■专业与课程建设
摘要：本文旨在构建以培养应用型、创新型人才为目的，全方位建设“单片机原理及应用”课程的立体化实践教 学体系。通过优化配置教学团队与教学资料，开展多维立体课堂教学、多元化实验教学、多样化第二课堂活动提升教学质量，并改革考核方式以促进实践教学的落实。关键词：单片机原理及应用；实践教学改革；应用型人才中图分类号： G642.3文献标识码：A
文章编号：1002-4107（2012）04-0045-03
2012年第4期（总第998期）
No.4，2012
Serial No.998
黑龙江教育（高教研究与评估）
HEILONGJIANG EDUCATION （Higher Education R esearch &Appraisal ）
“单片机原理及应用”是电气工程及其自动化类专业一门很重要的专业基础课，在课程体系中起着承前启后的纽带作用。该课程以数字电路与数字逻辑、模拟电子技术和C 语言程序设计为前期基础课，
同时对嵌入式系统和DSP 技术有重要影响。随着单片机与嵌入式系统技术的飞速发展，单片机在电子信息类工程应用中的作用日益显著，其教学质量的好坏，甚至能够左右学生的就业。 “单片机原理及应用”
立体化实践教学体系以培养应用型、创新型工程人才为目的，以基于工作过程的项目制作为导向，全方位打造理论与实践一体化的教学模式，产学研合作，让学生接受单片机方面的工程锻炼，全面提高学生的职业能力，达到与企业的无缝对接。
一、优化配置教学团队与立体化教学资料
教学团队处于教学和科研的第一线，团队的建设水平直接影响到教学质量、科研水平和社会服务能力，最终影响学校的形象和声誉，因此，优化教学团队具有非同寻常的重要性和紧迫性[1]。“单片机原理及应用”课程的教学团队以高级教师为主，以讲师和实验师为辅，大部分是具有博士或硕士研究生学历的中青年教师。团队
以教研室、实验室和实训中心等为依托；以课程、专业、基地为建设平台，在教学改革实践中形成一个团结合作的共同体。教学团队的大部分教师都有在企业工作的经
历，或跟企业合作的产学研项目，能够在教学中密切联系实际，紧跟单片机技术发展的新形势，理论联系实践，搞好教学。团队人员经常参加一些单片机与嵌入式系统类课程的研讨会，定期开展教学研究，探讨教学工作。老教师起到传帮带的表率作用，为新教师在教学、科研和职称评定等方面提供帮助。
网络与多媒体技术的发展，为立体化教材的建设提供技术保障。教学团队一直注重建设立体化教学资料，除了搞好纸质教材、
教辅材料外，还将授课的电子课件、教学视频、软件工具等上传至BlackBoard 课堂，形成一套完善的立体化教材。课本的选取与建设是教学的重要环节，目前绝大多数单片机教材脱离教学学时实际，内容忽略应用需求，编写思路较少考虑学习者的认知规律[2]。本课程选取李晓林编写、电子工业出版社出版的《单片机原理与接口技术（第2版）》为主要教材，该书除了具有传统的单片机教材所介绍的基本知识外，还引入C51程序设计、Proteus 及KeiluVision 软件使用、单片机应用系统设计以及实验项目等，将原理讲解与应用实践较好地结合在一起[3]。另外，根据实际需要，教学团队专门编写为现有软硬件实验设备、学生情况量身定做的《单片
机原理及应用实验指导书》
、《单片机学习辅导书》、教学大纲、考试大纲、实验大纲和课程设计大纲。为了给学生日后从事单片机应用系统开发打下扎实的基础，所有教立体剪裁
收稿日期：2011-10-13
作者简介：朱向庆（1979—），男，广东梅州人，嘉应学院电子信息工程学院通信工程教研室主任，讲师，主要从事单片机与嵌入式系统、
