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［摘要］文章针对单片机教学中存在的既难教又难学的问题，结合教学实践经验，提出了新的教学改革方案，并指出理论教学应与实践教学相结合，培养学生硬件系统设计能力和快速程序开发能力，以适应创新教育的需要。
［关键词］单片机 实践教学 教学改革
［作者简介］牛分中（1962- ），河北藁城人，唐山学院高级讲师，主要从事水泥工艺及计算机应用的理论和实践的教学与研究；宋风娟（1960- ），河北邢台人，唐山学院副教授，主要从事自动控制专业、机电一体化专业的理论和实践的教学与研究。（河北 唐山 063020）
［中图分类号］G642.0［文献标识码］A［文章编号］1004-3985（2008）21-0116-02
一、引言
单片机作为微处理器的一个分支，无论是在水泥行业还是在其他工业控制应用领域已占据重要地位，目前已经成为许多专业的一门专业基础课。单片机系列课程（单片机原理及其应用、接口技术、计算机控制技术）在学生专业技能的培养中越来越显示出重要的作用。通过理论和实践教学，目的是培养学生独立分析问题和解决问题的能力，使学生具有一定的软硬件开发能力，为未来的工作和后继课程的学习打下基础。这对适应新技术的发展，培养学生综合设计系统的能力及增强就业竞争力，具有非常重要的意义。
单片机课程是实践性很强的课程，如果单从课堂教学来看，抽象难懂，既难教又难学。特别是水泥专业学生，他们由于相关知识学得少，底子薄，所以学习时常常感到无所适从，无法形成单片机应用系统的清晰概念，既不知如何系统设计，也不知如何进行芯片选型，更不知如何进行软、硬件综合调试。因此，在改变教学方法、优化实验内容的同时，激发学生的学习兴趣，培养学生课程应用能力，掌握开发技巧，就成了当前单片机系列课程教学中的重中之重。
二、改革教学方法，提高教学质量，培养高素质的应用型人才
根据单片机课程的特点，改进课堂教学和实验教学，培养学生综合设计系统能力，以及创新精神和实践能力，对提高课程的整体教学水平和教学质量起到很好的推动作用。
1.理论和实践相结合，调动学生的学习兴趣，使学生明确学习目的。根据教学内容，完成相应章节的理论教学后，选择几个单片机实际应用系统或模型实例介绍给学生，进行形象化教学，通过演示讲解芯片和系统的工作原理，使学生直接去感受、体验单片机的各种功能，建立应用系统的初步概念；再培养学生的实践能力，激发学习兴趣。例如，在完成“RS-232串行通信接口与MCS-51单片机的联机”理论教学后，学生动手独立完成两个实验板之间的串行通讯：（1）两个实验板的RXD、TXD直接交叉连接，完成数字显示程序调试后，其中一个实验板作为发送方，另一个作为接收方。发送方读入按键值，并发送给接收方，接收方收到数据后在LED上显示。（2）与标准的RS-232设备通信，就要做电平转换，输出时将TTL电平换成RS-232电平，输入时将RS-232电平换成TTL电平，再将两块实验板进行通讯实验。在实验过程中学生通过进行软、硬件多次综合调试，从感性上升到理性，掌握了开发技巧，激发了学习兴趣。
2.优化教学内容，提高教学质量。在教学中把“以应用为目的”作为指导思想，培养高素质的应用型人才。调整教学计划和教学内容，理论学时相应减少，实践学时相应增加，理论学时与实践学时比为2∶1。在教学过程中注意课程的重点、难点和关联点。目前单片机已被广泛应用于工业控制的各个领域，型号很多，新的产品也不断出现，但它们之间有许多共性的知识，比如地址、总线、存储器、寄存器、寻址方式、中断、堆栈、接口、通信等概念都是相通的，它们是学习单片机技术的重要基石。因此，对于这些内容必须重点介绍，要求学生牢固掌握。另外对于单片机及其技术的应用，由于新技术新器件不断出现，所以在教学中从控制的要求出发，以单片机与外围芯片接口兼容为中心，灵活组合成各种不同的应用系统。主要讲思路、要点、方法，注重学生独立性的训练，启发学生思维，培养学生应用知识的能力和开发技巧。这种教学方法，更新、优化了教学内容，拓宽了学生的知识面，使教学更切合实际，提高了教学质量。
