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摘 要：市场对人才的需求是多元化的，在设计实验时，应兼顾实验内容的趣味性与实用性，在巩固知识的同时应注重训练思维，提升能力。为了提升《单片机》课程实验效果，对课程知识体系解析与重构，多种实验途径相结合，加强实验过程的监管与互动。建立评价体系验证了所述方法的有效性。
关键词：单片机；实验设计；思维训练
中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2018）07-0101-03
Abstract： While the market demand for talents is diversified， interestingness and practicability of experiment content should be promoted in the experimental design. Improving capacity and training thinking should be paid attention to while knowledge is consolidated. In order to improve the experimental results of the Microcontroller course， the knowledge system of the coursewas analyzed and reconstructed. Various experimental methods were used. The supervision and interaction of the experimental process were strengthened. Appraisal system was established to evaluate teaching effect of the experiment course.
Keywords： single chip microcomputer； experimental design； thinking training
引言
随着安徽省高等职业院校的扩招与分类招生考试的推进，各职业院校除了面向普通高中毕业生招生，还会面向中等职业院校（技工学校、职业高中）毕业生招生。相对于普通高中的毕业生，中等职业院校的毕业生基础相对薄弱、自我管理能力不足，理论学习的能力较弱。由于上述能力的欠缺，造成了他们在大学阶段一些专业课程学习存在困难，缺乏兴趣。比如单片机课程综合电子技术、程序设计以及微机原理的知识，处于电子信息类专业的课程体系中的核心地位[1]。许多学生在刚接触单片机课程时，具有很高的学习热情。但是由于上述多种原因，随着学习到的深入，许多学生感到学习困難，乃至放弃该课程的学习，教学效果并不理想。实验课程在《单片机原理及应用》这一类专业课中扮演中重要角色。改进实验课程教学，对改善专业课程的教学效果具有重要促进意义。
一、现有实验方案的不足
在“大众创业，万众创新”的新形势下，对用人单位的需求进行调研分析之后，将人才培养目标分为三个方面，即技术应用型，技术服务型和技术管理型。技术服务型和技术管理型人才在日后的工作中，只需以相关技术的基本原理作为支撑，对工作中的问题进行分析，创造性的进行思考决策、沟通协调。目前多数单片机教学以知识的传授与技能的掌握为目标，多采用教师课堂传授知识，学生在实验箱上进行实验的模式。而实验箱中各模块的元器件封装、固定在印刷电路板上，学生不能主观的了解元器件的硬件连接，难以根据自己的需要选用各个元器件进行二次开发。学生在实验过程中往往过多关注于实验箱的使用方法与对已有知识的验证，而忽略了对实验过程中相关问题的分析、思考，难以达到思维训练的目标[2，3]。单片机课程实验教学在培养技术服务型和技术管理型人才过程中存在瑕疵。许多高校基于Proteus软件结合任务驱动式的教学模式设计实验[4]。实验过程中，为了完成教师布置的任务，部分学生会主动的学习、探索[5，6]。在这种教学模式下，实验效果很大程度上取决于实验内容设计的是否合理。
