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摘 要：“微控制器原理与应用”是一门实践性、应用性很强的课程，但是在教学过程中，由于传统教学模式的单一性和偏重理论教学的特点，使得本门课缺乏必要的实践学习。文章通过课堂教学方法和实验教学体系的改革，激发学生学习兴趣，提高学生的动手实践能力。
关键词：微控制器原理与应用；试验教学；教学改革
一、课程改革概述
本项目的研究目标是通过改革教学法提高学生学习兴趣及积极性，并使课程内容更符合本专业实际工程需要；通过使用虚拟嵌入式实验平台作为实物实验箱的有益补充，大幅降低进行嵌入式系统软、硬件设计实验的成本及难度，缓解实验设备紧张、功能单一等问题，加强课程的实验比重，使学生可以随时随地学习、动手实践、参与在线讨论，全面改善授课效果。为达到上述目标，本项目的研究内容主要分为两部分，即基于随堂演示实验和“问题—启发”教学法的“微控制器原理与应用”课堂教学改革研究及基于虚拟嵌入式系统实验平台的多层次实验体系的建立。
二、主要解决的教学问题
本次改革主要致力于解决如下教学问题。
（1）改革传统的、单一的、由教师主导授课，学生被动接收的教学方法，设法有效激发学生的兴趣点及主动性、创造性，加强师生之间的互动过程。
（2）改革传统课堂教学偏重理论讲解，教学手段单一的状况。针对嵌入式系统实践性强的特点，基于虚拟实验平台实践适于嵌入式系统课堂教学的工具、演示实验和多种教学手段。
（3）改革当前课程实验课时偏少，实验课内容缺乏灵活性，实验场地、设备紧张的状况。嵌入式系统课程的有效学习重在动手实践，在必要的理论知识学习后，需要有大量的课时用于实践操作，而现有的课程设置由于学时、实验设备的限制，留给实践操作的课时十分有限，导致学生无法随时随地展开实验。而实验箱的结构固定， 资源有限， 仅适用于进行验证性实验，学生机械地按照实验步骤进行操作，主观能动性和创新性得不到有效发挥。
（4）改进课程考核方式。现有的课程考核机制仍然以笔试和验证性实验成绩为主（>80%），缺乏对学生综合运用所学知识解决实际问题能力的考查。
三、解决教学问题的途径
1.课堂教学法改革
为促进学生的自主学习，采用“问题—启发式”教学模式改革现有的教学法。具体步骤如下：
（1） 针对待讲解的核心内容，设计能够引起学生兴趣，且学生有初步思路的系列问题。问题情境的设置不仅在教学内容的引入阶段需要使用，而且应当随着教学过程的展开成为一个连续的过程。通过精心设计问题情境，不断激发学习动机，让学生经常处于“兴奋”的状态中，给学生提供学习的目标和思维的空间，使学生自主学习真正成为可能。
（2）以学生讨论为主体，教师引导，逐步展开问题，理清知识脉络。上述问题情境的合理设置，可以激发学生对问题主动进行分析思考，寻求答案。但学生的知识水平和思维能力有限，尤其是对新知识还是一片空白，此时，教师需要采取启发的方式对问题进行剖析，帮助学生理清知识脉络，在问题逐步展开过程中，让学生在问题的驱动下，主动、积极地接受知识。
（3）教师归纳总结，形成理论体系。在“问题—启发式”教学中，教师的归纳总结对加深学生对知识原理的认识、提升专业素养、增强解决工程实际问题的能力具有十分重要的作用。因此，教师在嵌入式系统教改实施过程中，采用随堂仿真实验、图片、视频等多种手段帮助学生熟悉嵌入式系统学习、开发的基本概念，建立解决实际工程问题（尤其是计算机控制系统分析与设计方面）的基本思路与方法，力求使学生在未来的工作中，能够科学地提出问题、探索问题、创造性地解决问题。
2.实验教学体系改革
嵌入式系统类课程是一门实践性、应用性很强的课程，只有建立完善的实验教学体系才能培养出真正有动手能力的学生。本项目充分利用Proteus虚拟实验平台的强大功能， 改变单纯的验证实验方法， 更加注重综合设计型、创新型实验；适当增加处理器外围硬件设计实验，使学生能够较好地将嵌入式系统的软、硬件设计实验联系起来；建立多层次、逐步递进的实验教学体系，结合多门专业课知识，最终达到培养学生综合运用和创新能力的目的。
