單片機(jī)以其體積小、價(jià)格低、功能齊全、抗干擾性高、可靠性好、易于開發(fā)擴(kuò)展等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化及智能儀器儀表、通信設(shè)備、家用電器等各種設(shè)備儀器中。“單片機(jī)原理及應(yīng)用”也成了工科院校電子信息科學(xué)與技術(shù)、通信工程、電氣工程及其自動(dòng)化等電氣信息類專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課。了解單片機(jī)的工作原理、具備基本的單片機(jī)操作技能，成為當(dāng)代電氣信息類專業(yè)學(xué)生的重要任務(wù)。
一、課程的特點(diǎn)及現(xiàn)狀
“單片機(jī)原理及應(yīng)用”是一門理論和實(shí)踐結(jié)合非常緊密的課程。傳統(tǒng)教學(xué)方式多以課程原理的講解與少量硬件實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，整個(gè)教學(xué)過程始終圍繞基本原理，實(shí)際應(yīng)用知識(shí)只作為點(diǎn)綴，實(shí)踐應(yīng)用講解偏少，不能充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生處于被動(dòng)接受知識(shí)的狀態(tài)。再就對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境的選擇，長(zhǎng)期以來部分教師推崇開發(fā)板（或試驗(yàn)箱）教學(xué)，認(rèn)為*可以滿足基本的實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求，對(duì)單片機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)如IO口、中斷、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的驗(yàn)證能輕松應(yīng)對(duì)。部分教師則認(rèn)為使用開發(fā)板耗材較大，需要不斷地購買新的硬件，認(rèn)為用Proteus來搭建虛擬實(shí)驗(yàn)室，這樣有助于學(xué)生能自主設(shè)計(jì)自己期望的效果，不會(huì)出現(xiàn)硬件短缺的可能性。對(duì)實(shí)驗(yàn)編程語言的選擇也是很多教師爭(zhēng)議的問題，現(xiàn)今大多數(shù)的單片機(jī)教材的編程語言仍是以匯編語言為主，使用匯編語言編程的優(yōu)點(diǎn)在于其所編寫程序的代碼緊湊、執(zhí)行時(shí)間短、便于控制。然而其缺點(diǎn)也是明顯的，由于其缺乏通用性，需要程序編寫人員對(duì)單片機(jī)硬件系統(tǒng)有相當(dāng)深入的理解，且程序不易移植。部分教師則認(rèn)為C語言運(yùn)算速度快、有良好的可移植性、編譯效率高，可以直接實(shí)現(xiàn)對(duì)單片機(jī)硬件系統(tǒng)的控制。此外，該門課程的考核方式也不夠客觀。傳統(tǒng)的考核方式以期末閉卷考試為主，總評(píng)成績(jī)由卷面成績(jī)和平時(shí)成績(jī)按照一定比例計(jì)算得出。其中平時(shí)成績(jī)的評(píng)定標(biāo)尺比較模糊。盡管大多數(shù)教師明確標(biāo)出平時(shí)成績(jī)由上課表現(xiàn)、作業(yè)情況、實(shí)驗(yàn)情況等部分組成，但由于課時(shí)較緊，多數(shù)教師忙于授課，對(duì)具體每位學(xué)生的上課表現(xiàn)無從客觀評(píng)價(jià)。作業(yè)情況亦是如此，由于對(duì)同一具體問題解答大多數(shù)同學(xué)的答題思路基本相似，作業(yè)情況也很難辨別有無抄襲情況。
二、改革思路
為了響應(yīng)教育部提出的工程師培養(yǎng)計(jì)劃，結(jié)合應(yīng)用型本科院校單片機(jī)課程教學(xué)的特點(diǎn)，從2011屆部分電氣信息類專業(yè)學(xué)生開始，本校進(jìn)行了如下改革。
1.精簡(jiǎn)和優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容。單片機(jī)的教學(xué)目標(biāo)是要求學(xué)生掌握單片機(jī)的基本組成及各個(gè)部分的工作原理，在此基礎(chǔ)上繼續(xù)學(xué)習(xí)單片機(jī)的中斷系統(tǒng)、定時(shí)器及單片機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展和通信方法，進(jìn)而能夠完成簡(jiǎn)單的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。在授課過程中，既要照顧到理論的周全，又要結(jié)合應(yīng)用型人才的培養(yǎng)需求，盡可能多地融入一些實(shí)際應(yīng)用。為此，必須打破原有教
學(xué)框架，精簡(jiǎn)和優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，將單片機(jī)課程的核心技術(shù)提煉為若干知識(shí)點(diǎn)，并通過一個(gè)個(gè)具體案例體現(xiàn)出來，引導(dǎo)學(xué)生邊做邊學(xué)，逐步掌握單片機(jī)技術(shù)。例如在介紹I/O口應(yīng)用時(shí)，同時(shí)把系統(tǒng)配置章節(jié)的數(shù)碼管顯示部分講解進(jìn)來，以實(shí)現(xiàn)I/O口控制數(shù)碼管的顯示。
2.選擇C語言編程。在編程語言的選擇上，由于電氣信息類專業(yè)學(xué)生普遍都有C語言基礎(chǔ)，為此本校選擇了C語言作為編程語言，指導(dǎo)學(xué)生掌握C語言在單片機(jī)開發(fā)中的程序設(shè)計(jì)方法。對(duì)單片機(jī)C語言及程序設(shè)計(jì)章節(jié)，不再孤立地講解具體某條指令的含義，而是采用活學(xué)活用的方法，分析某一具體應(yīng)用中需要用到的新的指令，再具體講解其作用及書寫規(guī)范。如當(dāng)學(xué)