鉴于此，为了适应人才培养目标的要求，我院依托省级精品课程以对控制信号的处理为主线，对单片机知识进行解析与重构，基于Proteus软件、开发板实验与电子制作相结合重新设计了单片机实验教学的内容。培养学生在实验过程中，凝练出具有普遍意义的思想与方法解决现实生活中的问题，达到发散思维、学以致用的目的。以适应市场对人才的多元化需求。
二、实验方案设计
在设计实验方案时，最迫切的问题是改变学生实验过程中讨厌编程，懒于思考，懒于动手，相互抄袭的现状。为了调动学生的主观能动性，既要对已有知识作碎片化处理以降低难度，也要兼顾知识体系的完整性。实验教学既要巩固知识点，也要注重培养能力、发散思维，培养学生良好的编程习惯和工程技术人员应有的严谨、踏实的素质。因此，在设计实验内容时，具体采用以下方法：
（一）知识体系的解析与重构
以往单片机实验课程效果不佳的一个重要原因是学生的计算机语言基础薄弱，接受新知识的能力差。在设计实验方案时，对单片机知识进行碎片化处理，将单片机课程划分为独立的知识点。针对一个或几个独立的知识点设计一个小任务。完成每一个小的任务不涉及复杂编程，为学生学习单片机清除计算机语言这一障碍。在碎片化的同时，应当注重知识体系的完整性以及与其他课程的关联性。比如学生在学习计算机语言时，常困惑于不知如何应用。在设计单片机实验时，可从硬件的角度引导学生加深对已有计算机语言知识的理解与运用。随后，然后在实验要求的引导下，将完成的各独立知识点综合起来，完成一个综合性任务，逐步形成对知识体系的完整认识与灵活运用。在知识体系解析与重构的过程中，学生学习单片机的同时加深了对已有知识的理解。在完成设计性实验的过程中利用所学知识解决实际问题，看到具体的实验现象，收获学习的乐趣。 （二）虚实结合，加强实验管理
Proteus仿真软件与开发板实验各具优点。Proteus仿真软件灵活、直观的特点，便于学生观察电路连接，理解实验原理，但是缺乏真实感。开发板实验无法直观分析硬件电路与引脚高低电平状态，但更贴近实际应用，更适合培养学生工程实践能力。在设计实验方案时，根据实验内容所涉及知识点的实际情况，灵活选用虚拟仿真软件与实物开发板。采用虚实结合，互为补充，必要时结合电子制作。实验内容应具有一定的工程应用背景，一方面让学生了解单片机在工程上的应用，另一方面也为后续其他课程的学习提供支撑。
实验方案中将整个实验划分为若干个阶段，学生每完成一个阶段，经指导教师审阅并评分后，方可进入下一阶段。教师应对学生的实验情况进行总结与点评，有意识的在实验过程中培养学生良好的编程习惯，如强调模块的设计思想、提高代码的复用性与可读性，提高程序的可移植性。在强调这些工程设计规范的过程中，磨练学生严谨、踏实的工作作风。加强指导教师对实验过程的监控与管理，可以营造紧张而有序的实验氛围。
（三）巩固知识，训练思维
学生常常会抱怨所学习的知识毫无用武之地，然而大多数情况是学生不知如何运用所学的知识。在设计实验时，发挥Proteus仿真软件灵活、直观的特点，通过一些开放性的问题，引导、刺激学生思考如何运用所学知识解决现实生活中的问题。在解决问题的过程中，学生透过现象看本质，寻找到矛盾的共性，最终由此及彼，实现知识的迁移。解决问题后，会激发学生的成就感与获得感，进一步激发学生的内在学习热情和动力，形成良性的循环。
三、实验设计实例
比如在单片机课程中讲到单片机I/O口赋值操作时，如图1所示，可在Proteus软件中绘制单片机控制流水灯电路，完成以下要求1至3：
1. 编写程序使LED灯D1点亮1s，熄灭1s。
2. 编写程序使LED灯D1-D8中，奇数灯与偶数灯轮流点亮与熄灭1s。
3. 阅读共阴极数码管的原理，在数码管上显示数字。
4. 利用所给器件，制作心形LED灯，如图2所示。
5. 简述利用单片机控制LED灯的原理，还可实现什么功能？
6. 撰写实验小结与感悟。
在设计实验时，由单个LED灯的控制过度到多个LED灯的控制，由易及难，增强实验的可实施性，培养学生兴趣，树立其学好该课程的信心。共阴数码管与LED灯外形相差较大，但是本质上并无不同，由LED灯的控制过渡到数码管的控制，引导学生在学习时注意把握本质规律，实现知识的迁移。在通过仿真软件理解实验原理后，要与电子制作相结合，理论联系实际，提高学生的工程应用能力。学生感受到的不在是课本上空洞的知识，作品完成时的喜悦形成学生学习的内在动力。實验过程中，应有意识的引导学生利用所学知识解决未知问题，培养学生养成良好的编程习惯，书写规范的程序与文档。在实验过程中教师可根据学生完成实验的情况，对学生进行考核，并记录成绩。针对学生存在的共性问题进行指导、纠正。
