史先桂

(安徽新华学院 信息工程学院，安徽 合肥 230088)

应用型人才培养模式下《单片机原理及应用》实践教学体系建设

史先桂

(安徽新华学院 信息工程学院，安徽 合肥 230088)

在应用型人才培养模式下，《单片机原理及应用》实践教学应着重培养学生的动手实践和创新思维能力，本文探索了在这门课程中构建以课程实验教学平台、课程实训教学平台和科研创新教学平台为核心的实践教学体系，以循序渐进的方式培养学生的单片机工程实践能力并激发其创新意识。

实践教学；单片机；创新意识

《单片机原理及应用》是工科院校电子信息类相关专业的专业核心课程，是一门综合了电子、计算机和自动化技术，且具有极强的实践性和应用性的课程，是学生学习嵌入式技术的基础。应用型人才培养模式强调的是对学生工程素质和创新能力的培养，通过实践教学来培养学生发现问题、分析问题、解决问题的能力，以培养学生的工程实践能力和创新精神为目的，使学生真正能做到“学以致用”。因此，实践教学在该门课程教学中至关重要，可以说是整个课程教学成败的关键。要想在实践教学中达到上述目标，吸引学生积极主动地投入实践学习中去，那就必须进行教学改革，建立一个行之有效的实践教学体系。[1]

一、实践教学手段与教学方法改革

(一)利用现代化教学手段提高实践教学效果

传统的实践教学中，是利用单片机实验箱来完成实验，2-3名学生为一组，在实验箱上按要求进行连线后，编写程序然后运行查看结果，多为验证型实验，实验环境固定，学生仅能通过实验来对课堂所授理论知识进行验证，而无法进行设计与开发，这远远达不到应用型人才培养的要求。

利用proteus仿真软件和keil集成开发环境，可以将程序设计、编译、调试、运行和单片机电路仿真有机融合为一体，不用局限于实验箱这样固定不变的实验环境，可以根据不同的实验目的来搭建不同的实验电路，而且可以做到人手一机，人人都有动手的机会，避免了分组实验时部分同学混水摸鱼的现象。

实践教学中的重点和难点，教师可以采用录制微课程的方式来解决，既可用于学生实验前的预习，也可用于实验中和实验后的自主学习，力争做到每次实验课结束后不留疑点。有条件的高校可利用MOOC学习平台或虚拟实验平台，给学生在课外也提供一个学习环境，并可采取奖励机制，如增加平时成绩等来有效激励学生的学习热情。

(二) 采用多种教学方法提升学生学习热情

单片机做为一门实践性很强的课程，培养学生的工程实践能力至关重要，这就要求教师要精心组织好每一次的实验课。在每次实验课之前教师都要明确布置实验内容，给学生一个思考和准备的时间，在实验课上要根据不同的实验内容采取不同的教学方法来提升学生的学习热情。

验证型实验由于难度系数不高，可采用讨论、限时奖励、总结演示等教学法，先让学生讨论实验中用到的知识点，再给定一个时间期限，在指定时间内完成的学生可获得加分，最后由学生或老师进行演示实验效果并总结。设计型实验可采用启发式和案例式等教学法，教师可首先讲解一个与本次实验相关的案例，然后启发学生思考，以达到举一反三的效果。难度系数较高的综合设计型实验，可采用分组式、项目驱动式等教学法，以2-3人为一组，布置一个完整的有实践意义的项目来进行实验，如让学生做一个万年历或是模拟十字路口交通灯，从项目方案设计到最终完成项目，项目组成员分工合作，既能培养学生分析问题、解决问题的能力，又可有效的煅练学生的团队合作和工程实践能力，并激发其创新意识。

二、实践教学体系建设

单片机的实践教学包括课程实验、课程设计、科技竞赛、毕业设计等实践教学环节，各教学环节虽彼此独立，但却是一个由易向难循序渐进的培养学生工程实践能力的过程，各实践教学环节紧密联接起来，从而形成一种从单元电路到功能模块、从功能模块到系统应用、从仿真设计到硬件制作、从简单到复杂的层层推进、环环相扣的实践教学模式。“单片机原理及应用”实践教学体系框图如图1所示。[2]