3.采用现代化教学手段，提高教学质量。在单片机课程教学中合理使用先进的多媒体教学手段，能收到事半功倍的效果。它既能使学生在多媒体教学的环境中学习理论知识，又能使理论与实践紧密结合起来，提高学生的理解能力。例如，单片机的内部结构图、工作时序图、硬件连接图复杂、庞大，要想在黑板上作出这些图形需要花费很多时间；单片机指令系统和汇编语言程序设计比较抽象，不易理解。为此我们充分利用现代化的教学手段，开展计算机辅助教学，在多媒体教室里，引入相应的多媒体教学软件，通过多媒体以图、文、声、像的形式将教学内容表达给学生；利用多媒体技术形象仿真出数据存储器（RAM）、程序存储器（ROM）、各种寄存器、程序指针（PC）的值和程序的结果。这样，使学生在较短的时间内获得较多的信息，充分调动感官功能，增强对所学知识的理解和记忆，从而获得良好的教学效果，提高教学质量。
4.以丰富的实践内容促进教学质量的提高。以往学生对指令系统的掌握，对外设的编程大都是通过作业形式，由教师批改来完成，现在学生则完全可以在开放实验室通过PC机上的编译系统进行正确性的确认，并在实验机上进行输入输出验证，这样提高了效率，也保证了正确性。另外，学生也可以利用MCS-51仿真软件强大的仿真能力以及良好的人机界面，通过该软件的单步执行功能，在显示窗口看到程序的执行过程，深入理解程序。例如，一个定时中断程序，定时器如何记数，何时溢出，溢出后程序指针PC自动指到何处；中断服务程序如何一步步执行；执行完中断程序后如何返回，返回到何处；堆栈指针SP及堆栈区如何变化等，一目了然。
三、优化实验内容，强化实践环节，培养学生的创新能力
知识、能力和素质是一个大学生成才的基础，也是适应社会生存与发展的基础。单片机课程实践性非常强，实验应使学生在应用系统设计、软件开发和硬件接口等方面都得到训练。然而，在以往的实验中，学生机械地照搬实验指导书中所给接线图进行连线，将计算机中存放的程序送到实验开发机中，只要操作正确、连线无误，就会得到正确的结果。做这些实验时学生只注重实验结果正确与否，对软、硬件设计及调试等问题不甚了解，这样学生没有压力，会养成不动脑筋的习惯，不利于动手能力和创新人才的培养。针对这些问題，近几年来我们对实验教学进行了改革。
1.软、硬件基础知识相关内容的训练。主要有硬件的认知、指令系统实验、汇编语言程序设计实验。在实验难度安排上由浅入深、循序渐进。学生通过编制数据传送、算术运算、逻辑运算、查表、定时等程序，了解实验系统的硬件结构，掌握实验装置的使用方法和软件的调试方法。在这个过程中，学生独立编程、调试，教师以启发、引导为主，学生逐步学会单步、断点、全速运行的调试方法，培养故障排除能力，并能使用寄存器窗口、存储器窗口等仿真器的功能，分析各种实验现象。考虑到学时的限制，这部分内容让学生利用课外时间编程，课内时间完成调试。
2.基本接口知识实验。主要使学生进一步了解单片机应用系统的开发过程，软、硬件的设计和调试方法。实验内容包括单片机最小应用系统设计、可编程I/O接口扩展、键盘与显示、D/A转换、A/D转换等方面的硬件和相应软件设计、调试。实验分为两部分：一部分是利用实验板的硬件，学生进行软件设计、调试。软件部分要求用多种设计方案实现同一目标，在课堂上引导学生对程序设计流程图进行讨论、比较，学生课后编写程序，在实验课上进行联调。另一部分既要硬件连线又要进行程序设计。对于软、硬件都要设计的实验，学生不容易在有限的时间内完成，所以可把实验所需的元器件发给学生，学生利用课后时间在面板上组成实际硬件系统，并编制好应用程序，在实验课上进行软、硬件联调。通过完成这些实验，学生在单片机系统、数字接口电路、模拟电路等方面的知识得到较全面的综合利用，并通过观察实验现象、分析实验结果，进一步加深对单片机应用系统的理解和认识。
