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摘要：从“MCS-51单片机”课程特点出发，分析当前课程教学存在的问题，在创新性研究型人才培养机制下对课堂教学和实践教学进行改革，提出改革策略。实践证明这些方法能有效提高学生的学习兴趣，增强自主学习能力与实践创新能力。
关键词：创新性研究型人才培养；MCS-51单片机；教学改革
作者简介：高伟（1983-），男，福建平潭人，福州大学电气工程与自动化学院，讲师；郭谋发（1973-），男，福建福清人，福州大学电气工程与自动化学院，副教授。（福建 福州 350108）。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）29-0047-02
人才培养是高校教育工作的中心工作，尤其是在新的历史时期，培养具有较强创新意识和实际能力、基础扎实的高层次创新性研究型人才成为提高企业和国家核心竞争力的紧迫任务。为了进一步提高本科人才培养质量，福州大学（以下简称“我校”）提出一系列的教学改革措施，要求改变教育观念，深化教学改革，创新人才培养模式，加快人才培养的步伐。在此环境下，笔者承担的“MCS-51单片机”教学也进行了相应的改革探索和实践。
“MCS-51单片机”课程是我校电气信息类专业的专业选修课，在大三（下）开设，前期课程有8086微控制器的“微机原理和接口”。“MCS-51单片机”的教学任务是让学生掌握单片机硬件结构、工作原理，学会硬件设计和软件开发的方法，是一门实践性很强的课程。学生只有通过硬件电路设计、软件程序编制、仿真调试，才能加深对所学理论知识的理解，提高实际动手操作能力和分析、解决问题的能力，可以开拓思维，培养应用及创新能力。
一、当前课程教学中存在的主要问题
目前“MCS-51单片机”课程在教学过程中存在的问题有：[1，2]
1.只采用汇编语言教学，教学方法落伍
单片机的开发语言既可以是汇编语言，也可以是C语言。汇编语言尽管执行效率高，但针对不同的操作系统平台，不同的微控制器，指令都是完全不同的，即使指令相似，也不具有可移植性。C语言编写程序结构清晰，几乎都可以不做改变移植到不同的微机平台上，容易维护和修改。目前单片机教材大部分只介绍汇编语言，极少描述C语言设计。很多老教师上课只采用汇编语言教学，年轻老师也因循守旧，不做改变，这导致学生走上工作岗位后无法马上胜任岗位要求，还得继续进行培训和学习。
2.知识量增加，学时数大量压缩
由于技术的不断发展，学校对课程体系进行改革，课程越来越多，学时数不断地被压缩。随着单片机的广泛应用，功能越来越多，需要向学生传播更多的知识，就必须使教学内容进一步得到优化。
3.教学方法、教学手段单一，无法实现教与学的互动
课程内容抽象、实践性强，传统的教学只是简单地说教，通过板书和PPT让学生被动地接受知识，学生对单片机内部结构缺乏感性认识。
4.重理论，轻实践，不利于学生综合能力的培养
这门课程最主要的教学目标是让学生能够通过所学的知识以及所掌握的开发工具解决实际问题。但是在教学过程中，由于实践课需要耗费教师大量的时间和精力，很多老师不够重视，学生缺乏足够的实践动手机会。
5.考核方式单一，不能客观评价学生的能力
传统的考核方式主要通过期末考试来评定成绩，这种方式只强调结果考核忽视了过程考核，方式单一、粗放。
以上这些问题都使得课程教学遇到了很大的瓶颈，也与创新性应用型人才的培养要求存在较大差距。因此，在坚持以培养创新性应用型人才为导向的前提下，必须对课程教学形式和培养模式进行改革探索。
二、理论教学改革探索
