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摘要：单片机实训课程是农业工程类专业非常重要的专业技术课，是后续专业实践课的基础。根据目前农业工程类专业单片机实训课程教学的不足之处，针对新疆地区农业现代化发展的需要，结合塔里木大学的“环塔里木生物多样性和文化多元性”特色发展宗旨；在单片机实训课程教学中，对教学过程中的实验、实习、实训等方面的教学模式进行探讨，在教学过程中取得了一些成绩，以期为单片机实训课程建设提供参考。
关键词：单片机；实训课程；教学模式
作者简介：张洪洲（1982-），男，吉林长春人，塔里木大学机械电气化工程学院，讲师；周丹（1984-），女，重庆人，塔里木大学机械电气化工程学院，讲师。（新疆 阿拉尔 843300）
基金项目：本文系塔里木大学高等教育研究项目（项目编号：TDGJ1315）的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）08-0190-02
单片机实训课程是农业工程类单片机课程教学的重要组成部分。新疆塔里木大学机械电气化工程学院农业工程下设各专业均开设单片机课程，它是重要的专业基础课；通过对单片机实训课程的学习，可以增强农业工程类学生的综合设计能力，对农业电气化与现代化有一个准确的定位。单片机实训课程是将理论课上学到的纯理论以实践的方式重现并且加固。单片机实训课程的教学质量直接关系到学生的实践动手能力；通过为学生提供好的教学模式来提高单片机实训课程的教学质量。
一、传统单片机实训教学模式的不足
传统的单片机实训课程教学模式有其独特的优点，但是，随着社会的进步，科学技术的迅猛发展，新疆农业现代化程度越来越高，面对如此严峻的形势，对人才实际技能的要求不多提高，传统的实训教学模式的不足之处越来越明显。[1-3]例如，在传统的实训教学中，依然以理论基础为主，在单片机实验教学中，教师只是根据在课堂上所教授的理论知识而进行有针对性的实验，并且在选择试验时完全根据实验指导书上的实验例题指导学生实验。实验指导书上的一些实验已经不能满足当前的需要，并且指导书上的实验都已经给出了接口电路原理图、接线图以及参考程序，这对学生没有任何挑战性，只要机械地按照指示连接电路图，并且将参考程序烧入开发板就成功了。这样的试验模式对学生来说，缺少刺激其设计思想的动力，不利于培养学生的实际动手能力。在实验教学考核中，以实验结果为考核标准，这样对一些学生来说不公平，并且会使学生对单片机知其然而不知其所以然。农业工程类专业培养的人才是具有很强的实际动手能力和综合设计能力的实用性人才，因此，对农业工程类专业单片机实训模式的改革是十分必要的。
二、实训课程要点分析
实训教学是单片机课程教学的重要组成部分，是不可或缺的，[4，5]是学生真正去企业进行实践性工作的桥梁；要改变原有的教学模式，注重综合能力的培养，改革实验教学，强化实践能力。
1.选择适合与本专业学生学习的实训内容
要结合现有的硬件设施、学生的接受能力和新疆建设发展的需要，选择与之匹配的实训教学内容。这就要求授课老师对现有的硬件设备水平有清晰的认识；通过前期的理论教学和以往的教学经验对学生的接受能力进行评估；通过对新疆地区农业现代化发展下对单片机设计需要的技能程度和水平进行调研来确定发展的需要，进而确定单片机实训课程的授课内容。
2.增加综合设计性实训课程，增设开放式实训课堂
现有的单片机实验多数都为验证性实验，实习也多为验证性和机械性实习；学生都是按提示将实验做完。单片机实习都是从电子市场中买回的功能模块套件，学生只要按照拼图的方法将元器件焊接到PCB板上，将程序的工程文件烧录到单片机上，作品的基本功能都能实现，根本就没有调试环节实习就结束了。因此，应该增加综合设计性的实训课程，可以增加学生对单片机实训课程的兴趣，刺激其创新精神，增强学生的整体设计和局部细节设计的思想，强化学生的动手能力；实训题目内容增加接口电路部分的设计和软件驱动部分，接口电路复杂了，模拟元器件应用增加，这样有利于培养学生对元器件的选型和硬件电路调试的能力，软件驱动部分的增加，还是学生在每一次软件设計时都不会太容易将程序调试成功，这样会激发学生的逻辑思维。
