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摘要：实践教学是培养学生工程实践能力的重要环节。探索单片机实践教学方法的新思路，建立单片微机实践性教学环节的新模式与实现策略，创建任务驱动、项目导向的单片机实践教学模式，实行个性化教育，为学生提供创造性学习平台，培养完整开发单片机产品的能力，以提高学生专业素质、创新能力及就业质量。
关键词：单片微机；实践教学；任务驱动；项目导向
作者简介：王立萍（1977-），女，吉林白城人，承德石油高等专科学校计算机与信息工程系，讲师。（河北 承德 067000）
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）02-0109-02
单片微机是计算机迅速发展的重要方向之一，是当前微机应用的热门技术，是各行各业实现信息化、数字化和智能化的重要方法和手段。单片微机既有一般微型计算机的功能、特点和原理，同时又具有技术水平高、应用起点低的特点，很容易和某一行业实现有机结合，而且结合的产品能够产生很高的附加价值。依据当前人才需求的调查情况来看，各高职院校都比较注重实践环节，强调学生实践技能和综合应用能力的培养。实践教学改革的意义正是培养和训练学生的实践技能和创新能力，使理论紧密联系实践，为学生提供实践学习的新途径。
一、传统实践教学模式的弊端
单片微机技术是一门综合性、实践性很强的课程，其特点是软硬兼施。以往单片机实训课程采取“理论+实验+综合设计”的教学模式，按照教材顺序进行理论讲解。实践环节主要是用单片机实验箱进行验证实验，往往停留在学生按照实验指导书进行插线、输入程序进行验证，这种传统教学模式有利于理论知识的巩固，锻炼学生的编程设计能力，但也存在一定的弊端，即常常出现高分低能现象，还会使学生不知道单片机在实践中的真正作用，容易丧失学习兴趣，导致学生没有一个整体的控制系统概念，缺乏开发单片机产品的经历和能力，更不会用理论知识解决工程设计的实际问题，这种教学模式不利于培养学生独立思考和解决问题的能力。
要想从根本上解决问题，应该根据人才培养的要求建立单片机实践教学新模式，打破单片机实践教学依附于理论教学、为理论教学服务的传统观念。研究与探索实践教学模式，实行个性化教育，为学生提供创造性学习平台，激发学生学习兴趣，变被动为主动，以提高综合设计能力，为创新意识和能力素质培养打下坚实的基础。
二、单片机实践教学改革与实施
承德石油高等专科学校计算机控制专业的单片机课程是按计算机控制工程师岗位职责和应具备的职业能力与素质确定实训内容，采取项目式教学，在实训室集中训练组织实施。先由教师对项目进行必要的课堂讲解和分析，使学生掌握必要的基础知识，然后由学生选择项目任务，要求学生在一定学时内完成硬件电路设计、硬件电路的搭接、硬件电路的调试、软件编程、下载运行、系统调试、故障排除等。
通过师生共同实施项目工作进行教学，将项目分解为任务交予学生独立完成，包括信息搜集、方案设计、项目实施、检查评价都由学生负责。教师由知识的传授者和灌输者转变为教学过程的组织者和指导者、问题情境的设计者和引导者，使学生不单纯地通过教师的传授获得知识，让学生基于自己的经验，借助教师的帮助，利用必要的学习资料，通过小组成员共同努力主动建构知识。项目教学可以较好地培养学生的动手能力、协作能力和创新精神，为以后的生产实习、毕业设计打好基础。
1. 采用任务驱动、项目导向的实践方式
本课题改变单纯地利用实验箱验证实验的传统实践模式，取而代之的是任务驱动、项目导向的单片机实践教学改革模式，每个项目都以一个完整的单片机应用产品开发过程实施教学，每个项目均按照“明确任务→分析如何利用单片机完成任务→绘制电气原理图→准备元器件→制作电路板→编写控制程序→进行程序下载→软硬件联调及测试”的流程实施。要求学生按照任务书独立设计并且焊装出单片机应用产品，该产品必须能够进行演示并按照实际产品开发过程写出使用说明书、测试方法和自测报告。
