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篇1

當我還是個大學生的時候，我是課外科技創(chuàng)新活動的積極參與者;過了20年，作為一名大學教授，我又有幸成了科創(chuàng)課題的指導教師。我個人變換角色，由參賽學生變成課題導師，是從2007年開始的。那一年，教育部開始實施“大學生創(chuàng)新實驗計劃”，資助在校大學生開展科技創(chuàng)新研究。遙想當年我們上學時頗為拮據(jù)的科創(chuàng)經(jīng)費情況，我感覺這一代學生開始享受到國家經(jīng)濟增長和社會發(fā)展帶來的紅利了。也是從那年開始，我先后指導了十多組學生開展科創(chuàng)研究工作。這一路走來，既有成功的喜悅，也有過辛苦付出后收獲不多的痛楚，更少不得一些感悟。

急學先用與學以致用

因為有了早年親身從事科技創(chuàng)新活動的閱歷和經(jīng)驗，所以這些年我擬定的大學生科技創(chuàng)新項目選題，基本都兼顧到了學生的興趣、個人愛好和當前的知識技術水平，同時還要讓項目適合學生由于不可隨便翹課而不得不“三天打魚兩天曬網(wǎng)”的時間安排。基于上述考慮，我給這些大二甚至大一學生開出的題目很多是關于電子電路或單片機的（對時間連貫性要求較低）。

2011年秋，我曾指導以劉力同學為首的小組做了一個題為“涂鴉密碼鎖”的科創(chuàng)項目。這個題目其實源自多年前我在上自習時的一次突發(fā)奇想：“在一個卡片上隨意涂鴉作為密碼，通過程序控制，實現(xiàn)上鎖和解鎖，也可實現(xiàn)多卡開一鎖或一卡開多鎖?！碑斘野堰@想法介紹給學生們的時候，他們感覺特別神奇，雖然還似懂非懂，但覺得“這玩意要是能做出來應該很好玩，聽起來很酷”，所以他們當即決定做這個項目。

然而，對于剛上大二的物理系學生來說，這項目需要用到的知識還都沒開課呢，況且很多知識也不像教材中所說的那樣簡單。劉力同學后來說起，那看起來很簡單的二極管，到真正用的時候才發(fā)現(xiàn)有那么多型號和各不相同的技術指標，都需要查資料搞清楚。在他第一次接觸單片機時，覺得很多書對單片機的功能都有詳細介紹，原理部分內(nèi)容過多，看著看著就失去了興趣。發(fā)現(xiàn)這樣的學習方式不合適后，他開始嘗試另一種方式，直接查閱到自己需要用的部分，暫時跳過大段的原理講解，先試著焊單片機電路，然后學著通過編程用單片機實現(xiàn)簡單的跑馬燈控制。

在第一次看到在單片機控制下閃爍的燈光時，他興奮了一個晚上，感覺這玩意還挺好玩的，被原理嚇退的興趣一下重新高漲起來。隨后，他慢慢發(fā)現(xiàn)，學習是一個需要反饋的過程，將自己學到的東西立即運用起來，反饋就來得快，興趣就濃，干得就起勁。從最初的一點都不懂，到能夠用程序控制單片機實現(xiàn)對燈的控制，再到對輸入信號進行判斷，做出反應，劉力一邊學，一邊用，有反饋地學習，興趣不退，動力不減。就這樣，靠著這種“急學先用”的學習方式，他的單片機電路和編程初步入門了，從此項目的工作順利展開，同時他也體會到了“學以致用”的成就感。至今劉力仍記得在項目結(jié)題之前，每天課后他都會到實驗室進行樣機調(diào)試，經(jīng)常不知不覺中就干到晚上11點多，做了一周多高強度的工作，也沒有感覺疲憊，只感覺到很興奮。他們的這個項目后來獲得了學校科技創(chuàng)新項目一等獎，還在學校的“祖光杯”競賽中進行了展示。

“急學先用”是可以見到立竿見影的實效的。不過，我還得再說明一下，在“急學先用”過后，可不能因為會用學到的一點兒還不太成體系的知識能解決實際問題了就飄飄然，而應該充分利用在此過程中培養(yǎng)起來的興趣和對應用背景的了解，回過頭去把跳過去的知識點重新補齊，這樣才能形成完整的知識體系，更好地運用知識，并讓自己的能力變得更強大。

從功虧一簣到堅持到底就是勝利

在我指導科創(chuàng)項目的八年中，并非所有項目都做到了完美收官，2009年曾經(jīng)有兩個項目功虧一簣。這兩個項目在當年的11月份立項，我和所帶的兩組學生按照之前的經(jīng)驗判斷項目結(jié)題時間應該是來年9月中旬，所以學生們按照這個時間節(jié)點不緊不慢地做著研究。后來忽然接到學校通知說這批項目結(jié)題時間提前，此時他們只能倉促應對，拿著前期的實驗數(shù)據(jù)、設計圖紙、加工完的印刷電路板（來不及焊接元件和調(diào)試）和零部件以及編了一部分的程序就寫報告草草結(jié)題了事。最終這兩個很有創(chuàng)新性和實用性的項目，因為沒有完成樣機而失去了獲獎的可能性。

有了這次的受挫，以后每次再指導學生科技創(chuàng)新項目時，我都會反復注意時間節(jié)點，按期完成既定工作。即便如此，也無法完全避免學生們基于各種原因的拖延。2010年，我指導的以高寧飛為首的小組做了一個題為“低溫電實驗箱”的項目。這項目進展得其實遠不如前面提到的幾個項目那么順利，還一度陷入停滯不前的狀態(tài)。臨近結(jié)題的時候，又由于學生疏忽焊錯了元件導致電路板燒壞，錯過了正常的結(jié)題時間，他們只得寫報告申請延期了。