图1 “单片机原理及应用”实践教学体系框图

(一)课程实验教学平台建设

《单片机原理及应用》这门课的实验部分可分为验证型、设计型和综合型实验。验证型实验用于巩固和加深学生对单片机内外部资源的工作原理和功能的理解，熟练运用proteus软件仿真平台和keil集成开发环境，掌握软硬件联调方法。设计型实验是让学生从理论知识到实践应用的一个突破，是提高学生学习兴趣的关键，学生只有通过自己动手解决问题才会有成就感，从而激发出更大的学习热情。综合型实验体现了从单元电路到功能模块再到单片机应用系统的设计思路，能够很好的煅练学生知识的综合运用能力。

(二)课程实训教学平台建设

用Proteus加keil纯软件仿真调试，能够很好的解决硬件实验板价格高，难以做到每个学生人手一套，实验内容受到实验板功能限制的缺点，但归根结底还是纸上谈兵，而且受制于仿真模型的不完善以及软件功能本身的局限性，不能完全达到和硬件同样的实践要求，因此还需加强学生对单片机相关硬件实物的认识和运用。[3]

课程实训教学平台就是用来加强学生对于单片机相关内部和外部硬件资源的认识和运用，此环节一般有1～2周的时间，将学生每2～3人分成1个小组，首先教师布置课程实训设计任务，然后要求学生利用图书馆、网络等一切可以利用的资源进行资料查询，并且进行系统方案设计、系统电路图设计。每组找出几个比较典型的电路进行方案对比、讲解，确定比较合理的设计方案，再绘制出仿真电路。接下来进行实物制作，可购买单片机、液晶显示屏、万能板等一批散件，要求学生自行设计制作电路板并进行焊接组装，从而进一步锻炼实践动手能力。也可根据实际情况批量购买一些已经制作好的最小系统PCB板和相关器件，学生自己动手焊接并进行硬件系统调试，加强了学生对硬件的认识和对电路的理解。焊接制作时对于单片机、液晶屏和点阵等较贵重器件采用可插拔方式连接，提高器件的可重复利用率。制作完成后，学生即可拥有一套多功能的单片机实验板，可以随时方便地进行单片机的实时实验。

课程实训是本课程整个教学过程中一个重要的实践环节，用于提高学生对单片机系统的整体认识。通过课程实训，可使前期各零散的实践教学环节之间紧密联系起来，在这一环节中，教师要预先准备好比较合理的设计题目，尽量将单片机各个模块都练习到，这些也可为学生将来的毕业设计打下一个良好的基础。[4]

(三)科研创新教学平台建设

科研创新教学平台用于培养学生创新思维和进行科学研究的能力，教师可引导学生参与自己承担的科研课题，完成创新型实验项目，学生也可进一步深入研究将其延伸为毕业设计课题。同时，教师应积极鼓励学生参加校内外的科技竞赛，通过参与竞赛,可以全面地检验学生对专业知识的综合运用能力。

很多单片机或嵌入式企业都要求就业学生不仅要具备基本的生产流程操作技能,还要具有创新性思维,能主动发现问题并解决问题。因此,单片机教学对学生动手实践和创新能力的培养应尤为重视，把提高学生的实践和创新能力作为实践教学改革的重要目标。

1.积极引导学生参加科技竞赛

单片机相关学科竞赛的内容特别注重在新技术和新设备上的应用,很多竞赛题目都是源于生活，是具有实际应用研究价值的产品，既有利于提高学生的动手能力、创新能力以及发现问题和解决问题的能力，也使学生在参赛的过程中，培养了良好的与人沟通合作的能力，并树立起团体的荣誉感和个人的责任感，在这一过程中培养具备较高工程素质的创新人才。