3.综合设计和研究性实验。综合设计和研究性实验的最大特色是没有现成的模式可循，学生需独立完成软硬件设计和调试，是学生综合运用基础知识解决实际问题能力的体现。这部分内容放在课程设计时完成，改变以往传统的单片机课程设计方法，在纸上进行硬件设计和在仿真器上进行软件调试。具体做法是：教师向学生推荐一些有代表性的难易适中的题目，或学生自己查找资料和指导教师一起确定设计课题。学生完成一个小系统的硬件设计和软件设计，自己动手做一块单片机最小应用系统电路板，通过选择元器件、调试、编程、燒写芯片等，全面了解单片机的开发过程。
综合设计和研究性实验使单片机应用系统逐步扩展、螺旋上升的教学目的非常明确，就是加深学生对单片机、接口及控制技术的理解，补充实验中的不足；同时有助于学生建立单片机应用系统的概念，形成独立开发与应用能力，是提高综合应用能力的重要环节；也能使学生最大程度地掌握所学单片机应用技术，做到学以致用。
4.在实验中培养创新能力。在实验教学过程中，由于学生个体之间在学识、能力、兴趣方面的差异，同样的实验内容和要求，完成情况却出现了较大的差异。为了适应这一差异，满足不同个体的教学需求，我们建立了开放实验室。在实验教学时间之外，另外安排时间，使完成情况不理想的学生能够继续完成教学内容，达到教学要求；同时对完成情况良好，还希望继续进行一些新的实验的同学，给予帮助指导。
实验教学具有直观性、实践性、综合性与创新性的特点，在教学过程中对培养学生的创新意识、实践能力和创业精神有着特别重要的作用。单片机实验有验证性实验、设计性实验和开放性实验。我们把验证性实验、设计性实验和开放性实验进行了科学化和系统化。同时，开设各种方案的实验课程，增加设计型、综合型实验题目，为有兴趣的学生提供单片机和各种器件，举办专题报告，并鼓励学生积极参加各种创新、实践方面的科研和电子竞赛、制作等活动，锻炼学生综合科研能力和独立分析解决问题的能力。总之，我们积极为学生提供各种实践性教学机会和环境，让学生尽可能多地接触生产实际。
四、考核环节注重平时成绩和实际能力相结合
一个好的考核方法对于学习一门课程至关重要。考核不仅是对教师教学效果的检验和学生水平的测试，同时也是对学生学习习惯和学习方法的导向。我们在评价学生学习成绩时不再单一地看考试成绩，更主要的是看学生运用知识解决问题的能力。教师在给学生确定总成绩时，一是注重平时的成绩，二是注重实际能力。这种考试方法有助于学生掌握所学知识，而不是突击复习，考完就忘，可以反映出学生的平时水平，提高综合能力。
综上所述，我们在高等院校单片机课程实践教学中：一是将教学重点由单个知识点的记忆转向学生对系统设计的熟悉和整个开发的宏观把握。二是增加创新性、启发性实验内容，激发学生的学习主动性，如许多学生积极参加课外单片机兴趣小组和单片机设计比赛等。三是改进教学、实验方法，促进学习效率和教学质量的提高，缩短从理论到实际应用的过程。教学内容、教学方法、考核方法等的改进，有利于学生综合素质的全面提高，为学生将来走上工作岗位后快速进入角色打下坚实的基础。
［参考文献］
［1］毕万新，等.单片机原理与接口技术［M］.大连：大连理工大学出版社. 2005.
［2］彭勇.单片机课程的教学改革［J］.农业网络信息，2006（6）.
