）还有一部分同学上课时对实验内容不认真钻研，不愿意自己动手练习，甚至有抄袭实验结果的现象，课堂利用率不高。在这三类同学中，第一类和第三类同学为数都不多，人数最多的应该是第二类。
反思以上的课堂现象，虽然有学生自身的问题，但也说明实验课程没有很好地调动学生的主观能动性，还没能有效激发起学生的学习兴趣。
（二）教学内容和方法需要改进
单片机是一门实应用性很强的专业课，单片机课程的实验应使每位学生在应用系统的设计、软件开发以及接口等方面都得到训练，实验课内容的安排也应该紧紧围绕理论授课的重点难点开展，内容的设置从简单到复杂，还可增加一些综合设计实验。但限于实验室条件，一般的单片机实验课都是使用现成的实验模块，实验课是简单的硬件连线和软件编程，很多时候学生还有实验例程可以参考，学生在单片机的应用系统开发设计方面锻炼机会有限，另一方面，教学内容过多注重验证性，而忽视学生的能动性，通常是在实验箱看一下结果，对现象背后的原因不去深入研究，实验以演示、验证项目为主，实验内容也好几年都没有变化，不能根据学生的情况灵活设置实验内容。课程结束后，学生虽然对单片机的基本原理及相关概念有所了解，但对这门课程至关重要的单片机应用系统的设计与调试技术，很多学生并没有掌握。
（三）考核方式有待改进
实验课程的成绩通常是依据学生的实验报告情况而定，对学生的实际实践能力衡量得不够。实验课成绩在整个“单片机原理及应用”课程中所占比例也不算多，这也是导致学生不重视实验课程的原因之一。
二、单片机实验课教学的改革举措
（一）实验课要能够激发学生学习热情，进而引起学生学习单片机的兴趣
首先，要使学生在思想上重视单片机课程的学习。由于单片机具备较高的性价比、良好的稳定性、体积小、功耗低等优点，其应用范围已涉及仪器仪表、过程控制、数据采集、信号处理、家用电器等各个领域。特别是在自动控制领域，正逐渐成为现场测量及控制的首选器件之一。正是由于单片机在现代社会中应用如此广泛，所以我们必须要学好单片机，而要学好单片机，不经过大量的实践是不行的，在思想上要让学生重视起单片机实验课。
其次，在实验课的过程中，要增强学生的参与度。对于一些系统不是很复杂的实验，我们鼓励学生自己设计实验系统。比如：对于单片机的并口实验，实验系统比较简单，就是一个单片机的最小系统外加一些电阻、发光二极管和按钮即可，成本不是很高，学习过电子基础的学生大多能完成这样的系统设计，而拿着自己开发的实验板做单片机的实验，学生会更有兴趣，学习的热情也明显提高。在教学过程中，不再给学生参考例程，鼓励每个学生在上课之前查阅资料，设计程序流程图，并编写程序完成实验，如果遇到问题就多和老师和同学交流，共同解决问题。通过自己开发单片机应用系统，学生对单片机的硬件系统和接口关系有了更深层次的了解，通过自己编程，使学生的程序设计能力也有了很大提高，更重要的是，学生对学习单片机有了浓厚的兴趣，以前课堂上的第一和第二类同学学习的效果都有明显提高，第三类学生的人数也明显减少。
（二）改进教学内容
1.结合本校学生特点和实验室条件的实际来编写单片机实验课教材，教材的内容配合理论教学重点难点内容，实验内容本身也可以前后关联。单片机实验课教材直接关乎教学质量的好坏。教材不应该是一成不变的，而是要根据学生的特点和对基础知识的掌握情况灵活而定。对于基础好一些的学生，可以让他们在完成基本实验后再增加一些内容，以加深对知识的理解，因此在教材中，要多设置一些思考问题。内容上也要紧紧围绕理论教学重点难点内容，比如单片机的并口、定时器、中断、接口扩展电路等展开，实验内容上循序渐进，注重各个实验内容间的前后联系。比如在并口实验中做了单片机通过并口控制流水灯的实验，那么在定时器实验中可以在并口实验的基础上增加对流水灯时间的控制，在中断实验中可以在定时器实验的基础上增加按钮中断的控制，这样学生在做后一个实验的同时复习了前一个实验的知识点，使学生能够对所学知识有一个比较系统的掌握。
2.减少验证性实验，增加综合设计性实验的比重，鼓励自选实验项目。我校是在大学三年级的第一学期开设“单片机原理及应用”这门课程，以前所开设的实验内容基本上都是验证性实验，而作为自动化专业的大学高年级学生，他们已经有了一定的专业基础和实验能力，喜欢做一些有创造性的工作，对验证性实验已无多大兴趣，所以才会出现对实验课不感兴趣，盲目应付的问题。而通过增加一些综合设计性实验，特别是一些自选实验项目，学生可以寻找自己的兴趣点，通过查阅大量文献资料，对单片机发展的现状、相关技术有一个更深的理解，可以更好地掌握单片机的知识。还可以在电子课程设计、专业综合设计、毕业设计中加入单片机设计的内容，充分调动学生的积极性和主动性
3.实验内容的不断更新。单片机技术发展很快，并且很多时候都和其他热门技术相结合，如：智能控制技术、人机接口技术、传感器技术等，为此我们的实验内容也要适时地介绍这些技术，这样培养的学生才能适应现代社会的需要，在开阔学生知识面的同时，调动学习的积极性，进一步培养学生的创造能力。
（三）考核方式的改进
为了调动学生的主观能动性，提高学生的实践能力，实验课程的考核方式也要做一些调整。实验课程的最终成绩要根据学生的平时上课表现、实验报告和实际动手操作能力按一定比例综合评定，并且最后一项要占主要比例。实际操作能力可以通过给定题目的上机考核来完成，同时加大实验课成绩在整个《单片机原理及应用》课程中所占比例，使最终成绩尽量反映出学生的实际能力。
（四）完善实验室的管理
根据学校实际，可以设立开放实验室，增加课后对学生开放的时间，给予学生更多动手实践的机会。另一方面，学校也应当加大对实验室的资金投入，购买先进的仪器设备，满足实验课教学基本需要和教学内容的不断更新。
三、结语
以上是作者对单片机实验课程教学改革的几点思考，可能并不全面，对于单片机实验课的教学改革，我们还要继续努力，在教学过程中继续坚持“知行合一”的教学理念，使学生的理论水平和实践能力得到全面发展。
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Teaching Reform and Practice of Scene Teaching Mode for Microcontroller Course//Fan Jian, Li Jun, Xia Ruting
Abstract The paper discusses the reform and practice of the scene teaching mode in microcontroller course. Three of the main problem in the current microcontroller course teaching was presented at first, some efforts was put forward such as teaching experimental installation, teaching process planning and teaching conception reforming etc. It can be spread and exploitation in teaching other technical curriculum.