另外，我们的实验体系还包括将课堂演示实验的开发作为“问题—启发式”教学法改革的有力支撑。基于Proteus平台开发与课程内容紧密相关的演示实验，通过虚拟逻辑分析仪，示波器记录并演示实验过程中关键信号或典型故障，以期在“问题—启发式”课堂教学改革的实践中通过实验，引出问题，探究解决方案，验证方案执行效果，讨论改进方向。
具体研究工作如右图所示，体系中包含基础型、综合设计型和研究创新型实验项目。其中，基础型实验为学生必选项目，根据课堂教学内容穿插于课程进行的过程中；综合型项目作为课程设计作业，由学生分组合作完成；创新型实验项目工作量较大，由对嵌入式系统兴趣浓厚且学有余力的学生合作或独立完成。
3.课程考核方法改革
本次教改的主要成果是课程考核体现对学生设计能力的要求，主要措施是减少笔试成绩比重，增加综合设计型实验成绩在课程考核中的比重。并且增加答辯环节，要求学生对所负责的技术部分关键问题进行阐述，以期锻炼学生的技术交流能力，杜绝合作完成题目中的“浑水摸鱼”现象。
在具体实施中，课程考核分两部分独立进行：理论考核和实践考核。理论考核为传统的笔试考试，主要用于测试学生对嵌入式系统基本知识的掌握情况；实践成绩主要检验课程大作业及实验箱实验的完成情况。给分比例各占50%。
四、教学改革的主要成果及实施效果
通过教学实践，学生的学习兴趣明显提高，课堂上能够基于课堂实验的现象结合“问题—启发式”教学法积极、主动地分析问题、思考问题，讨论解决方案；到课率明显提高，达到95%以上；课下，学生能够根据实验指导书积极完成基本实验以及综合型课程作业。学生普遍反映经过一学期的学习，对嵌入式系统的基本知识有了牢固的掌握。特别是基于虚拟实验平台的使用降低了进行嵌入式系统实验的软、硬件成本，大幅增加了实验时间。通过大量实验，学生基本掌握了嵌入式系统开发软硬件设计及调试的方法和技巧。
参考文献：
[1]艾云峰，杨栋毅.嵌入式微控制器原理与应用课程教学研究[J].计算机教育， 2013（2）：74-78.
[2]周炯亮，陈青华.“微控制器程序设计”课程教学改革研究[J].中国电力教育，2011（7）：97-98.
关键词：微控制器原理与应用；试验教学；教学改革
一、课程改革概述
本项目的研究目标是通过改革教学法提高学生学习兴趣及积极性，并使课程内容更符合本专业实际工程需要；通过使用虚拟嵌入式实验平台作为实物实验箱的有益补充，大幅降低进行嵌入式系统软、硬件设计实验的成本及难度，缓解实验设备紧张、功能单一等问题，加强课程的实验比重，使学生可以随时随地学习、动手实践、参与在线讨论，全面改善授课效果。为达到上述目标，本项目的研究内容主要分为两部分，即基于随堂演示实验和“问题—启发”教学法的“微控制器原理与应用”课堂教学改革研究及基于虚拟嵌入式系统实验平台的多层次实验体系的建立。
二、主要解决的教学问题
本次改革主要致力于解决如下教学问题。
（1）改革传统的、单一的、由教师主导授课，学生被动接收的教学方法，设法有效激发学生的兴趣点及主动性、创造性，加强师生之间的互动过程。
（2）改革传统课堂教学偏重理论讲解，教学手段单一的状况。针对嵌入式系统实践性强的特点，基于虚拟实验平台实践适于嵌入式系统课堂教学的工具、演示实验和多种教学手段。
（3）改革当前课程实验课时偏少，实验课内容缺乏灵活性，实验场地、设备紧张的状况。嵌入式系统课程的有效学习重在动手实践，在必要的理论知识学习后，需要有大量的课时用于实践操作，而现有的课程设置由于学时、实验设备的限制，留给实践操作的课时十分有限，导致学生无法随时随地展开实验。而实验箱的结构固定， 资源有限， 仅适用于进行验证性实验，学生机械地按照实验步骤进行操作，主观能动性和创新性得不到有效发挥。
（4）改进课程考核方式。现有的课程考核机制仍然以笔试和验证性实验成绩为主（>80%），缺乏对学生综合运用所学知识解决实际问题能力的考查。
三、解决教学问题的途径
1.课堂教学法改革