在项目教学过程中，要根据学生的实际情况从最基本的实践做起。首先给学生提供电子元件散件，让学生自己焊接单片机最小系统，教师要教给学生怎样检测最小系统是否工作，然后运用模块化的思想制作实验模块，例如发光二极管模块、数码管模块、键盘模块等。要严格要求学生自己焊接，自己制作。下载程序可以自己动手制作并口ISP下载线，使单片机软硬件组合调试十分方便，同时调动学生学习单片机的积极性，提高了自学能力和创新能力。在实践过程中，学生同时能够掌握万用表、示波器等仪器的使用方法。
在此，项目选取是关键，是项目教学法成功的关键。项目的选择要以单片机原理的各个知识点为依据，既要与书本的知识紧密结合，又要能够充分体现现实中的应用情况，还要有一定的创新空间，让学生既能运用学过的知识又可以创造发挥。最后，还必须切实可行，有条件完成项目，并且尽可能地仿真工业生产实际，最大限度地缩短理论教育与实践应用的距离。为了提高学生的兴趣，围绕日常生活由浅入深地设置教学项目，每个项目逐渐增加新的知识点，分为基本部分和创新部分。比如机器人、遥控车、电动娃娃、交通灯、洗衣机、电子琴、抢答器、电子钟等，可将其分解为显示系统（LED、数码管、点阵、液晶）和运动控制等任务，显示系统可分解为汽车转向灯、秒表、广告牌等任务，运动控制可分解为遥控、声控、键控等任务。这些项目教师要先实施完成，这样，一方面对项目有全面的了解，便于更好地指导学生；另一方面，当项目提出的时候就能拿出明确而具体的成果展示，使学生有明确的目标和感性认知过程，知道实施该项目要解决哪些问题、关键在哪里。
这种教学模式具有完整性、扩展性、系统性、适应性，即每个项目分成若干个任务，每一个任务都是完整的工作过程，前一个任务是后面的基础，后面任务是前面的扩展和综合，任务是由典型产品为载体分解而来，同时不同任务可重组成不同功能的产品。[1]在该过程中既训练了学生的职业能力，同时也培养了学生的职业素质，加强了对学生工程实际应用能力的培养。
2. 使用单片机仿真软件
为了避免学生因为不熟练而浪费器件，可以让学生先使用单片机仿真软件Proteus在计算机上设计电路、编写程序，进行模拟调试，调试成功后再动手进行工艺的制作。
Proteus是目前最好的模拟单片机外围器件的工具，可以仿真、分析各种模拟器件和集成电路，可以支持不同系列的单片机仿真，提供了虚拟示波器、逻辑分析仪、信号发生器、计数器、电表等虚拟仪器仪表供选择用，能够和Keil和Matlab等软件整合使用，以达到最好的仿真效果。在仿真和程序调试时，关心的不再是某些语句执行时单片机寄存器和存储器内容的改变，而是从工程的角度直接看程序运行和电路工作的过程和结果。[2]
将编程软件Keil和仿真软件Proteus两者相结合就构建了一个单片机的实验平台。Keil软件支持C语言及汇编编程。当程序写好后，通过编译生成.bin文件，在Proteus里把要实现的硬件电路画好后，将Keil生成的二进制文件链接到Proteus电路里的单片机上，就可以代替原来的实验装置实现仿真。这样可以解决单片机实验室硬件投入不足和设备维护困难等问题，克服实验箱硬件电路固定、实验内容难以改动等局限，能够提高单片机系统设计效率。[3]
3. 成立开放性实验室及培训班
为了满足学生进行本课程全方位、不同层次和能力培养的需要，将单片机训练室打造为完全开放性的，成为学生在课余时间调试程序、进行自主创新的实践场所，在开放实验室配备计算机、信号源、示波器、万用表等设备，电子元器件由学生自行准备。同时，因材施教，利用假期和课余时间，为一些优秀学生开设培训班，对知识难点进行重点指导，强调动手，强化实践，软硬件相结合，使学生的综合设计能力大幅度提高，以便在全国的电子设计大赛和全国挑战杯大赛中取得较好的成绩。还要充分发挥电子协会的作用，在学生中做好传帮带，吸引更多的学生参与电子设计。