通信原理研究。基金项目：嘉应学院第八批新世纪教育教学改革工程项目“单片机原理及应用课程进行微型项目驱动教学法的研究与实践”（2011-4-18）；嘉应学院第七批新世纪教育教学改革工程重点项目“工科本科教育全过程创新人才培养体系的构建”（2009JGZ12）
单片机原理及应用课程立体化实践教学体系的建设
朱向庆，胡均万，王小增，杨冬涛
（嘉应学院，广东梅州514015）
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学资料介绍的程序开发语言都从传统的纯汇编或以汇编为主向以C51为主以汇编为辅转变，加强Proteus和Keil这两个软件的实践应用，删除部分与实际脱节较严重的存储器和I／O口扩展等部分的内容，增加新型单片机的介绍，真正实现与企业接轨。
二、开展多维立体课堂教学
课堂教学是实践教学体系中最重要的环节，其质量的好坏直接影响学生的学习态度与学习效果。在传统教学手段的基础上开展多维立体课堂教学，可全面提升教学质量。
（一）教学手段多样化
“黑板＋粉笔”的固有模式容易让学生感到枯燥乏味，对学习产生厌倦、抵触情绪；“黑板＋多媒体＋展示台＋实物”的形象化教学是现代化教学的发展趋势。黑板是教学的重要媒质，在黑板推理的过程中，能够让学生紧跟教师的思路；多媒体投影仪可放映PPT幻灯片、录像和Flash动画，显示计算机上“Proteus＋Keil”软件的仿真效果，充分利用计算机图、文、声、像并茂的功能；展示台呈现单片机系统的硬件实物。同时，借助网络资源开设BlackBoard课堂、教学博客、QQ讨论等，引导学生自主学习、协作学习，达到课内课外教学的联动、实践教学和理论教学交叉互动。
教师在课堂上要杜绝纯粹放映教材出版社所提供PPT课件的行为，要以电影制片人的艺术心态对所有
素材进行精心准备、裁剪。在形式上吸引学生眼球，才能让学生对内容产生兴趣。当然，课件也不要做得过于花哨，以免喧宾夺主。教师要引导学生在学习单片机过程中“善假以物”，利用多媒体教会学生合理使用单片机开发的小工具，例如：单片机小精灵、串口调试助手、LED字型码发生器等。
（二）构建和谐课堂
本课程包含很多复杂烦琐的软硬件知识，大部分内容都不容易理解。若采用一言堂和满堂灌的填鸭式教学，将影响学生学习的积极性。构建和谐课堂可拉近师生距离，使得学生“亲其师信其道”，在心理上接受教师，其学习的积极性就会很高，迟到、旷课、上课打瞌睡、开小差等现象也随之减少。
课堂教学以教师为主导，学生为主体，开展讨论式、启发式教学，则可充分调动学生的主观能动性，变“要我学”为“我要学”。为了不让学生对单片机产生畏惧心理，教学内容的选择上有意淡化理论教学，加强实用性知识讲解，甚至可以采用先实践、后理论的方式，让学生先“知其然”，再带着疑问探讨“其所以然”。
教师在课堂教学中要尽量采用幽默化、形象化的教学语言，到单片机理论知识与现实世界的相同相似点，用通俗易懂的语言给学生讲解，可起到事半功倍的效果。用心琢磨和恰当运用教学语言，多采用比喻和举例，把枯燥的知识浅显生动地传授给学生。这样的课堂教师讲授轻松，学生也爱听，且在不经意间就理解掌握
难懂的概念[4]。
（三）模块教学
培养应用型人才，授课内容要以实用为目的，原理性的知识“够用”即可，要避免“讲的不用，用的不讲”，造成教学与实践背离、理论与应用脱轨。在课程教学中，讲解完基本原理后，应用部分采用任务驱动的模块教学方法，把内容分为：中断、定时器／计数器、串行通信、显示和键盘、AD和DA等五大部分，引导学生采用“Pro-teus＋Keil”设计相应的系统，真正做到“用什么，讲什么，学什么”。