Key words microcontroller; scene teaching; practical teaching
Author’s address School of Mechanical Engineering, Taizhou University, Taizhou, Zhejiang, China 310018
单片机课程是实践性很强的专业技术课，对于台州学院机械专业的学生而言，他们相关知识学得浅，且先修电控类基础课程的实践也相对较少，单从课堂教学来看，其理论概念抽象，教学内容枯燥乏味，学生学习该课程的主动性和积极性不够，该课程的教学效果不甚理想。通过对单片机课程教学改革，把单片机课程理论教学及时有机地融入实验教学中，将理论和实践教学“捆绑”在一起，让学生边学边练，围绕单片机课程的现场实验教学模式进行有益的探索和实践。
1 单片机课程教学中存在的几个问题
分析台州学院机械专业单片机课程的理论和实践教学过程，以下2个问题比较突出。
1.1 单片机课程理论和实验教学在时空上脱节，实验教学效果不理想
单片机课程教学安排一般是将某个单元的理论知识系统讲完之后再安排实验教学，这种安排表现为理论和实践的教学在时间和空间上是分开进行的。由于课程的理论知识内容比较抽象，学生学完理论知识后不容易及时理解和掌握，在规定时间内学生能够完成实验的比例不到一半，实验效果很不理想，甚至出现随着课程往后推进，学生对课程学习兴趣的程度逐渐下降的不良现象。
1.2 单片机应用技术更新速度快，学校不可能同步更新昂贵的教学实验设备
目前比较主流的实验设备结构复杂，且厂家一般不提供完整电路设计原理图，学生难以完整地理解和掌握实验原理；另一方面，当今时代电子科技发展迅猛，芯片和功能模块器件更新速度很快，虽然厂家每年都会适时推出新产品，但对于高校而言，不可能每年花费巨资去更新价格昂贵的单片机实验设备。
2 单片机课程现场实验教学改革的实践
针对上述单片机课程教学过程出现的问题，对该课程进行现场实验教学改革的实践，把单片机课程理论教学及时、有机地融入实验教学过程当中，以学生实践为主体，将单片机课程理论和实践教学“捆绑”在一起，进行一系列有益的探索和实践。
2.1 购置单片机学习开发板，用于现场实验教学，将课程实验向课外延伸
为有效开展现场实验教学，课程组在学科的支持下为课程教学改革试点班级的每位学生购置单片机实验开发板套件。单片机课程的现场教学实践都是基于该开发板进行的。此外，学生还可以在宿舍利用课余时间自行学习和调试。学生在课程学习期间，每人拥有一套单片机开发板，有利于学生将单片机的学习和实践从课堂向课外延伸，便于他们进行自主的学习和实践。
2.2 应用现场实验教学，更新教学内容，重构教学过程，强化平时训练
在单片机课程教学计划的安排上，打破以往理论教学的章节结构，对教学内容更新和整合，根据现场教学的特点，重构教学过程，形成“单片机简介及其设计开发流程”“单片机内部硬件结构及编程初步调试”“C51初级编程技术及接口技术初步应用”“C51高级编程技术”“单片机中断控制技术及其应用”等12个专题。以现场理论讲解、现场理论实验验证、基本应用和综合设计应用的形式进行现场实验教学，边学边练。应用现场实验教学进行一系列有目标的实例引导和实践练习，强化平时训练，使学生在每堂现场实验课都有新的收获和提高。
2.3 改革教学理念，强化学生动手实践的主体
在以往“灌输式”教学模式下，学生普遍感觉课堂上学习的理论知识抽象晦涩，他们在实验时也只能依葫芦画瓢，学习的积极性和主动性不高。现场实验教学彻底打破传统学习模式，将学生推向教学的前台，学生实践成为课堂教学的主体，进一步激发学生学习热情，提高学生举一反三、自主创新的能力，使教学过程更加融洽、和谐。
2.4 关注行业最新动态，及时引进和应用最新技术
通过现场实验教学，及时引入最新的功能模块，让学生及时把握行业发展动态，提高自身的竞争力。而且，在当今产业激烈竞争、企业转型升级的关键时期，越来越多的用人单位更加注重于学生掌握并运用最新技术的能力。
3 取得的教学效果
通过台州学院单片机课程组教师的共同努力，学生对单片机课程的学习取得明显的成效。
3.1 学生对课程的学习兴趣浓厚，教学效率、实验效果明显提升
随着课程教学的推进，学生从开始学习时表现得很依赖教师指导，逐步过渡到基本能够独立完成实验，到课程学习的后期，大部分学生已经能够根据教师分配的课题独立进行设计和实验。学生逐渐养成主动思考分析的习惯，学习能力有很大提高，课堂学习常常出现“你追我赶”的好现象，减轻了指导教师的压力，培养了学生的合作精神和创新意识。
3.2 学生参与科研实践的积极性和动手能力显著提高
单片机课程教学为学生进行机电一体化设计打下良好的基础，学生参与科研实践的积极性和动手能力显著提高。自2009年以来，该教改试点班级有近90%的学生申请并完成实验室开出的电控类开放性实验，有近80%的学生参与了学校举办的浙江省大学生机械设计竞赛选拔赛，学生申请并获批浙江省新苗计划项目有3项，由学生申请并已受理的实用新型专利有5项。