以往的实训课堂都是按时按点的，和学校的作息时间及教学计划进度等一致，这样的模式有其优点，但同时也限制了一些对单片机实训课程有浓厚兴趣的学生。应该为这类学生提供一个或多个开放式实训场所，开放时间不受限制，有兴趣的学生在业余时间可以来这里接受培训，安排相应的老师定期和不定期地为学生进行实训授课和答疑。这样在老师的指导下，有兴趣的学生会完成一些单片机应用的设计。
三、产学研模式的应用与分析
产学研的教学模式已经广泛应用到各个学科的教学中；但是，产学研教学模式在单片机实训教学中还很少被应用。产学研模式是在课程授课时，授课内容针对实际生产的需要设计，学生在学习的过程中有选择的、有针对性的学习，学习完全是为了生产做准备的。在授课过程中，任课教师要根据实际生产的发展需要、在实际生产中遇到的亟待解决的问题，以及根据现有的生产现状预测未来生产的需要；根据这些需要，有针对性地进行研发，同时刺激学生的实际研发能力；单片机实训教学的终极目的就是面向生产，面向研发；因此，产学研模式适合于单片机实训教学。
在实际生产生活中，单片机的应用很广泛，尤其是民用生产生活中大多数都是应用在仪器设备等控制上，例如机床的精确控制需要高端工程单片机来实现，交通灯的控制需要单片机的定时控制，楼道中的声控灯和火灾预警系统主控制芯片也是单片机。在农业生产中，单片机的应用也越来越广泛，现在农业要求精准作业和精量播种，采棉机的复采自动巡航系统，精量播种机的自动识别系统的主控制器都是用单片机设计的；现代人生活的必备工具——汽车，多处应用单片机，例如车载电子中的电子锁、防盗系统、ABS刹车系统等。针对单片机在这些领域的应用，在教学过程中要引入这些成熟的产品，指导学生模仿式的开发，将这些产品应用到的理论知识吃透，参照成熟的设计方案设计这些功能模块，掌握前人的设计思想和精髓，将这些工作完成之后，任课教师组织学生针对这些设计在实际应用中存在的不足之处开展尝试性的研发，完善这些产品的升级。 四、典型案例分析
下面以在生活中或在教学过程中经常会遇到单片机设计案例——交通灯的设计为例进行说明。针对这一例题，应用产学研教学模式进行分析。
问题描述：设计交通灯模拟电路，在某个路口的四个方向分别配有红、黄、绿三个信号灯，任意选择单片机的控制管脚。编写程序实现：南北方向绿灯（东西方向红灯）时长6s；南北方向黄灯闪烁（东西方向红灯）时长10s，闪烁间隔为1s；南北方向红灯（东西方向绿灯）时长6s；南北方向红灯（东西方向黄灯闪烁）时长10s，闪烁间隔为1s，依次循环。
问题分析：要设计交通灯的模拟电路，因此只需做一个模拟场景；在一块万用板上规定东、西、南、北4个方向，在每个方向上安装红、绿、黄3个发光二极管，用单片机最小系统通过定时程序控制12个放光二极管的亮灭和持续时间即可完成模拟设计。
完成设计：这个设计重点在于定时程序的编写，单片机最小系统只需选用通用的STC单片机最小系统模块即可满足设计要求；接口电路只需选择两组并行口在每个发光二极管上加上拉电阻，通过调节上拉电阻的大小即可调节发光二极管的亮度。
但是，该设计现在产学研教学模式下就需要对系统进行进一步的设计和改进。首先，在实际应用中，交通灯是高亮灯，所以在设计时把发光二极管改成220V耐压值的灯，这样就需要在每一个灯上增加继电器，单片机控制继电器的吸合和断开，实现交通灯的亮灭和时间控制。在夜间以及光照强度等自然因素的影响下，现在急需设计一个根据环境变化的自适应控制的智能交通灯，所以在指导学生设计时启发学生完善智能交通灯的设计。另外，在各大城市的繁忙路口，交通的吞吐量大，而且不确定性和随机性很大，针对这类城市路口交通灯的设计要先做好调研工作，利用概率学分析，建立路口吞吐量随时间变化的模型，根据模型选择合适的算法编程，实现自适应控制，达到节能、高效的效果。
五、结束语
以上是课题组对单片机实训教学模式改革的一些尝试。在教学实践中取得了一些成果，单片机实训课程教学质量有了明显提高，学生的实际动手能力显著提高，学生学习单片机的积极性有很大的提高。
参考文献：
[1] 杨艳，董秀洁，程东旭.关于单片机实验室教学改革的几点思考[J].中国教育技术装备，2010，36（12）：134-135.
[2] 周鹏，张小刚，王宪磊，何军.“微机原理与接口技术”课程教学改革探讨与实践的调研报告[J].中国电力教育，2010，161（10）：91-95.
[3] 唐緯.基于“项目驱动”的单片机类课程实践教学改革[J].实验室研究与探索，2010，29（5）：130-132.
