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摘要：“微控制器程序设计”课程是一门理论丰富、学生反映难学的自动化专业重要专业基础课程，提出了课堂理论教学以实例分析为主，从多个方面突出实践应用，充分渗透理论与实践相结合的教学理念，广泛吸收先进的教学经验，对该课程理论与实验教学改革进行了探讨。通过实际教学验证，这些措施大大提高了课程的教学质量，有利于提高学生的专业素质、创新意识和实践能力。
关键词：微控制器；理论与实践结合；教学改革
作者简介：周炯亮（1977-），男，河南开封人，河南职业技术学院机电系，讲师。（河南 郑州 450046）陈青华（1981-），女，河南郑州人，
郑州轻工业学院电气信息工程学院，讲师。（河南 郑州 450002）
基金项目：本文系河南省重点科技攻关项目（项目编号：092102310027）的研究成果。
中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）07-0097-02
20世纪70年代第一台单片机面世，短短二三十年的时间，微控制器技术已不可动摇地成为计算机技术的一个独特的分支，广泛地渗透到工业控制、仪器仪表、消费产品、汽车、办公自动化和通信等领域，并以更为迅猛的势头快速发展。从微控制器的品种、结构、功能、性能、价格、生产工艺到开发方式等可谓日新月异，外围元器件的发展亦如影随形，这无疑对单片机人才的适应性提出了更高的要求。因此高校开设的微控制器应用是一门理论与实践联系很强的专业课程，具有很高的实用价值，其教学质量的好坏直接影响着学生综合能力的培养与提高。为了更好地反映学科的发展，适应国民经济建设对电子电气专业人才的需要，进行“微控制器程序设计”课程教学改革与实践，提高课程的教学质量已势在必行。
由于开发微控制器应用系统需具备很多知识，不仅包含微处理器、接口技术、电路与电子技术、集成电路技术，在应用程序中还包括传感器技术、数据采集检测及控制技术等相关专业的知识。因此基于微控制器的系统研发需要硬件人才和软件平台共同实现其功能，这就要求相关人才既懂编程又懂硬件。而目前高校的微控制器课程鉴于汇编语言代码紧凑，运行效率高，可直接对硬件内部进行控制，一般是从最基础的8位机及汇编语言开始学习的，按照其硬件结构、汇编指令、软件编程、单片机系统的扩展和各种外围器件应用的顺序讲授，最后再讲一些实例。这种传统的思路比较有利于更好地掌握微控制器的内部结构部件。学生学习本课程时通常感觉难度并不是很大，但是结合实际应用时往往感觉理论与实践脱节，开设的实验课程往往达不到理想的目标。而“微控制器程序设计”课程是自动化专业学习微控制器课程链中的重要一环，正是对原有课程设计中只学习汇编语言而实际应用性不强的有力补充。
随着单片机片上程序存储空间的不断加大和存储成本的大幅下降，以及单片机运行速度的不断提高尤其是编译技术的日趋成熟，C编译器性能不佳、生成代码冗长、运行速度慢的瓶颈已基本被克服，大多数公司和科研机构已采用C 语言开发微控制器系统。因此为适应当前社会需求，为学生择业奠定良好基础，开设基于C语言的“微控制器程序设计”课程非常重要，深入研究“微控制器程序设计”课程体系内容与教学方法，加强课程建设，借鉴一些培训机构的教学模式和以往微控制器课程教学改革的成果，培养学生的动手能力，强化学生的工程意识，才能全面提高教学质量，培养出真正满足社会需求的人才。[1]
一、课堂教学改革方法研究
课堂教学改革本着以教师为主导，以学生为主体的教学思想，着重培养学生的实际动手能力。以项目开发为出发点的方法，引导学生在实践动手中学习理论，通过把实际案例融入教学、结合实际选择教学内容、选择独特典型的产品研发流程、提炼核心实训项目、创建真实研发学习环境等多种新方法培养学生研发能力和学习兴趣。
1.案例融入教学
教学过程中发现经常出现这样的问题，在理论课讲授时，学生能够很快掌握对某个部分的某一种简单应用，但真正自己设计时学生却手足无措，要么不会根据要求去选择合适的器件，要么选完后不知道硬件电路如何去搭。这就是学习过程中没有做到每个环节都丝丝相扣，步步深入，所以才不能灵活变通。
