基于单片机的课程设计范文

导语：如何才能写好一篇基于单片机的课程设计，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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【关键词】汽车单片机 课程设计 CDIO

【中图分类号】G 【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2015）12C-0067-02

近年来，随着国际工程教育改革的不断深入，CDIO工程教育模式应运而生。其中，C（Conceive）构思，主要包括商业计划、发展理论、技术程序制订和市场需求分析，企业战略及规则制度建立;D（Design）设计，主要包括工程进度及实施方案设计制订等;I（Implement）实现，主要指将设计方案转化为产品成果的过程，包括设计方案的确认、程序编码、样品测试及成品制造;O（Operate）运作，主要指对系统进行改进、修订和淘汰，对产品前期程序进行评估的过程。CDIO工程教育模式的核心理念来源于工程产品系统的生命周期，其核心思想是强调学生掌握扎实的工程基础理论及专业知识，在此基础上将教育过程运用到工程实践的具体领域中，整个人才培养过程注重团队协作和创新能力训练，为培养新一代高水平、高素质的工程师打下扎实的基础。

根据桂林航天工业学院汽车服务工程专业和车辆工程专业课程特点和人才培养方向，并结合用人单位人才需求标准，融合CDIO课程教学大纲，借鉴CDIO检验测评标准，对教学大纲进行整合，设计出更具实践性、合理性、针对性的汽车单片机课程设计项目，将所要学习的知识巧妙地隐含在项目任务之中，引导学生边学边做，独立或协作完成相应的项目学习任务。项目通过1年的研究和实践，逐步形成一套切实可行的有利于学生工程实践能力提高的人才培养模式。

一、传统的汽车单片机课程设计中存在的问题

汽车单片机课程设计是汽车服务工程专业的一门独立专业实践课。从学科性质上看，它是一门专业理论和专业技能结合的综合实践课程;其任务是使学生获得就业前必备的综合专业技能，为学生走上工作岗位打下良好的专业基础。传统的汽车单片机课程设计采用的是在现成的PCB电路板上完成元器件焊接组装调试等任务，这种模式存在以下问题：

（一）课程设计题目选择缺少针对性

交通灯控制电路，抢答器控制电路，电子钟控制电路等传统的单片机题目，对汽车专业的学生来讲针对性不强，没有将单片机技术与汽车电子控制技术有机结合起来，不利于学生对课本上控制原理的理解与掌握，没有达到“学以致用”的目的。

（二）课程设计教学模式缺少创新性

由于学生没有参与电路板的设计，而是在PCB电路板上直接焊接组装成套器件，这种机械式的实践模式，不利于学生对汽车电子控制产品设计和创新能力的培养，不利于今后从事产品的开发和技术革新，没有达到“融会贯通”的目的。

（三）课程设计能力培养缺少全面性

由于缺少PCB电路板设计制作环节，学生无法从源头了解掌握现代电子产品设计制造技术，并且对所焊接出的电路板进行调试与故障分析时，往往都会束手无策，完全依赖老师，这样不利于培养学生分析和解决问题的能力，没有达到“追本溯源”的目的。

二、基于CDIO理念的课程设计改革与实践

综上所析，传统的汽车单片机课程设计的培养模式不能有效提高学生设计、创新以及分析解决问题的能力，因此基于CDIO理念，以项目的“C构思-D设计-I实现-O运行”的全生命周期为导向，如图1所示方案对汽车单片机课程设计进行改革与实践。

图1 汽车单片机课程设计改革与实践方案

（一）培养学生构思能力

在题目的选择上具有涵盖性，面向汽车电子控制系统多方面的单片机应用，学生能够完成整个知识体系的学习;具有完整性，每一个项目都是一个完整的单片机最小应用系统的设计开发，学生能够通过该项目的学习，实现理论与实践相结合;具有设计性，能让学生举一反三，以达到某一控制功能为目标，采用不同的设计方法;具有创新性，根据题目要求利用课本所学知识自由发挥;具有趣味性，贴近实际，能够调动学生对汽车电子控制相关知识的学习兴趣，使学生主动完成知识的学习。根据以上原则，确定出课程设计题目如表1所示。课程设计开始之前，提前一个月公布课程设计题目，通过适当的安排和组织，学生可根据题目组成5-6人的团队，并且给各团队充分的自由，让团队成员集思广益，提出题目构成想法，并可参考指导老师的建议共同完善。由于构思时间充分，团队成员群策群力，最后在课程设计开始时可得到最佳的项目方案。

表1 汽车单片机课程设计题目

编号 题目名称

1 汽车车窗控制电路设计

2 汽车车灯控制电路设计

3 汽车发动机点火模型控制电路设计

4 汽车发动机喷油模型控制电路设计

5 汽车发动机转速测量电路设计

6 汽车冷却液温度测量电路设计

（二）培养学生设计能力

在确定题目方案后，就要根据题目对相应控制电路进行具体设计。首先利用 Proteus 和 Keil 两款软件的联调来完成控制电路的仿真设计，虽然能看到虚拟仿真的运行结果，但是仿真环境过于理想化，许多电路设计出现的实际问题在仿真中是遇不到的，理想仿真结果与产品实际的运行结果之间存在很大偏差。为了有效避免仿真设计的缺陷，利用实验室的单片机开发板实现硬件电路的设计与调试，这样大大提高了设计效率。

（三）培养学生实现能力

所设计的电路在仿真软件及硬件开发板运行通过后，在PROTEL软件上绘制控制电路原理图并生成相应的PCB文件图打印出来，利用制板机将PCB图转印在铜板上，使用盐酸和双氧水等腐蚀剂对铜板进行腐蚀，利用钻孔机对电路板打孔，并将事先准备好的元器件手工焊接在电路板上。这一环节使学生能够正确识别和使用元器件，掌握了手工制板并进行相应电气连接，按照电路功能模块进行调试，能够有效分析和排除相应故障，最终实现题目相应功能。

（四）培养学生运作能力

在完成题目要求的设计任务后，也要做好软硬件实物的展示工作，课题项目负责人作为主讲人，团队成员协助课题演示，对题目的设计方案、研究思路、关键技术、工作原理、研究成果、存在的问题等内容等进行公开汇报，在此过程中，指导老师及其他同学可以不时提问，这样互动问答可以巩固学生对相关知识的理解和综合运用能力。

三、课程设计改革的实施效果

对汽车单片机课程设计改革方案我们实施了一年，新方案得到我院2012级汽车服务工程本科专业学生的支持和欢迎，取得了很好的教学效果。

激发了学生的学习兴趣，他们主动参与热情非常高，在整个课程设计期间实验室使用率非常高，学生考勤率很好，特别是当其作品通过验收后，学生充满成就感，图2为汽车车灯控制电路实物作品。

在本课程设计要求学生利用单片机完成与汽车电子控制技术相关实用电路的设计，通过在Proteus软件及实验开发板上进行试做调试成功后，再进行印制电路的设计制作并完成产品的装配、调试、检测，从中对学生进行产品设计、制作、工艺等方面的一系列综合训练。

图2 汽车车灯控制电路实物作品

【参考文献】

[1]朱向庆，胡均万，增辉，等.工程教育模式的微型项目驱动教学法研究[J].实验技术与管理，2012，29（11）

[2]曹海平，管图华.基于CDIO理念的电工电子实训教学改革与实践[J].实验室研究与探索，2013，32（1）

【基金项目】2015年度广西教育厅教改B类项目（2015JGB436）;2014年度广西高等教育教学改革工程项目（2014JGZ152）;2014年度广西壮族自治区教育厅立项项目（LX2014466）;2013年度桂林航天工业学院校级教学改革研究项目（2013JB11）

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关键词：工学结合；单片机课程；开发与建设

一、单片机课程的性质与作用

单片机是工科应用电子技术、电气自动化、机电一体化等专业的一门专业课，它是为从事电子产品、机电产品的生产与研发企业培养具有单片机应用产品设计、分析、调试和制作能力的实践型人才而开设的课程。图1是以应用电子技术专业为例，从职业岗位能力、典型工作任务等方面阐述单片机在专业课程体系的地位。《单片机应用技术》是应用电子专业的核心课程，并且是综合性很强的实践课程，需要综合《电子应用技术》等其它专业核心课程的知识和技能，结合单片机的应用技能，解决电子产品生产制造领域的实际问题。单片机课程学习的最终目的是用来设计电子产品或机电产品，它培养的目标是本专业较高层次职业岗位的需要：电子产品设计与开发。

二、单片机应用技术课程开发与建设的基本做法

1.立足电子产品设计开发岗位，以产品设计过程为抓手开展课程建设。单片机课程在行动领域的职业能力（岗位）主要体现在：单片机应用产品的硬件设计能力、软件编程能力和检测调试能力。这三者之间内在联系紧密，电子产品功能的实现需要通过对硬件、软件的综合调试才能实现，三者有机地融汇于产品设计开发过程中。通过产品的设计制作过程可以使三者得到系统的培训。单片机应用技术的工作课程实质上就是用单片机设计产品的过程。［1］

2.校企合作，共建课程。我们深入淮安市经济技术开发区大型电子企业（引进的外资企业：富士康电子科技有限公司、达方电子有限公司等）以及本地有实力的电子企业（洪泽瑞特电子设备有限公司、金湖红光仪表集团有限公司等），与这些企业生产一线专门从事单片机产品研发的工程技术人员共同探讨怎样培养职业岗位能力，使它更能贴近职业岗位的需要，研究制定课程标准、授课计划以及课程建设的项目，并聘请他们担任实践教学的老师，指导学生毕业设计，和校内教师共同组建课程建设小组。同时调查了解本专业学生在企业的工作情况，与毕业生座谈交流，通过他们的切身体会，对我们以往的课程建设提出建设性的宝贵意见。

3.构建职业能力、职业素质和工程意识三者合一的能力培养模式。电子产品的设计开发不仅仅是一个产品的开发过程，对企业来说还是一个企业行为，是一个系统工程，与实验室里开展的实验项目有本质的不同，不仅需要学生具备相应的职业能力，还需具备必要的职业素质和工程意识。根据单片机产品开发过程推演出的职业能力有：产品的功能分析与分解、资料的检索与使用能力、单片机资源的调配能力、硬件电路的设计能力、编程软件的使用能力、程序设计与调试能力、产品的制作调试能力以及技术文件的编制能力等。职业素质是基于企业文化推演出的严谨规范、团结协作、拓展创新等职业素养，基于工程推演出了成本、安全性、可靠性、节能环保等工程意识，并将这些职业能力、职业素养和工程意识融入我们的教学当中，构建三者合一的能力培养模式。图2为职业能力、职业素质和工程意识三者合一能力培养模式结构图。