隨后，由于課題組長和一個組員從大三春季學期要開始準備復習考研，所以不得不放棄了項目工作。好在剩下的一個組員馮其成績不錯，已經(jīng)獲得了本校保研的資格，并打算跟我讀研究生。幾乎與此同時，他卻又拿來了一個申請撤銷項目的表格想讓我簽字。對此，我的答復是，你要跟我讀研究生，就請先把這個科創(chuàng)項目完成，哪怕只有你一個人在戰(zhàn)斗（事實上最后是我陪著他戰(zhàn)斗）。因為我要教會他一個道理：做一件事一定要善始善終，不能半途而廢，如果你現(xiàn)在就選擇放棄，那么你今后遇到困難時還是會選擇逃避。

就這樣，馮其只能一個人開始從頭開始。好在當時課不多，他有很多時間泡在實驗室，心平氣和地做科創(chuàng)，而不再有以前的浮躁，一點一點地完成了這個項目，拿出了一個實實在在的樣機，不但順利結(jié)題，甚至“因禍得福”，躲開了同一批立項在春季學期結(jié)題、實力極其強勁的小組，在同期結(jié)題項目中拔得頭籌。馮其同學后來說，本科這段科創(chuàng)經(jīng)歷給了他很大的信心，除了學到很多實用的技能外，更明白了“遇到困難不要選擇逃避，必須要咬牙堅持，堅持了就能看到勝利的曙光”的道理。

科創(chuàng)的好處

回顧了幾段往事之后，我不妨再說說課外科研活動的好處。它不僅有助于學生科技素養(yǎng)的啟蒙、養(yǎng)成和提高，有助于培養(yǎng)團隊協(xié)作精神，還可以讓學生對自己的能力和知識更有信心。更關鍵的是，科創(chuàng)還能給學生帶來若干現(xiàn)實的利益，這絕非忽悠學生而是客觀存在的。

如今，當下許多大學要求學生要有創(chuàng)新學分，而“大學生創(chuàng)新實驗計劃”等課外科研創(chuàng)新活動的參與和課題的完成，可以直接帶來創(chuàng)新學分，這就免除了去“秒殺”創(chuàng)新研修課的那種緊張。而且，一次成功的課外科研活動，可以為大學生在就業(yè)和求學中增加一個有分量的砝碼。

篇2

Exploration and application on the reform of practical teaching for MCU

Zhang Ying1， Yang Puqiong2， Wu Wei1， Hu Yurong1

1.School of mechanical engineering， university of south China， Hengyang， 421001， China

2.School of electrical engineering， university of South China， Hengyang， 421001， China

Abstract： Practical teaching is a very important part in MCU course. According to the problems of present MCU practical teaching， it discusses the practical teaching innovation of MCU in order to train innovative talents. By using project-driven mode and the virtual technology， it combined theory teaching， experiment course design， extra curricular scientific activities organically， and gains a good effect.

Key words： MCU； practical teaching reform； innovative talents training

單片機原理及應用課程是高校計算機、自動化、測控技術及機械等專業(yè)的一門必修課程。該課程具有很強的理論性與實踐性，在實際教學過程中，必須將理論教學與實踐教學緊密結(jié)合，才能使學生真正掌握單片機的基礎知識并靈活運用于生產(chǎn)實踐。

1 單片機實踐教學的現(xiàn)狀

目前，高等學校單片機實驗室存在的主要問題是教學內(nèi)容不足和教學手段落后[1]。驗證性實驗成了單片機的主要實驗類型，實驗過程中所用的編程語言為匯編語言。驗證性實驗的定位是學生根據(jù)實驗指導書來操作。實驗指導書上有實驗內(nèi)容、實驗原理、程序流程圖和硬件接線。由于實驗課時有限，教師只能簡單地講授一下實驗的基本思路和操作方法，導致學生在整個實驗過程中具有一定的盲目性。學生也沒有循序漸進地去思考實驗的意義，只是跟著做了一遍，嚴重影響了實驗教學效果。這樣對學生有三方面不利的影響。（1）學生缺乏對硬件的認識，因為實驗箱的構(gòu)造是模塊化，學生看不到內(nèi)部真正的結(jié)構(gòu)。（2）學生的動手能力以及綜合應用能力沒有得到提高。（3）學生在校期間學習的單片機知識和社會需求有一定差距。因為現(xiàn)在社會上使用的單片機編程都是C語言，而學生仍然使用匯編語言。

2 單片機實踐教學內(nèi)容與方法的改革

2.1 項目導向代替知識體系導向

對單片機應用系統(tǒng)進行基本的開發(fā)是單片機課程教學的目的。大部分高校單片機課程教學大綱都要求幾十個學時的理論學習和若干學時的實驗，但是教學效果不理想。教師使用傳統(tǒng)的教學方法，在教學中以知識體系為導向。而單片機課程的特殊性在于它與實踐聯(lián)系非常緊密，并且包含多門課程的知識，教師和學生都覺得比較難掌握。經(jīng)過探索與研究，我們對這門課開展項目導向教學法。學生在教師指導下親自操控項目的全過程，在這一過程中學習掌握教學大綱的內(nèi)容。學生全部或部分獨立組織、安排學習行為，解決項目實施中遇到的困難。提高了學生的興趣，自然能調(diào)動學習的積極性。因此，項目導向教學法是一種典型以學生為中心的教學方法，不再把將教師所掌握的知識技能傳遞給學生作為追求的目標，或者說不是簡單地讓學生按照教師的安排和講授去得到一個結(jié)果，而是在教師的指導下，學生去尋找得到這個結(jié)果的途徑，最終得到結(jié)果，并進行展示和自我評價，學習的重點在于學習過程而非學習結(jié)果，他們在這個過程中鍛煉了各種能力。教師已經(jīng)不在教學中占主導地位，而是成為學生學習過程中的引導者、指導者和監(jiān)督者，學生具有很高的積極性。

在單片機的實踐教學中，以項目需求導入相關知識點，以電子產(chǎn)品設計作為任務，在任務實施過程中掌握課程所需的應用技能和知識點。學生在項目實踐過程中，理解和把握課程所要求的知識和技能，體驗創(chuàng)新的艱辛與樂趣，培養(yǎng)分析問題和解決問題的思維和方法。