[4] 贡雪梅.项目教学法在单片机原理课程设计中的应用[J].实验技术与管理，2009，26（7）：115-116.
[5] 刘萌，郑煊.基于Proteus的单片机虚拟实验室的构建[J].山东教育学院学报，2009，（6）：106-108.
（责任编辑：王祝萍）
关键词：单片机；实训课程；教学模式
作者简介：张洪洲（1982-），男，吉林长春人，塔里木大学机械电气化工程学院，讲师；周丹（1984-），女，重庆人，塔里木大学机械电气化工程学院，讲师。（新疆 阿拉尔 843300）
基金项目：本文系塔里木大学高等教育研究项目（项目编号：TDGJ1315）的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）08-0190-02
单片机实训课程是农业工程类单片机课程教学的重要组成部分。新疆塔里木大学机械电气化工程学院农业工程下设各专业均开设单片机课程，它是重要的专业基础课；通过对单片机实训课程的学习，可以增强农业工程类学生的综合设计能力，对农业电气化与现代化有一个准确的定位。单片机实训课程是将理论课上学到的纯理论以实践的方式重现并且加固。单片机实训课程的教学质量直接关系到学生的实践动手能力；通过为学生提供好的教学模式来提高单片机实训课程的教学质量。
一、传统单片机实训教学模式的不足
传统的单片机实训课程教学模式有其独特的优点，但是，随着社会的进步，科学技术的迅猛发展，新疆农业现代化程度越来越高，面对如此严峻的形势，对人才实际技能的要求不多提高，传统的实训教学模式的不足之处越来越明显。[1-3]例如，在传统的实训教学中，依然以理论基础为主，在单片机实验教学中，教师只是根据在课堂上所教授的理论知识而进行有针对性的实验，并且在选择试验时完全根据实验指导书上的实验例题指导学生实验。实验指导书上的一些实验已经不能满足当前的需要，并且指导书上的实验都已经给出了接口电路原理图、接线图以及参考程序，这对学生没有任何挑战性，只要机械地按照指示连接电路图，并且将参考程序烧入开发板就成功了。这样的试验模式对学生来说，缺少刺激其设计思想的动力，不利于培养学生的实际动手能力。在实验教学考核中，以实验结果为考核标准，这样对一些学生来说不公平，并且会使学生对单片机知其然而不知其所以然。农业工程类专业培养的人才是具有很强的实际动手能力和综合设计能力的实用性人才，因此，对农业工程类专业单片机实训模式的改革是十分必要的。
二、实训课程要点分析
实训教学是单片机课程教学的重要组成部分，是不可或缺的，[4，5]是学生真正去企业进行实践性工作的桥梁；要改变原有的教学模式，注重综合能力的培养，改革实验教学，强化实践能力。
1.选择适合与本专业学生学习的实训内容
要结合现有的硬件设施、学生的接受能力和新疆建设发展的需要，选择与之匹配的实训教学内容。这就要求授课老师对现有的硬件设备水平有清晰的认识；通过前期的理论教学和以往的教学经验对学生的接受能力进行评估；通过对新疆地区农业现代化发展下对单片机设计需要的技能程度和水平进行调研来确定发展的需要，进而确定单片机实训课程的授课内容。
2.增加综合设计性实训课程，增设开放式实训课堂
现有的单片机实验多数都为验证性实验，实习也多为验证性和机械性实习；学生都是按提示将实验做完。单片机实习都是从电子市场中买回的功能模块套件，学生只要按照拼图的方法将元器件焊接到PCB板上，将程序的工程文件烧录到单片机上，作品的基本功能都能实现，根本就没有调试环节实习就结束了。因此，应该增加综合设计性的实训课程，可以增加学生对单片机实训课程的兴趣，刺激其创新精神，增强学生的整体设计和局部细节设计的思想，强化学生的动手能力；实训题目内容增加接口电路部分的设计和软件驱动部分，接口电路复杂了，模拟元器件应用增加，这样有利于培养学生对元器件的选型和硬件电路调试的能力，软件驱动部分的增加，还是学生在每一次软件设計时都不会太容易将程序调试成功，这样会激发学生的逻辑思维。
以往的实训课堂都是按时按点的，和学校的作息时间及教学计划进度等一致，这样的模式有其优点，但同时也限制了一些对单片机实训课程有浓厚兴趣的学生。应该为这类学生提供一个或多个开放式实训场所，开放时间不受限制，有兴趣的学生在业余时间可以来这里接受培训，安排相应的老师定期和不定期地为学生进行实训授课和答疑。这样在老师的指导下，有兴趣的学生会完成一些单片机应用的设计。