三、系统化学习情境设计与实施

1.系统化学习情境设计。从企业单片机应用产品的开发过程提炼出的任务环节依次为：产品的功能分析与方案设计、器件及资料准备、功能电路设计、功能程序设计、产品功能硬件软件联合调试、产品制作、产品测试，这是一个完整的系统工程。工作过程行动导向课程体系也要求学习情境是一个完整的项目制作［2］，两者在内涵上是一致的。我们选取三个电子产品，以它们设计开发的过程为载体，结合单片机的知识点和应用技能组织教学内容，构建系统化的学习情境。三个产品是：循环流水灯（以霓虹灯位原型）、电子钟（以电子表为原型）、温度测量控制系统（测量控制是单片机最广泛的应用）。由简单到综合，分别对应于单片机学习过程中的三个阶段：“入门”、“基础”、“拓展”。三个学习情境的实施过程在步骤上是重复的，在内容上是包含递进的，是一个螺旋上升的学习过程，符合人的认知规律。图3为以产品设计制作过程为载体设计的单片机课程系统化学习情境，学生通过三个阶段的学、做、练一体的训练，可以达到单片机应用产品开发应用岗位职业能力的要求。

2.学习情境的组织实施。为便于课堂教学的组织实施，依照单片机应用产品设计开发的环节，结合单片机知识点和应用技能将每一个学习情境分解为几个学习任务，如表1所示。在每个任务里学习相关的单片机知识点，进行相应的实践制作活动，完成相应的职业能力、职业素养和工程意识的训练，每个学习情境最后的学习任务都是对前面任务的综合。每个学习任务都按照“资讯、计划、决策、实施、检查、评估”工作过程步骤实施教学，在“做”中“学”，在“学”中“练”［3］，以练促学，全面提高学生单片机的应用能力。

3.考核评价。对学生学习情况的评价考核分为两部分：过程考核和综合考核。过程考核是在每个学习任务实施过程中进行现场考核，对每个学习任务编制详细的过程考核表，内容包括：知识点、应用技能、学习态度和效果，考核方式采取学生互评和老师检查评价，最后由老师综合考核情况给出过程考核的成绩，过程考核成绩占总成绩的70%。综合考核是在所有学习任务完成后，通过以其它电子产品的设计为课题，给出产品的功能要求和技术指标，由学生按照单片机应用产品的实施环节写出的完整实施过程报告，以检验学生对单片机知识的掌握，综合运用能力和创新思维，综合考核成绩占总成绩的30%，由老师评定。

参考文献：

［1］ 姜大源.关于工作过程系统化课程结构的理论基础［J］.职教通讯，2006，（1）：7-9.

［2］ 王朝霞.“基于工作过程以行动为导向”的学习领域课程方案设计［J］.教育理论与实践，2009，（1）：48-50.

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［论文摘要］文章分析了电子信息工程专业单片机原理与接口技术课程教学的现状，认为提高设计性实验开设的质量是教学改革的重点，指出设计性实验开设中要注意理论与实验的衔接、验证性实验与设计性实验的衔接、课堂与课外的衔接，并不断完善适合设计性实验的评价体系，提高人才培养的质量。  

电子信息工程专业作为实践性、应用性非常强的理工科专业，学生必须具备扎实的基础理论知识，具有较强的实验技能，今后才能顺利地从事电子设备和信息系统的维护和研发。要实现这个目标，必须十分重视相关课程的建设，搞好实验教学改革。而单片机原理与接口技术课程作为电子信息专业的一门专业主干课程，其应用性非常强，设计性实验开设质量对于学生今后就业、工作至关重要。

一、教学现状

单片机原理与接口技术课程是电子信息工程专业核心课程之一，理论的重要性不言而喻，但在实验教学方面大都还是停留在传统的实验模式上，离培养学生实践动手能力和创新精神还有差距。很多学生反映，课程学习下来理论基本掌握了，验证性实验也能顺利完成，但要真正完成一个实际项目时，却无从入手。出现这种现象原因是多方面的，笔者认为主要有：

1.教学模式方面的原因。传统教学方式中，教师主要注重于理论的完整性和知识结构的完备性。理论上从单片机的结构讲起，然后讲汇编指令和c语言编程，再讲硬件接口及相关的程序编写，最后讲一两个实例，课时也就差不多用完了，再想讲其他东西就没有时间了。实验也注重基本原理和基本方法的训练，为了让学生认识单片机的基本组成和基本指令，所开出的实验就占了大部分实验课时，最后只能做几个综合性实验或做一个简单的设计，这样就结束了整个课程的学习。

2.教师方面的原因。自从高校扩招以后，学生的数量剧增，而教师并没有同比例增长，教师承担的课时量太大，教学压力过重。具体到单片机原理与接口技术这类专业性和实验性都非常强的课程，存在着精力投入不够的问题。如果要改革实验教学的模式，以设计性实验为主的话，教师就要投入非常多的精力。

3.评价体系方面的原因。就评价体系而言，目前通行的仍然是以分数的高低来评价学生学习成绩的好坏。一般采用平时成绩、实验成绩、考试成绩各占总成绩的一定比例来得到学生课程的最后得分。对有些课程来说这种方法是比较科学的，但对单片机原理与接口技术课程，就会存在这些问题：学生成绩不低，但一旦面临实际问题时，无从入手，没有达到本课程的教学目标。

二、解决对策

为提高单片机原理与接口技术课程教学质量，培养学生解决实际问题的能力，笔者认为，提高设计性实验开设的质量是教学改革的重点，应该从以下几点来改革：

1.教学模式。提出和采用新的教学模式，实验开设要特别注重开出的设计性实验质量。新的教学模式主要包含理论教学和实验教学两个方面。在理论教学中，单片机的结构和基本指令讲解要精，应通过实例来将相关的知识串起来，力求通过具体实例的讲解达到以较少的理论课时就让学生真正掌握单片机的结构和指令的目的。在实验方面，则采用以开设设计性实验为主、验证性实验为辅的方法，并提高实验课的课时数。适量开设验证性实验，在课堂内只做1～2个，而将大部分实验内容放在课堂外，由学生通过开放实验室单独完成。增加较多的设计性实验，供学生选做，在教师精心指导下，让学生在课外准备，课内完成，切实提高学生的实战技能。

2.教师自身的定位。教师应自觉提高自身做项目的能力，并保证足够的精力投入到教学中去。教师要注重平时积累，一方面，要自己动手，精心制作好几个作品。另一方面，也可以通过提出选题，指导学生去做，将完成后的作品及文档全部存档。只要通过2～3年的积累，就可以形成难度、层次区分较为合理的项目选题库和作品库，既为后续班级的教学创建了良好的条件，对后续学生的实验起到示范和引领作用，又为今后的教学工作减轻了负担。要做好这些，就要求教师充分明确自身职责，牢固树立以教学为中心的观念，保证有足够的精力投入教学中。

3.评价体系。作为评价体系，要改变传统的基本是以分数论英雄的模式。单片机原理与接口技术课程如果只是掌握了一些理论知识而没有实战能力，分数再高都不能算是学好。作为对学生的评价，笔者认为一定确立以实践能力为主体的评价体系，通过对学生做的项目难易程度、项目完成的效果等验收情况来给出合适的评价。

三、设计性实验开设与评价体系建立中要注意的几个问题

想搞好单片机原理与接口技术课程建设，提高学生的实战能力，就要以设计性实验的开设为重点来进行整体设计。笔者认为需要特别注意抓好以下四个衔接：

1.理论与实验的衔接。理论教学是单片机原理与接口技术课程教学中必不可少的组成部分，但其开设方式不能采用传统的教学方法，而应设计出一种项目教学或称为专题讲授的形式来进行。首先，要讲透基础部分，笔者认为可以分成单片机的内部结构、单片机的指令系统、程序编写的基本思想、硬件接口构建等四个专题进行。其次，要针对课程特点，做好五个简单项目，如外部中断的使用、定时器中断的使用、并口的扩展、串口通信、ad和da转换。最后，要对相关知识点全面整合，综合演练，实战2～3个较为复杂的综合性项目，进行原理图分析、算法设计和程序分析，并制作出作品进行演示。按这种思路设计，理论教学大致课时数为36～48个课时，实验课时数为24～36个课时。

据此分析，实验教学则应充分重视设计性实验的开设。与理论教学相对应，每讲完一个项目，就要依托该项目开设一个设计性实验，每个实验3～5个课时。通过简单的5个项目和较复杂的2～3个项目的训练后，学生能掌握单片机开发和设计与实物制作的基本方法和技能。当积累了2～3年后，有了很多已成功的项目可参照时，不同的学生就可以选做不同的设计性项目。在进行单片机原理与接口技术的课程设计时，则应要求学生在设计性实验的基础上进一步深化，将多个部分综合在一起设计制作一个更复杂、具有较完备功能的实际系统。这是一个由理论出发，通过基础实验、简单的设计性实验、复杂的设计性实验，最后完成复杂的课程设计过程，符合循序渐进的教学规律，实现了该课程理论与实践的完美结合。在此过程中，设计性实验的开设基本覆盖了单片机原理与接口技术课程的所有知识点，使学生牢固掌握基本理论，熟练掌握基本设计思路，综合应用基本设计方法，从而达到学以致用的根本目的。