［3］宋锦.单片机教学中培养学生创新能力探讨［J］.中国成人教育，2006（5）.
［关键词］单片机 实践教学 教学改革
［作者简介］牛分中（1962- ），河北藁城人，唐山学院高级讲师，主要从事水泥工艺及计算机应用的理论和实践的教学与研究；宋风娟（1960- ），河北邢台人，唐山学院副教授，主要从事自动控制专业、机电一体化专业的理论和实践的教学与研究。（河北 唐山 063020）
［中图分类号］G642.0［文献标识码］A［文章编号］1004-3985（2008）21-0116-02
一、引言
单片机作为微处理器的一个分支，无论是在水泥行业还是在其他工业控制应用领域已占据重要地位，目前已经成为许多专业的一门专业基础课。单片机系列课程（单片机原理及其应用、接口技术、计算机控制技术）在学生专业技能的培养中越来越显示出重要的作用。通过理论和实践教学，目的是培养学生独立分析问题和解决问题的能力，使学生具有一定的软硬件开发能力，为未来的工作和后继课程的学习打下基础。这对适应新技术的发展，培养学生综合设计系统的能力及增强就业竞争力，具有非常重要的意义。
单片机课程是实践性很强的课程，如果单从课堂教学来看，抽象难懂，既难教又难学。特别是水泥专业学生，他们由于相关知识学得少，底子薄，所以学习时常常感到无所适从，无法形成单片机应用系统的清晰概念，既不知如何系统设计，也不知如何进行芯片选型，更不知如何进行软、硬件综合调试。因此，在改变教学方法、优化实验内容的同时，激发学生的学习兴趣，培养学生课程应用能力，掌握开发技巧，就成了当前单片机系列课程教学中的重中之重。
二、改革教学方法，提高教学质量，培养高素质的应用型人才
根据单片机课程的特点，改进课堂教学和实验教学，培养学生综合设计系统能力，以及创新精神和实践能力，对提高课程的整体教学水平和教学质量起到很好的推动作用。
1.理论和实践相结合，调动学生的学习兴趣，使学生明确学习目的。根据教学内容，完成相应章节的理论教学后，选择几个单片机实际应用系统或模型实例介绍给学生，进行形象化教学，通过演示讲解芯片和系统的工作原理，使学生直接去感受、体验单片机的各种功能，建立应用系统的初步概念；再培养学生的实践能力，激发学习兴趣。例如，在完成“RS-232串行通信接口与MCS-51单片机的联机”理论教学后，学生动手独立完成两个实验板之间的串行通讯：（1）两个实验板的RXD、TXD直接交叉连接，完成数字显示程序调试后，其中一个实验板作为发送方，另一个作为接收方。发送方读入按键值，并发送给接收方，接收方收到数据后在LED上显示。（2）与标准的RS-232设备通信，就要做电平转换，输出时将TTL电平换成RS-232电平，输入时将RS-232电平换成TTL电平，再将两块实验板进行通讯实验。在实验过程中学生通过进行软、硬件多次综合调试，从感性上升到理性，掌握了开发技巧，激发了学习兴趣。
2.优化教学内容，提高教学质量。在教学中把“以应用为目的”作为指导思想，培养高素质的应用型人才。调整教学计划和教学内容，理论学时相应减少，实践学时相应增加，理论学时与实践学时比为2∶1。在教学过程中注意课程的重点、难点和关联点。目前单片机已被广泛应用于工业控制的各个领域，型号很多，新的产品也不断出现，但它们之间有许多共性的知识，比如地址、总线、存储器、寄存器、寻址方式、中断、堆栈、接口、通信等概念都是相通的，它们是学习单片机技术的重要基石。因此，对于这些内容必须重点介绍，要求学生牢固掌握。另外对于单片机及其技术的应用，由于新技术新器件不断出现，所以在教学中从控制的要求出发，以单片机与外围芯片接口兼容为中心，灵活组合成各种不同的应用系统。主要讲思路、要点、方法，注重学生独立性的训练，启发学生思维，培养学生应用知识的能力和开发技巧。这种教学方法，更新、优化了教学内容，拓宽了学生的知识面，使教学更切合实际，提高了教学质量。
