基于“卓越工程师教育培养计划”的单片机课程实践教学的研究与探讨

曲贵波，乔 爽，吴东艳，张 鹏，张凌志

(黑龙江工程学院，哈尔滨150050)

单片机课程是测控、电子、电气、自动化等专业的一门重要的专业课程，掌握单片机技术是对测控、电子、电气、自动化等专业学生的一项基本要求。单片机技术对学习者的实践动手能力要求较高。针对传统的单片机课程中实践教学的弊端进行改革，探索如何形成新颖的单片机实践教学模式，对解决单片机课程的理论教学与实验教学脱节、实验教学内容与应用脱节等问题，激发学生学习单片机课程的兴趣，提高学生的动手和创新能力，培养适应社会需求的应用型人才等具有重要的意义。

1 单片机课程实践教学的现状

国内目前各个高校的单片机实践教学还比较传统，在设备上基本还处于使用现成的封闭式的实验箱，或者半封闭式的仿真头加开发板的模式。这种实践模式不但需要配套的仪器设备才能进行相关的实践，资金投入大，实验项目有限，还使学习者的思维受限于具体的硬件实践环境，禁锢了学习者的创造性思维，挫伤了学习者的学习兴趣。在实践环节的设置上较少考虑理论教学环节和实践教学环节的相互依存、相互渗透的关系，存在“理论是理论，实践是实践”的做法，人为地割裂了单片机课程中理论和实践的关系。

2 单片机课程实践教学的改革

单片机课程实践性很强，所以如何加强单片机课程实践环节的教学对提高单片机课程的教学质量具有至关重要的意义。

2.1 理论教学环节和实践教学环节相互渗透

单片机课程重应用的特点决定了本门课程在教学过程中与其他课程的明显不同。最显著的不同之处就在于理论教学环节和实践教学环节相互渗透、相互交叉。脱离理论基础的实践是“空中楼阁”，脱离实践的理论是“纸上谈兵”。在单片机理论授课的时候主要围绕单片机硬件基础、单片机指令系统、单片机片内功能单元(中断系统、计数器/定时器、串行口)、单片机外围扩展(存储器扩展和接口扩展)、单片机外围设备接口(显示器、打印机、键盘、ADC、DAC)、单片机应用等六大部分内容来讲授。在以上六大部分内容的讲授过程之中，除了单片机硬件基础之外，其余的五大部分内容学生只靠单纯的听课是很难理解和掌握的。

为此，在单片机理论教学环节中有意识地根据具体内容来适当地引入一定的实践环节是很必要的。当然在理论教学环节引入的实践环节主要是教师根据学生的理解情况，在课堂上现场设计的一些相应的演示，目的是加深学生对相关理论的理解，并没有重点关注学生自己动手能力的提高。

针对不同教学内容的不同特点，在课堂上要引入不同的实践演示环节。

2.1.1 Keil μVision 系统的应用

Keil μVision 系统是德国Keil Software 公司出品的51 系列兼容单片机软件开发系统，在Keil μVision 的集成开发环境中，包含了编译器、汇编器、实时操作系统、项目管理器、调试器等。在课堂上适当地引入Keil μVision 系统对学生深入掌握单片机指令系统、单片机中断系统、计数器/定时器、串行口等部分的内容具有很大的帮助，能让学生直观地见到某条指令执行的具体过程，及在某指令执行后对单片机相应资源的影响。Keil μVision 系统还能使学生直观地了解单片机中断系统、计数器/定时器、串行口等内部功能单元工作的具体流程，而且也能使学生在学习的过程之中较好地掌握Keil μVision 这个主流的单片机开发系统。

2.1.2 Proteus 平台的应用

Proteus 是20世纪90年代初期由英国的Labcenter Electronics 公司推出的著名EDA 工具软件。Proteus 是目前世界上最先进、最完整的单片机系统设计与仿真平台，可以实现数字电路、模拟电路及微控制器系统与外设的混合电路系统的电路仿真、软件仿真、系统协同仿真和PCB 设计等功能。在讲解单片机外围设备接口(显示器、打印机、键盘、ADC、DAC)内容时，适当地引入Proteus 平台，能很形象直观地展示给学生单片机应用系统中前向通道、后向通道和人机通道等部分的实际工作原理和工作过程，对学生对这部分相关知识的掌握帮助很大。

另外，在课堂上讲授单片机应用部分内容的时候可以利用Keil μVision 系统强大的集成开发环境和Proteus 平台优异的系统仿真能力，将二者设置成“联调”模式。从单片机应用系统的需求分析、功能模块划分、软硬件功能界定、关键技术点的突破、元器件选择，一直到系统的实现，让学生在课堂上有一种亲临设计现场的感觉。

2.2 “延伸”的实验教学

单片机课程中的实验教学环节十分重要。在单片机课程中的实验教学的“延伸”主要是两个方向的“延伸”，即课前的“延伸”和课后的“延伸”。

课前“延伸”要求学生先根据具体的实验目的和要求先自行设计相应的实验方案，然后根据具体的方案使用Keil μVision 系统和Proteus 平台来完成仿真设计，并对仿真的过程及结果进行验证。只有经过课前仿真验证通过后的实验才能进入实验室在自制的实验板上进行实际实验。课后“延伸”鼓励学生就实验中发现的问题、课堂中存在的迷惑以及同学之间相互争论的问题进行课后仿真验证。

经过前续课堂教学的渗透及“延伸”后的实验教学，使单纯的单片机实验变成综合训练，不但能使学生完成单片机实验所要求的基本训练，还能使学生能很好地掌握相关流行的编译器和仿真平台，有效地训练学生绘制电路原理图、PCB 图及电路仿真的能力。利用Keil μVision 系统和Proteus平台，学生课后可以自主地进行实验，进而形成新颖的实验教学模式，成功地激发了学生对单片机课程的好奇心及求知欲，对单片机的实验教学及提高学习者的实践动手能力具有深远的意义。

2.3 创新的实践

创新是一个民族进步的灵魂，单片机技术是创新面比较集中地技术之一。除了在“延伸”的实验教学环节中，要求学生根据具体的实验目的和要求先自行设计相应的实验方案来体现创新之外，还在单片机课程的整个授课过程中也鼓励学生坚持创新实践。结合学校的大学生创新基金及各种行业竞赛，鼓励学生根据已掌握的知识进一步查阅相关资料，开阔视野，积极地参与。

通过参与各种比赛，不但能夯实课程的基础，激励学生学以致用，也能正确地引导学生自觉地涉猎相关的知识，形成健全的知识体系，有助于学生理解学科、专业、课程之间的内在联系，整体和部分之间的联系，让学生在掌握和理解单门课程知识的同时，也掌握了系统工程的方法，为毕业后从事相关的工作打下坚实的基础。

3 结语

通过对单片机课程实践教学环节的改革，摆脱了按原有的机械还原论方式安排单片机课程的实践教学环节，按照循序渐进，认识论螺旋式上升的原则对课程的实践环节进行合理安排，加强单片机课程各教学环节的相互联系及连贯性，而不是分割教学、分割实践。通过多实践环节同时进行，有助于学生理解课程内容的内在联系，整体和部分之间联系，培养了学生独立思考、分析和解决问题的能力，激发了学生学习和实践的主动性，鼓励学生培养独立创新的意识和能力，取得了较好的教学效果。

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