2.验证性实验与设计性实验的衔接。验证性实验是指为验证已经学习过的理论知识所设置的实验；设计性实验是指给定实验目的要求和实验条件，由学生自行设计实验方案并加以实现的实验。验证性实验作为一种传统的教学方法，在现在的实验教学中也还有一定的作用，可为设计性实验的开设提供一些必要的基础。现在的验证性实验一般是在相应的实验箱上完成，通过开设1~2个验证性实验可让学生了解单片机的基本构成和基本工作原理，所以在开设设计性实验前开设验证性实验是非常必要的。同时，一些设计性实验的开设可在实验箱上对验证性实验进行改造而成，特别是对于开始的简单的设计性实验更是如此。比如一些验证性实验，所有的电路硬件在实验箱中是现成的，同时给出相应的实验程序范例，学生就可以在实验箱上进行验证，对所做实验的功能进行分析。教师只需要在理论教学时将程序流程图和涉及的算法讲述清楚，最后要求学生去编写程序，然后再进行功能验证即可。采用这么一种由验证性实验作为基础并进行改造的方法对于以基本原理的掌握为目标的简单的设计性实验具有很强的可操作性，有利于验证性实验到设计性实验的自然衔接。

3.课堂与课外的衔接。设计性实验开设要做好课堂与课外的衔接。因为设计性实验是要学生自行设计实验方案并加以实现的实验，所有的实验方案不可能仅在几个课时的实验课上完成，主要工作要在课外完成。一方面，实验方案的制订、原理图的设计、实物的制作等主要在课外完成，实验课中主要是在教师的指导下进行调试和测试。另一方面，设计性实验很难一次性成功，往往需要多次尝试、反复修正才行，这些必须在课外完成。要使设计性实验真正达到较好的效果，除了在理论教学中要注重和实验教学衔接外，课外的衔接尤其重要，要做好实验室开放，让学生在课外能够较方便地利用实验室的资源，也应鼓励学生采购一些比较简单的单片机开发工具，如简易开发版、烧录器等。

4.评价标准的再定位与评价体系建立的思路。验证性实验往往只涉及一门课程的一个章节或一个知识点的内容，学生通过验证性实验，可以使所学理论知识具体化和形象化，加深对所学知识的理解与掌握，培养基本动手能力。设计性实验突出它的自主设计性，可以是单一知识的运用，也可以是多知识点的综合运用，给出实验目的、要求和实验条件，由学生自行设计实验方案并加以实现，所以设计性实验带有试探性、研究性，在时间上也需要课内与课外相结合。

由于验证性实验与设计性开设的目标不同，所以最终的考核方式也不同。对于验证性实验，教师可以直接根据学生所做的实验报告评判其实验成绩。传统的做法是百分制。一般每个实验成绩包括三个部分：实验预习（20分）、实验操作（40分）、实验报告（40分）。使用传统的百分制，可以评价学生是否掌握了基本理论和设计方法。但设计性实验所涉及的知识点数量不同，综合运用的效果不同，设计方案是否得当，步骤是否简易可行，实验的成本、效率是否令人满意等等，都不能一概而论，因此需要结合各方面进行综合的评定。设计性实验的考核要贯穿这样一个原则：淡化结果，注重过程。对于设计性实验我们更重视学生在整个设计过程中的表现，而测定结果只作为考核的次要因素。学生在设计方案中是否有独到新颖的想法，整个实验思路逻辑是否清楚，实验过程是细节严密还是顾此失彼，结果是否可信等都是评定设计实验成绩的重要因素。考核中要充分鼓励和肯定学生在设计过程中所表现出的敢于挑战、主动学习、大胆创新的精神，以及由此带来的思维水平和实践水平的全面提高。

因此，设计性实验不宜采用传统的百分制，笔者认为，宜采用优、良、中、及格、不及格5个档次来进行评定。首先明确“优”和“及格”的标准，在“优”的标准下，适当下降一点作为“良”的标准，“及格”标准高一点作为“中”，达不到“及格”标准的就判定为“不及格”。比如，每一个项目都设定多个指标，完全达到指标并有所创新的评为“优”；完全达到指标而无创新的可评为“良”；实现主要指标可评为“中”；实现部分指标，能体现设计者掌握了基本相关基础知识则可评为“及格”；没有实现任何指标，或没有做的评定为“不及格”。这样就应在设定实验指标上着手，针对具体的实验进行不同的设定，才能比较准确地定性评价学生的实验能力，这一点仍需在实践中不断探索和改进。

四、结语

单片机原理与接口技术课程是电子信息工程专业至关重要的专业核心课程之一，必须更加重视设计性实验教学的改革，提高设计性实验开设的质量，做好理论与实验的衔接，验证性实验与设计性实验的衔接，课堂与课外的衔接，完善设计性实验的评价体系，才能培养出符合社会发展需要的高素质人才。

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关键词：C+PROTEUS；科技创新；单片机综合设计

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）30-0094-02

《单片机应用技术》课程是一门理论与实践性均很强的学科，是工科电类专业一门很重要的专业基础课，它将数字电路和模拟电路的基础知识、汇编语言及C语言编程技术、通信原理和微处理器知识等综合在一起，属于技术性、工程性、实践性很强的一门课程。

《单片机原理及应用》课程的特点是涉及硬件结构复杂，涉及知识面较广，经常涉及到电子技术基础、电路原理及编程C语言等知识，因此，要想将课堂所学的单片机系统结构及应用技术与所学知识有机融合，能够在实践中游刃有余地应用，还需要反复的实际设计与实践。针对《单片机原理及应用》课程抽象难学，尤其难于应用于实践开发的现状，我们在教学中注意做到理论联系实际，将课堂教学与科研开发和科技创新紧密结合。

在课堂教学中，初期阶段，采用C+PROTEUS的教学模式，引导学生应用C语言编写应用驱动程序，然后在PROTEUS环境下仿真运行，逐步理解和领会单片机的设计思路。在综合应用阶段，通过引入实际工程应用实例，接触实际科研项目中设计开发产品，使学生了解所学知识的应用价值，激发学生的学习兴趣，深化学生对知识点的理解。

在实践环节，由专业课教师指导，学生设计为主，带动学生自己设计单片机课程的实验开发平台，并在所设计的开发系统基础上，增设大量综合性、设计性实验，启发学生的思维，以提高学生综合分析问题和解决问题的能力。同时，在大学生科技创新和各类电子设计竞赛活动中，积极引导学生应用所学单片机技术进行开发设计，进而培养学生实践能力、创新能力。

通过上述各个环节，分层次、分阶段，层层深入，真正在单片机课程教学中做到理论与实践紧密结合，真正实现提高学生应用单片机技术解决实际问题能力，进而探索一条在课程教学中如何提高大学生科技创新能力的可行之路。

一、改革教学环节

1.初期的课堂教学中，将C语言与PROTEUS软件有机结合，提高学生对单片机的实际应用能力。从目前单片机技术应用层面上看，对单片机系统的开发一般采用C语言完成，因此，在课堂教学中强化推广采用C语言进行编程设计的技术，并逐步取代原来采用汇编语言进行设计的模式。从而，提高学生对单片机技术的实际应用水平。PROTEUS软件是一种近年来逐渐流行的单片机系统设计的专业仿真软件，可以仿真51系列、AVR、PIC等常用的MCU，并提供周边设备的仿真，例如373、led、示波器等。Proteus提供了大量的元件库，有RAM、ROM、键盘、马达、LED、LCD、AD/DA、部分SPI器件、部分IIC器件，编译方面支持Keil和MPLAB等编译器。在单片机教学初期，采用C语言+PROTEUS仿真的教学模式，引导学生应用C语言编写应用驱动程序，然后在PROTEUS环境下，绘制原理图并仿真运行，观察设计效果是否正确，发现问题在修正编写的C语言程序，如此反复，逐步提高学生控制单片机和设计单片机系统的能力。

2.综合应用阶段，通过工程设计实例，深化学生对知识点的理解。作为多年从事单片机课程教学的教师，具备多年来单片机开发与实践的工作经验，在应用单片机技术进行智能仪器仪表开发上有许多成功的设计项目，如基于单片机系统设计的大庆油田的井地电位成像监测系统、开关磁阻电机设计、过套管电阻率测量仪开发设计等等，都是应用单片机处理器进行设计的，在课堂教学中，结合上述实际开发项目，讲述单片机的设计及应用技术，使学生直接接触实际科研项目中设计开发产品，深化学生对知识点的理解，认识到所学知识的应用价值，从而，激发学生的学习兴趣，启发学生思维。以单片机中应用IO端口控制数据采集芯片为例：模数转换器是实际工程应用中较为常用的一种数据采集芯片，目前，主流的控制数据采集芯片的技术是通过单片机IO引脚控制方式实现，通过单片机的引脚模拟数据采集芯片的工作时序，再通过C语言编程，完成对数据采集芯片的控制。在学习中，学生对于模数转换芯片的工作时序图始终感到很抽象，因此，在编程设计上往往不知从何入手。我们在教学中，结合横向科研项目“过套管数据采集”中数据采集，通过实物演示、数据读取实际设计案例讲解，从工程数据采集需求，到硬件电路设计原理，以及最终程序上的编程实现，在讲解中，学生不仅了解了数据采集芯片的工作时序逻辑，而且也能够独立应用单片机IO端口进行数据采集接口的设计。

二、改革实践环节

1.在单片机课程实验内容上更多增设综合性、设计性实验，提高系统设计能力。由专业课教师指导，学生设计为主，更多增设综合性、设计性实验，以提高学生的系统设计能力。预计增加设计性、综合性实验：8_8LED点阵扫描输出实验、直流电机正反转调速实验、基于I2C通信接口的数据采集显示实验和基于串行通信接口的智能远程数字钟实验等。通过大量综合性设计性实验，要求学生自行设计电路，编写驱动控制程序，不仅可以帮助学生加深对单片机知识结构的理解，而且可以提高基于单片机处理器的系统设计能力，培养学生的实际动手能力、学习兴趣和创新精神。

2.强化单片机综合课程设计环节，提高应用单片机综合设计能力。在完成单片机基本课程及实践基础上，对机电、自动化、仪器类专业应强化安排综合课程设计，以课题项目的形式要求学生组队共同完成，采取开放式管理的模式，在2～4周内，首先运用所学电子技术基础知识，查阅相关文献资料、电子线路参考设计手册、电子元器件手册，进行电路设计、程序编制，在设计过程中，锻炼自己熟练掌握和使用先进的计算机电路仿真软件工具，提高设计效率；其次进行电子市场调研、购买相应元器件，完成电路设计制作、功能调试、参数测定、写出设计总结报告；最后由教师组织全班进行设计交流、现场功能演示和提问答辩，同时教师完成每组的成绩评定和设计总结，为下次的课程设计提出合理化建议。在课程设计的选题上，发挥广大教师的积极参与，不断对课程设计的题目进行更新，修改课程设计的内容，增加设计性、综合性设计内容。目前，开设的新增加的课程设计题目包括：模拟交通信号灯控制系统；基于P89C51RD2单片机数据采集板卡设计实现；基于凌阳单片机的音乐播放器设计开发实例；公交语音报站播放器设计；简单计算器设计实现；通过大量新颖的具有高技术含量的综合设计，充分调动学生的热情，让学生从实验中既学到知识，由学会探索问题进而解决问题，发挥潜能，提高创造能力。