4 结语
单片机课程应用性很强，针对这个特点，通过对单片机课程进行现场实验教学改革的实践，教学质量显著提高，进一步提升了学生学习专业课程的兴趣，为后续专业课程的学习与实践提供了很好的学习基础和学习方法。现场实验教学模式经过近2年的教学实践检验，显示出良好的实践效果，对其他专业课程的教学也有较大推广价值。
参考文献
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篇9
1.《单片机原理与应用》课程实验教学现状分析
1.1课程自身特点
1.1.1跨越性。《单片机原理与应用》课程是一门软硬件相结合、强调实践性和应用性的课程。学习这门课程的学生需要经历从电子技术基础、电路原理、C语言编程等基础知识向以微处理器为核心、通过软件编程来实现系统功能的思想转变过程，这种思想跨越转变过程对初次接触该课程的学生来讲具有一定难度。
1.1.2桥梁性。《单片机原理与应用》课程是后续嵌入式系统课程、DSP课程、EDA课程及毕业设计等的基础，具有课程桥梁的重要作用。
1.1.3综合性及抽象性。《单片机原理与应用》课程涉及的内容较广泛，包括单片机的硬件组成和功能、软件编程思想、汇编语言的语句及结构等。并且软件编程涉及的汇编语言需要和硬件的配置情况有关，内容抽象，不易理解。
由于该课程具有自身特性，因此需要教师在实验教学中进行改革尝试，帮助学生更好地适应学习这一类课程的方法，增强学生对该课程的理解性，从而提高他们的实际操作及应用能力。
1.2学生对课程的切身感受及认识
通过调研得知，相当一部分学生渴望将这门课程更好地融于自己的专业发展中，牢固掌握课程基本理论和实践知识。调研结果表明，问题主要集中在两个方面：（1）在学习该课程之初，学生在没有大量实验操作机会的情况下，表现出的是对程序的编写问题及对整个课程的困惑，大部分学生对该课程主要应用在哪里没有概念。（2）对于给予大量实验操作机会的学生，他们表现出对单片机的极大兴趣，他们的问题主要集中为：如何设计具有较好功能的源程序，源程序结构的优化，硬件搭建的合理性等。
因此，良好的实验教学可以帮助学生理解课程内容，掌握核心知识，从而提高学生的学习积极性和学习效率。
1.3实验教学中出现的待解决问题
1.3.1实验项目内容设置不够完善，不利于调动学生的实验积极性。各个实验项目独立性强，几乎没有考虑知识的前后贯穿和最后应用系统的设计，这容易使学生学了后面的忘了前面的，自己设计简单的应用系统更是无从下手，非常不利于培养学生的实验积极性。
1.3.2教学模式单一，传统的实验教学偏重于验证性与演示性实验[4-6]。学生在实验过程中按实验讲义逐步进行，分析思考问题的机会比较少，只是机械化地验证实验内容。学生的注意力主要集中在编程及调试上，忽略了实验电路原理的重要性。不清楚系统设计流程，当需要自行设计系统时，学生就会感觉困难无从下手。实验教学没能起到真正推动学生对单片机原理、模拟电路、数字电路等理论知识理解的作用。单一的实验教学模式制约对学生创新能力及分析解决实际问题能力的培养，降低学生的学习兴趣，影响教学效果。
1.3.3学生实验中实际发挥空间有限。在实践教学中，教师经常把主要的实验步骤、程序代码都提供给学生，造成实验教学中学生动手机会少、思考不全面、发挥空间有限的缺点。
2.《单片机原理与应用》课程实验教学改革研究
针对《单片机原理与应用》课程实验教学现状，对该课程实验教学方法进行探讨，在实验项目、实验教学模式、实验教学环境及实验考核方式上进行改革研究，以提高该课程的实验教学质量，为学生的课程实验、课程实训、毕业设计及相关实践提供优质的基础。该课程实验教学改革方法的研究对提高实验课堂教学质量、促进人才培养和就业都有着深远的影响。
2.1实验项目改革研究
《单片机原理与应用》课程比较侧重于学生动手能力的培养，所以针对该课程的实验项目很多，那么如何根据本学校的学生层次及特点进行实验项目的分类是改革中需要研究和分析的问题。笔者以温州医科大学实际授课实例为例进行阐述。温州医科大学针对生物医学工程专业和电子信息工程专业学生开设该课程。针对学生的专业特点及实验学时的安排，将实验项目教学内容分成四部分，可以根据各专业学生层次特点选择合适的实验项目。具体实施方法为：
第一部分为软件模拟实验，主要目的是熟悉Keil软件、Proteus软件等的操作及汇编语言指令的熟练应用，让学生对整个操作软件的使用及汇编语言的使用有一个全面了解，为以后的实验打下坚实的基础。针对软件模拟实验，主要开设的实验项目包括两类：基础类实验及综合应用类实验。基础类实验主要包括数据传送实验、拆字和拼字实验、数据加法实验、查表实验等；综合应用类实验主要包括模拟交通灯、投篮计分及病房呼叫模拟实验等。