4. 引入高级语言编程及建立功能模块程序库
为提高编程效率，应引入C51进行编程。它是结构化语言，易于开发复杂的程序，并且程序易读易懂，排错及修改方便，移植性高。但对从事硬件设计人员来说，汇编语言却是必备的，所以学生应能用C语言编写程序，同时能看懂汇编语言。随着单片机内部程序存储器的增加，编程技巧已显得不是很重要，取而代之的是向学生提供成熟的功能模块子程序，类似厂家公开的应用笔记。
5. 设计实验仿真平台
用VB编程软件设计实验仿真平台，动态演示实验效果，并仿真单片机MCS51中断系统、定时计数器、串行口等的工作原理，仿真平台的运行过程能够很清楚地显示执行过程和执行结果。采用动态教学方法，实验演示和动手相结合，使教学变得活灵生动。
三、实施效果
新的实践教学模式在承德石油高等专科学校计算机控制专业已实施两届，学生对单片机课程的学习有明显的进步：在整个项目实施过程中，理解和掌握了课程要求的知识和技能，缩短了从理论知识到实际应用的过程，加强了分析问题和解决问题的能力以及团队合作能力，有利于提高实际应用能力，增强创新意识，达到职业教育所提出的“掌握职业基本技能、职业知识和职业态度”的要求；很好地培养了学生的专业兴趣，大部分学生在实践中通过对硬件和软件的认知、操作和编程，对单片机课程的学习产生了较浓厚的兴趣，有些学生自选单片机应用系统课题在课下自行设计研究，促进了学生的电子设计能力；提高了就业能力，部分毕业生在毕业后进入专业电子开发公司，成为单片机应用开发技术人才，并且在工作岗位中上手快，企业对他们的认可度较高。
四、结束语
本文针对传统单片机实践教学模式存在的不足，探讨了单片微机技术实践教学改革方案。实践证明，此种模式更符合高职院校培养技能型、应用型高级人才的目标，为培养应用型、创新型的一线工程技术人才起到较大的促进作用。
参考文献：
[1]贡雪梅.项目教学法在单片机原理课程设计中的应用[J].实验技术与管理,2009,(7).
[2]苏宝林,李怀亮.单片机原理及接口技术实践教学改革研究[J].黑龙江科技信息,2009,(7).
[3]葛华.《单片机原理及应用》实践教学环节的改革探索[J].职教与成教,2009,(3).
（责任编辑：李海静）
关键词：单片微机；实践教学；任务驱动；项目导向
作者简介：王立萍（1977-），女，吉林白城人，承德石油高等专科学校计算机与信息工程系，讲师。（河北 承德 067000）
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）02-0109-02
单片微机是计算机迅速发展的重要方向之一，是当前微机应用的热门技术，是各行各业实现信息化、数字化和智能化的重要方法和手段。单片微机既有一般微型计算机的功能、特点和原理，同时又具有技术水平高、应用起点低的特点，很容易和某一行业实现有机结合，而且结合的产品能够产生很高的附加价值。依据当前人才需求的调查情况来看，各高职院校都比较注重实践环节，强调学生实践技能和综合应用能力的培养。实践教学改革的意义正是培养和训练学生的实践技能和创新能力，使理论紧密联系实践，为学生提供实践学习的新途径。
一、传统实践教学模式的弊端
单片微机技术是一门综合性、实践性很强的课程，其特点是软硬兼施。以往单片机实训课程采取“理论+实验+综合设计”的教学模式，按照教材顺序进行理论讲解。实践环节主要是用单片机实验箱进行验证实验，往往停留在学生按照实验指导书进行插线、输入程序进行验证，这种传统教学模式有利于理论知识的巩固，锻炼学生的编程设计能力，但也存在一定的弊端，即常常出现高分低能现象，还会使学生不知道单片机在实践中的真正作用，容易丧失学习兴趣，导致学生没有一个整体的控制系统概念，缺乏开发单片机产品的经历和能力，更不会用理论知识解决工程设计的实际问题，这种教学模式不利于培养学生独立思考和解决问题的能力。