四、教学效果评估
为了评估改进实验方案对教学效果的影响，将教学效果A拆解为三个二级指标：实验内容趣味性指标B1实验完成情况B2、期末考试得分B3。其中，实验内容趣味性指标B1通过问卷由学生评分，实验完成情况B2由实验指导老师观察学生实验过程，予以评分，期末考试得分B3为学生期末考试成绩，各实验批次的考试难度尽可能相同。各指标所占权重以及评分细则如表1所示。
历时两年，在芜湖职业技术学院信息工程学院14级、15级计算机应用技术专业中各随机抽选50名学生进行评估。针对第i个学生的教学效果Ai的最终得分如式1：
（式1）
14级学生采用的是传统实验方案，而15级学生采用的是优化后的实验方案。14级、15级学生各评价指标与教学效果得分的平均值如图3所示。
采用本文所述方法，加大思维训练所占比重后，实验的趣味性有所提升，学生对实验的完成程度以及对知识点的掌握情况也有所提升。
五、结束语
人才需求多元化的形势下，对《单片机》为代表的专业课教学提出了新要求。针对新时期学生的特点，应采用多种形式相结合，组织实验教学，在传授知识的基础上，训练学生的思维，提炼出具有普遍意义的方法和思想指导学生的生活与日后的工作。
参考文献：
[1]陈龙，张亚君.Proteus仿真软件在单片机实验教学中的应用[J]. 实验技术与管理，2009，26（8）：73-75.
[2]殷士勇.Keil和Proteus在单片机实验教学中的应用[J].重庆工商大学学报（自然科学版），2009，26（6）：567-570.
[3]王艳春，秦月，张劲松，等.基于应用型人才培养的“单片机原理及应用”教学改革研究与实践[J].信息通信，2017（11）：260-261.
[4]伍冯洁，谢斌.基于Proteus与Keil的单片机实验教学改革[J]. 实验室研究与探索，2009，28（7）：125-127.
[5]陈燕，杨永双.递进式模式在单片机实验教学中的应用研究[J]. 湖北理工学院学报，2017，33（5）：64-66.
[6]陈崇辉，邓筠.校企共建单片机联合实验室的探索与实践[J].实验室科学，2017，20（3）：167-170.
[7]叶宗海.应用型本科院校单片机实验教学改革研究[J].高教学刊，2016（13）：128-129.
关键词：单片机；实验设计；思维训练
中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2018）07-0101-03
Abstract： While the market demand for talents is diversified， interestingness and practicability of experiment content should be promoted in the experimental design. Improving capacity and training thinking should be paid attention to while knowledge is consolidated. In order to improve the experimental results of the Microcontroller course， the knowledge system of the coursewas analyzed and reconstructed. Various experimental methods were used. The supervision and interaction of the experimental process were strengthened. Appraisal system was established to evaluate teaching effect of the experiment course.
Keywords： single chip microcomputer； experimental design； thinking training
引言