3.积极引导学生将所学单片机技术应用于大学生科技创新和各类电子设计竞赛活动。单片机技术是现代电子系统设计开发的主流技术，在科技创新和电子设计竞赛中应用这些技术，往往有事半功倍的效果。鼓励单片机课程学习好的同学积极参与科技创新和电子竞赛，应用单片机技术进行相关项目和题目的设计，以2013年为例，我校学生参加北京市电子设计竞赛，设计中采用单片机技术进行设计开发，获得二等奖2项、三等奖3项，为学校争光。通过学生间影响，激发学生学习单片机技术的热情，形成一个较好的学习氛围。

三、结束语

单片机原理及应用课程是一门应用性和实践性很强的专业课，把握课程特点，了解学生理解上的薄弱环节，通过课堂教学和实验环节的改革与创新，各个环节，分层次、分阶段，层层深入，真正在单片机课程教学中做到理论与实践紧密结合，激发学生学习的兴趣，启发学生的创造力，将单片机课程教学中所亟待解决的提高学生应用单片机技术解决实际问题能力落到实处，进而，使学生创新能力和综合实践能力得到提高。

参考文献：

[1]潘言全.单片机教学改革的思考[J].湖南师范学院学报：自然科学版，2007，（27）.

[2]张琪，李菲，柴新.构建高职院校开放式电子实验室的研究[J].科技信息，2009，（10）：18-21.

[3]王英红.浅析开放式电工电子实验室的建设[J].电气电子教学学报，2012，（8）：24-27.

[4]江锦花，大学生科技创新与开放实验室管理模式[J].实验室研究与探索，2009，（12）：32-48.

[5]李丽宏.《单片机原理及应用》课程教学改革尝试[J].太原理工大学学报：社会科学版，2001，（02）.

[6]覃金昌，王为庆.机械类单片机应用实践能力培养体系的构建[J].考试周刊，2010，（47）.

[7]曹建树，薛龙，蒋力培，焦向东，俞建荣，黄爱峰.单片机创新实践教学改革与实验室建设[J].实验室研究与探索，2005，（09）.

篇5

关键词 系统工程 实践教学 课程设计 单片机 A/D转换芯片

中图分类号：G424 文献标识码：A

0 前言

实践教学是高等应用型人才培养体系中的一个重要环节，它对培养学生的工程素养和实践动手能力起着极其重要的意义。实践教学包括专业课程实验、开放性实验、课程设计、电子竞赛和毕业设计等，其中课程设计、电子竞赛、毕业设计按教学组织大多是由专业教师承担教学任务。

如何制定人才培养流程，使整个实践教学过程做到系统化和整体性，一方面需要合理安排与本专业学科基础类课程相关的实验教学环节，另一方面要探索课程设计、电子竞赛、毕业设计等专业工程实践环节的规划，充分扩展专业特色课程相关的实践教学的内涵。其中后者是提高学生动手能力和综合思考问题最佳方式。

1 以系统工程的思想构建专业实践教学体系

系统是由互相关联、互相制约、互相作用的若干组成部分构成的具有某种功能的有机整体。系统工程是运用系统思想直接改造客观世界的一大类工程技术的总称。专业实践课程活动涉及到学生专业学习的整个阶段，也可以看作是一项系统工程。为了提高专业实践教学活动的教学效果，保证专业知识的可持续性发展，就应该按照系统工程的思想和方法，协调专业实践教学活动中各项因素。在实际工作中，一方面要重视每一项工作，将每一项工作做到位，另一方面要重视各项工作的内在联系，建立系统的、整体的教学体系，这样才能使实践教学的功能最大化。

目前在高校的实践教学中常见的问题是缺乏大学四年整体的实践教学体系，学生每一年都在做不同的实验不同的设计，设计的系统性和完整性被割裂开，学生不能用联系的眼光去看全部的设计，不能体会到各专业课程之间的联系和传承。针对这一情况，必须做好系统化统筹安排。

结合各个阶段专业课程的学习，合理安排专业实践环节，最大限度激发学生的主动性和能动性，是专业教师必须思考的问题。下文以浙江科技学院测控专业某小组四年的课程设计、专业实验和毕业设计为例，详细介绍如何将教师和学生结合起来，系统地完成四年的专业教育。

2 改革与探索――以数字电压表的设计为例

基于系统化工程的实践环节，专业教师根据学生学习的各个阶段，合理安排与专业课程相对应的课程设计环节，有效地发掘各个环节的密切联系，培养学生系统化的设计理念。

在一年级本科始业教育和专业认知实习环节，专业老师提供各种设计题目供学生进行分组选择，这些题目必须具有传承性的，并且说明各个设计要用到的专业知识，比如说电子课程设计要有电路原理、数字电路和模拟电路相关知识；下一阶段就要用到单片机和传感器等知识；再下一个设计可能要用到虚拟仪器、控制系统等知识，让学生在一年级就对本专业的整体构造有感性认识，从而激发他们专研专业知识的兴趣。

2.1 基于ICL7107的多量程直流数字电压表的设计

根据教学计划的安排，在一二年级学生所接触的主要是专业基础课，学生能自由掌控的专业知识有限，因此在二年级电子课程设计中，我们要求学生设计一款直流数字电压表，具体要求是能实现0mV～2V测量范围。专业教师只负责提出任务以及实现的功能，学生自行查阅资料，提出解决方案，然后师生一起讨论可行性。在实践中，学生提出了以ICL7107，ICL7135等芯片不同的解决方案。

2.1.1 数字电压表的组成

数字电压表基本量程200Mv，可以扩展量程2V和20mV。整个电路设计没有超越学生现有理论知识，学生有能力独立完成，同时功能的扩展又要求学生综合运用所学的各门专业课程，完成复杂电路的设计，锻炼了综合分析问题并独立解决问题的能力。

2.1.2 总结分析

这一阶段学生只能使用电路模电和数电的相关知识，结合电子综合实验，学生查阅资料，了解ICL7107的原理，掌握双积分式芯片的基本电路的设计，完成了芯片的供电模块―― 直流稳压电源的设计，并可以在此基础上开拓量程自动切换的功能（如图1所示）。

2.2 基于单片机的数字电压表的设计

随着二三年级大量专业课程的学习，学生可以运用的专业知识更加丰富了，他们可以完成设计的功能也随之更加强大。在此基础上，学生延续前面的设计，改进了电压表的设计。

2.2.1 基于单片机的数字电压表的设计

由于ICL7107没有BCD码输出，没有像ICL7135那样的BUSY信号，在与单片机连接时，学生遇到了障碍，于是又展开了一场讨论，如何利用单片机只是完成直流/交流电压的测试任务。根据大量查阅的文献资料，有学生提出采用ICL7135芯片的想法，该芯片与ICL7107工作原理相似，是4 1/2位A/D转换器，加上电路ICL7135可组成一个满量程为2V的数字电压表。ICL7135可以采用并行采集方式与单片机系统进行连接。如图2所示，模拟电压送到ICL7135进行A/D转换，然后送到单片机中进行数据处理。处理后的数据送到数码管中显示。其中ICL7135电源部分可以沿用上学期的直流稳压电源。

2.2.2 总结分析

现阶段可以要求学生用到所学的单片机等知识，完成功能更多、精度更高的课程设计。在单片机等课内实验中，学生完成了单片机最小实现系统，结合前期所做的电子课程设计，学生可以开发基于单片机的数字电压表。该设计引入单片机编程实现从数字量编码转换到七段译码，最后送到数码管显示输出测量结果。学生利用单片机最小实现系统，扩展单片机系统的应用，专业知识得到了综合运用。

2.3 基于ICL7135的毕业设计

ICI7107/7135都是CMOS双积分A/D转换芯片，可以转换输出 000个数字量，对外提供6个输入、输出控制信号。因此，除用于数字电压表外，还能与异步接受/ 发送器、微处理器或其他控制电路连接使用。

因此，在选做毕业设计题目过程中，学生对需要进行模拟信号处理的设计中大多选用这两款芯片，如图3所示，在选用ICL7135作为A/ D 转换器，模拟信号由传感器采集，由ICL7135 转换后数字量送入单片机，由单片机对ICL7135 输出的信号进行处理，在数码显示管（LED）上显示。并可通过键盘输入温度设定值。单片机根据设定温度进行相关运算（如PID、模糊运算等），产生控制信号。

当然还可以挖掘更多的基于ICL7107和7135的应用的实例，这里我们致力于让学生对知识点的综合运用，当他们能用课堂上所学到的知识，系统地解决一个实际的问题，这里面的满足感和成就感能大大激发学生的学习潜能，提高学习效率。

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中图分类号:TN911-33; TP311 文献标识码:A

文章编号:1004-373X(2010)16-0074-03

Application of Proteus Software in Theoretical and Practical Teaching about Embedded Syetems

WANG Zhong, QIN Ying-lin

(Department of Computer Science and Technology, Shandong Jianzhu University, Jin’an 250101, China)

Abstract: The introduction of Proteus software into all the teaching steps in the course of the embedded systems is proposed to solve the problems of the teaching difficulties and high cost of teaching for the course of the embedded systems. The method proposed in this article is performed in the classroom teaching. The prupose is to let the students master the design of hardware systems gradually and improve the students' abilities. The model design of dynamic simulation can be applied to the graduation projects and innovative design. The application of Proteus software in embedded system teaching can reduce the teaching cost and improve the teaching effect.