2.1.1 項目的選取

將項目導向教學法引入到單片機課程中，關鍵之處是項目的設計。項目設計是否合理將直接影響到教學效果[2]。教師在設計項目時，應緊扣教學大綱并且結(jié)合實際應用，以提高學生的能力為目標。教師應從實用性、可行性、綜合性3個方面來考慮。項目應注意理論與實際緊密聯(lián)系，選擇學生感興趣的題目，難度也不宜過高。

交通燈、密碼鎖、雙機通訊實驗、搶答器、萬年歷、頻率計、電機控制、電子屏顯示、溫度壓力計等設計都是單片機實驗室必做的項目。這些項目將單片機的理論知識和實際應用聯(lián)系起來，難度適中。項目從簡單到復雜、難度從小到大，引起學生的興趣。學生經(jīng)過對項目的認真學習，能獨立設計小型的測控系統(tǒng)，而且建立了基本的系統(tǒng)綜合概念。

2.1.2 項目的實施

在實施單片機項目時，4名學生1個組，根據(jù)教師下達的任務書來完成項目。每人的分工不同。1名學生負責設計機械本體、2名負責系統(tǒng)硬件設計、1名負責軟件設計，最后大家一起進行系統(tǒng)的搭建與調(diào)試。在項目實施的整個過程中，小組成員能夠齊心協(xié)力，互相配合，完成整個項目，最后還要寫出完整的項目設計報告。圖1為項目流程。

2.1.3 項目的評估總結(jié)

在項目導向教學法中，項目評估總結(jié)是非常重要的環(huán)節(jié)[3]。項目的評估總結(jié)實質(zhì)是對學生完成的項目進行評價，以完成項目的質(zhì)量為主，但是在打分時也考慮實施過程和項目的設計報告，并且對有創(chuàng)新點的學生進行加分。首先學生進行自我評估，然后再是教師對整個項目進行評估。教師在評估中要指出學生的問題，先讓學生自己針對問題進行改進。如果學生沒辦法改進，教師再提出解決的辦法。最后，教師和參與項目的各組學生一起進行總結(jié)和討論，比較其他組方案和自己組方案的不同之處。學生和教師的能力均會在評估總結(jié)中得到提高。

2.2 虛擬實踐與實際硬件實踐相結(jié)合

Proteus軟件是英國Labcenter electronics公司研發(fā)的EDA軟件。Proteus軟件不僅是模擬電路、數(shù)字電路、模/數(shù)混合電路的設計與仿真平臺，更是目前世界上最先進、最完整的單片機系統(tǒng)設計與仿真平臺。它真正實現(xiàn)了在計算機上完成從原理圖設計、電路分析與仿真、單片機代碼級調(diào)試與仿真、系統(tǒng)測試與功能驗證到形成PCB完整的電子設計、研發(fā)過程。Proteus軟件支持數(shù)電/模電與處理器的協(xié)同仿真，真正實現(xiàn)了虛擬物理原型功能，在目標板還沒有投產(chǎn)前，就可以對設計的硬件系統(tǒng)功能、合理性和性能指標進行充分調(diào)整，并可以在沒有物理目標板的情況下，進行相應軟件的開發(fā)和調(diào)試，進行完全的虛擬開發(fā)，明顯提高開發(fā)效率，降低開發(fā)風險。教師在實驗室采用Proteus仿真軟件進行虛擬單片機實驗，優(yōu)點立即顯現(xiàn)出來，教師不必根據(jù)實驗箱來制訂實驗內(nèi)容。這就大大擴展了項目的范圍，而且利用Proteus軟件，必須自己進行硬件接線。學生必須對硬件非常熟悉，需要自己上網(wǎng)或者去書本中搜索芯片資料，鍛煉了學生查找文獻的能力，同時知識也得到了更新，不局限于書本中所講的有限芯片數(shù)。只要有電腦，用Proteus軟件隨時隨地都可以進行仿真。在調(diào)試好系統(tǒng)之后，再來進行實際的制版操作，則浪費的芯片數(shù)也降到了最低，使實驗室硬件投入得到減小[4]。Proteus軟件在仿真時，可以顯現(xiàn)出單片機引腳的高低，擴展了芯片，則顯現(xiàn)出芯片的地址等，這些優(yōu)勢是實驗箱無法做到的。圖2是基于Proteus軟件做的密碼鎖設計。

3 結(jié)束語

實踐教學在單片機教學中占有十分重要的地位，不斷改革和探索實踐教學的目的是為了提高單片機教學質(zhì)量。實踐表明：以項目開發(fā)過程為切入點，把虛擬與仿真技術引入單片機實踐教學，這種創(chuàng)新實踐教學模式使學生在項目實踐過程中，理解和把握了知識與技能，體驗了創(chuàng)新的艱辛與樂趣，培養(yǎng)了分析問題和解決問題的能力及團隊合作精神。

參考文獻

[1] 楊艷，董秀潔，程東旭.關于單片機實驗室教學改革的幾點思考[J].中國教育技術裝備，2010，36（12）：134-135.

篇3

作者簡介：方向紅（1969-），女，浙江松陽人，淮南聯(lián)合大學機電系，高級講師。（安徽 淮南 232038）

基金項目：本文系2011年淮南聯(lián)合大學教研項目（項目編號：JYB1104）的研究成果。

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）02-0091-02

單片機作為計算機發(fā)展的一個重要分支領域，廣泛應用于工業(yè)控制系統(tǒng)中，單片機課程作為工業(yè)電氣自動化、應用電子、機電一體化、電子信息及計算機應用等專業(yè)的主干課程，在人才培養(yǎng)課程體系中起著重要的地位。[1]單片機課程具有軟硬件結(jié)合緊密、內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)抽象、實踐性強等特點。[2]過去，采用的是理論講授和實驗驗證相隔離的傳統(tǒng)教學形式，學生感覺理解困難，尤其是單片機的實踐應用方面較為薄弱。[3]為改變這一現(xiàn)狀，從2010年起，筆者在電類專業(yè)中推行三段遞進式教學模式改革，即將單片機教學分為模塊化教學、工程綜合實訓及電子創(chuàng)新設計三個階段，通過確立各階段教學的具體內(nèi)容，制訂課程教學標準，改革教學方法和考核手段，取得了較好的效果。