第二部分为基本端口实验，主要目的是让学生认识纹机系统的基本硬件。实验项目主要有端口输出实验、定时计数器实验、按键中断实验、A/D转换实验、多位数码管显示实验、串口通信实验等。
第三部分为综合设计性实验，目的是帮助学生全面掌握所学内容，提高学生综合运用知识的能力。主要有用定时器设计时钟实验、键盘结合LCD液晶显示实验、利用外部中断设计流水灯实验、温度检测实验等。
第四部分为创新性实验，主要针对那些对单片机有兴趣的学生，锻炼学生的创新能力、动手能力和解决实际问题的能力等，该部分实验在课下进行，可结合教师的科研项目和各类大学生电子设计大赛，如教师科研课题中的控制系统及大学生电子设计竞赛、智能车设计大赛、机电产品创新设计大赛等。
2.2实验教学模式改革研究
《单片机原理与应用》课程实验教学模式改革中将PBL教学法与TBL教学法相结合，针对该门课程授课学生专业不同，将实验分成三个层次：基本实验、综合实验和自选实验。针对不同层次实验各自特点和难易程度进行教学方法的选择和综合应用。
2.2.1基本实验主要考核学生基础知识的掌握，内容较为简单，可以只采用PBL教学法。教师只需要给出实验设计的问题，由学生独立完成，不需要进行分组，培养学生的自主动手能力。
2.2.2综合实验不再是单一的知识点、单一的学科，考核的知识可能是跨学科多个知识点，教师只需给出实验的要求和技术指标，学生自主选择决定学习哪些知识解决问题，体现典型的PBL教学法的应用优势。具体实验过程中主要采用分组讨论，单人完成或按组汇报两种方式。
2.2.3自选实验在三个实验层次是难度最高的，学生几乎不可能单独完成，同时教师要给予一定的指导，给出明确的学习目标及知识点，适合采用TBL教学法分组讨论，按组汇报。设计性实验往往都是给出一个需要解决的实际问题，实施方法不是唯一的，这是PBL教学法应用最适合的情况。因此，对于设计性实验最好采用两种方法综合应用。
2.3实验教学环境的改革研究
根据学生的实际情况和要求，为学生创造宽松的实验环境。
2.3.1对学生实验中用到的硬件实验仿真平台可以根据学生的特点及基础进行针对性选择及操作。对于大多数学生，可以选用基础开发板与仿真器的硬件仿真平台在实验课堂中完成相应的实验项目设计，对于能力较强的学生，可以鼓励学生自己做单片机最小系统板或者选用高级开发板与仿真器结合的硬件仿真平台，对于积极性较高的学生，可以建议大家在实验课业余时间选用开发板自己烧写程序在实验课堂之外对实验感兴趣的内容进行仿真学习，为学生创造宽松的实验环境，使学生可以不拘束于课上时间进行实验。
2.3.2对于软件仿真平台，学生可以用汇编语言完成简单程序的设计，能够用C51语言完成简单和复杂程序的设计，学生的前序课程中学过C语言，这样大大降低学生学习的难度，同时学生从对比中加深对汇编语言和C51语言的理解。
2.4实验考核方式改革研究
传统的单片机实验课程不单独考核，评价方式主要以实验报告为依据。这种评价方式使学生对实验教学环节不重视，很难调动起学生在实验教学环节中的积极性。本次改革项目将实验考核方式分为四个部分：把学生每次实验课堂的态度及积极操作的自我关注程度作为实验平时成绩的考核依据，占实验成绩的20%；平时实验报告占实验成绩的20%；综合实验项目考核占实验成绩的50%；自选实验项目占实验成绩的10%。
3.结语
为了提高《单片机原理与应用》课程的实验教学质量，给学生的课程实验、课程实训、毕业设计及相关实践提供优质的基础，提高学生的实际应用和创新能力，本课题结合学校各专业学生实验教学的实际情况，对该课程实验教学方面的教学方法进行探讨与改革。经在实际实验教学中的改革实践表明，通过对实验项目的合理设计，可以培养学生的实验积极性和主观能动性。通过对实验教学模式的改革，激发学生的实验兴趣。通过对实验教学环境的改造及考核方式的改变，可以引导学生重视自身实验技能的培养。从本校学生毕业设计过程及实习过程中可以看出，学生在实际工程应用项目的开发数量和质量都有较大程度的提高。随着实验教学改革的不断深入和完善，该课程会取得更良好的实验教学效果，使学生的综合设计能力及创新能力有明显的提高。
参考文献：
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人才培养是学校的根本任务，质量是学校的生命线，教学是学校的中心工作，而实践是教学的重要环节，要提高学生实践动手能力，需要推进实验内容和实验模式的改革和创新。“单片机与接口技术”课程除了理论基础外，还具有很强的工程实践性。因此，需要对该课程提出更具针对性的实验教学模式，以便使学生能够在掌握理论基础的同时，工程实践能力也得到培养与提升。本文即是在此背景下，主要对“单片机与接口技术”的实验教学进行了分析研究，结合本课程的实际情况提出了改革措施。
一、课程实验教学现状