要想从根本上解决问题，应该根据人才培养的要求建立单片机实践教学新模式，打破单片机实践教学依附于理论教学、为理论教学服务的传统观念。研究与探索实践教学模式，实行个性化教育，为学生提供创造性学习平台，激发学生学习兴趣，变被动为主动，以提高综合设计能力，为创新意识和能力素质培养打下坚实的基础。
二、单片机实践教学改革与实施
承德石油高等专科学校计算机控制专业的单片机课程是按计算机控制工程师岗位职责和应具备的职业能力与素质确定实训内容，采取项目式教学，在实训室集中训练组织实施。先由教师对项目进行必要的课堂讲解和分析，使学生掌握必要的基础知识，然后由学生选择项目任务，要求学生在一定学时内完成硬件电路设计、硬件电路的搭接、硬件电路的调试、软件编程、下载运行、系统调试、故障排除等。
通过师生共同实施项目工作进行教学，将项目分解为任务交予学生独立完成，包括信息搜集、方案设计、项目实施、检查评价都由学生负责。教师由知识的传授者和灌输者转变为教学过程的组织者和指导者、问题情境的设计者和引导者，使学生不单纯地通过教师的传授获得知识，让学生基于自己的经验，借助教师的帮助，利用必要的学习资料，通过小组成员共同努力主动建构知识。项目教学可以较好地培养学生的动手能力、协作能力和创新精神，为以后的生产实习、毕业设计打好基础。
1. 采用任务驱动、项目导向的实践方式
本课题改变单纯地利用实验箱验证实验的传统实践模式，取而代之的是任务驱动、项目导向的单片机实践教学改革模式，每个项目都以一个完整的单片机应用产品开发过程实施教学，每个项目均按照“明确任务→分析如何利用单片机完成任务→绘制电气原理图→准备元器件→制作电路板→编写控制程序→进行程序下载→软硬件联调及测试”的流程实施。要求学生按照任务书独立设计并且焊装出单片机应用产品，该产品必须能够进行演示并按照实际产品开发过程写出使用说明书、测试方法和自测报告。
在项目教学过程中，要根据学生的实际情况从最基本的实践做起。首先给学生提供电子元件散件，让学生自己焊接单片机最小系统，教师要教给学生怎样检测最小系统是否工作，然后运用模块化的思想制作实验模块，例如发光二极管模块、数码管模块、键盘模块等。要严格要求学生自己焊接，自己制作。下载程序可以自己动手制作并口ISP下载线，使单片机软硬件组合调试十分方便，同时调动学生学习单片机的积极性，提高了自学能力和创新能力。在实践过程中，学生同时能够掌握万用表、示波器等仪器的使用方法。
在此，项目选取是关键，是项目教学法成功的关键。项目的选择要以单片机原理的各个知识点为依据，既要与书本的知识紧密结合，又要能够充分体现现实中的应用情况，还要有一定的创新空间，让学生既能运用学过的知识又可以创造发挥。最后，还必须切实可行，有条件完成项目，并且尽可能地仿真工业生产实际，最大限度地缩短理论教育与实践应用的距离。为了提高学生的兴趣，围绕日常生活由浅入深地设置教学项目，每个项目逐渐增加新的知识点，分为基本部分和创新部分。比如机器人、遥控车、电动娃娃、交通灯、洗衣机、电子琴、抢答器、电子钟等，可将其分解为显示系统（LED、数码管、点阵、液晶）和运动控制等任务，显示系统可分解为汽车转向灯、秒表、广告牌等任务，运动控制可分解为遥控、声控、键控等任务。这些项目教师要先实施完成，这样，一方面对项目有全面的了解，便于更好地指导学生；另一方面，当项目提出的时候就能拿出明确而具体的成果展示，使学生有明确的目标和感性认知过程，知道实施该项目要解决哪些问题、关键在哪里。
这种教学模式具有完整性、扩展性、系统性、适应性，即每个项目分成若干个任务，每一个任务都是完整的工作过程，前一个任务是后面的基础，后面任务是前面的扩展和综合，任务是由典型产品为载体分解而来，同时不同任务可重组成不同功能的产品。[1]在该过程中既训练了学生的职业能力，同时也培养了学生的职业素质，加强了对学生工程实际应用能力的培养。
2. 使用单片机仿真软件
为了避免学生因为不熟练而浪费器件，可以让学生先使用单片机仿真软件Proteus在计算机上设计电路、编写程序，进行模拟调试，调试成功后再动手进行工艺的制作。