随着安徽省高等职业院校的扩招与分类招生考试的推进，各职业院校除了面向普通高中毕业生招生，还会面向中等职业院校（技工学校、职业高中）毕业生招生。相对于普通高中的毕业生，中等职业院校的毕业生基础相对薄弱、自我管理能力不足，理论学习的能力较弱。由于上述能力的欠缺，造成了他们在大学阶段一些专业课程学习存在困难，缺乏兴趣。比如单片机课程综合电子技术、程序设计以及微机原理的知识，处于电子信息类专业的课程体系中的核心地位[1]。许多学生在刚接触单片机课程时，具有很高的学习热情。但是由于上述多种原因，随着学习到的深入，许多学生感到学习困難，乃至放弃该课程的学习，教学效果并不理想。实验课程在《单片机原理及应用》这一类专业课中扮演中重要角色。改进实验课程教学，对改善专业课程的教学效果具有重要促进意义。
一、现有实验方案的不足
在“大众创业，万众创新”的新形势下，对用人单位的需求进行调研分析之后，将人才培养目标分为三个方面，即技术应用型，技术服务型和技术管理型。技术服务型和技术管理型人才在日后的工作中，只需以相关技术的基本原理作为支撑，对工作中的问题进行分析，创造性的进行思考决策、沟通协调。目前多数单片机教学以知识的传授与技能的掌握为目标，多采用教师课堂传授知识，学生在实验箱上进行实验的模式。而实验箱中各模块的元器件封装、固定在印刷电路板上，学生不能主观的了解元器件的硬件连接，难以根据自己的需要选用各个元器件进行二次开发。学生在实验过程中往往过多关注于实验箱的使用方法与对已有知识的验证，而忽略了对实验过程中相关问题的分析、思考，难以达到思维训练的目标[2，3]。单片机课程实验教学在培养技术服务型和技术管理型人才过程中存在瑕疵。许多高校基于Proteus软件结合任务驱动式的教学模式设计实验[4]。实验过程中，为了完成教师布置的任务，部分学生会主动的学习、探索[5，6]。在这种教学模式下，实验效果很大程度上取决于实验内容设计的是否合理。
鉴于此，为了适应人才培养目标的要求，我院依托省级精品课程以对控制信号的处理为主线，对单片机知识进行解析与重构，基于Proteus软件、开发板实验与电子制作相结合重新设计了单片机实验教学的内容。培养学生在实验过程中，凝练出具有普遍意义的思想与方法解决现实生活中的问题，达到发散思维、学以致用的目的。以适应市场对人才的多元化需求。
二、实验方案设计
在设计实验方案时，最迫切的问题是改变学生实验过程中讨厌编程，懒于思考，懒于动手，相互抄袭的现状。为了调动学生的主观能动性，既要对已有知识作碎片化处理以降低难度，也要兼顾知识体系的完整性。实验教学既要巩固知识点，也要注重培养能力、发散思维，培养学生良好的编程习惯和工程技术人员应有的严谨、踏实的素质。因此，在设计实验内容时，具体采用以下方法：
（一）知识体系的解析与重构
以往单片机实验课程效果不佳的一个重要原因是学生的计算机语言基础薄弱，接受新知识的能力差。在设计实验方案时，对单片机知识进行碎片化处理，将单片机课程划分为独立的知识点。针对一个或几个独立的知识点设计一个小任务。完成每一个小的任务不涉及复杂编程，为学生学习单片机清除计算机语言这一障碍。在碎片化的同时，应当注重知识体系的完整性以及与其他课程的关联性。比如学生在学习计算机语言时，常困惑于不知如何应用。在设计单片机实验时，可从硬件的角度引导学生加深对已有计算机语言知识的理解与运用。随后，然后在实验要求的引导下，将完成的各独立知识点综合起来，完成一个综合性任务，逐步形成对知识体系的完整认识与灵活运用。在知识体系解析与重构的过程中，学生学习单片机的同时加深了对已有知识的理解。在完成设计性实验的过程中利用所学知识解决实际问题，看到具体的实验现象，收获学习的乐趣。 （二）虚实结合，加强实验管理
Proteus仿真软件与开发板实验各具优点。Proteus仿真软件灵活、直观的特点，便于学生观察电路连接，理解实验原理，但是缺乏真实感。开发板实验无法直观分析硬件电路与引脚高低电平状态，但更贴近实际应用，更适合培养学生工程实践能力。在设计实验方案时，根据实验内容所涉及知识点的实际情况，灵活选用虚拟仿真软件与实物开发板。采用虚实结合，互为补充，必要时结合电子制作。实验内容应具有一定的工程应用背景，一方面让学生了解单片机在工程上的应用，另一方面也为后续其他课程的学习提供支撑。