“单片机与接口技术”课程目前仍沿袭以前纯理论课程的教学模式，虽然设置了实验课程的教学，但实验仅作为理论教学的次要辅助，未对实验教学加以足够的重视。
（一）实验教学内容设置不合理
目前，对单片机实验教学不够重视，内容安排上主要以理论课内容为主线，多是作为理论教学的验证，所以对于学生而言，各个实验是相互独立的，没有相互联系起来形成一个知识网络。加之实验指导书内容编写的面面俱到，学生在做实验时仅仅是参照设计好的实验内容，简单地将程序输入到计算机上，如此重复地完成规定的实验内容，课程实验实际上演变成了程序功能的验证，并没有到达对单片机程序设计、编写、调试等过程训练的目的。由于过于实验指导书的作用，学生不愿独立分析思考，解决实验大纲中提出的问题，甚至不对实验进行预习，急于得到实验结果，照抄实验报告，忽视了实验过程的重要性。这难以调动学生学习的兴趣性和积极性，也不利于在解决单片机实际工程应用问题时，对学生动手与创新能力的培养，进而失去了实验教学应有的作用。
（二）过度依赖功能集成的实验箱
随着单片机实验课程的发展，许多高校对实验设备进行了更新，配备了将实验所需功能集成于一体的综合实验箱，这在一定程度上方便了实验教学的开展，但单一依赖于实验箱进行实验教学具有局限性，并且从学生反馈的来看并没有达到应有的实验效果。这种综合实验箱将全部实验内容都集中在一起，学生在做实验时只需按照实验接线图完成所需实验内容必要的线路连接，将实验参考程序直接烧录到实验箱，再查看实验结果。整个实验过程得到了简化，减少了硬件连接上的错误，加快了实验教学的进度。然而，由于其集成度过高，实验内容都已经固定，不易改变和扩展，降低了实验的灵活性，限制了学生的创新思维；不用从原理图开始对硬件进行设计，简化了硬件的连接，弱化了对学生电路设计能力的需求；实验程序也随着硬件连接的固定而固化，学生对单片机程序的编写与调试能力没有得到锻炼。
二、课程实验教学改革
为改善上述课程教学的不足，本文将EDA仿真软件Proteus引入到单片机实验教学中来，同时提出了Proteus与实验箱软硬结合的实验教学方法，使得虚拟仿真与真实硬件互补互足。
（一）基于Proteus单片机仿真的特点
Proteus是一款由英国Labcenter Electronic公司开发的EDA软件，它支持对微控制器和元器件组成的嵌入式系统仿真，并且能够与Keil等软件实现联合仿真调试，这样不仅可以查看程序执行时微控制器内部寄存器、存储器内容的变化，而且可以观察元器件的工作情况。利用Proteus可以快速灵活地完成嵌入式系统原理图的绘制，便于在课堂上进行讲解。
例如，我们利用Proteu进行定时器控制LED灯亮灭的实验。学生按照硬件原理图（如图1所示）用Proteus软件绘制实验仿真电路图（如图2所示），使得在P1.0脚输出周期为1s的方波，即实现LED灯循环亮0.5s，灭0.5s，同时，在P1.0引脚用虚拟示波器观察输出信号，最终实现LED灯控制器的仿真（如图3所示）。通过本Proteus实验，学生学会硬件原理图的绘制、掌握定时器/计数器的原理及编程方法，学会使用虚拟示波器观察波形变化，为后续的实验打下基础。
当然，软件虚拟仿真无法达到与硬件完全一致，有时仿真结果存在一定差异。因此，Proteus仿真只能作为实验教学的其中一环。
（二）软硬结合的单片机实验教学
通过Proteus对单片机实验教学内容进行仿真，可以让学生在做实验时，不仅软件编程能力得到了提升，并且也对单片机硬件设计有所了解。由此对单片机系统有了全面的认识，而不是在实验箱上按部就班地参照实验指导书进行实验操作。
在实验课前，学生不再是通过阅读实验指导书进行枯燥预习，而可以根据教师布置实验任务，利用Proteus提前设计实验硬件电路、编写程序、仿真调试。在课堂上，教师可以根据学生课前仿真的完成情况，有针对性地讲解实验。然后学生可以在实验箱上认识真实的元器件，连接线路完成实验。在实验课上，结合Proteus与实验箱完成基础性实验，巩固理论课上学习的知识。实验课后，教师可以再布置一些扩展性实验，以便有兴趣、有能力的学生进一步利用Proteus及单片机开发系统进行仿真和实物验证，以更加深入地学习、掌握单片机及接口技术。
例如我们布置一个扩展性大作业：通过PWM信号驱动直流电机转速，运用AD转换模块，将电位计输入的电压转换成AD值，该AD值通过换算得到占空比，即只需要调节电位计就可以改变直流电机的转速。AD值换算成占空比后可通过动态数码管显示出来。另外，增加一个独立键盘按钮，来作为控制直流电机运转的总开关。知识点的考核含有定时计数器、中断、动态数码显示、AD转换、独立键盘的使用等内容。总之，完成该大作业需要学生对51单片机的上述每个知识点进行详细的了解与掌握，并对独立的知识点进行整合，通过合理的逻辑梳理，完成整个程序的编写。学生可以对51单片机有更加深刻的了解，加强了对逻辑思维能力的培养，为学生今后的学习打下深厚的基础。