为促进学生的自主学习，采用“问题—启发式”教学模式改革现有的教学法。具体步骤如下：
（1） 针对待讲解的核心内容，设计能够引起学生兴趣，且学生有初步思路的系列问题。问题情境的设置不仅在教学内容的引入阶段需要使用，而且应当随着教学过程的展开成为一个连续的过程。通过精心设计问题情境，不断激发学习动机，让学生经常处于“兴奋”的状态中，给学生提供学习的目标和思维的空间，使学生自主学习真正成为可能。
（2）以学生讨论为主体，教师引导，逐步展开问题，理清知识脉络。上述问题情境的合理设置，可以激发学生对问题主动进行分析思考，寻求答案。但学生的知识水平和思维能力有限，尤其是对新知识还是一片空白，此时，教师需要采取启发的方式对问题进行剖析，帮助学生理清知识脉络，在问题逐步展开过程中，让学生在问题的驱动下，主动、积极地接受知识。
（3）教师归纳总结，形成理论体系。在“问题—启发式”教学中，教师的归纳总结对加深学生对知识原理的认识、提升专业素养、增强解决工程实际问题的能力具有十分重要的作用。因此，教师在嵌入式系统教改实施过程中，采用随堂仿真实验、图片、视频等多种手段帮助学生熟悉嵌入式系统学习、开发的基本概念，建立解决实际工程问题（尤其是计算机控制系统分析与设计方面）的基本思路与方法，力求使学生在未来的工作中，能够科学地提出问题、探索问题、创造性地解决问题。
2.实验教学体系改革
嵌入式系统类课程是一门实践性、应用性很强的课程，只有建立完善的实验教学体系才能培养出真正有动手能力的学生。本项目充分利用Proteus虚拟实验平台的强大功能， 改变单纯的验证实验方法， 更加注重综合设计型、创新型实验；适当增加处理器外围硬件设计实验，使学生能够较好地将嵌入式系统的软、硬件设计实验联系起来；建立多层次、逐步递进的实验教学体系，结合多门专业课知识，最终达到培养学生综合运用和创新能力的目的。
另外，我们的实验体系还包括将课堂演示实验的开发作为“问题—启发式”教学法改革的有力支撑。基于Proteus平台开发与课程内容紧密相关的演示实验，通过虚拟逻辑分析仪，示波器记录并演示实验过程中关键信号或典型故障，以期在“问题—启发式”课堂教学改革的实践中通过实验，引出问题，探究解决方案，验证方案执行效果，讨论改进方向。
具体研究工作如右图所示，体系中包含基础型、综合设计型和研究创新型实验项目。其中，基础型实验为学生必选项目，根据课堂教学内容穿插于课程进行的过程中；综合型项目作为课程设计作业，由学生分组合作完成；创新型实验项目工作量较大，由对嵌入式系统兴趣浓厚且学有余力的学生合作或独立完成。
3.课程考核方法改革
本次教改的主要成果是课程考核体现对学生设计能力的要求，主要措施是减少笔试成绩比重，增加综合设计型实验成绩在课程考核中的比重。并且增加答辯环节，要求学生对所负责的技术部分关键问题进行阐述，以期锻炼学生的技术交流能力，杜绝合作完成题目中的“浑水摸鱼”现象。
在具体实施中，课程考核分两部分独立进行：理论考核和实践考核。理论考核为传统的笔试考试，主要用于测试学生对嵌入式系统基本知识的掌握情况；实践成绩主要检验课程大作业及实验箱实验的完成情况。给分比例各占50%。
四、教学改革的主要成果及实施效果
通过教学实践，学生的学习兴趣明显提高，课堂上能够基于课堂实验的现象结合“问题—启发式”教学法积极、主动地分析问题、思考问题，讨论解决方案；到课率明显提高，达到95%以上；课下，学生能够根据实验指导书积极完成基本实验以及综合型课程作业。学生普遍反映经过一学期的学习，对嵌入式系统的基本知识有了牢固的掌握。特别是基于虚拟实验平台的使用降低了进行嵌入式系统实验的软、硬件成本，大幅增加了实验时间。通过大量实验，学生基本掌握了嵌入式系统开发软硬件设计及调试的方法和技巧。
参考文献：
[1]艾云峰，杨栋毅.嵌入式微控制器原理与应用课程教学研究[J].计算机教育， 2013（2）：74-78.
[2]周炯亮，陈青华.“微控制器程序设计”课程教学改革研究[J].中国电力教育，2011（7）：97-98.