作为开发实践类课程，尽管在培养学生自主学习能力与创新能力上有一定的优势，但是按照传统的教学方法，这种优势却无法发挥。为此，笔者通过对教学内容进行优化、借助多媒体辅助教学、构建网络教学系统、优化考核模式等方法，提高学生的学习兴趣及解决问题的能力。
1.以工程应用为导向，优化教学内容
根据课程的特点，将教学内容分成“基础部分”和“应用部分”。“基础部分”介绍单片机的基本结构、汇编语言以及C51基础知识。由于学生前面学过8086微控制器，对汇编语言有过了解。在语言学习上，以C51为主，汇编为辅。通过安排学生自学，课堂讲解重点、难点的方式，压缩汇编语言的课时，重点要放在C51的基础知识及程序设计的教学上。“应用部分”包括单片机的I/O口和中断、定时/计数器、通信以及外围电路的扩展。为了让学生对知识的应用背景有更深入的了解，每个知识点先引入一个工程案例，通过对案例解剖、分析引出即将学习的知识点，比如通过跑马灯规律性的循环闪烁介绍I/O口，通过电视遥控器接收按键的处理。
2.结合当前发展情况，介绍系统解决方案。
课本上有很多的例程来介绍每章节的知识点，但有些例程太过简单，在工程应用中用不到。在教学过程中，应结合当前的应用情况，通过介绍常用的软硬件的解决方案，开拓学生的视野。比如通信的应用，最常用的是按照通信规约进行数据的传输。一条报文由多个字节组成，需要在报文接收完毕后，进行数据的解析处理。课本只介绍单个数据的收发处理，遇到这种问题，学生通常无从下手。笔者选择从规约的定义、接收缓冲区的开辟、接收中断程序的处理、报文完整性的识别等角度来介绍数据接收、处理的过程。
3.引入先进的教学方法和教学手段
由于课程内容太过抽象，比较枯燥，采用传统的授课方式效果很差。在授课过程中，通过板书、PPT、Flash动画、计算机仿真等手段进行教学，丰富讲课形式，增加学生的学习兴趣。[3，4]例如，笔者使用Keil软件对每一道题编写仿真程序，并在Proteus ISIS 上搭出相应的电路图，同时还用Viso画出流程图。讲解时，介绍完解题思路、程序流程图后，程序通过板书写出。最后，调用仿真软件，通过单步执行或全速执行的方式，查看相应寄存器、电路现象的变化以及程序执行的结果。富有感染力的视觉刺激，加速知识理解的过程，提升了课堂效果。此外，通过我校的网络教学综合平台进行课程网站建设。网站内容包括“课程建设、理论教学、实践教学、试题习题、参考资料”5个资源模块，其中“课程建设”包括教学大纲、电子教案、教师队伍、改革与研究等资料；“理论教学”包括往年和最新的电子课件，以及部分教学录像；“实践教学”包括实验教程和课件、工具软件等；“试题习题”包括大量的练习和思考题、往年试题和参考答案；“参考资料”包括相关知识和技巧专题讲座、电子元器件技术资料和一些网络资源等。在网络教学综合平台，利用课余时间进行师生交流互动：通过BBS对问题集体讨论；通过教学邮件进行交流；将习题、讲义发布到教学平台，供学生下载使用；学生的课后作业直接提交到教学平台供老师评阅。 4.改变课程的考核方式
传统的一卷定成绩的考核模式不能全面督促学生重视课程的每个教学环节，为此，推行期末考试与课堂提问、课后作业、实验报告、综合性大作业、综合技能测试相结合的考核制度，通过量化考评指标，确保公平、公正、客观、科学地评价和检验学生的能力。[1]针对课程的特点，引导学生学会自学、查找资料、思考问题，而不是面面俱到地把所有知识点全部背下来。期末考试采取以半开卷形式，允许学生把一些难以记住的概念定义、寄存器名称写在一张A4纸上带进考场，而考试的题型加入工程案例，考核学生理解和解决实际问题的能力。
三、实践教学改革探索