这样的教学方法，打破了传统实验教学在课堂时间上和空间上的限制，使学生愿意主动预习实验内容并能带着问题进入课堂，有针对性的教学也提升了实验教学的学习效率。实验内容设置上也更加灵活多变，易于扩展。这种软硬结合的单片机实验教学方法不仅可以增强学生对单片机实验教学的兴趣，而且还可以提升学生的单片机系统综合设计能力，将所学理论应用到实际工程中。
三、结束语
本文从实验教学内容、实验设备两个方面分析了当前单片机实验教学现状，分析了其中存在的问题。在此基础上，将虚拟仿真引入到实验教学中来，并且结合Proteus软件的特点，提出了Proteus与实验箱软硬结合的单片机实验教学方法，以此提升单片机实验教学质量，激发学生对单片机的学习兴趣，提升学生对理论知识的应用能力。希望此文的教学探讨，能对同行起到抛砖引玉的作用。
参考文献：
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1当前单片机实践教学存在的问题
单片机系统是一门软硬件相结合强调实践性和应用的课程，很多应用型高校在单片机实践教学中都存在一些问题，主要表现在下面一些方面。
1.1现行的单片机实验教学存在脱离实践的倾向
很多高校，单片机实验教学平台是单片机实验教学的主要设备，采用这种设备进行教学教师和学生操作使用方便。然而试验箱的总体结构往往已经固定，学生很难自主地进行创新性的实验设计，导致学生对单片机的硬件教学内容无法深入细致的学习，使学生应用单片机进行系统设计时，对单片机的内部结构和电路不能直观的认识，实验箱基本上透明了单片机的内部结构和工作原理，学生只能参照厂家提供的实验指导书，一步一步进行操作，最终得到一个事先预知的结果。这最终导致学生失去对单片机学习的兴趣，更无法提高学生的设计动手能力。
1.2重理论轻实践现象严重
单片机课程的开设，很多教师按照课程教学大纲要求，有计划的对单片机原理、内部结构、时序电路和设备等知识点认真教授，理论知识成了单片机教学的主体，实践教学只作为理论知识的一个验证，形成了以教师为主体的知识传授型的教学模式，在实践教学中，教师把主要的实验步骤、程序代码都提供给了学生，造成实验教学中学生动手机会很少，思考看、发挥的空间更是有限。甚至一些教师认为学单片机就是学习基于单片机的编程，再加上相对硬件教学，只需要一台微机加上仿真软件和编程环境就好了，学生学习的热情要高，也比较容易上手，完全忽略了单片机系统开发的整机思想，教师课程考核依然是以试卷笔试为主，必然导致学生对硬件实验课程的学习缺乏兴趣，并最终失去了对该课程硬件学习和硬件实验的兴趣，也就失去了对实验学习的主动性。
1.3教师本身的实践能力和工程开发能力有限
很多教师，教学效果的确很好，他们有着自己的教学方法和手段，有的甚至是教学名师，然而单片机开发技术是一门多学科相结合的实践性、应用性很强的课程，要想上好这门课程，必须要求教师有单片机系统开发和工程实践的经验。照本宣科只做课内的实验，不能将实际单片机系统开发方面的知识和方法传授给学生，不能引入单片机发展的主流技术和单片机开发的新型工具软件，远远达不到单片机这门课程对培养学生创新能力和动手能力的要求。
1.4实验内容缺乏创新性
从很多高校的单片机实验教学大纲来看，存在实验内容单一、陈旧，缺乏综合型和设计型项目的情况，实验教学中，学生依据实验指导手册，按部就班进行实验，整个实验过程不求甚解，最后给实验教师提交一份实验报告，就算完成了本次实验，这就导致很多单片机的知识在实践教学中不能涉及到。学生也根本没有理解和掌握单片机开发和设计的这些知识。学生的创新能力和实践能力根本得不到很好的培养和提高。更有甚者，学校的教学实验设备和实验内容安排多年未更新，很多新技术和主流元器件没有引入教学，使得培养出来的学生无法得到用人单位的认可。
2单片机实验教学的改进
2.1创新单片机课程教学方案
以就业为导向，完善教学体系和内容，根据应用型本科院校的人才培养定位，制定了切合实际的单片机人才培养方案，修订专业教学计划。以提高应用能力为出发点，制定出切实可行的单片机课程教学方案，突出应用型人才培养模式，强化单片机实践教学。着重体现学生的实践能力、创新能力和单片机系统开发能力，逐步改善实践教学条件，尽量摆脱传统实验教学对实验平台的依赖，采用多种实验教学方式，突出学生动手和创新能力，同时加强教师能力培养，尽量让“双师型”教师上课，增强课程的工程实践性。
2.2调动学生学习主动性
学校要根据人才培养定位和单片机课程教学的要求，合理安排单片机实验教学的内容，优化实验教学大纲，在实验项目设计时，给学生预留可发挥的空间，促使学生变被动实验为主动参与、思考，这样便能在实验中体会到乐趣，实验中的思考以及实验成功后的成就感，能提高学生学习单片机的信心和兴趣，达到更好的教学效果。同时引入现代化的教学手段和主流的单片机开发技术，让学生能够贴近单片机开发的实际，不但能够让学生模拟仿真实验，而且可以让学生有单片机系统设计的思想，提高学生单片机实际开发和应用能力。