模块教学以知识点为主线，内容不局限于课本，且要紧跟业界主流技术发展，及时将先进知识引入课堂，确保教学内容的实用性和新颖性。模块教学的目的是“授之以渔”，教会学生一种方法，会用一种单片机，学生自然也会用其他单片机[5]。
三、推行多元化实验教学
传统的实验方式是在实验箱上进行验证性实验，学生只要按指导书连几根简单的导线、写几行程序代码即可完成实验，其学习主动性不能很好地被激发。且受资金等因素限制，硬件实验设备的更新速度无法跟上单片机技术的飞速发展，实验箱显得有点落伍。本课程实验教学采用“实验箱＋计算机软件仿真＋课程设计”的新思路，除了用实验箱做实验，还开辟虚拟实验室，用“Proteus＋Keil”做仿真实验，同时提高综合性、设计性实验的比重。
（一）课程设计
课程设计以实物制作为目的，同时注重与前期课程（模电、数电、C语言、Altium Designer）及后续课程（嵌入式系统）的联系。例如，电源、数码显示部分可在模电和数电课程设计中提前做好，整个系统的电路板在Altium Designer课程设计中先做好，这样可节省时间，避免资源的浪费。同时，鼓励学生在课程设计中使用嵌入式实时操作系统Small RTOS51或μC／OS-II，为学习嵌入式系统打下基础。
（二）开放性实验
高校的实验室大多数只能提供学生进行课程实验，根本不对学生随时开放，这样学生得不到充分的练习，只能是纸上谈兵[6]。为了给学生创造更多的动手机会，电子信息工程学院斥资采购30套XL400型51单片机实验板，10套小强51＋AVR单片机实验板和4套凌阳SPCE061A单片机实验板，并自制30套STC单片机实验板，它们集实验、仿真和下载三大功能为一体，均可以完成20个左右实验。74套实验板被派发到每个学生宿舍，免费借给学生使用，让学生有条件在宿舍做单片机硬件实验，还可以根据兴趣学习51、AVR和SPCE061A 三种单片机中的一种或多种。
（三）自制教仪
在学习单片机的过程中，不少学生都会从网上购买各种小型单片机实验板。这样做的好处是能够直接使
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用，缺陷是学生对单片机系统的硬件了解不够深入，且购买的实验板往往价格较贵。从降低学生的学习成本、提高学生动手能力的角度出发，我们设计出一套硬件可剪裁，最多能够完成20个项目的多功能STC单片机实验板。统一电路板厂制作PCB板，再到网上采购元器件。学生以自愿为原则购买PCB板，根据需要购买部分或者全部器件。自制实验板，只需要花70元，远低于市场价格。单片机、液晶显示板、温度传感器、点阵等较贵重器件都是可插拔的，学生能够在其他地方重复使用这些设备。通过自己动手焊接实验板，调测硬件系统，能够加深学生对硬件电路的理解，提高学习效果。
四、延伸拓展第二课堂
第二课堂是第一课堂的延伸拓展，第一课堂主要实现“教和学”的功能，第二课堂则达到“做和练”之目的。在第二课堂中，教师从第一课堂的“讲师”向“咨询师”转变，主要目的是培养学生的兴趣，引导学生以玩的心态学单片机。
我们积极创造条件帮助学生申请学生学术基金，通过导师制让学生参与开放实验室项目，参加教师的
科研，到创新实验室做项目，参加学校科技创作大赛和省挑战杯大学生课外学术科技作品竞赛。在课余时间利用自制的STC单片机学习板举办小型竞赛，提高学生学习单片机的积极性。利用课程见习组织学生到校外实习基地、工厂参观，加强与企业的产教合作，让学生主动加强自身的工程素养。
五、用考核方式引导学生动手