实践是学习最好的导师，传统的课程实验都是验证性的，老师给出电路图、程序，学生按图索骥连接线路，上电运行，记录实验现象并撰写报告。在整个实验过程中，学生只是一个低级的操作工，很难激发学生的动手热情。因此通过设置科学的实验内容、鼓励学生参加科学实践活动等措施，调动和发挥学生的主观能动性，提高其创新能力。
1.因材施教，分类培养
十指有长短、树木有高低，每个学生的学习能力、学习兴趣都不一样，不能按照一种模式进行培养。有些学生，之前参加过各种电子竞赛，学过编程，动手能力很强。对于这些学生，允许免听，但是需要完成综合性大作业。他们通过自学、团队协作，完成创意作品设计，考核成绩记录在综合性大作业和综合技能测试中，答辩优秀的可以期末免试，激发他们的学习热情和主观能动性。
2.合理设置实验内容，培养创新能力[5]
对实验课的改革可以从实验内容和实验课形式两方面进行。在实验内容上，分成验证性实验、设计性实验、开放性实验。验证性实验可以帮助学生快速理解理论课上所讲授的内容，了解利用软硬件实现系统设计的流程。设计性实验在验证性实验的基础上，发挥学生的自主思考能力与创新能力，设计出实验指导书上没有的系统。开放性实验可以作为课后实验培养兴趣，也可以作为课程设计。适当减少验证性实验，增加设计性实验和开放性实验的比例，有利于发挥学生的自主性和创新性。
实验课采用课堂和课后相结合的形式，验证性和设计性实验可以在实验课堂上完成，设计性实验需要花费的时间较多，可以在课余时间利用学院开放的创新实验室进行。
3.鼓励学生参加各种科研活动，培养独立思考能力
鼓励学生参加各种科研训练活动：在我校，学生从大二开始，可以组队申请一项本科生科研训练计划项目（SRTP），大三可以申请国家或省级大学生创新创业训练计划项目；对电气信息类学生，每年有较多的竞赛可以参加，比如“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛、全国（或省级）电子设计大赛以及校、院级科技节比赛；还可以参与到老师的科研项目中，成为老师的科研助手。与课堂教学相比，这些科技项目中涉及的知识领域更广泛，在整个项目完成过程中，能充分发挥学生的主观能动性，培养学生独立思考能力，也能锻炼学生调查研究、查阅文献、分析论证、制订方案、设计实验、分析总结等方面的能力。[5]
四、结论
通过上述的课程建设、课程改革，学生的学习积极性和主动性有了较大提高，综合分析和解决实际问题的能力培养环节得到了进一步加强，收到良好的教学效果。改革实施两年来，学生学习热情明显提升，无论是课堂气氛、课后讨论、考试成绩明显好于前几届。在实践阶段，尽管没有要求学生一定做出实物作品，但大部分在答辩时都能拿出自己手动焊接的实物作品。笔者带领一组学生参加福建省大学生创新创业训练计划项目，经过一年的学习实践，研究、创新能力显著提升，答辩成绩优秀。
随着社会的不断发展，对人才培养的要求更高更具体，“MCS-51单片机”教学也需要不停地进行探索和创新，使学生具备扎实的理论基础和动手能力、思考和创新能力，以适应将来的学习和工作需要。
参考文献：
[1]张允，张运波，侯丽华，等.应用型本科“智能控制技术”课程教学改革的研究和实践[J].中国电力教育，2012，（36）：52-58.
[2]柳飞.创新机制下“微机原理与接口技术”教学改革研究[J].中国电力教育，2012，（26）：81-82.
[3]邓文娟，朱兆优，王嵩.探索单片机教学改革 提高学生工程实践能力[J].东华理工大学学报（社会科学版），2010，（4）：383-386.
[4]吴怀超.浅析MCS-51单片机的教学方法[J].科技创新导报，2010，（33）：176.
[5]田雪.“微机原理”课程教学中学生创新能力培养的探索[J].中国电力教育，2010，（33）：160-161.