2.3构建多级实验体系和能力培养体系
根据单片机教学的实际和课程对人才能力培养的要求，可以把单片机实验教学划分为基本模块实验、设计型实验、和综合型实验，基本模块实验以验证型实验为主，包括单片机汇编语言程序开发、并行口、中断、串行口、、定时/计数器各种几口等，主要是让学生学习单片机基本单元模块的组成、理解单元模块的工作原理和内部结构，同时掌握基本实验仪器的使用和基本的实验方法。综合性实验阶段是综合型实验为主，主要建立单片机系统开发设计的整体思想，是能力培养的提升阶段，也是培养动手能力和创新能力的关键阶段。通过这一阶段的实验，使学生能对实际应用问题提出解决方案。并利用基础性试验阶段的积累，完成自主设计实验所用的单元模块以及实验步骤，并通过多次的优化，提高学生的动手能力和创新能力，为以后单片机开发积累经验。
2.4软硬件学习相结合
单片机课程涉及到的知识面非常的广，如果透明掉硬件的原理和学习，学生的实际动手能力和单片机产品设计开发能力就不能得到很好的提高，因此在单片机实践教学中，不能忽略硬件学的学习，在做单片机实验过程中，要尽量不完全依赖已有的实验箱，而是要求学生尽量自己设计开发单片机的最小系统，这样学生对单片机的设计和学习能够更加直观，也能够把元器件选型与应用、线路板设计、电子产品的焊机与调试等硬件的知识引入到单片机的实验教学中，虽然过程难度较大，也比较繁琐，但对学生的自制力、学习意志能够很好的锻炼，也是培养他们的创新能力和强化他们的动手能力重要阶段，能够更加有效地提高学生单片机的实际开发能力，也符合用人单位对他们能力的要求。同时，单片机软件开发时仿真实验软件的使用也十分重要，软件的使用也十分的方便，在实践教学中引入伟福、KEIL、PROTEUS等仿真软件，使学生在课外也能随时随地模拟实验过程。学生既可以模拟再现实验室硬件电路实验的过程，也可以模拟未做的实验达到预习目的。还可以模拟实验室条件不具备的实验达到补充扩展目的。
2.5通过竞赛，提高学生工程开发能力
对于工科学生，全国有很多很有影响力的比赛，比如全国大学生挑战杯比赛，全国大学生电子设计大赛等，各地高校也会结合本地域或本校的情况，举办各类的创新大赛，任课教师在给学生授课过程中，积极把这些信息通报给学生，鼓励学生早做准备，积极参与，通过这些比赛，刺激学生利用单片机做出各类实用性作品，让学生能够通过比赛掌握单片机设计过程，让他们亲自做一回工程师，这种课外形式的学习，更能使学生充分掌握单片机各种基础知识和实际开发技能，能够提高学生创新能力和动手能力。事实表明，有过参赛经历的学生，他们的分析解决问题的能力，单片机的实际开发能力，都得到了很好的提高和锻炼，也更受用人单位的欢迎。
3总结
单片机的学习与社会人才需求和主流技术的发展要严密结合起来，只有抓好单片机实践教学环节，才能培养出满足社会需求的合格人才。应用型本科院校一定要合理安排课程内容，努力提高教师教学水平，协调单片机软硬件教学比重，积极引导学生参与各类竞赛。这样才能培养出具有工程设计能力、创新能力及较强动手实践能力的合格的应用型人才。
参考文献
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随着社会信息化程度的不断提高，嵌入式技术越来越广泛地应用于我们的生活，成为当今最热门的行业技术。作为典型代表的单片机技术在各高校也成了一门热门的、重要的就业方向性课程，然而，单片机技术课程是一门与工程实践结合紧密的课程，要想让学生掌握好这门技术，需要加强实验实践环节的教学，提高学生的动手能力，培养学生对工程对象的设计能力和应用性编程能力。
2传统实验教学存在的问题
笔者从事于单片机实验教学工作多年，2007年开始就积极地进行单片机实验教学研究，从专业的角度来看：目前，大部分的高校都是采用实验箱进行教学，而实验箱是仪器开发公司的成品，设计时具有整体规划性，例如实验模块整体地址的设计，学生很难了解到其中的细节设计内涵。对于初学者，局部实验难以吃透，很难有良好的实验效果。这样，一般的单片机实验箱也只能起到验证实验的作用，学生只是看看实验现象而已，达不到实验教学的目的。
3.解决的办法
英国Labcenter Electronics公司开发Proteus软件是一种混合电路仿真工具，Proteus不仅能仿真单片机CPU的工作情况，而且能仿真单片机电路或没有单片机参与的其他电路的工作情况。因此在仿真和程序调试时，从工程的角度直接看程序运行和电路工作的过程和结果。对于这样的仿真实验，从某种意义上讲，解决了实验和工程应用脱节的矛盾，有利于学生实践能力的培养。
2009年笔者立足我院实际教学需要，主持成立了《基于Proteus仿真单片机实验实践课程教学改革》课题研究小组，研究课题获得了学院的大力支持与省级教改立项。我们主要从以下几个方面的内容展开了研究：