基于这种情况，提出了在教学过程中以嵌入式系统硬件平台和嵌入式软件系统为核心，选用完整的科研项目案例为章节，自成体系。每个案例相当于一份详细的科研报告，具有真实性、示范性、系统性、先进性和高度概括性等特点，实用价值高。学习时通过这些实际的设计实例，从器件的选型、信号的处理、实际硬件电路的设计、软件的编程到系统性能测试等，一步步让学生了解整个设计的过程。把经过亲身实践的案例和科研体会引入教学，讲述中穿插一些遇到困难的艰苦思索、克服困难的艰辛、成功解决问题的喜悦等，能够激发学生对本门课程的兴趣和热爱，有效培养学生的创新思维和独立分析问题、解决问题的能力。实现科研充实教学，教学促进科研，教学科研相得益彰。实践证明，凡是经过这样程序学习的内容，不仅学生非常欢迎，学习效果也非常好，真正实现了理论教学的目的。[2]
2.任务驱动
教学过程中将产品研发的核心环节进行提炼，选出核心的工作过程，完成项目的编写。课程采用任务驱动教学法，每周安排一个任务（项目核心内容），学生的学习围绕任务的完成展开。内容按工程实际选择，内容新颖、真实，所完成任务可直接观察到结果，而且反映的都是生活中常见的智能产品，以充分激发学生的学习兴趣。通过由浅入深地完成任务，最终使学生掌握基于不同类型微控制器和软件开发平台、各种接口程序的编写、程序中典型算法及微型操作系统的移植等内容。[3，4]
二、从不同方面突出实践性应用
突出实践性应用不但要从课堂教学中不断渗透，更要在实验课程中逐步引导和加强，也要在课余时间练习与了解以及简单的单片机应用设计等多方面来加强。
1.实验教学的新方法
本课程是一门应用性很强的课程，实验地位尤为重要，利用全面开放的实验室可以进行基础性、设计性、综合性实验等。教学过程中发现学生通常对于简单明了、直观的内容比较感兴趣，所以他们不爱听理论课，对实验实训课的积极性都比较高。但是学生在上实验课时由于理论知识学习不够深入，又缺乏足够的实验预习，匆忙得出一些实验数据，也不加分析，最终很难达到实验课预期的目标。因此在上实验课时，更应引导学生理论结合实际，每做一个实验都要做到既要目的明确，又要有数据分析。不仅对与理论结论一致的数据进行分析，更要对一些特例、实验过程中出现的问题进行详细分析，追其原因及解决办法。教学过程中发现，做好了分析这一最重要的一环，学习效果会明显提高。
在此基础上，开展一些创新性和拓展性实验。以产品研发过程中，工程师是如何完成每一个作业过程，如何面对问题和解决问题为思路，把实验室建成一个公司的虚拟研发中心。学生的学习环境、开发工具、参考文档、学习开发过程中的标准与规范、解决问题的流程力求接近公司实际的开发环境，鼓励学生自主选题，在教师指导下由学生独立设计、独立制作、独立调试，提高学生主动性、动手能力以及解决实际问题的能力。另外设置小组合作设计环节，三人一组，灵活组合，自由选题，分工合作，提高了学生积极参与积极思考的能力，促进学生学习能力的发展，同时培养学生的团队协作精神。最终实现巩固理论课内容，培养学生微控制器应用系统设计调试能力，培养学生研发能力和学习兴趣，系统地掌握微控制器应用的相关技术，加强学生实践动手能力。[5]
2.多样化的教学手段
在理论讲授时充分发挥现代化教学设施的作用，先从一些直观的图片、视频等资料入手，以日常生活中常见的电子产品为起点，这种方法能很好地激发学生的学习兴趣，带着好奇心再去了解，采用黑板、多媒体课件与网络学习相结合的教学手段，教学课件以教材为蓝本，包含简明、清晰的授课讲义、例题演示、仿真和课堂演示实验等内容，既有课本内容的直接再现，又增加了很多有助于讲解工程实际的表现手段。课堂教学中力求充分利用现代化教学设备和手段辅助教学，不断充实最新的科学技术成果，提高教学效率，拓展学生视野，上课形式力求图文并茂，灵活多样，旨在努力调动学生积极性，提高学生兴趣，活跃课堂气氛，实现传统教学方法不能达到的效率和效果，最终使学生掌握微控制器应用的必备技能。整个过程都充分结合生产生活实际，不空穴来风，不闭门造车。