Keywords: computer application; embedded system; Proteus; keil

0 引 言

嵌入式系统是一门涉及计算机体系结构、计算机软件以及其他相关电子技术的综合技术。目前,嵌入式系统技术已经成为最热门的技术之一,各类企业对具备嵌入式系统设计开发能力人才的需求量非常旺盛。在目前各高校开设的嵌入式系统课程中,普遍采用的微处理器是8位的单片机8051,32位ARM7TDMI核的飞利浦NXP LPC系列和三星S3C44B0芯片。首先以单片机作为嵌入式系统设计学习的入门,掌握了基本的概念和设计方法之后,再把ARM7内核CPU作为一种“功能更强大的单片机”,无缝升级到流行的ARM平台。

传统的嵌入式系统教学,课堂环节多是纯理论教学,实践环节一般也是使用传统的实验箱,实验项目较少,内容固定,创新手段不足,很难为学生的创新实践创造良好的实验平台。鉴于传统教学模式中面临的问题,在课堂教学、实验、毕业设计、创新设计中引入Proteus软件,可达到事半功倍的效果。

1 Proteus软件介绍

Proteus是由英国Labcenter公司开发的嵌入式系统仿真及开发平台,该软件具有以下特点[1-3]:

(1) 能进行智能原理布图;进行单片机软件调试和单片机与电路的协同仿真;满足单片机软件仿真系统的标准。

(2) 支持常见的单片机类型和飞利浦公司ARM7(LPC系列)处理器及常见的器件如8255,ADC0809。

(3) 可以与Keil μVersion 3,ADS1两个集成开发环境结合,把用汇编和C语言编写的程序编译后,进行软、硬件结合的系统仿真。

2 Proteus软件在教学中的应用

在教学环节中,教师可以将Proteus和Keil 建立的虚拟实验平台搬到课堂上,将实践教学与理论教学融为一体,从而改进教学效果[4]。下面是一个实际的课堂案例。

在讲述外部中断处理过程时,将Proteus 和Keil 联调,通过仿真步骤,可以将单片机处理中断的软件执行过程和单片机内部资源变化的情况以直观、清晰的画面呈现给学生,从而带来单纯理论分析难以达到的效果。

汇编程序如下:

ORG 0000H

AJMP MAIN

ORG 0003H

AJMP INT0

ORG 0100H

MAIN: MOV IE,#0FFH ;开中断

SETB IT0 ;INT0 为边沿触发方式

SJMP $INT0: CPL P1.0

RETI

END

全速运行Protues,可以看到Proteus 中电路的按键闭合时,P3.2 引脚产生一个下跳沿,PC=0x0003H,指向AJMP INT0 转移指令,堆栈指针SP=0.9H,数据存储器的08H 和09H 单元存放着01H 和05H,即存放了下一条指令的地址。由此学生可以知道,当发生外部中断请求时,程序会自动保存断点的地址,同时程序将会转移到中断服务程序的入口地址。由于是外部中断0产生的中断请求,因此程序会转移到外部中断0 的入口地址0003H 单元。而AJMP INT0 是一转移指令,所以程序会转移到标号INT0 处,即真正的中断服务程序。随着CPL P1.0 指令的执行,Proteus 电路图中的发光二极管会改变当前的状态。当程序执行完RETI后,PC=0x0105H,说明中断程序执行完后,程序又回到断点的位置。RETI 指令能把断点地址取出,送回到程序计数器PC 中去。至此,一个完整的中断处理过程执行完毕。

通过外部中断执行的例子可以看出,在课堂上使用Protues 和Keil 联调建立的实验平台[5],许多抽象概念都可以以直观的方式介绍给学生,使得学生不仅能够观察到软件执行时单片机内部的I/O 口和存储器的变化,还能够观察到软件程序和电路互动的过程。

3 Proteus软件在实验和课程设计中的应用

现有的单片机实验教学环节通常包括2个部分:课内实验和课程设计。所有这些实验都是在实验箱上完成的。由于硬件实验箱的结构固定,资源有限,学生在做实验时无法将所学的知识融会贯通。所以到课程设计阶段,很多学生无法完成综合性实验。采用Proteus 软件仿真可以弥补硬件实验的不足。基于Proteus的实验可以分为以下3个阶段逐步完成[6]。

(1) 验证阶段。主要让学生熟悉Proteus与Keil软件环境,使学生对单片机虚拟系统仿真有感性认识。实验指导书给出实验任务与要求、Proteus实验原理图、实验操作步骤、多媒体课件、程序流程图及程序源代码等。学生根据实验步骤或实验操作录像进行实验操作、实验调试,并观察程序运行结果。

(2) 设计阶段。主要培养学生用Proteus绘制系统原理图,以及用Keil进行源程序设计的能力。实验指导书给出实验任务与要求、实验原理图。学生根据实验原理图用Proteus绘制硬件电路图,按照实验要求设计程序,在Keil环境编写源代码,调试成功,加载程序到Proteus硬件图仿真。仿真成功后按照实验原理图在实验箱上搭建硬件电路,加载程序,观察实验现象,并与仿真结果相比较。

(3) 综合阶段。主要激发学生学习兴趣及主观能动性,提高学生创新能力。学生根据实验任务及要求设计硬件电路(包括CPU选型、元器件选型及参数设置、电路连接等)并绘制Proteus硬件原理图;根据硬件功能模块进行软件设计(包括系统原理框图、程序流程图及源代码编写等)。软硬件设计完成后,进行两者间联调,充分利用Proteus与Keil的联合仿真功能,及时发现并改正硬件电路或程序源码的错误。系统仿真成功后,再制作实物。

在课程设计环节中,要求学生在Proteus 中绘制硬件电路图,在Keil 中编写程序,同时在设计硬件电路时尽可能考虑实验箱的资源,以便在Keil 中编写的程序能够很好移植到实验箱上。这样学生可以随时进行课程设计和课题研究,在联合仿真验证成功后,再进入实验室使用实验箱做进一步验证。

学生可以针对不同的应用,选择最适宜的单片机,而不用局限于课堂上常讲解的51系列单片机。学生可以在联合仿真成功之后,再进行电路焊接、系统调试和程序固化,避免因设计方案不正确所造成的浪费。同时也可以使学生了解与本课程相关的科技发展最新动态和成果,掌握自己不熟悉的单片机,提高实验能力和开发能力[7-8]。

4 Proteus软件在毕业设计和创新设计中的应用

在毕业设计中,单片机控制类的设计由于时间短,人数多及实验设备缺乏,给毕业设计带来了一定的困难。采用Proteus仿真软件后,只需要一台电脑就可以开展工作。学生前期的仿真工作可以利用Proteus仿真软件在电脑上完成,再进入实验室进行现场调试,┮环矫妾可缓解设备不足的问题,也可不影响正常的教学。

在项目研究和创新设计中,利用Proteus软件进行辅助设计,可以做到缩短研发周期,减小硬件成本的投入。动态元器件仿真模型是Proteus 的特色动态模型,具有动画效果[9],如LED发光管、按键开关等。这是Proteus 的特色。但有些动态模型在库中没有,Proteus在创建动态模型方面给予用户广阔的创作与发挥空间,可以设计自己的动态模型,展现出Proteus 在动态仿真方面的无限魅力。它不但使人机交互式仿真得以实现,而且使仿真形象、生动,创造出极为接近现实的课程教学与产品研发的情境。

5 结 语

采用Proteus仿真软件作为单片机和ARM的教学平台[10],可充分利用机房的现有设备,减少实验设备的硬件维护、实验环境,又与实际工程系统非常接近,拉近了学习与就业的距离。

近年来,将Proteus 仿真软件应用在教学、课程设计、毕业设计、山东省大学生电子设计大赛中,使用该开发环境对学生进行培训,在不需要硬件投入的情况下,学生普遍反映比以往单纯学习书本知识更易于接受,更易于提高,增加很多实践经验。实践证明,这种教学方法不但可以降低成本,经济优势明显,且具有较高的推广价值。

参考文献

[1]万军,马正华.嵌入式系统及应用课程实践教学的研究[J].中国现代教育装备,2009(15):77-79.

[2]李芳,李家庆.基于Proteus+Keil的单片机实验仿真平台 [J].中国教育技术装备,2009(4):78-79.

[3]乔建华,李临生,田启川.Proteus在单片机教学中的应用分析[J].电气电子教学学报,2008(3):70-73.

[4]陈燕,李娜娜.Proteus 和Keil 在单片机教学中的应用[J].中国科技信息,2009(20):194-195.

[5]孙凌燕,黄允千.Proteus与Keil软件的整合在单片机实验开发中的应用[J].实验室研究与探索,2008,27(4):33-34.

[6]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):35-37.

[7]王玮,曹会宁.Proteus仿真软件在单片机一体化教学中的应用[J].机电产品开发与创新,2009,22(5):12-15.

[8]冯友谊.Proteus软件仿真技术在单片机教学中的应用[J].武汉职业技术学院学报,2008,7(2):5-7.

篇7

【关键词】LabVIEW;虚拟仪器;单片机;温度控制

Abstract：Based on intelligent temperature control system as an example，this paper detailed illustrates the process of drawing the virtual instrument technology into the curriculum project.Practice shows that this kind of curriculum project greatly mobilize the students' interest in learning，not only the students' professional curriculum knowledge understanding and application deepened，and improve the quality of the curriculum design’s accomplishment，also realizes the independent colleges teaching goal of strengthen students' practice ability.