（1）以Proteus虚拟仿真软件为核心构建单片机虚拟仿真实验室。
（2）结合仿真软件构建新的实验教学体制和方法。
（3）在传统硬件实验箱教学中引入电子仿真教学实现跨越性、自由性、创新性实验实践教学。
2010年该课题成果在电子信息工程专业和应用电子技术专业三个班的学生中进行了改革试点，取得了良好的效果，院级教研顺利结题。
4.单片机实验教学改革上的几点应用
4.1单片机实验教学
通过上述教学研究，我们形成了单片机实验实践教材，教材分为三章：第一章为实验部分，主要是针对理论授课内容的重难点设计开发的基于Proteus仿真平台的单片机基础实验，共为10个实验，主要是对单片机内部资源编程应用的简单实验，例如P1口的使用—流水灯实验、定时器实验、外部中断实验和串口通信等基础实验，学生可以自由使用Proteus元件库提供元器件按实验内容自己画原理图，尝试改写或编写简单的应用程序，通过Proteus提供的虚拟仪表进行检测，让学生观察实验现象，了解实验内涵。这样既可以让学生掌握单片机的内部硬件资源结构，又可以锻炼学生的编程能力，还可以对常见的仪器仪表进行学习；第二章为开放性实验部分，这部分主要是设计性实验，对课内实验起着补充作用，可以由老师在课堂上提出问题与拓展思路，学生自主基于Proteus仿真平成课外实验。第三章为综合性实验部分，由老师给出10个由易到难的设计性课题，让学生自主完成设计，可以给出参考设计思路、原理图、模块程序。由学生自己根据设计要求完成整个电路的设计，并在Proteus虚拟仿真系统上进行验证，目的是培养学生的主动思维能力与单片机系统综合设计能力。
在单片机实验课堂硬件实验的基础上引入Proteus虚拟仿真教学的优点就在于：相互辅助、相互补充配合。Proteus虚拟仿真实验的优点在于可以不需要实验硬件设备投入就可以完成大量的实验，对于学生而言，计算机平台容易普及利用，而不可能每个人都拥有一台实验箱。这样，不受实验室条件的限制，学生可以很容易开展自主实验，在老师的指导下完成课外拓展性实验。
4.2实验考核方式改革
当然，新的实验教学方法还必须配套新的考核方式。传统的考核方式一般采用实验箱操作抽签实验完成，但是学生往往对线路虚焊、导线接触不良、仿真器烧坏了等问题苦恼，就算是平时都做出来的实验，因为选定的设备问题导致焦虑情绪影响了实验过程，这个情况在教学过程中经常遇到。新的考核方式主要是基于Proteus虚拟仿真平成，不存在设备器材问题，学生具有最大的自主发挥的自由度，老师给出课堂实验相近的设计性实验课题，学生设计电路图、编写或改写程序完成，以最终运行的实验效果评定实验成绩。实验报告必须有详细的电路设计过程、源程序设计和实际运行效果图片（Proteus截图）。
成绩算法为：实验报告占20分，仿真实验考核占60分，平时出勤10分，课外拓展实验10分。
4.3开放性实验
由于Proteus虚拟仿真平台没有局限性，实验内容无限，可以开设的实验课题与设计课题无限，可以扩展学生的思路和提高学生的学习兴趣。软件平台的易搭建性，也可以有效地促进学生课外学习活动的开展。在我院，以Proteus软件为核心建立的虚拟仿真实验室N501作为长期对学生开放的重点实验室，是我院电子、电气等专业学生的课外创新实验室，是具有电子兴趣爱好的学生自主学习进行课外实验的场所，主要是为了培养学生的创新能力，提供给学生一个自由开发的良好学习平台。
4.4课外电子竞赛培训活动
同时，我们也将Proteus软件平台引入到电子竞赛培训活动当中，为各年度大学生电子设计竞赛等科技活动提供一个良好的培训学习平台。
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【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。
ORG 0
MAIN： MOV DPTR，#TAB
MOV R5，#10H
MOV A，#00H
LOOP： MOVC A，@A+DPTR
MOV P1，A
ACALL DELAY
ACALL DELAY
INC DPTR
DJNZ R5，LOOP
LJMP MAIN
DELAY： MOV R7，#00H
MOV R6，#00H
DE：DJNZ R7，$
DJNZ R6，DE
RET
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】
[1]张毅刚，彭喜元.单片机原理与应用设计[M].北京：电子工业出版社，2009.
[2]湖北众友科技实业股份有限公司.单片机原理实验系统-实验指导书[Z].2003.
[3]杨宇祥，高宗海，等.PBL教学法在单片机原理及应用课程教学中的应用[J].价值工程，2011（10）：308-309.