利用现代网络手段构建基本的网络教学平台。实时发布教学计划、教学内容、电子教案、习题与解答，实现资源共享；进行网上答疑并和学生进行交流、讨论等，利用互联网帮助学生课前预习、课后复习。通过一个充满交互与交流的虚拟学习社区，为学生提供自主学习平台的同时加强师生互动，加强教学效果。
充分利用基于多种型号微控制器实验室（51系列、摩托罗拉、东芝、凌阳、微芯等）及中试车间构建的多元化实践教学平台，开展实践教学环节，使学生体验到从基础知识学习、实验验证，到产品设计、调试、定型，最后生产的全过程。培养学生的动手实践能力，提高分析问题解决问题的能力。[6]
三、结束语
在对“微控制器程序设计”的教学中，无论是理论学习还是实践教学，应当始终贯彻以应用为主的思想，逐步加深学生对于理论知识的认识和实践水平的提高。通过实际教学验证，这些措施大大提高了课程的教学质量，学生的专业素质、创新意识和实践能力得到明显提高。以往教学内容与实际应用脱节的现象明显得到改善，学生可用不同开发环境完成基于多种微控制器的整个系统的硬件和软件的设计及制作，把原有的理论知识与工程实践密切结合并达到触类旁通，专业素养大大提高，能够很快适应工作中的角色，为未来多方面发展奠定良好基础。总之，无论采取哪种方式，在教学研究过程中，只要有助于提高学生学习兴趣，提升学生的实践动手能力，都值得我们教学工作者去借鉴。
参考文献：
[1]王晓荣,权义萍,张印强.基于C语言的“单片机”教学方法[J].中国电力教育,2009,(11).
[2]吴慧芳,陆茵.“单片机原理及应用”课程设计引入Proteus软件的实践[J].中国电力教育,2009,(2).
[3]高健.目标教学法在单片机实验教学中的应用[J].中国电力教育,2009,(4).
[4]葛华.任务驱动教学法在《单片机原理与应用》课程中的应用[J].电脑知识与技术,2009,(6).
[5]翟子楠,赵志敏.项目管理模式在单片机原理课程设计中的应用[J].中国电力教育,2008,(9).
[6]朱卫华,等.提高“单片机原理及应用”课程实践教学效果的方法和途径[J].自动化与仪器仪表,2007,(6).
（责任编辑：苏宇嵬）
关键词：微控制器；理论与实践结合；教学改革
作者简介：周炯亮（1977-），男，河南开封人，河南职业技术学院机电系，讲师。（河南 郑州 450046）陈青华（1981-），女，河南郑州人，
郑州轻工业学院电气信息工程学院，讲师。（河南 郑州 450002）
基金项目：本文系河南省重点科技攻关项目（项目编号：092102310027）的研究成果。
中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）07-0097-02
20世纪70年代第一台单片机面世，短短二三十年的时间，微控制器技术已不可动摇地成为计算机技术的一个独特的分支，广泛地渗透到工业控制、仪器仪表、消费产品、汽车、办公自动化和通信等领域，并以更为迅猛的势头快速发展。从微控制器的品种、结构、功能、性能、价格、生产工艺到开发方式等可谓日新月异，外围元器件的发展亦如影随形，这无疑对单片机人才的适应性提出了更高的要求。因此高校开设的微控制器应用是一门理论与实践联系很强的专业课程，具有很高的实用价值，其教学质量的好坏直接影响着学生综合能力的培养与提高。为了更好地反映学科的发展，适应国民经济建设对电子电气专业人才的需要，进行“微控制器程序设计”课程教学改革与实践，提高课程的教学质量已势在必行。