一、三段遞進式教學模式

單片機課程是在學習了C語言程序設計、電工、電子技術、傳感器及檢測技術的基礎上，使學生掌握單片機應用系統(tǒng)的硬件電路設計與制作技術，能夠進行單片機應用系統(tǒng)的程序設計與調(diào)試，培養(yǎng)學生的動手能力、工程素質(zhì)和創(chuàng)新能力?；谶@個目的，筆者設計了三段遞進式教學模式，用兩學期的時間完成，其具體含義如下：

1.第一階段：模塊化教學，圍繞基礎知識及常見應用開展教學，符合學生的認知規(guī)律

筆者通過企業(yè)調(diào)研、分析單片機應用產(chǎn)品開發(fā)的典型工作過程，參考職業(yè)技能考核對單片機專項能力的要求，打破原有的教材體系，重新序化了教學內(nèi)容，將單片機應用系統(tǒng)劃分為一個個基礎應用模塊。例如將并行口的應用劃分為發(fā)光二極管控制、數(shù)碼管控制、按鍵掃描及液晶芯片使用等幾個模塊。[4]每一模塊本著“知識夠用、簡單實用、有利于提高”原則，分別設計了幾個不同的任務，其內(nèi)容的難易程度和對學生的能力要求呈逐步提高的趨勢。每個模塊最后都設有“發(fā)揮部分”單元，讓學生能動腦思考，即學即用，在前面內(nèi)容的基礎上綜合提高。例如：第一個應用模塊——發(fā)光二極管控制，筆者分別設計了幾個任務：點亮一個發(fā)光二極管發(fā)光二極管閃爍10次跑馬燈流水燈，發(fā)揮部分要求在跑馬燈基礎上做一改進，即每個發(fā)光二極管點亮過程中要閃爍6次。這是發(fā)光二極管閃爍10次和跑馬燈的綜合應用，讓學生動手嘗試編制其單片機學習的第一個自主程序，難度不大，容易實現(xiàn)，從而體驗成就感，激發(fā)學習興趣。各模塊之間、電路與電路之間、程序與程序之間，都保持著關聯(lián)性，使學生在前一個電路或模塊基礎上，僅做少許改動，就可以開發(fā)出另一個電路或程序。

這一階段借助Proteus仿真軟件和實驗箱，主要在教室和實驗室穿行。首先，理論知識傳授和簡單入門程序講解在教室借助多媒體完成；然后，學生在實驗室用Proteus Isis軟件仿真電路、keil C51軟件調(diào)試程序；調(diào)試成功后，再根據(jù)實驗箱的原理圖，進行接線、修改程序，完成硬件實現(xiàn)?！鞍l(fā)揮部分”由學生在課余時間研究、思考，再到實驗室驗證其正確性。每個模塊學習結(jié)束，要求學生提交報告，對所做工作做一總結(jié)。這一階段以解決任務為主線，將基礎應用分解成一個個案例元，使學生加深單片機基礎知識的理解，掌握其硬件連接及編程方法。

第一階段的考核采用百分制，即平時考勤（20%）、過程化考核（50%）與期末考核（30%）相結(jié)合。過程化考核辦法如下：學生每學完一個模塊，完成各實訓項目后，根據(jù)表1評定階段成績。學生在每個階段都有自己的成績，根據(jù)每個模塊的難易程度，取加權(quán)平均值，為過程化考核成績。期末考核采用機試方式，學生可以查閱相關資料，考查學生根據(jù)題目要求繪制仿真電路圖、程序的編制及調(diào)試能力。機試題目由多題組成，各題根據(jù)難度不同，取不同分值。學生可以根據(jù)自己的程度，選擇其中幾道排列組合，根據(jù)完成情況現(xiàn)場打分，體現(xiàn)出分層次考核的改革思路。

2.第二階段：工程綜合實訓，以典型應用產(chǎn)品作為載體，體驗實際產(chǎn)品的制作過程

在學完第一階段所有內(nèi)容后，由教師按照兼顧實用性、可操作性、可擴展性的原則，選取幾種單片機典型應用產(chǎn)品作為實訓題目，如搖搖棒、簡易密碼鎖、數(shù)字時鐘和電子琴等，這些題目在書本及網(wǎng)絡上很容易查到相關資料。它們既是第一階段各模塊內(nèi)容的綜合應用，又加入了新的芯片原理及應用，因而是第一階段教學內(nèi)容的補充、綜合和深化。如數(shù)字時鐘電路中既包含了基礎應用部分的單片機最小系統(tǒng)、按鍵掃描、蜂鳴器警示、中斷、數(shù)碼管或液晶顯示等，又加入了時鐘芯片DS1302的原理及其與單片機的連接等內(nèi)容。學生在掌握單片機原理和基本應用的基礎上，以某個具體產(chǎn)品的制作為載體，經(jīng)過電路板設計、元器件焊接、程序設計與調(diào)試、硬件裝配、分析總結(jié)等過程，脫離了已固化成功的實驗箱及軟件仿真，進入到自己親自動手搭建硬件，程序調(diào)試、下載階段，初步掌握了工程設計方法和組織實踐的基本技能。這一階段考核標準如表2。

3.第三階段：電子創(chuàng)新設計，綜合了傳感器及檢測技術、電工、電子技術和單片機等相關知識，是能力轉(zhuǎn)化為工程素質(zhì)的重要階段

實際的單片機應用系統(tǒng)設計必然包含電子線路設計、傳感器使用、單片機控制及檢測技術應用等幾部分，電子創(chuàng)新設計階段就是模擬單片機實際應用產(chǎn)品的設計過程，由教師參考大學生電子設計競賽的形式，事先設計一些題目，提出系統(tǒng)需要完成的任務及其參數(shù)、精度要求。學生3～4人組成一個小組，各組選定一個題目，在規(guī)定的時間內(nèi)協(xié)作完成。學生經(jīng)過課題分析研討、查找資料、電路設計、硬件制作與裝配、軟件編制、系統(tǒng)聯(lián)調(diào)、編寫設計報告等步驟，培養(yǎng)學生的團結(jié)協(xié)作精神、工程設計能力及科技論文寫作能力，是單片機應用開發(fā)過程的課堂模擬及創(chuàng)新能力培養(yǎng)的重要階段。電子創(chuàng)新設計階段考核采用百分制，具體標準如表3。