3.采用现代化教学手段，提高教学质量。在单片机课程教学中合理使用先进的多媒体教学手段，能收到事半功倍的效果。它既能使学生在多媒体教学的环境中学习理论知识，又能使理论与实践紧密结合起来，提高学生的理解能力。例如，单片机的内部结构图、工作时序图、硬件连接图复杂、庞大，要想在黑板上作出这些图形需要花费很多时间；单片机指令系统和汇编语言程序设计比较抽象，不易理解。为此我们充分利用现代化的教学手段，开展计算机辅助教学，在多媒体教室里，引入相应的多媒体教学软件，通过多媒体以图、文、声、像的形式将教学内容表达给学生；利用多媒体技术形象仿真出数据存储器（RAM）、程序存储器（ROM）、各种寄存器、程序指针（PC）的值和程序的结果。这样，使学生在较短的时间内获得较多的信息，充分调动感官功能，增强对所学知识的理解和记忆，从而获得良好的教学效果，提高教学质量。
4.以丰富的实践内容促进教学质量的提高。以往学生对指令系统的掌握，对外设的编程大都是通过作业形式，由教师批改来完成，现在学生则完全可以在开放实验室通过PC机上的编译系统进行正确性的确认，并在实验机上进行输入输出验证，这样提高了效率，也保证了正确性。另外，学生也可以利用MCS-51仿真软件强大的仿真能力以及良好的人机界面，通过该软件的单步执行功能，在显示窗口看到程序的执行过程，深入理解程序。例如，一个定时中断程序，定时器如何记数，何时溢出，溢出后程序指针PC自动指到何处；中断服务程序如何一步步执行；执行完中断程序后如何返回，返回到何处；堆栈指针SP及堆栈区如何变化等，一目了然。
三、优化实验内容，强化实践环节，培养学生的创新能力
知识、能力和素质是一个大学生成才的基础，也是适应社会生存与发展的基础。单片机课程实践性非常强，实验应使学生在应用系统设计、软件开发和硬件接口等方面都得到训练。然而，在以往的实验中，学生机械地照搬实验指导书中所给接线图进行连线，将计算机中存放的程序送到实验开发机中，只要操作正确、连线无误，就会得到正确的结果。做这些实验时学生只注重实验结果正确与否，对软、硬件设计及调试等问题不甚了解，这样学生没有压力，会养成不动脑筋的习惯，不利于动手能力和创新人才的培养。针对这些问題，近几年来我们对实验教学进行了改革。
1.软、硬件基础知识相关内容的训练。主要有硬件的认知、指令系统实验、汇编语言程序设计实验。在实验难度安排上由浅入深、循序渐进。学生通过编制数据传送、算术运算、逻辑运算、查表、定时等程序，了解实验系统的硬件结构，掌握实验装置的使用方法和软件的调试方法。在这个过程中，学生独立编程、调试，教师以启发、引导为主，学生逐步学会单步、断点、全速运行的调试方法，培养故障排除能力，并能使用寄存器窗口、存储器窗口等仿真器的功能，分析各种实验现象。考虑到学时的限制，这部分内容让学生利用课外时间编程，课内时间完成调试。
2.基本接口知识实验。主要使学生进一步了解单片机应用系统的开发过程，软、硬件的设计和调试方法。实验内容包括单片机最小应用系统设计、可编程I/O接口扩展、键盘与显示、D/A转换、A/D转换等方面的硬件和相应软件设计、调试。实验分为两部分：一部分是利用实验板的硬件，学生进行软件设计、调试。软件部分要求用多种设计方案实现同一目标，在课堂上引导学生对程序设计流程图进行讨论、比较，学生课后编写程序，在实验课上进行联调。另一部分既要硬件连线又要进行程序设计。对于软、硬件都要设计的实验，学生不容易在有限的时间内完成，所以可把实验所需的元器件发给学生，学生利用课后时间在面板上组成实际硬件系统，并编制好应用程序，在实验课上进行软、硬件联调。通过完成这些实验，学生在单片机系统、数字接口电路、模拟电路等方面的知识得到较全面的综合利用，并通过观察实验现象、分析实验结果，进一步加深对单片机应用系统的理解和认识。