2.引导学生真题真做提前进行毕业设计

现在很多高校的本科毕业生在进行毕业设计时基本都是假题真做，完成一个系统或制作一个网站等等，毕业设计答辩完设计的东西也就没用了。教师应该积极引导参与科研或进行科技创新的学生，将其研究内容进一步转化为毕业设计课题，实现真题真做，最终形成一定的科研成果。

三、实践教学环境建设

(一) 实验室软硬件资源建设

要完成单片机课程实验教学，实验室必须要有50台左右的电脑，能够满足一个教学班人手一机的硬件实验环境，安装Proteus和keil软件。要进行课程实训教学，必须要提前为学生准备好实验PCB板和相关硬件。

(二)实验室开放措施

课堂实验学时毕竟有限，要想尽量多的让学生完成综合型、创新型实验，必须要建立自主开放式实验平台，有条件的可建立网络虚拟仿真实验平台，使学生不用拘泥于时间和地点的限制，随时可以利用网络共享资源进行单片机实验，大大提高学生的学习兴趣和实验实践能力。[5]

没有网络虚拟仿真实验平台的，一定要建立日常实验室开放措施，给学生创造更多的实践动手的机会，努力培养学生学习单片机的兴趣。

(三)校内科技竞赛平台搭建

建立校内的单片机竞赛平台，既是对《单片机原理及应用》课程教学的有益促进，也可为校外相关科技竞赛选拔人才。在安徽新华学院科技竞赛已渐成为教学改革实践的载体，得到了广大师生的认可和积极参与，也充分调动了学生参加各类竞赛和课外科技活动的积极性。[6]

四、课程考核方式改革

为了适应《单片机原理及应用》课程实践教学体系改革的需要，使学生能够从根本上重视实践教学，更是为了使本门课程的考核真正能够体现“学以致用”的原则，本门课程将不再采用传统笔试的考核方式，而采用实践考核。在2个小时的考核时间内，学生要完成仿真电路设计、程序编辑调试，以及电路与程序联调。课程实训考核学生软硬件综合运用及科研写作能力，采用“仿真电路设计+硬件实物制作+设计论文+答辩”的考核方式，真正将单片机应用能力考核落到实处。

五、结语

在多年单片机教学实践中，探索建立的从课程实验教学平台到课程实训教学平台再到科研创新教学平台，从激发学生学习单片机的兴趣和热情，到培养学生的工程实践能力，激发创新意识方面，发挥了积极的作用，成效显著，我院每年都有学生参加单片机应用技能竞赛、大学生电子设计竞赛和“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛等科技竞赛并获得了奖项。

一个好的实践教学体系，应该让学生从苦学、难学、厌学，变成乐学、好学、愿学。在新技术新设备不断涌现的时代，单片机实践教学体系建设还有待不断完善和改进，需要广大从事单片机教学的老师不断探索和实践。

[1]王琼，孙保群．从单片机教学改革实践看大学生工程素质与创新能力的培养[J]．CEPE中国电力教育，2009， (25)：102～103.

[2]王鹏．“单片机原理”实验教学体系建设[J]．电气电子教学学报，2010,32(5)：107～108.

[3]周伟．基于三个平台的单片机课程实践教学体系建设[J]．实验科学与技术，2011,9(2)：88～90.

[4]苏俭德．“单片机应用设计”课程教学改革与实践[J]．实验技术与管理，2011,28(12)：148～150.

[5]朱向庆．单片机原理及应用课程立体化实践教学体系的建设[J]．黑龙江教育，2012，(4)：45～47.

[6]李苏北．以学科竞赛为载体推动课程建设与学生创新能力培养[J]．大学数学，2009,25(5)：8～10.

2095-4654(2015)10-0168-03

2015-07-15

安徽省教育厅重大教学改革研究项目(2014zdjy143)；安徽省质量工程项目(2012gxk112)；安徽新华学院教研项目(2011jy006)

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