由于开发微控制器应用系统需具备很多知识，不仅包含微处理器、接口技术、电路与电子技术、集成电路技术，在应用程序中还包括传感器技术、数据采集检测及控制技术等相关专业的知识。因此基于微控制器的系统研发需要硬件人才和软件平台共同实现其功能，这就要求相关人才既懂编程又懂硬件。而目前高校的微控制器课程鉴于汇编语言代码紧凑，运行效率高，可直接对硬件内部进行控制，一般是从最基础的8位机及汇编语言开始学习的，按照其硬件结构、汇编指令、软件编程、单片机系统的扩展和各种外围器件应用的顺序讲授，最后再讲一些实例。这种传统的思路比较有利于更好地掌握微控制器的内部结构部件。学生学习本课程时通常感觉难度并不是很大，但是结合实际应用时往往感觉理论与实践脱节，开设的实验课程往往达不到理想的目标。而“微控制器程序设计”课程是自动化专业学习微控制器课程链中的重要一环，正是对原有课程设计中只学习汇编语言而实际应用性不强的有力补充。
随着单片机片上程序存储空间的不断加大和存储成本的大幅下降，以及单片机运行速度的不断提高尤其是编译技术的日趋成熟，C编译器性能不佳、生成代码冗长、运行速度慢的瓶颈已基本被克服，大多数公司和科研机构已采用C 语言开发微控制器系统。因此为适应当前社会需求，为学生择业奠定良好基础，开设基于C语言的“微控制器程序设计”课程非常重要，深入研究“微控制器程序设计”课程体系内容与教学方法，加强课程建设，借鉴一些培训机构的教学模式和以往微控制器课程教学改革的成果，培养学生的动手能力，强化学生的工程意识，才能全面提高教学质量，培养出真正满足社会需求的人才。[1]
一、课堂教学改革方法研究
课堂教学改革本着以教师为主导，以学生为主体的教学思想，着重培养学生的实际动手能力。以项目开发为出发点的方法，引导学生在实践动手中学习理论，通过把实际案例融入教学、结合实际选择教学内容、选择独特典型的产品研发流程、提炼核心实训项目、创建真实研发学习环境等多种新方法培养学生研发能力和学习兴趣。
1.案例融入教学
教学过程中发现经常出现这样的问题，在理论课讲授时，学生能够很快掌握对某个部分的某一种简单应用，但真正自己设计时学生却手足无措，要么不会根据要求去选择合适的器件，要么选完后不知道硬件电路如何去搭。这就是学习过程中没有做到每个环节都丝丝相扣，步步深入，所以才不能灵活变通。
基于这种情况，提出了在教学过程中以嵌入式系统硬件平台和嵌入式软件系统为核心，选用完整的科研项目案例为章节，自成体系。每个案例相当于一份详细的科研报告，具有真实性、示范性、系统性、先进性和高度概括性等特点，实用价值高。学习时通过这些实际的设计实例，从器件的选型、信号的处理、实际硬件电路的设计、软件的编程到系统性能测试等，一步步让学生了解整个设计的过程。把经过亲身实践的案例和科研体会引入教学，讲述中穿插一些遇到困难的艰苦思索、克服困难的艰辛、成功解决问题的喜悦等，能够激发学生对本门课程的兴趣和热爱，有效培养学生的创新思维和独立分析问题、解决问题的能力。实现科研充实教学，教学促进科研，教学科研相得益彰。实践证明，凡是经过这样程序学习的内容，不仅学生非常欢迎，学习效果也非常好，真正实现了理论教学的目的。[2]
2.任务驱动
教学过程中将产品研发的核心环节进行提炼，选出核心的工作过程，完成项目的编写。课程采用任务驱动教学法，每周安排一个任务（项目核心内容），学生的学习围绕任务的完成展开。内容按工程实际选择，内容新颖、真实，所完成任务可直接观察到结果，而且反映的都是生活中常见的智能产品，以充分激发学生的学习兴趣。通过由浅入深地完成任务，最终使学生掌握基于不同类型微控制器和软件开发平台、各种接口程序的编写、程序中典型算法及微型操作系统的移植等内容。[3，4]
二、从不同方面突出实践性应用
突出实践性应用不但要从课堂教学中不断渗透，更要在实验课程中逐步引导和加强，也要在课余时间练习与了解以及简单的单片机应用设计等多方面来加强。
1.实验教学的新方法
本课程是一门应用性很强的课程，实验地位尤为重要，利用全面开放的实验室可以进行基础性、设计性、综合性实验等。教学过程中发现学生通常对于简单明了、直观的内容比较感兴趣，所以他们不爱听理论课，对实验实训课的积极性都比较高。但是学生在上实验课时由于理论知识学习不够深入，又缺乏足够的实验预习，匆忙得出一些实验数据，也不加分析，最终很难达到实验课预期的目标。因此在上实验课时，更应引导学生理论结合实际，每做一个实验都要做到既要目的明确，又要有数据分析。不仅对与理论结论一致的数据进行分析，更要对一些特例、实验过程中出现的问题进行详细分析，追其原因及解决办法。教学过程中发现，做好了分析这一最重要的一环，学习效果会明显提高。