“会考试，不会做”，这是不少工科生的通病。要想扭转这个局面，最有效的方法就是从平时作业、实验及期末考核着手，加强实践考核在总评成绩中所占的比重。对考核方式进行大胆革新，改革前后总评成绩计算方法如表1所示。传统的考核方式容易造成不少学生死记硬背，学完后甚至连简单的跑马灯硬件电路都画不出来，程序也不会编写。新的考核方式摒弃笔试，可以培养学生的动手能力。
表1改革前后总评成绩计算方法
在新的考核方式中，总评成绩由四部分构成。（1）平时成绩部分，考勤方面宽严相济，对屡次迟到、旷课或者有其他开小差行为的学生，每次违纪都加大单次扣分力度；作业方面进行优化设计，从传统的纯粹做习题向“习题＋电子仿真”改变。为了从源头杜绝学生抄袭作业，设计的作业除了提高内容的趣味性外，还根据每个学生座号的不同，设计不同的单片机型号、I／O接口、晶振频率、通信速率、数码管颜等参数。这样让学生无处可抄，即使是参考别人的作业，也要思考如何修改，而不是纯粹的机械性抄袭。（2）实验要求学生提前写好预习报告，结束时由教师当场检查验收，随机提问，实验完
毕立刻提交实验报告。这样能够提高实验效率，避免学生课前不预习、课后抄袭报告或编造数据。（3）实物制作方面鼓励学生大胆创新，对设计内容不作限制，自由选题，利用课余时间完成。期末要求每个学生都提交一篇小论文，给教师现场演示，并进行答辩。（4）期末上机考试设计若干套难度相当的试题，由学生随机抽取，采用“Pro-teus＋Keil”仿真软件设计单片机系统。
改革考核方式会增加教师的工作量，尤其是平时作业的检查、实物制作及上机考试的检查。学生也感觉到这门课“不好混”，平时不下点工夫的话，期末很难及格。师生共同努力的结果，就是教学质量的提高，学生动手能力的增强。
构建“单片机原理及应用”课程实践教学体系后，学生对单片机的学习热情和钻研精神得到激发，动手能力大大提高。学生利用单片机设计各种电子系统，参加省级、校级竞赛，取得很好的成绩。最近5届的“挑战杯”广东大学生课外学术科技作品竞赛，电子信息工程学院学生获得7个省二等奖，4个省三等奖；在2011年全国大学生电子设计竞赛中，电子信息工程学院学生获得1个国家二等奖，1个广东省一等奖，1个广东省三等奖。近两年都有毕业生被知名单片机企业——
—周立功单片机公司录用。
单片机的品种繁多，开发工具各不相同，在有限的教学时间内，不可能让学生掌握所有的单片机知识。建设实践教学体系是繁杂的工程，要符合由简单到复杂的认知规律；要切记防止浮躁，也要教导
我们的学生防止浮躁。我们能够做到的仅仅是利用现有条件创造一个平台，引领学生入门，指出一个大致正确的前进方向。
（注：本论文受到嘉应学院自动化校级特专业建设项目资助）
参考文献：
［１］夏玲．高职教学团队建设中不同层级的作用探讨［Ｊ］．教育前沿：理论版，２００９，（９）．
［２］林立，张俊亮，曹旭东等．单片机原理及应用——
—基于Ｐｒｏｔｅｕｓ和ＫｅｉｌＣ［Ｍ］．北京：电子工业出版社，２００９：１．［３］李晓林，牛昱光，阎高伟．单片机原理与接口技术［Ｍ］．北京：电子工业出版社，２０１１：１．
［４］朱向庆．“单片机原理及应用”教学改革探索［Ｊ］，高教论坛，２００９，（５）．
［５］邵贝贝．试论将μＣ／ＯＳ－ＩＩ用于单片机教学［Ｊ］．单片机与嵌入式系统应用，２００４，（３）．
［６］张春晶，孙立宏．单片机教学方法的改革与研究［Ａ］第６届全国高等学校电气工程及其自动化专业教学改革研讨会论文集（上册），２００９：５６３－５６５．
[责任编辑李爱华]
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