实验方案中将整个实验划分为若干个阶段，学生每完成一个阶段，经指导教师审阅并评分后，方可进入下一阶段。教师应对学生的实验情况进行总结与点评，有意识的在实验过程中培养学生良好的编程习惯，如强调模块的设计思想、提高代码的复用性与可读性，提高程序的可移植性。在强调这些工程设计规范的过程中，磨练学生严谨、踏实的工作作风。加强指导教师对实验过程的监控与管理，可以营造紧张而有序的实验氛围。
（三）巩固知识，训练思维
学生常常会抱怨所学习的知识毫无用武之地，然而大多数情况是学生不知如何运用所学的知识。在设计实验时，发挥Proteus仿真软件灵活、直观的特点，通过一些开放性的问题，引导、刺激学生思考如何运用所学知识解决现实生活中的问题。在解决问题的过程中，学生透过现象看本质，寻找到矛盾的共性，最终由此及彼，实现知识的迁移。解决问题后，会激发学生的成就感与获得感，进一步激发学生的内在学习热情和动力，形成良性的循环。
三、实验设计实例
比如在单片机课程中讲到单片机I/O口赋值操作时，如图1所示，可在Proteus软件中绘制单片机控制流水灯电路，完成以下要求1至3：
1. 编写程序使LED灯D1点亮1s，熄灭1s。
2. 编写程序使LED灯D1-D8中，奇数灯与偶数灯轮流点亮与熄灭1s。
3. 阅读共阴极数码管的原理，在数码管上显示数字。
4. 利用所给器件，制作心形LED灯，如图2所示。
5. 简述利用单片机控制LED灯的原理，还可实现什么功能？
6. 撰写实验小结与感悟。
在设计实验时，由单个LED灯的控制过度到多个LED灯的控制，由易及难，增强实验的可实施性，培养学生兴趣，树立其学好该课程的信心。共阴数码管与LED灯外形相差较大，但是本质上并无不同，由LED灯的控制过渡到数码管的控制，引导学生在学习时注意把握本质规律，实现知识的迁移。在通过仿真软件理解实验原理后，要与电子制作相结合，理论联系实际，提高学生的工程应用能力。学生感受到的不在是课本上空洞的知识，作品完成时的喜悦形成学生学习的内在动力。實验过程中，应有意识的引导学生利用所学知识解决未知问题，培养学生养成良好的编程习惯，书写规范的程序与文档。在实验过程中教师可根据学生完成实验的情况，对学生进行考核，并记录成绩。针对学生存在的共性问题进行指导、纠正。
四、教学效果评估
为了评估改进实验方案对教学效果的影响，将教学效果A拆解为三个二级指标：实验内容趣味性指标B1实验完成情况B2、期末考试得分B3。其中，实验内容趣味性指标B1通过问卷由学生评分，实验完成情况B2由实验指导老师观察学生实验过程，予以评分，期末考试得分B3为学生期末考试成绩，各实验批次的考试难度尽可能相同。各指标所占权重以及评分细则如表1所示。
历时两年，在芜湖职业技术学院信息工程学院14级、15级计算机应用技术专业中各随机抽选50名学生进行评估。针对第i个学生的教学效果Ai的最终得分如式1：
（式1）
14级学生采用的是传统实验方案，而15级学生采用的是优化后的实验方案。14级、15级学生各评价指标与教学效果得分的平均值如图3所示。
采用本文所述方法，加大思维训练所占比重后，实验的趣味性有所提升，学生对实验的完成程度以及对知识点的掌握情况也有所提升。
五、结束语
人才需求多元化的形势下，对《单片机》为代表的专业课教学提出了新要求。针对新时期学生的特点，应采用多种形式相结合，组织实验教学，在传授知识的基础上，训练学生的思维，提炼出具有普遍意义的方法和思想指导学生的生活与日后的工作。
参考文献：
[1]陈龙，张亚君.Proteus仿真软件在单片机实验教学中的应用[J]. 实验技术与管理，2009，26（8）：73-75.
[2]殷士勇.Keil和Proteus在单片机实验教学中的应用[J].重庆工商大学学报（自然科学版），2009，26（6）：567-570.
[3]王艳春，秦月，张劲松，等.基于应用型人才培养的“单片机原理及应用”教学改革研究与实践[J].信息通信，2017（11）：260-261.
[4]伍冯洁，谢斌.基于Proteus与Keil的单片机实验教学改革[J]. 实验室研究与探索，2009，28（7）：125-127.
[5]陈燕，杨永双.递进式模式在单片机实验教学中的应用研究[J]. 湖北理工学院学报，2017，33（5）：64-66.
[6]陈崇辉，邓筠.校企共建单片机联合实验室的探索与实践[J].实验室科学，2017，20（3）：167-170.
[7]叶宗海.应用型本科院校单片机实验教学改革研究[J].高教学刊，2016（13）：128-129.