在此基础上，开展一些创新性和拓展性实验。以产品研发过程中，工程师是如何完成每一个作业过程，如何面对问题和解决问题为思路，把实验室建成一个公司的虚拟研发中心。学生的学习环境、开发工具、参考文档、学习开发过程中的标准与规范、解决问题的流程力求接近公司实际的开发环境，鼓励学生自主选题，在教师指导下由学生独立设计、独立制作、独立调试，提高学生主动性、动手能力以及解决实际问题的能力。另外设置小组合作设计环节，三人一组，灵活组合，自由选题，分工合作，提高了学生积极参与积极思考的能力，促进学生学习能力的发展，同时培养学生的团队协作精神。最终实现巩固理论课内容，培养学生微控制器应用系统设计调试能力，培养学生研发能力和学习兴趣，系统地掌握微控制器应用的相关技术，加强学生实践动手能力。[5]
2.多样化的教学手段
在理论讲授时充分发挥现代化教学设施的作用，先从一些直观的图片、视频等资料入手，以日常生活中常见的电子产品为起点，这种方法能很好地激发学生的学习兴趣，带着好奇心再去了解，采用黑板、多媒体课件与网络学习相结合的教学手段，教学课件以教材为蓝本，包含简明、清晰的授课讲义、例题演示、仿真和课堂演示实验等内容，既有课本内容的直接再现，又增加了很多有助于讲解工程实际的表现手段。课堂教学中力求充分利用现代化教学设备和手段辅助教学，不断充实最新的科学技术成果，提高教学效率，拓展学生视野，上课形式力求图文并茂，灵活多样，旨在努力调动学生积极性，提高学生兴趣，活跃课堂气氛，实现传统教学方法不能达到的效率和效果，最终使学生掌握微控制器应用的必备技能。整个过程都充分结合生产生活实际，不空穴来风，不闭门造车。
利用现代网络手段构建基本的网络教学平台。实时发布教学计划、教学内容、电子教案、习题与解答，实现资源共享；进行网上答疑并和学生进行交流、讨论等，利用互联网帮助学生课前预习、课后复习。通过一个充满交互与交流的虚拟学习社区，为学生提供自主学习平台的同时加强师生互动，加强教学效果。
充分利用基于多种型号微控制器实验室（51系列、摩托罗拉、东芝、凌阳、微芯等）及中试车间构建的多元化实践教学平台，开展实践教学环节，使学生体验到从基础知识学习、实验验证，到产品设计、调试、定型，最后生产的全过程。培养学生的动手实践能力，提高分析问题解决问题的能力。[6]
三、结束语
在对“微控制器程序设计”的教学中，无论是理论学习还是实践教学，应当始终贯彻以应用为主的思想，逐步加深学生对于理论知识的认识和实践水平的提高。通过实际教学验证，这些措施大大提高了课程的教学质量，学生的专业素质、创新意识和实践能力得到明显提高。以往教学内容与实际应用脱节的现象明显得到改善，学生可用不同开发环境完成基于多种微控制器的整个系统的硬件和软件的设计及制作，把原有的理论知识与工程实践密切结合并达到触类旁通，专业素养大大提高，能够很快适应工作中的角色，为未来多方面发展奠定良好基础。总之，无论采取哪种方式，在教学研究过程中，只要有助于提高学生学习兴趣，提升学生的实践动手能力，都值得我们教学工作者去借鉴。
参考文献：
[1]王晓荣,权义萍,张印强.基于C语言的“单片机”教学方法[J].中国电力教育,2009,(11).
[2]吴慧芳,陆茵.“单片机原理及应用”课程设计引入Proteus软件的实践[J].中国电力教育,2009,(2).
[3]高健.目标教学法在单片机实验教学中的应用[J].中国电力教育,2009,(4).
[4]葛华.任务驱动教学法在《单片机原理与应用》课程中的应用[J].电脑知识与技术,2009,(6).
[5]翟子楠,赵志敏.项目管理模式在单片机原理课程设计中的应用[J].中国电力教育,2008,(9).
[6]朱卫华,等.提高“单片机原理及应用”课程实践教学效果的方法和途径[J].自动化与仪器仪表,2007,(6).
（责任编辑：苏宇嵬）