二、結(jié)語

三年來，筆者通過上述實踐和改革，極大地激發(fā)了學生學習的積極性，學生感覺易入門，對基礎知識的理解也更加深刻了。很多學生在畢業(yè)設計中都喜歡選擇跟單片機應用相關的課題，畢業(yè)生的工作也有不少跟單片機應用開發(fā)相關。另外，培養(yǎng)了一大批動手能力強、實踐技能高的學生，在安徽省大學生技能大賽和電子設計大賽中屢獲佳績。

單片機三段遞進式教學模式，其本質(zhì)是通過任務驅(qū)動，引導學生在解決問題的過程中，理解單片機知識，熟悉單片機開發(fā)過程，掌握實踐技能，培養(yǎng)工程素質(zhì)和創(chuàng)新精神，為學生的可持續(xù)發(fā)展打下基礎。課程改革是一項長期的系統(tǒng)工程，筆者只是做了些探索和嘗試，今后還需要根據(jù)學生的特點、技術的進步不斷調(diào)整思路，與時俱進，為培養(yǎng)生產(chǎn)實踐所需的人才而繼續(xù)努力。

參考文獻：

[1]黃磊，朱群峰，江世明.《單片機原理應用》課程教學改革與實踐[J].中國電力教育，2008，（22）：87-88.

篇4

作者簡介：牛小玲（1976-），女，江蘇徐州人，中國礦業(yè)大學信息與電氣工程學院，講師；王軍（1981-），男，山東曲阜人，中國礦業(yè)大學信息與電氣工程學院，講師。（江蘇 徐州 221116）

基金項目：本文系2013年中國礦業(yè)大學教育教學改革與建設基金項目（項目編號：2013G15）的研究成果。

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）05-0074-02

CDIO理念是美國工程院院士、麻省理工學院教授Edward Crawley提出的，CDIO代表構(gòu)思（Conceive）、設計（Design）、實現(xiàn)（Implement）和運作（Operate），它讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯(lián)系的方式學習工程。[1]

目前國內(nèi)許多高校都根據(jù)各自的實際情況在探索基于CDIO模式的教學改革之路。[2，4]“電子技術”課程是電類專業(yè)重要的技術基礎課，其特點是課程內(nèi)容知識面廣，信息量大，實踐性、應用性非常強。近幾年來，針對傳統(tǒng)教學模式中存在的不足，筆者采用CDIO的工程教育理念，提出了一套包括教學內(nèi)容、教學方式、實驗項目和考核方式的“電子技術”教學改革方案，并已經(jīng)付諸實施，達到了良好的教學效果。

一、傳統(tǒng)理念下“電子技術”教學存在的不足

“電子技術”課程包括模擬電子技術和數(shù)字電子技術兩大部分內(nèi)容，中國礦業(yè)大學（以下簡稱“我校”）的模擬電子技術教學學時為56學時，數(shù)字電子技術教學學時為48學時。在教學中發(fā)現(xiàn)，隨著電子技術的迅速發(fā)展，新技術層出不窮，而教學課時卻非常有限，傳統(tǒng)理念下的教學模式存在著很大的不足，主要表現(xiàn)在：

1.系統(tǒng)性問題

傳統(tǒng)教學模式中，兩門課程相互獨立，教學內(nèi)容缺少系統(tǒng)關聯(lián)，學生掌握的只是一些孤立的知識點，而不是對電子技術系統(tǒng)應用的掌握，學生不容易真正形成綜合系統(tǒng)的概念。

2.目標性問題

教師按照課程大綱進行教學，只重視到了知識的傳授，忽略了工程技術能力的培養(yǎng)。

3.興趣性問題

每門課程內(nèi)容多、課時少，如果課堂上處理不好就會使學生缺乏學習熱情，失去學習信心，很難達到預期的教學效果。

4.應用性問題

我校的實驗課和理論課配套安排，先理論，后實驗，模擬電子技術實驗和數(shù)字電子技術實驗分設24學時。由于實驗設備和實驗學時的局限，學生的實踐時間有限，甚至有的知識點沒有開設相關實驗，學生的實踐能力較差，很難將理論知識應用于工程實際。

二、“電子技術”課程改革實踐

1.以項目為主導，重組教學內(nèi)容

傳統(tǒng)的“電子技術”授課內(nèi)容都是按照教學大綱的要求，一個章節(jié)一個章節(jié)地進行詳細講解，學生只是被動接受這些孤立分散的知識點，在學過之后往往都不清楚自己所學的知識在實際中如何運用，即應用知識動手能力很差，這體現(xiàn)在做畢業(yè)設計拿到一個設計選題時，都不知道如何著手去做。為培養(yǎng)學生應用知識、分析解決問題及動手的能力，在“電子技術”教學中，筆者以一個具體的項目為主導，對“電子技術”的教學內(nèi)容進行了重組。

在CDIO工程教育的實施過程中，選擇一個好的項目是整個工程教學的關鍵，所選項目要能涵蓋“電子技術”的基本教學內(nèi)容，緊扣課程的重點、難點和關鍵點。模擬電子技術所涉及的主要內(nèi)容有二極管及其基本電路、三極管及其電路、場效應管及其電路、運算放大器及其應用、反饋放大電路、功率放大電路、信號處理與信號產(chǎn)生電路、直流穩(wěn)壓電源等；數(shù)字電子技術所涉及的主要內(nèi)容有組合電路、時序電路、脈沖產(chǎn)生電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換等。針對上述主要教學內(nèi)容，筆者以“太陽能水溫水位控制系統(tǒng)”為應用背景，按項目所涉及的知識，將課程內(nèi)容劃分成若干模塊，每個模塊又設計了若干個探索性實踐課題。開展的實踐課題及對應的知識點如下表1所示。表中模塊1是構(gòu)思（conceive）過程；模塊2是設計（design）過程；實施（implement）過程均安排在各模塊實踐活動及實訓周中完成；模塊3和4是運作（operate）過程，這樣，整個CDIO的工程項目教學模式構(gòu)造完成。對本項目課題中沒有涉及到的教學內(nèi)容和知識點，筆者選擇了相應的案例進行教學，比如時序電路這部分內(nèi)容，筆者選擇“數(shù)字鐘設計”這個案例來進行相關知識點講解。