Key Words：LabVIEW;Virtual instrument;Single chip microcomputer;Temperature control

一、引言

在关于实施《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》工作情况的报告中，教育部指出：“高校要把实践育人摆在重要位置”。加强实践育人环节是提高高等教育质量的核心要求。同时也制订了《关于进一步加强高校实践育人工作的若干意见》，就是要求高校特别要抓好三件事，其中重要的一件就是强化实践教学环节，深化实践教学方法的改革，鼓励引导学生在实践中学习，在科研研究中学习。作为独立院校，实践教学是在教学过程中的重中之重，它可以学生的科学思维方式、严谨工作作风、扎实的专业知识和实验技能，为今后学生能顺利走上工作岗位打下良好的基础[1]。

本文以学生在专业课程设计中设计的一个智能温度控制系统为例，具体阐述了如何将虚拟仪器技术和专业课程中的相关专业知识结合，构建一个完整的温度控制系统，培养学生工程应用的能力。

二、专业课程设计的实践教学要求

根据独立学院的特点，学院制定了强化实践教学，突出实践能力的培养，构建“应用型”人才培养目标的实践教学体系。电类专业的专业课程设计作为本院大四学生第一学期实践教学中的重要一环，应当全面调动学生学习的主观能动性，融会贯通其所学的各种专业知识，如：单片机技术、数据处理技术、传感器技术等课程的基本原理和基本分析方法，打破各课程界限，开阔思路，将所学理论知识进行综合运用，使学生能拓宽知识面，建立“电子电路系统”的概念，提高学生工程设计能力与创新能力，实现知识向技能的转化，以便今后能尽快地适应社会的需求。

如何在现有实验室资源条件下，“以学科知识为基础，以综合应用为核心，以培养创造性思维为重点”进行课程设计项目的选择，成为其是否能收到预期效果的关键。这些项目既不能超出学生现有的知识水平与操作技能，也不能让学生完全照搬已有的成果，同时又要适当引入新技术，对相关课程知识能够进行适度拓宽、提高和综合应用。此外，还要尽量面向实际，让学生拿到题目后有真实感，在实现的过程中有自信心，完成后有成就感，使课程设计真正起到培养学生分析问题、解决问题和锻炼系统设计能力的作用。

为此我们将虚拟仪器技术引入到专业课程设计中，采用硬软件相结合的方式，把学生以往的课程设计成果（单片最小系统设计）利用起来，进一步拓展和加深，起到了较好的教学效果[2]。

三、虚拟仪器技术

虚拟仪器技术可实现自动测量、自动记录与自动数据处理，是集测试、计算机、信号处理、应用电子等多种高新技术于一体的综合应用技术，在电子测量、电子工程、故障分析及教学科研等方面的数据采集和分析中得到了广泛应用[3]。在专用测量系统方面，它能够很好地满足自动控制和工业控制的要求，适用于一切需要计算机辅助进行数据存储、数据传输和数据处理的计量场合，容易实现实验测试平台的虚拟化和自动化，实验资源也可在更大的范围内共享，具有功能强、性价比高的特点。一个虚拟仪器系统通常由3部分组成：信号的获取和采集、信号的分析与处理、结果的输出与显示。虚拟仪器系统结构如图1所示。

图1 虚拟仪器系统结构图

系统中数据采集由硬件实现，信号的分析与处理、结果的输出与显示则靠软件完成。首先将物理信号转换为电压或者电流等电信号，然后通过数据采集电路将电信号采集进入计算机，借助软件控制数据采集电路进行数据分析、处理和显示。程序设计采用了先进的图形化编程语言工具LabVIEW。对于构建虚拟仪器，LabVlEW有许多特点和优势，如：仪器控制与数据采集的图形化编程;直观明了的前面板用户界面和流程图式的编程风格;内容丰富的高级分析库;可进行信号处理、统计、曲线拟合以及复杂的分析工作等。利用虚拟仪器技术进行课程设计的项目也很多：如温度采集和控制系统、虚拟频谱分析仪，虚拟信号发生器、虚拟数字万用表、脉搏测试系统等。

四、智能温度控制系统设计

在工业应用中，数据采集电路一般采用数据采集卡实现，而数据采集卡相对比较昂贵，而目前许多普通高等院校的经费不足，这就大大限制了大学生动手能力和创新能力的发展。鉴于LabVIEW能很好的支持串口通信，这使得单片机技术、测控技术、信号分析等专业实现有机的统一，也可以让学生进一步理解和加强所学专业知识。下面通过智能温度控制系统的设计的实例来说明怎样通过专业课程设计提高学生的动手能力和创新思维。

（一）要求分析和硬件设计

利用实验室现有的传感器（热电偶加热电路）设备，将温度测量得到的电压值经A/D转换后送给单片机，单片机将测量值通过串口芯片MAX232送给PC机，PC机接收到系统传来的信号，使用LabVIEW在PC机上直接对数据进行分析、处理和显示，PC机再将温度控制结果传送给单片机，作为热电偶是否继续通电加热或者断电停止加热并起动风扇进行降温的控制信号，硬件电路的整体框图如图2所示。

图2 单片机硬件电路框图

图3 单片机程序流程图

图4 基于labVIEW的智能温度控制前面板

（二）单片机软件设计

系统软件由主程序和若干子程序构成，有A/D转换子程序，串口读写子程序等，程序的流程图如图3所示。系统开机后，首先执行主程序，完成系统初始化工作，然后调用A/D转换子程序，读串口程序（读取加热或起动风扇的控制信号），再将A/D转换的数据传输到PC机上，然后执行循环。

（三）LabVIEW程序设计

在设计中，LabVIEW作为上位机数据处理系统，完成对单片机采集的数据信号进行一系列的变换处理。LabVIEW程序设计由前面板和程序框图两部分构成，前面板由输入、输出控制和显示三部分组成，通过串口设置、温度设定完成数据的初始化。前面板直接面向用户，是温度控制系统的核心，因此在设计这部分时，要考虑界面美观整洁、易操作、便于读取数据等。根据设计要求，前面板如图4所示主要有通讯设置、温度设定、风扇控制以及温度趋势显示等，整个界面力求美观、简洁。

程序框图是图形化代码，主要实现了LabVIEW创建串口对象并初始化，接收单片机发来的数据，然后经数据处理后将处理结果发送给单片机，程序框图如图5所示。

图5 基于labVIEW的智能温度控制程序框图

五、结束语

该系统使高校多门课程（传感器原理、测控技术、单片机应用技术、信号分析与处理等）的知识得到了有机的结合。采用LabVIEW软件和单片机技术相结合的实践教学模式，不仅克服了昂贵的数据采集卡的硬件电路的投入，还使得实验室的常用的电子设备得到了有效和充分的利用，也让学生充分的学以致用，达到了理论与实践统一的效果，更进一步的激发了他们对学习的兴趣。

由于采用串口通信，硬件电路简单，所以该系统还可以用于其他对数据传输速率要求不高的应用场合，如机械振动测试、电压实时监视、压力的测量系统等，这些系统也具有很好的实用性，为学生后续的毕业设计乃至今后的工作都提供了良好的实践机会。

参考文献

[1]陈林，潘旭，陈乔，严士钦.虚拟仪器技术在电子技术课程设计中的应用[J].实验技术与管理，2011，28（8）：83-86.

[2]李晴，朱敏.《虚拟仪器技术》课程建设思路与实践[J].常州信息职业技术学院学报，2007（3）：61-63.

篇8

论文关键词：单片机原理及应用技术；设计理念

《单片机原理及应用技术》是机电一体化技术专业的一门必修专业技术核心课程。该课程是根据“机电一体化技术”专业职业岗位要求设置的一门实践性和综合性非常强的专业技能课程，是基于职业标准和工作过程开发的理实一体化的学习领域课程，是属于职业学习领域课程之一，它担负着帮助毕业生在未来职业生涯中从担任单片机程序的编制、控制系统的自动化控制等岗位的重任。通过本课程的学习，旨在培养学生学习单片机的结构和原理、单片机的指令系统、程序设计、单片机的硬件结构及其扩展、单片机的应用等，培养学生具有单片机的编程、硬件的结构设计的能力及团队协作、沟通表达等综合素质，这对提高机电一体化专业人才培养质量、提升毕业生就业能力与就业质量具有重要意义。

一、课程整体设计理念与思路

（一）设计理念

打破以知识传授为主要特征的传统学科课程模式，转变为基于工作过程的项目课程开发与设计，工作任务为中心、项目课程为主体，让学生在完成具体项目的过程中来构建相关理论知识，并发展职业能力。

1、以岗位需求为依据：依据自动化控制系统实践能力要求，设置课程内容，实现课程内容和职业岗位需求紧密结合；2、以工作过程为基础：按照工作过程中活动与知识的关系来设计课程，突出工作过程在课程框架中的主线地位，按照工作过程的需要来选择知识，以工作任务为中心整合理论与实践内容；3、以职业能力为主线：真正以“能力”为主线来设计课程。要按照工作的相关性，而不是知识的相关性来确定课程设置。

（二）设计思路

本课程从应用的角度出发，依据由简到难的原则，以典型工作任务为主线，设立教学项目，通过教师指导学生开展自立学习完成工作任务或项目，实现对工作过程的认识和对完成工作任务的体验，从而形成职业能力。共设置9个学习项目， 每个学习项目均应从知识技能等方面达到教学的标准。

二、课程整体设计

（一）课程目标设计

确定课程目标的依据是根据人才培养方案中岗位具体工作对能力、知识、素质的基本要求。通过教学，本课程总体目标是实现学生能力、知识、情感态度与价值观等不同层面职业素养的综合提升和协调发展，培养可持续发展的满足企业需求的高技能人才的目标。 　1、能力目标：（1）具备单片机硬件图的表达、阅读、分析能力；（2）具备单片机汇编语言编程的能力；（3）具备单片机硬件扩展的能力；（4）初步具备单片机的应用能力。

2、知识目标：理解单片机的结构及其工作原理，了解单片机的特点及其发展过程；掌握单片机的指令格式、寻址方式、数据传送类指令、算术运算类指令等各种指令系统。掌握单片机软件编程的方法；掌握单片机的硬件结构及其硬件扩展的方法。

3、态度目标：具有实事求是的科学态度和吃苦耐劳的实践意识；具有开拓和创新精神，具有良好的职业道德和职业素质。

（二）课程内容设计

为了保证学生毕业后能够胜任有关岗位的要求，我们依据专业人才培养方案经过反复研讨后，选择了贴近实际的5个典型项目作为教学内容，以保证学生可持续发展能力的培养。并根据学生的认知规律以及职业能力成长规律，将教学项目组织为5个对应的能力训练项目。