Proteus是目前最好的模拟单片机外围器件的工具，可以仿真、分析各种模拟器件和集成电路，可以支持不同系列的单片机仿真，提供了虚拟示波器、逻辑分析仪、信号发生器、计数器、电表等虚拟仪器仪表供选择用，能够和Keil和Matlab等软件整合使用，以达到最好的仿真效果。在仿真和程序调试时，关心的不再是某些语句执行时单片机寄存器和存储器内容的改变，而是从工程的角度直接看程序运行和电路工作的过程和结果。[2]
将编程软件Keil和仿真软件Proteus两者相结合就构建了一个单片机的实验平台。Keil软件支持C语言及汇编编程。当程序写好后，通过编译生成.bin文件，在Proteus里把要实现的硬件电路画好后，将Keil生成的二进制文件链接到Proteus电路里的单片机上，就可以代替原来的实验装置实现仿真。这样可以解决单片机实验室硬件投入不足和设备维护困难等问题，克服实验箱硬件电路固定、实验内容难以改动等局限，能够提高单片机系统设计效率。[3]
3. 成立开放性实验室及培训班
为了满足学生进行本课程全方位、不同层次和能力培养的需要，将单片机训练室打造为完全开放性的，成为学生在课余时间调试程序、进行自主创新的实践场所，在开放实验室配备计算机、信号源、示波器、万用表等设备，电子元器件由学生自行准备。同时，因材施教，利用假期和课余时间，为一些优秀学生开设培训班，对知识难点进行重点指导，强调动手，强化实践，软硬件相结合，使学生的综合设计能力大幅度提高，以便在全国的电子设计大赛和全国挑战杯大赛中取得较好的成绩。还要充分发挥电子协会的作用，在学生中做好传帮带，吸引更多的学生参与电子设计。
4. 引入高级语言编程及建立功能模块程序库
为提高编程效率，应引入C51进行编程。它是结构化语言，易于开发复杂的程序，并且程序易读易懂，排错及修改方便，移植性高。但对从事硬件设计人员来说，汇编语言却是必备的，所以学生应能用C语言编写程序，同时能看懂汇编语言。随着单片机内部程序存储器的增加，编程技巧已显得不是很重要，取而代之的是向学生提供成熟的功能模块子程序，类似厂家公开的应用笔记。
5. 设计实验仿真平台
用VB编程软件设计实验仿真平台，动态演示实验效果，并仿真单片机MCS51中断系统、定时计数器、串行口等的工作原理，仿真平台的运行过程能够很清楚地显示执行过程和执行结果。采用动态教学方法，实验演示和动手相结合，使教学变得活灵生动。
三、实施效果
新的实践教学模式在承德石油高等专科学校计算机控制专业已实施两届，学生对单片机课程的学习有明显的进步：在整个项目实施过程中，理解和掌握了课程要求的知识和技能，缩短了从理论知识到实际应用的过程，加强了分析问题和解决问题的能力以及团队合作能力，有利于提高实际应用能力，增强创新意识，达到职业教育所提出的“掌握职业基本技能、职业知识和职业态度”的要求；很好地培养了学生的专业兴趣，大部分学生在实践中通过对硬件和软件的认知、操作和编程，对单片机课程的学习产生了较浓厚的兴趣，有些学生自选单片机应用系统课题在课下自行设计研究，促进了学生的电子设计能力；提高了就业能力，部分毕业生在毕业后进入专业电子开发公司，成为单片机应用开发技术人才，并且在工作岗位中上手快，企业对他们的认可度较高。
四、结束语
本文针对传统单片机实践教学模式存在的不足，探讨了单片微机技术实践教学改革方案。实践证明，此种模式更符合高职院校培养技能型、应用型高级人才的目标，为培养应用型、创新型的一线工程技术人才起到较大的促进作用。
参考文献：
[1]贡雪梅.项目教学法在单片机原理课程设计中的应用[J].实验技术与管理,2009,(7).
[2]苏宝林,李怀亮.单片机原理及接口技术实践教学改革研究[J].黑龙江科技信息,2009,(7).
[3]葛华.《单片机原理及应用》实践教学环节的改革探索[J].职教与成教,2009,(3).
（责任编辑：李海静）