三、产学研模式的应用与分析
产学研的教学模式已经广泛应用到各个学科的教学中；但是，产学研教学模式在单片机实训教学中还很少被应用。产学研模式是在课程授课时，授课内容针对实际生产的需要设计，学生在学习的过程中有选择的、有针对性的学习，学习完全是为了生产做准备的。在授课过程中，任课教师要根据实际生产的发展需要、在实际生产中遇到的亟待解决的问题，以及根据现有的生产现状预测未来生产的需要；根据这些需要，有针对性地进行研发，同时刺激学生的实际研发能力；单片机实训教学的终极目的就是面向生产，面向研发；因此，产学研模式适合于单片机实训教学。
在实际生产生活中，单片机的应用很广泛，尤其是民用生产生活中大多数都是应用在仪器设备等控制上，例如机床的精确控制需要高端工程单片机来实现，交通灯的控制需要单片机的定时控制，楼道中的声控灯和火灾预警系统主控制芯片也是单片机。在农业生产中，单片机的应用也越来越广泛，现在农业要求精准作业和精量播种，采棉机的复采自动巡航系统，精量播种机的自动识别系统的主控制器都是用单片机设计的；现代人生活的必备工具——汽车，多处应用单片机，例如车载电子中的电子锁、防盗系统、ABS刹车系统等。针对单片机在这些领域的应用，在教学过程中要引入这些成熟的产品，指导学生模仿式的开发，将这些产品应用到的理论知识吃透，参照成熟的设计方案设计这些功能模块，掌握前人的设计思想和精髓，将这些工作完成之后，任课教师组织学生针对这些设计在实际应用中存在的不足之处开展尝试性的研发，完善这些产品的升级。 四、典型案例分析
下面以在生活中或在教学过程中经常会遇到单片机设计案例——交通灯的设计为例进行说明。针对这一例题，应用产学研教学模式进行分析。
问题描述：设计交通灯模拟电路，在某个路口的四个方向分别配有红、黄、绿三个信号灯，任意选择单片机的控制管脚。编写程序实现：南北方向绿灯（东西方向红灯）时长6s；南北方向黄灯闪烁（东西方向红灯）时长10s，闪烁间隔为1s；南北方向红灯（东西方向绿灯）时长6s；南北方向红灯（东西方向黄灯闪烁）时长10s，闪烁间隔为1s，依次循环。
问题分析：要设计交通灯的模拟电路，因此只需做一个模拟场景；在一块万用板上规定东、西、南、北4个方向，在每个方向上安装红、绿、黄3个发光二极管，用单片机最小系统通过定时程序控制12个放光二极管的亮灭和持续时间即可完成模拟设计。
完成设计：这个设计重点在于定时程序的编写，单片机最小系统只需选用通用的STC单片机最小系统模块即可满足设计要求；接口电路只需选择两组并行口在每个发光二极管上加上拉电阻，通过调节上拉电阻的大小即可调节发光二极管的亮度。
但是，该设计现在产学研教学模式下就需要对系统进行进一步的设计和改进。首先，在实际应用中，交通灯是高亮灯，所以在设计时把发光二极管改成220V耐压值的灯，这样就需要在每一个灯上增加继电器，单片机控制继电器的吸合和断开，实现交通灯的亮灭和时间控制。在夜间以及光照强度等自然因素的影响下，现在急需设计一个根据环境变化的自适应控制的智能交通灯，所以在指导学生设计时启发学生完善智能交通灯的设计。另外，在各大城市的繁忙路口，交通的吞吐量大，而且不确定性和随机性很大，针对这类城市路口交通灯的设计要先做好调研工作，利用概率学分析，建立路口吞吐量随时间变化的模型，根据模型选择合适的算法编程，实现自适应控制，达到节能、高效的效果。
五、结束语
以上是课题组对单片机实训教学模式改革的一些尝试。在教学实践中取得了一些成果，单片机实训课程教学质量有了明显提高，学生的实际动手能力显著提高，学生学习单片机的积极性有很大的提高。
参考文献：
[1] 杨艳，董秀洁，程东旭.关于单片机实验室教学改革的几点思考[J].中国教育技术装备，2010，36（12）：134-135.
[2] 周鹏，张小刚，王宪磊，何军.“微机原理与接口技术”课程教学改革探讨与实践的调研报告[J].中国电力教育，2010，161（10）：91-95.
[3] 唐緯.基于“项目驱动”的单片机类课程实践教学改革[J].实验室研究与探索，2010，29（5）：130-132.
[4] 贡雪梅.项目教学法在单片机原理课程设计中的应用[J].实验技术与管理，2009，26（7）：115-116.
[5] 刘萌，郑煊.基于Proteus的单片机虚拟实验室的构建[J].山东教育学院学报，2009，（6）：106-108.
（责任编辑：王祝萍）