（三）教学方法设计

1、基于教与学的教学方法。一方面以学生为主体，以专业课程和专业技能提高的需求为目的确定综合案例、单项任务和理论知识。通过课堂练习与测验、课后研究报告、课后综合案例及课程实验与学生一起“学中做、做中学”。另一方面，以教师为主导，老师指出课程学习目标和学习方法，进行正确引导（课堂、实验、课后研究报告），了解学生困惑，进行正确指导（课程学习、作业、实验报告、课后研究报告书）；2、创造真实氛围的工作环境，实施一体化教学法。注重学生职业素质的养成，创设真实氛围的工作环境，开展一体化教学，将教室与实训室合二为一，形成仿真的工作场所，使教学过程变为生产过程，学习任务变为工作任务，使学生通过学习亲身体验工作。教学组织过程实施“学做一体”。采用行动导向教学模式，教、学、做过程中，实行以学生为主体的教学互动，以活动为导向的自主学习；3、案例教学法。如讲解单片机编程知识时，引入生活、工业控制实例等开展案例教学，如电动玩具的前进后退、走廊灯光的延时熄灭、仓库货物数量统计、交通灯制作等案例，增加学习兴趣和动力，又为学生利用所学知识解决相应的实际问题奠定基础；4、项目教学法。以生产过程为载体开发教学项目，整个教学围绕各个项目的解决而展开，教师提出引导性问题，学生查找资料进行决策分析，制定出计划，并进行实施，引导学生自主思考。

另外，还充分利用现代化多媒体教学手段，提高教学效率。充分利用网络教学手段，提供了网络教学平台，提高学生自主学习的能力。

三、课程资源设计

使用高等职业教育时空技术专业“双证课程”培养方案规划教材、高职高专系列教材等作为教学参考教材，实行以多媒体技术为主的网络教学环境；推荐优秀网站，建立包括课程标准、教学内容、课件等内容的教学资源库。鼓励、引导学生利用网络自主学习，利用校内实验实训教学条件，让学生有目的的，主动地去学习。

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[关键词]单片机；创新能力；教学改革

[中图分类号]G40―057

[文献标识码]A

[论文编号]1009―8097(2009)13―0282―03

引言

《单片机原理及应用》课程是向学生传授单片机技术的基础课程，它综合了多门基础课和专业基础课的知识，主要培养学生进行智能化电子系统整体设计的能力，培养强电专业学生的弱电控制能力。通过学习，使学生掌握单片机应用系统的硬件设计和软件编程技术，可为后续更高层次专业课程的学习、毕业设计、参与实际的综合设计课题和将来参加工作打下良好的基础。因此搞好《单片机原理及应用》课程的教学工作，提高学生的创新能力，对提高教学质量有着非常重要的现实意义。

一　目前教学中创新能力培养存在的主要问题

我院的自动化、电气工程及其自动化、电子信息工程三个电类专业均开设了《单片机原理及应用》课程，学生在学习了电路基础、数字电子、模拟电子、微机原理等基础课程的基础上，再学习《单片机原理及应用》课程，在整个教学安排上是非常合理的。然而通过40学时的教学和一周的课程设计，最终对学生的学习情况考核时发现学生对该课程的掌握情况并不十分理想，尤其是创新能力较差，主要表现在：

1　学生主动学习的意识不够，缺乏创新思想，学习过程中一旦碰到问题，很难认真思考、探索研究、积极主动地解决问题。

2　在《单片机原理及应用》的教学过程中，传统的教学还是以理论为主，以课堂授课为主，学生很少有应用具体电路解决实际问题的机会，不利于创新思维的培养。

3　目前实验课程体系验证性实验过多，综合性、启发型实验不够，没有大型设计性和综合性实验，基本没有对学生动手能力训练，更不用说培养学生的创新能力。

4　在传统的教学思想和方法引导下，学习成绩主要是以考试成绩确定的，因而常常出现“高分低能”现象。这种评价体系造就学生对实践环节学习的轻视心理，即是以成绩合格为目标，而不是能力获得为标准，限制了学生的创新能力。

二　改革思路和方案

针对以上问题，在单片机教学中，根据学生、教材、教学设备等实际情况，将授课内容进行全面、合理的整合优化。减少冗余，加强综合性、创新性内容，在对整个课程链研究的基础上进行了课程改革，改革后的讲课学时分配如表1所示：

在对整个课程链研究的基础上进行课程改革，可以避免学生反复学习同一内容，但又学得不够深入等问题。对照以前的教学大纲，了解当前学生所学课程，对单片机的大纲做了更改，利如增加了单片机应用典型案例、接口部分知识，删除了同步、异步通信概念、进制部分知识等。

这种改革符合目前国家教育教学改革基本方针，可以减轻学业压力，用有限的课时学习尽可能多的知识，做到“厚积”。在改革过程中注意积极开展教育创新。为培养创新意识，积极探索具有创造性的教学方法和手段，在授课中改变老师唱主角，学生当观众的教学模式：改变学生静态、被动接受的地位，建立以学生为中心的实践性教学模式。利用学生对新事物感兴趣的心理特点，鼓励学生积极、主动地去探究知识，教会学生进行创新的科研方法和在自主的学习中学会创新。另外在现行开设单片机课程中，实践内容所占比例偏少，实验设备陈旧，内容跟不上时展，因此进行了实践性教学环节改革，改善教学与实践脱节的现状，使各环节相互衔接，增加创新实验，通过加强动手能力的培养，提高了学生的综合素质和创新能力，培养应用型本科人才。

三、为提高创新能力所采取具体措施

1　提高学生学习单片机的兴趣，培养学生创新意识

兴趣是最好的老师，只有有了学习兴趣，才能够在学习中创新，喜欢创新，注意创新，发挥自身的创造性。为激发学生的学习兴趣，在开课之后，我们首先向学生介绍单片机的多种应用功能及其良好的发展前景，让学生明白学什么、为什么学和学会后能做什么，并利用图片、录像和实物等介绍一些当前的单片机先进科技和教师相关单片机科研成果；邀请一些单片机科技公司的技术人员、知名教授来校作单片机知识专题讲座；请一些已毕业从事与单片机技术有关的学生来现场指导教育，使他们了解单片微机在工业控制、智能化仪器仪表、计算机外部设备、计算机网络与通讯技术和家用电器等领域的应用及学好单片机的重要性和必要性，激发他们的学习兴趣，鼓励他们动脑思考有哪些领域或哪些与我们日常生活相关的电器或仪表等设备适合用单片机控制，从而使学生具有初步的创新意识。

2　鼓励学生进行单片机应用系统开发，培养学生的创新能力。

不断鼓励学生利用课余时间进行单片机应用系统开发，制作自己兴趣的产品，编写单片机程序。由于初学者一般没有开发板和仿真器这些设备，为了给学生创造条件，我们采取了以下措施：

(1)给学生提供一些单片机仿真软件，让学生在电脑上模拟实际系统，编写软件。例如提供了proteus仿真软件，它可以仿真51系列、AVR，PIC等常用的MCU及其电路，还可以和keil软件互联，可以像使用仿真器一样调试程序。又不需要任何费用，特别适合学生在单片机学习的起步阶段使用。我们在实验室里安装了这个软件，并在教学过程中向学生演示它的功能和使用，鼓励有电脑的学生安装这个软件，让他们利用课余时间自己动手做做电子表、步进电机、直流电机控制、LED显示，AD、DA转换，交通灯设计等方面的模拟实验。

(2)鼓励有一定经济条件的学生买一些小型的单片机学习开发板。目前市场上有很多专门为在校大学生学习单片机量身定做学习开发板、主控芯片。包括凌阳、51系列、AVR系统等，它们价格低，特别适合于学生利用课余时间学习单片机开发。而实验室也购置一部分这样的开发板，对学生开放，给学生创造自主学习和开发单片机系统的环境，从而培养了学生的创新能力。

3　在实验中培养创新思维

改变原有的实验教学模式，减少验证性实验，增加设计性、综合性实验，并开放实验室，随时恭候学生的来临。在整个实验进行过程中，以学生为实验的主体，最大限度地调动和发挥学生的主观能动性，引导学生积极对待实验中出现的问题，并自己动手解决这类问题。指导教师在实验的组织管理上起主要作用，而在实验中仅起指导作用，给学生指明方向，避免多走弯路，并解答实验当中出现的一些疑难问题。例如：在彩灯移动实验中，鼓励学生编写不同的移动花样，采用多种不同方法编程，并设计电路图，这样将生活中常见的小产品与课程实验结合起来。使同学们加深对理论知识的

理解，学到了实际知识，培养了分析问题、解决问题的能力，培养学生的创新思维。

4　通过课程设计改革培养工程素质，强化创新能力。

创新能力不仅仅体现在一些制作发明上，更重要的是要有必要的工程素质。在课程设计过程中，注重培养学生的工程素质。从课程设计选题开始，就要求学生注意收集相关资料、作好分工、做好实验记录、总结调试心得等。使学生熟悉从立项、方案论证、软硬件设计与调试、PCB设计、结构设计、到安装调试等电子设计的全过程，系统地培养学生的学习能力、交流能力、合作能力，使学生理解并认识了良好的工程规范。在设计阶段，引导学生从不同角度观察问题、提出问题、解决问题，注意实现创新性设计。在报告整理阶段，引导学生对设计过程进行总结。从方案设计到器件选型，从程序开发到调试。都要求学生将实践中获取的经验总结文字材料，使学生在设计过程逐步体验本课程的系统性。例如，选择电子时钟系统作为课程设计的同学，其硬件电路尽管相对简单，涉及的单片机资源并不多，大部分同学都能够很快的实现基本功能，但在此基础上，引导学生进行创新设计，在硬件电路基本不变的情况下，通过重新规划设计软件，实现许多如计时器、万年历、秒表、定时报警器等附加功能。

每年课程设计的题目既可从教师给定的题目中选择，也可以自行拟定，自行拟定的题目在做之前要提交可行性报告。这就进一步锻炼了学生的创新能力。2007―2008学年我专业的课程设计的可选题目如表2所示：

而课程设计评分依据学生的实际完成情况和文字报告等进行评价。例如，确定若干个基于单片机实现的仪器系统如时钟、点阵显示器等基本功能供学生选题。在指定的时间范围内，提交完成基本功能的仪器系统、相关文字报告等，最后进行答辩。毕业设计得分由设计产品功能和质量分(40％)、毕业设计报告分(30％)、答辨分(15％)、特色与创新分(15％)等部分组成，并要答辨。