在教學中，先給學生介紹項目要完成的功能及硬件結(jié)構(gòu)構(gòu)思，即模塊1的內(nèi)容，然后再進行模塊2，對每個課題及相關知識點進行講解，講解完后，學生可以對各個課題進行仿真研究，同時在“開放式電子技術實訓平臺”上進行與理論教學相互配合的、逐步提升的應用性實驗和探索性實驗。

2.教學方式的改革

傳統(tǒng)的“電子技術”授課過程，采用的教學方法都是老師在講臺上從頭到尾講解，對重要的知識點反復強調(diào)，這樣很容易造成學生強烈的依賴心理，使學生失去好奇心和學習主動性。為激發(fā)學生的主觀能動性，筆者根據(jù) CDIO理念研究了案例教學法和任務驅(qū)動教學法，以案例的介紹和分析為主線，將知識的重點和難點融入到案例中來講解。這種教學方法將課堂教學、查閱資料與分組討論、完成任務相結(jié)合，使學生在完成項目任務過程中自發(fā)地尋求知識和資源支持，這既鍛煉了學生自主學習的能力，又能使學生掌握開發(fā)工程系統(tǒng)的理論知識和技術。具體實施細則如下：

（1）案例和任務教學法。在教學過程中，筆者根據(jù)案例所涉及到的知識點提出問題，引導學生參與討論和思考，激發(fā)學生的好奇心和挑戰(zhàn)欲。比如，在講解時序電路這個內(nèi)容時，筆者以“數(shù)字鐘設計”這個案例來進行講解，數(shù)字鐘的分和秒都是60進制，小時采用12歸1，如何設計一個60進制計數(shù)器和12歸1計數(shù)器呢？在激發(fā)起學生的興趣后開始介紹N進制計數(shù)器設計方法，講解完后，讓學生自己去設計。在此過程中，引導、指導、監(jiān)督學生進行設計實踐，并進行成果展示和總結(jié)。

（2）將EWB仿真軟件引入課堂教學。在“電子技術”教學中，筆者增加了學習過程的開放性，將EWB仿真軟件引入課堂，學生可自行選擇對其設計的電路進行仿真，來了解設計正確與否。另外，在介紹一些集成器件的功能及應用時，也可采用EWB進行仿真演示，讓學生更直觀地了解其功能及使用方法。

3.優(yōu)化實驗項目，突出實際應用

傳統(tǒng)的電子技術實驗項目多是一些驗證性實驗，如單管放大電路、反饋放大電路、運放構(gòu)成的線性電路等，都是理論知識的簡單驗證。即使是設計性實驗，也是一些孤立的實驗項目，如數(shù)字密碼鎖設計、全加器設計等，這些實驗都有固定的步驟和設計方法，學生做完實驗后覺得索然無味。為此，筆者對實驗內(nèi)容進行優(yōu)化，實驗項目直接面向工程設計，培養(yǎng)學生的硬件電路系統(tǒng)設計能力。以“太陽能水溫水位控制系統(tǒng)”為背景，將模塊2中的每個課題的設計電路都融合在電子技術實驗項目中，學生設計完電路后可以在實驗時間去實驗室搭建電路，利用實驗室提供的儀器儀表調(diào)試電路，有問題可以和實驗指導老師交流解決。在課程和實驗結(jié)束后，提交“太陽能水溫水位控制系統(tǒng)”完整的硬件電路和仿真圖。

4.考核方式的改革

傳統(tǒng)的理論課考試往往主要以期末一張試卷決定課程的成績，學生只要對照課程大綱完成相應知識點的復習，就能夠獲得好的成績，無從考核學生的動手能力、解決實際問題的能力，導致知識與能力極不協(xié)調(diào)。[5]而CDIO工程教育模式強調(diào)的是學生在工作進程中的能力和素質(zhì)培養(yǎng)，它關注的是“工作進程”而不是“課程”，因此，以筆試成績?yōu)橹鞯脑u價標準已不合時宜。為此，筆者嘗試了分階段按項目任務、進度的評價方式進行，在每一個階段都按照小組完成的任務給出一個合理評價，并指出其不足之處，幫助制訂改進方案，課程結(jié)束時進行小組答辯，最終成績按“階段評價+理論筆試+小組答辯”等來進行評定。

三、結(jié)語

CDIO是一種系統(tǒng)的先進的教育理念和人才培養(yǎng)模式，使知識、能力、素質(zhì)的培養(yǎng)緊密結(jié)合，理論、實踐、創(chuàng)新合為一體。[6]課程改革實踐顯示，基于CDIO模式的教學從過去的“以教師為中心，課堂為中心，傳授知識為目的”傳統(tǒng)教育觀念，轉(zhuǎn)變成“以學生為中心，學生學了要會用”的新觀念，使學生基于一個真實的項目背景產(chǎn)生學習需要，在循序漸進的認識和提高中使學生的設計性探究性活動具有可操作性，親身體驗到了“做中學”的快樂，激發(fā)了學生的學習熱情，而整個工程項目學習過程以小組方式進行鍛煉了他們的團隊合作精神，教學質(zhì)量顯著提高。

參考文獻：

[1]查建中.論“做中學”戰(zhàn)略下的CDIO模式[J].高等工程教育研究，2008，（3）：1-6.

[2]徐吉峰.基于 CDIO 理念的 EDA課程教學模式改革與實踐[J].中國電力教育，2010，（34）：125-126.

[3]徐存東，余麗紅.基于 CDIO 理念的嵌入式系統(tǒng)課程教學改革的研究[J].長春理工大學學報，2011，（7）：178-180.