生已經(jīng)掌握了LED燈的亮滅控制程序后，及時(shí)的把延時(shí)函數(shù)講解進(jìn)來，即可實(shí)現(xiàn)LED燈的閃爍程序。這樣，學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)點(diǎn)的理解和記憶也會(huì)更加深刻。
3.建立典型案例庫。在整個(gè)教學(xué)過程中，程序的講解一定要遵循由易到難、循序漸進(jìn)的原則。教學(xué)初期，先講解一些如IO口驗(yàn)證、數(shù)碼管、鍵盤識(shí)別類的驗(yàn)證性程序，再由前面知識(shí)的一步步積累設(shè)計(jì)出一些綜合性較強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用。因此，在整個(gè)教學(xué)過程中，典型案例庫的建立是*的。依據(jù)本校電氣信息類專業(yè)對(duì)“單片機(jī)原理及應(yīng)用”課程教學(xué)內(nèi)容的要求，結(jié)合筆者自身實(shí)際教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，把單片機(jī)案例庫教學(xué)內(nèi)容大致分解為三大模塊，詳見表1，并依據(jù)案例庫，設(shè)計(jì)出相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)手冊(cè)。表1所列試驗(yàn)并非要求每位學(xué)生都要*掌握。在教學(xué)過程中，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況分層次是*的，針對(duì)不同層次的學(xué)生設(shè)置不同的培養(yǎng)目標(biāo)。
4. 采用開發(fā)板和仿真軟件相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式。在對(duì)學(xué)生分層培養(yǎng)目標(biāo)下，實(shí)驗(yàn)教學(xué)可采用開發(fā)板和仿真軟件相結(jié)合的教學(xué)方式。對(duì)基礎(chǔ)培養(yǎng)型學(xué)生，僅要求其掌握到案例9的內(nèi)容，其實(shí)驗(yàn)環(huán)境采用開發(fā)板進(jìn)行教學(xué)。對(duì)于興趣較濃的學(xué)生，期待設(shè)計(jì)出更多綜合性較高、具有一定實(shí)用價(jià)值的單片機(jī)系統(tǒng)，則需要一個(gè)長(zhǎng)期培養(yǎng)的過程。要達(dá)到這樣的培養(yǎng)目標(biāo)，應(yīng)在完成單片機(jī)課程學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，利用開放實(shí)驗(yàn)、大學(xué)生科研項(xiàng)目、畢業(yè)設(shè)計(jì)或者電子競(jìng)賽等方式進(jìn)行強(qiáng)化訓(xùn)練，讓學(xué)生在長(zhǎng)期的訓(xùn)練中，能夠在熟悉的知識(shí)環(huán)境中逐步設(shè)計(jì)并增強(qiáng)其實(shí)際應(yīng)用的能力。在此期間，為了避免出現(xiàn)硬件短缺的情況，對(duì)這部分學(xué)生，還應(yīng)引入Proteus單片機(jī)系統(tǒng)虛擬仿真軟件的教學(xué)，用虛擬單片機(jī)系統(tǒng)來替代實(shí)際硬件電路，把程序運(yùn)行于虛擬的MCU上，使軟件調(diào)試不再依賴于實(shí)際的硬件電路，當(dāng)仿真結(jié)果達(dá)到系統(tǒng)預(yù)期目的后，再進(jìn)行實(shí)際硬件電路的制作。仿真軟件的使用讓學(xué)生能夠更加靈活、深入地學(xué)習(xí)單片機(jī)知識(shí)。
5.加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)考核在平時(shí)成績(jī)中的比重。傳統(tǒng)的考核方式以期末閉卷考試為主，總評(píng)成績(jī)一般由卷面成績(jī)和平時(shí)成績(jī)按照一定比例計(jì)算得出。其中平時(shí)成績(jī)中的上課表現(xiàn)、作業(yè)情況受到一些客觀條件的限制，教師很難做出客觀評(píng)價(jià)。教師可以抓住實(shí)驗(yàn)教學(xué)的機(jī)會(huì)，把案例庫中的內(nèi)容分解到每次實(shí)驗(yàn)中，在每次實(shí)驗(yàn)中，布置3—5個(gè)小實(shí)驗(yàn)，并對(duì)每位學(xué)生的實(shí)驗(yàn)情況及時(shí)做出評(píng)價(jià)。通過加強(qiáng)對(duì)學(xué)生平時(shí)實(shí)驗(yàn)的考核，能得出更為準(zhǔn)確的平時(shí)成績(jī)，從而對(duì)學(xué)生做出更為客觀的評(píng)價(jià)。
采取上述措施后，經(jīng)過三年多的教學(xué)實(shí)踐，學(xué)生普遍反映《單片機(jī)原理及應(yīng)用》不再是一門枯燥難懂的課程，學(xué)習(xí)有了更大的興趣，能夠更好地掌握并應(yīng)用其所學(xué)的知識(shí)。同時(shí)，通過眾多的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，學(xué)生也容易將課堂知識(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。很多學(xué)生主動(dòng)利用所學(xué)的單片機(jī)知識(shí)申報(bào)了相關(guān)的大學(xué)生科研項(xiàng)目和參加了各類電子競(jìng)賽，并取得了不錯(cuò)的成績(jī)。此外，在畢業(yè)設(shè)計(jì)選題方面，選擇單片機(jī)設(shè)計(jì)方面的學(xué)生也越來越多。