5　通过考核方法改革考核学生的创新能力

考核方法作为课程教学的最后环节，它直接检验教和学双方的效果，间接指导着学生的学习。目前《单片机原理及应用》课程使用比较普遍的考核方法仍然是闭卷笔试。应该说，闭卷考试在基础理论类课程教学中，在强化学生学习和掌握知识的作用是不可替代的，但《单片机原理》课程应用性、实践性都很强，如果仍以闭卷考试作为主要评价方法，则不能较好检验学生的实践能力和创新能力。因此对当前的考核方法进行了改革，并拟建立一种长期的跟踪考核制度，将考核重点放在学生在实践中发现问题的能力考核上。即将原来的纯笔试改成了设计报告、机考和笔试相结合评分的方法。在课程结束后学生要提交一个设计报告，设计一种产品，该报告的评分标准为：报告(50％)+创新意识(30％)+程序调试(20％)。而机考指的是在实验室里现场考核，主要考核学生动手能力和程序调试能力。而笔试试卷在考核学生的基础知识的基础上，更强调学生的创新性思维，在题型上进行了改革。减少了一些需要死记硬背的客观题，增加了灵活多样的程序设计，电路设计等题型。充分考核了学生的学习情况和创新能力。最终成绩测评比例为设计报告(30％)+机考(20％)+笔试(50％)。

6　开展第二课堂，培养学生的创造能力

为加强对学生学习的引导，我们将课堂教学延伸到课外，注意对学生参与实践活动兴趣的培养。将学生的课外科技活动纳入到创新能力培养的过程中来，成立了创新电子社团，以电气工程及其自动化、电子信息工程专业学生为主，其他专业学生也可自愿参加。由《单片机原理及应用》课程的主讲教师作为主要指导教师，每周辅导1―2次，并提供不同层次的实践内容，组织多种形式的实践活动，提出灵活多样的实践要求，吸引学生主动地、有选择地参与这些实践活动，让学生根据自己的发展方向，结合自己的兴趣和需求，选择适合自己的题目或感兴趣的产品设计。在设计和制作过程中，教师给予适度的指导，使学生能够独立、主动、保质保量地完成自己的设计目标和任务，把学生被动地学习变成积极主动地学习，把依赖于老师的学习变成独立的学习和思考。设计题目和产品的实现也增强了学生独立解决问题的自信心，进一步提高学习的兴趣。在教师的指导下，学生可以通过第二课堂对课堂教学内容进行补充和提升，可以根据自己的兴趣进行选题、完成自己感兴趣的课外实验项目、设计和电子制作，可以自己设计电子作品等，这样就使他们在完成学习任务的基础上，使自己的创新思想得以实现。大大激发了学生的课外学习兴趣和主观能动性。也为学生提供了自由发展的空间，提高了学生的创造能力。

7　依托各种竞赛，推进课程改革，提高创新能力

积极参加全国大学生电子设计竞赛、盛群杯单片机竞赛，飞思卡尔智能车竞赛等各类比赛。这些竞赛既培养了学生电子设计能力，提高了实践能力，也锻炼了学生的团队合作精神。通过各类竞赛，掊养一部分学生的动力创新能力，再通过宣传，使其它学生对单片机学习产生兴趣，为参加这些竞赛而努力，从而进一步提高了学生的创新能力。

四　结束语

在进行了课程改革以后，学生的学习热情受到了很大的激发，出现了自主式学习的热潮。由于课程的改革，使理论教学的时间大大缩短，学生有了更多动手和思考的时间，在课程结束时，大多数同学提交了自己的作品，更有部分同学在单片机比赛中取得了优异的成绩。我们将以此为契机，积极、主动地促进单片机课程的进一步改革，使单片机课程跟上时展的潮流，使学生学完单片机后，不仅仅具有初步单片机应用系统的设计和开发能力，还具有了一定的创新能力，有效的提高了学生的综合素质。

参考文献

[1]江世明，刘湘涛，申寿云等.省级重点建设课程《单片机原理及应用》的创新与实践[J]怀化学院学报，第2006，25(8)：162―163.

[2]龚益民.《单片机原理及应用》教学改革与实践[J].2007，(5)：119―120

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关键词：高等职业教育；学习领域课程；教学改革；工作过程

单片机应用课程是一门电子电气类跨专业的核心课程，对学生的职业技能培养起到主要的支撑作用。为了更好地服务区域经济发展，实现高职院校创新型高技能人才培养目标的要求，我们近年来一直在探求单片机课程教学的新理念、新方法和新的教学手段。来源于德国的基于工作过程导向的教学改革，根据企业岗位的工作任务、工作过程设计课程教学，注重学生的综合职业能力的培养。我们在单片机课程的教改中，采用了这种以工作过程为导向的教学改革，经过实践和探索，在培养创新型高技能人才方面取得了显著的成效。

一、以工作过程系统化引导课程改革

2008年10月，基于工作过程系统化的“单片机应用设计与制作课程设计”教改课题被批准为学院教学改革课题。在课题的研究过程中，我们采用基于工作过程系统化的方法进行单片机课程的教学改革，课程开发设计的步骤为：企业市场调研分析职业岗位群工作任务分析归纳确定典型工作任务分析研讨确定学习领域课程学习情境设计。课程开发设计过程如图1所示。

（一）根据人才培养目标和职业岗位，注重实践和创新，设计教学过程

根据应用电子、电气自动化技术等专业的人才培养目标，针对电子电气类企业的相关工作岗位，以职业能力培养为重点，与行业企业合作，从单片机应用产品设计与制作的方案设计、软硬件设计、装调测试等典型工作任务分析入手，编制《单片机应用设计与制作》课程标准。

以综合职业能力培养为重点，注重学生创新能力的培养，通过与行业企业合作，分析职业工作过程，整合典型工作任务，选择具有典型工作过程特征、符合教育教学原理及包含专业知识的工作任务作为课程载体，综合实际工作过程和完整思维过程训练设计学习情境。学习情境的设计类型从封闭型、开放型直到开放创新型，体现职业性、实践性和创新性的要求，学习情境的设计如图2所示。

（二）编写基于工作过程系统化的学习领域课程教材

通过对职业工作过程的分析，编写出具有学习目标、学习和工作内容的学习领域课程教材，以任务作为课程的载体组织教学内容，每个学习情境确定学习情境任务描述、学习目标、学习与工作内容和学业评价要求。教材的主要特点：

1.工学结合，以工作任务组织教与学。以任务为导向，将工作与学习相结合，既能通过学习性任务系统地学习单片机的知识，又能通过学习和工作的过程得到综合能力的培养和训练，教材的内容和编排体现了工学结合的职业教育特征。

2.依据职业工作任务，设计学习情境。根据职业工作任务的分析和归纳，按照职业工作过程和学习认知规律，根据教育教学原理，设计了6个学习情境，6个学习情境的工作任务来源于实际的职业工作任务，具备了典型工作过程的工作要素。

3.根据职业岗位需求，采用以汇编为基础，以C语言为主的编程语言。在目前实际的单片机开发应用工作中，C语言以优良的可读性，便于改进、扩充和移植，便于合作编程，成为目前单片机开发和应用的主要语言，但在一些实时性要求较高的应用和一些小型应用项目中，汇编语言仍然是很有效的编程语言，所以本书的单片机应用以C语言为主要编程语言，以汇编语言为要求基本掌握的编程语言，避免学生学完单片机课程后，却看不懂单片机的指令系统。以C语言为主，基本掌握汇编语言的学习方式，适应职业岗位的实际工作需求。

4.基于Keil和Proteus的开发仿真平台。Keil是目前职业岗位应用最多的MCS-51系列单片机软件开发平台，集成了文件编辑、项目管理和软件调试等多种功能，Proteus是一款功能很强的EDA工具软件，在单片机应用电路的仿真中具有突出的优势，将Keil开发软件和Proteus仿真软件结合应用，可以实时、动态地模拟单片机系统的动作，本课程所有任务和案例的程序和电路原理图都通过了Keil的项目编译和Proteus的仿真验证。

（三）具有丰富的现代教学手段的情境教学实验室的建设及实践教学

建立了三个能满足学习情境教学和实训工作要求的理实一体的单片机多媒体网络教室，配备了能够进行学习情境教学要求的实训设备；建立了能满足开放型创新实践教学的创新工作实验室。在经过教改建设后的单片机实验室，实现了理论知识的学习、虚拟实验和实物电路的实验能够在同一教室进行的实验室教学和实践教学相结合的模式。为实现职业教育课程的目标，学习的内容是工作过程，而通过工作过程为实践教学创造了良好的条件。

在校外实训基地实践教学方面，与扬州的多家企业建立了稳定的校企合作关系。通过合作，这些企业逐步成为学生和单片机课程教师参与单片机课程创新实践、参与行业企业创新实践的实训基地。

二、培养单片机应用创新型高技能人才取得丰硕成果

通过以工作过程系统化为导向的单片机课程的教学改革，收到了明显的效果，学生学习的兴趣提高了，应用单片机的能力也有了显著的提高；应用单片机技术进行课程设计、毕业设计和创新设计的学生越来越多。自单片机课程启动以工作过程系统化为导向的课程改革以来，每学年有400名左右的大二、大三的学生学习单片机应用，有越来越多的学生应用单片机技术进行毕业设计、参加大学生实践创新训练计划，其中获得多项省级、学院级大学生实践创新训练计划立项和省级院级优秀毕业设计。

特别是在“全国电子专业人才设计与技能大赛”活动中多人次取得优秀成绩，这项活动是为了推动高校教学改革，培养大学生的创新意识和工程实践素质，由工业和信息化部人才交流中心举办的，我系学生在“单片机设计与开发”中获得全国二等奖1名，全国三等奖2名，江苏一等奖2名，二等奖2名，三等奖5名和多名优秀奖。

三、教科研工作取得显著成绩

通过以工作过程系统化导向的教改教研活动，锻炼培养了一支教育教学理念先进、实践操作能力强、教学水平较高、专业素质好的教师队伍。编写由清华大学出版社出版的工学结合模式、21世纪高职高专规划单片机应用教材一部，《单片机应用设计与制作》教材被立项为学院精品教材。多名老师在指导学生参与技能竞赛中成绩突出，获得省级和全国性奖励。此外单片机课程教学团队在培养单片机应用创新型技能人才的同时，积极主动地开展教学和科研工作，获得过多次学院、省和全国性的奖励，主持了多项教科研项目，在多种专业学术期刊发表了10多篇和单片机应用相关联的教科研论著。

参考文献：

［1］ 姜大源，吴全全.当代德国职业教育主流教学思想研究［M］.北京：清华大学出版社，2007.