篇5

作者簡介：張?zhí)m紅（1968-），女，江蘇鹽城人，鹽城工學院電氣工程學院，教授；陸廣平（1974-），女，江蘇鹽城人，鹽城工學院電氣工程學院，副教授。（江蘇 鹽城 224051）

基金項目：本文系鹽城工學院2013年度教改研究項目“基于實踐能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的《單片機原理與接口技術》課程改革”的研究成果。

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）05-0076-02

單片機廣泛應用于工業(yè)控制、汽車電子、機器人、通信、能源與軍事等眾多領域，成為電子技術智能化最普遍的手段，因而單片機課程已成為高校電氣信息類專業(yè)重要的專業(yè)基礎課程。[1，2]但在多年的教學實踐中筆者發(fā)現(xiàn)學生的學習效果并不理想，有些同學在經(jīng)過一個學期的學習后甚至連基本概念都建立不起來，根本談不上進行單片機應用系統(tǒng)設計了。究其原因，最重要的一點是：單片機是一門涉及計算機硬件與軟件的多學科綜合性課程，實踐性極強，[3]但在教學過程中枯燥繁雜的理論知識缺乏一種有效的方式進行及時演示與驗證，使得學生理解與記憶困難。盡管該課程都有實驗，但傳統(tǒng)的實驗教學只有十幾學時，而且受實驗時間與場地等條件限制，一般不能及時進行，因此該課程教學的理論和實踐常常是脫節(jié)的，這導致學生學習困難、興趣低、效率低。如何讓學生通過單片機課程的學習盡快熟練掌握單片機原理及應用系統(tǒng)設計，英國Labcenter Electronics公司開發(fā)的用于電子電路和單片機系統(tǒng)仿真的軟件Proteus解決了這一問題。為提高本門課程的教學效果和質(zhì)量，筆者將Proteus仿真技術用于單片機教學的全過程，做到理論與實踐隨時相結(jié)合。具體做法介紹如下：

一、Proteus仿真在理論教學中的應用

1.建設基于Proteus仿真實例的教材

為了有一本起良好引導作用、實現(xiàn)理論與實踐相結(jié)合的教材，筆者編寫了機械工業(yè)出版社普通高等教育電氣工程與自動化（應用型）“十二五”規(guī)劃教材《單片機原理及應用》，[4]該教材特點為：以51系列單片機為主講對象，加強Proteus仿真實例教學，每學完一個功能結(jié)構(gòu)單元，均給出便于學生實踐的Proteus仿真實例，大部分實例都是獨立完整的單片機控制系統(tǒng)。通過對多個應用實例的仿真操作，使學生及時有效地掌握相關知識點，同時可模仿性地做出自己的系統(tǒng)，使學習過程是一個充滿趣味的過程。當知識點全部學完，學生就具備了初步的開發(fā)單片機產(chǎn)品的能力。

2.設計基于知識點的仿真模型

針對51單片機的所有知識點，筆者都精心設計了Proteus仿真模型。[4]模型設計的原則一是幫助學生明確概念，解決重點與難點問題；二是盡量多與日常生活中的應用實例結(jié)合，加強趣味性與實用性；三是盡量多使用Proteus的調(diào)試功能，讓學生明白單片機工作的詳細過程。下面列舉兩個典型的例子。

（1）中斷及其嵌套一直是較難理解的概念，設計了圖1所示的仿真電路。圖中要求單片機在主程序中控制P1口流水燈循環(huán)點亮，當外部中斷INT0引腳出現(xiàn)負跳變時，P1口全部發(fā)光二極管亮5秒，當外部中斷INT1引腳出現(xiàn)負跳變時，P2口所接的共陰極數(shù)碼管顯示數(shù)字“1”，保持時間為5秒。其中INT1為高優(yōu)先級，INT0為低優(yōu)先級。通過對中斷寄存器的不同設置，該模型既可讓學生觀察在主程序執(zhí)行過程中INT0與INT1分別出現(xiàn)負跳變，即發(fā)生單級中斷時的效果，也可讓學生觀察INT0先出現(xiàn)負跳變、INT1后出現(xiàn)負跳變時的中斷嵌套效果。通過對此仿真實例的編程、調(diào)試與運行，學生就很容易掌握中斷與中斷優(yōu)先級嵌套等抽象概念的含義了。

（2）定時器/計數(shù)器T0、T1的工作原理較復雜，其原理涉及工作模式控制（選擇定時器模式還是計數(shù)器模式）、運行控制（選擇運行還是停止）、工作方式選擇（選擇不同計數(shù)范圍的四種工作方式中的一種）和中斷控制（計數(shù)溢出后如何處理）四部分。為了講解定時器/計數(shù)器的工作原理，設計了圖2所示的電子秒表仿真電路，使它從0～59s不停地計數(shù)。

但在晶振為12MHz的情況下，定時器四種工作方式中定時時間最長的一種也只有65.536ms，達不到1s，要達到1s的延時，只能采用多次中斷的方式。因此實現(xiàn)秒表功能，筆者選擇了定時器/計數(shù)器T0，讓它工作在定時器模式；選擇工作方式1，定時時間為50ms；每隔50ms中斷1次，在中斷程序中修改計數(shù)初值，并使中斷計數(shù)器加1；中斷20次時達到1s，此時在中斷服務程序中除修改計數(shù)初值，使中斷計數(shù)器清零外，還使輸出到數(shù)碼管的數(shù)值加1。

該仿真實例編程時需要對定時器T0的計數(shù)寄存器TH0與TL0、方式控制寄存器TMOD、控制寄存器TCON以及中斷寄存器IE進行設置，用到了定時器的所有相關寄存器及全部控制，可使學生全面掌握定時器的原理與使用方法。

圖2中秒表處于仿真運行狀態(tài)，管腳上的紅、藍、灰塊分別表示管腳電平為高、低和不定狀態(tài)，色塊可以幫助學生分析與調(diào)試電路。

3.進行基于Proteus仿真的現(xiàn)場教學

教師事先根據(jù)教學內(nèi)容準備好Proteus仿真模型，課堂上講解完相關知識點后，就運行Proteus仿真模型，使學生看到實實在在的運行現(xiàn)象或結(jié)果，增強教學的直觀性、生動性和趣味性。