3.综合设计和研究性实验。综合设计和研究性实验的最大特色是没有现成的模式可循，学生需独立完成软硬件设计和调试，是学生综合运用基础知识解决实际问题能力的体现。这部分内容放在课程设计时完成，改变以往传统的单片机课程设计方法，在纸上进行硬件设计和在仿真器上进行软件调试。具体做法是：教师向学生推荐一些有代表性的难易适中的题目，或学生自己查找资料和指导教师一起确定设计课题。学生完成一个小系统的硬件设计和软件设计，自己动手做一块单片机最小应用系统电路板，通过选择元器件、调试、编程、燒写芯片等，全面了解单片机的开发过程。
综合设计和研究性实验使单片机应用系统逐步扩展、螺旋上升的教学目的非常明确，就是加深学生对单片机、接口及控制技术的理解，补充实验中的不足；同时有助于学生建立单片机应用系统的概念，形成独立开发与应用能力，是提高综合应用能力的重要环节；也能使学生最大程度地掌握所学单片机应用技术，做到学以致用。
4.在实验中培养创新能力。在实验教学过程中，由于学生个体之间在学识、能力、兴趣方面的差异，同样的实验内容和要求，完成情况却出现了较大的差异。为了适应这一差异，满足不同个体的教学需求，我们建立了开放实验室。在实验教学时间之外，另外安排时间，使完成情况不理想的学生能够继续完成教学内容，达到教学要求；同时对完成情况良好，还希望继续进行一些新的实验的同学，给予帮助指导。
实验教学具有直观性、实践性、综合性与创新性的特点，在教学过程中对培养学生的创新意识、实践能力和创业精神有着特别重要的作用。单片机实验有验证性实验、设计性实验和开放性实验。我们把验证性实验、设计性实验和开放性实验进行了科学化和系统化。同时，开设各种方案的实验课程，增加设计型、综合型实验题目，为有兴趣的学生提供单片机和各种器件，举办专题报告，并鼓励学生积极参加各种创新、实践方面的科研和电子竞赛、制作等活动，锻炼学生综合科研能力和独立分析解决问题的能力。总之，我们积极为学生提供各种实践性教学机会和环境，让学生尽可能多地接触生产实际。
四、考核环节注重平时成绩和实际能力相结合
一个好的考核方法对于学习一门课程至关重要。考核不仅是对教师教学效果的检验和学生水平的测试，同时也是对学生学习习惯和学习方法的导向。我们在评价学生学习成绩时不再单一地看考试成绩，更主要的是看学生运用知识解决问题的能力。教师在给学生确定总成绩时，一是注重平时的成绩，二是注重实际能力。这种考试方法有助于学生掌握所学知识，而不是突击复习，考完就忘，可以反映出学生的平时水平，提高综合能力。
综上所述，我们在高等院校单片机课程实践教学中：一是将教学重点由单个知识点的记忆转向学生对系统设计的熟悉和整个开发的宏观把握。二是增加创新性、启发性实验内容，激发学生的学习主动性，如许多学生积极参加课外单片机兴趣小组和单片机设计比赛等。三是改进教学、实验方法，促进学习效率和教学质量的提高，缩短从理论到实际应用的过程。教学内容、教学方法、考核方法等的改进，有利于学生综合素质的全面提高，为学生将来走上工作岗位后快速进入角色打下坚实的基础。
［参考文献］
［1］毕万新，等.单片机原理与接口技术［M］.大连：大连理工大学出版社. 2005.
［2］彭勇.单片机课程的教学改革［J］.农业网络信息，2006（6）.
［3］宋锦.单片机教学中培养学生创新能力探讨［J］.中国成人教育，2006（5）.