因目前絕大部分學生均有筆記本電腦，所以要求學生將電腦帶進課堂。對于驗證性實例要求學生用電腦與教師同步觀察程序運行時寄存器、存儲器和變量內(nèi)容的變化，觀察電路的工作狀況及控制效果。在課堂上教師還現(xiàn)場指導學生對實例進行編程，設置單片機的特殊功能寄存器，調(diào)試并下載運行程序，觀察運行結(jié)果?，F(xiàn)場教學方式使學生及時理解相關知識點，掌握單片機內(nèi)部功能部件與器件工作原理，領會抽象與復雜概念的含義。

4.開發(fā)用Proteus仿真的小實驗型課后作業(yè)

對C51語言、單片機內(nèi)部的定時/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)、并口、串口及可編程外設的課后練習，筆者都開發(fā)了大量的小實驗型作業(yè)，[4]學生須利用Proteus仿真軟件在自己的電腦上完成硬件電路的連接與軟件程序的調(diào)試。鼓勵學生寫出不一樣的答案，以調(diào)試結(jié)果通過為準。通過大量的課后練習，既促使學生掌握了知識點，也為真正進行設計性與綜合性實驗做好準備。

二、Proteus仿真在實驗教學中的應用

1.進行全設計型虛擬實驗

目前單片機實驗教學中大部分實驗器件以及電路都是預先固定在實驗箱上的，學生缺乏自主搭建電路的機會；同時實驗箱系統(tǒng)大，集成度高，驗證性實驗多，這些均導致實驗過程不清晰。因此筆者要求學生用Proteus軟件進行全設計型虛擬實驗。方法為：每一次實驗前將實驗原理、所需元器件及實驗要求提供給學生，學生首先要在理解原理的基礎上，用Proteus軟件搭接電路、編寫控制程序、編譯并下載到單片機、仿真運行，出現(xiàn)問題后再對電路和程序進行反復修改與調(diào)試，直到出現(xiàn)所需結(jié)果。如此完成一次完整的虛擬實驗的過程接近于實際系統(tǒng)的開發(fā)過程，有利于學生理解和掌握單片機系統(tǒng)設計的原理和方法。

2.利用虛擬實驗來指導實際實驗

進行完Proteus全設計型虛擬實驗后，大部分學生已經(jīng)理解了電路的工作原理，并使用了充足的時間來進行程序的調(diào)試，這樣可以有效地指導實際實驗，保證實際實驗的成功。

進行實際實驗時，學生根據(jù)proteus虛擬實驗結(jié)果，連接實際電路，下載程序并調(diào)試運行，在此過程中讓學生初步體會仿真電路與實際電路的區(qū)別，將更多的精力用來解決實驗中出現(xiàn)的各種實際問題上。有了Proteus虛擬實驗的指導，實際實驗一般會很快完成，剩余時間讓學生進行各種設計性、綜合性實驗，或?qū)⒄n本中的實例拿到實驗儀器上進行驗證等。

三、Proteus仿真在課程設計中的應用

1.選擇Proteus仿真與實際制作均可的題目

因課程設計時間較短，學生的獨立工作能力較弱，為使學生充分體驗單片機系統(tǒng)設計過程，首先由教師在選題上做精心準備，選取一些軟件與硬件兼顧結(jié)合，工作量不是太大，用Proteus仿真模擬和實際制作均可行的題目，如：八路搶答器、滾動顯示的點陣顯示屏、電梯數(shù)字顯示器、電子密碼鎖控制系統(tǒng)、電子琴、交通燈控制系統(tǒng)、波形發(fā)生器、數(shù)字電壓表、溫度顯示器、電子鐘等，以達到先仿真再用仿真指導實物制作的目的。

2.利用Proteus仿真指導實物制作

課程設計要求所有同學都完成印刷電路板作品。為了保證成功率，減少反復修改電路，重新制板等工作量，課程設計組織如下：第一步首先完成相關課題的proteus仿真設計，完成電路原理驗證與控制程序的調(diào)試；第二步根據(jù)Proteus仿真結(jié)果，準備元器件，在多孔電路板上焊接電路，下載程序，調(diào)試實物作品；第三步根據(jù)多孔板實物調(diào)試結(jié)果完成硬件的PCB設計，加工PCB電路板，完成程序的下載與調(diào)試。

3.總結(jié)Proteus仿真與實際電路的差別

通過課程設計，大部分同學均深刻體會到單片機應用設計中Proteus仿真所起的非常有效的輔助作用，但也認識到仿真與實際電路之間還存在差別，部分同學反映課題用Proteus仿真能夠?qū)崿F(xiàn)，在實際電路中實現(xiàn)不了，還必須解決實際電路中出現(xiàn)的各種新問題。在課程設計結(jié)束后，筆者會組織學生討論并總結(jié)Proteus仿真與實際電路的差別，促使學生用好Proteus仿真這個輔助工具。

四、結(jié)束語

筆者將Proteus仿真應用于單片機課程的理論教學，使學生及時有效地掌握了知識點；將Proteus仿真應用于實驗與課程設計，使學生深刻體會了單片機應用系統(tǒng)設計的全過程，同時也認識到仿真不能完全代替實物，在實際應用中會遇到很多新的問題，只有將Proteus仿真和實際單片機應用系統(tǒng)的設計有效結(jié)合起來，才能真正鍛煉自己的單片機軟硬件綜合開發(fā)能力。通過近兩年將Proteus仿真引進單片機教學全過程的實踐，學生普遍反映，該課程教學趣味性高，理解容易，有利于自己實踐和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。有許多同學通過單片機課程的學習，學習熱情被大大激發(fā)，自行購買了元器件或?qū)W習板，借助于proteus仿真的前期開發(fā)，很快做出了新產(chǎn)品，在各種電子大賽、創(chuàng)新課題與畢業(yè)設計中取得了優(yōu)異的成績。

參考文獻：

[1]樓然苗，王世來.單片機實踐教學改革與應用型人才培養(yǎng)[J].中國大學教學，2009，（3）：80-81.