（责任编辑：王意琴）
关键词：创新性研究型人才培养；MCS-51单片机；教学改革
作者简介：高伟（1983-），男，福建平潭人，福州大学电气工程与自动化学院，讲师；郭谋发（1973-），男，福建福清人，福州大学电气工程与自动化学院，副教授。（福建 福州 350108）。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）29-0047-02
人才培养是高校教育工作的中心工作，尤其是在新的历史时期，培养具有较强创新意识和实际能力、基础扎实的高层次创新性研究型人才成为提高企业和国家核心竞争力的紧迫任务。为了进一步提高本科人才培养质量，福州大学（以下简称“我校”）提出一系列的教学改革措施，要求改变教育观念，深化教学改革，创新人才培养模式，加快人才培养的步伐。在此环境下，笔者承担的“MCS-51单片机”教学也进行了相应的改革探索和实践。
“MCS-51单片机”课程是我校电气信息类专业的专业选修课，在大三（下）开设，前期课程有8086微控制器的“微机原理和接口”。“MCS-51单片机”的教学任务是让学生掌握单片机硬件结构、工作原理，学会硬件设计和软件开发的方法，是一门实践性很强的课程。学生只有通过硬件电路设计、软件程序编制、仿真调试，才能加深对所学理论知识的理解，提高实际动手操作能力和分析、解决问题的能力，可以开拓思维，培养应用及创新能力。
一、当前课程教学中存在的主要问题
目前“MCS-51单片机”课程在教学过程中存在的问题有：[1，2]
1.只采用汇编语言教学，教学方法落伍
单片机的开发语言既可以是汇编语言，也可以是C语言。汇编语言尽管执行效率高，但针对不同的操作系统平台，不同的微控制器，指令都是完全不同的，即使指令相似，也不具有可移植性。C语言编写程序结构清晰，几乎都可以不做改变移植到不同的微机平台上，容易维护和修改。目前单片机教材大部分只介绍汇编语言，极少描述C语言设计。很多老教师上课只采用汇编语言教学，年轻老师也因循守旧，不做改变，这导致学生走上工作岗位后无法马上胜任岗位要求，还得继续进行培训和学习。
2.知识量增加，学时数大量压缩
由于技术的不断发展，学校对课程体系进行改革，课程越来越多，学时数不断地被压缩。随着单片机的广泛应用，功能越来越多，需要向学生传播更多的知识，就必须使教学内容进一步得到优化。
3.教学方法、教学手段单一，无法实现教与学的互动
课程内容抽象、实践性强，传统的教学只是简单地说教，通过板书和PPT让学生被动地接受知识，学生对单片机内部结构缺乏感性认识。
4.重理论，轻实践，不利于学生综合能力的培养
这门课程最主要的教学目标是让学生能够通过所学的知识以及所掌握的开发工具解决实际问题。但是在教学过程中，由于实践课需要耗费教师大量的时间和精力，很多老师不够重视，学生缺乏足够的实践动手机会。
5.考核方式单一，不能客观评价学生的能力
传统的考核方式主要通过期末考试来评定成绩，这种方式只强调结果考核忽视了过程考核，方式单一、粗放。
以上这些问题都使得课程教学遇到了很大的瓶颈，也与创新性应用型人才的培养要求存在较大差距。因此，在坚持以培养创新性应用型人才为导向的前提下，必须对课程教学形式和培养模式进行改革探索。
二、理论教学改革探索
作为开发实践类课程，尽管在培养学生自主学习能力与创新能力上有一定的优势，但是按照传统的教学方法，这种优势却无法发挥。为此，笔者通过对教学内容进行优化、借助多媒体辅助教学、构建网络教学系统、优化考核模式等方法，提高学生的学习兴趣及解决问题的能力。
1.以工程应用为导向，优化教学内容
根据课程的特点，将教学内容分成“基础部分”和“应用部分”。“基础部分”介绍单片机的基本结构、汇编语言以及C51基础知识。由于学生前面学过8086微控制器，对汇编语言有过了解。在语言学习上，以C51为主，汇编为辅。通过安排学生自学，课堂讲解重点、难点的方式，压缩汇编语言的课时，重点要放在C51的基础知识及程序设计的教学上。“应用部分”包括单片机的I/O口和中断、定时/计数器、通信以及外围电路的扩展。为了让学生对知识的应用背景有更深入的了解，每个知识点先引入一个工程案例，通过对案例解剖、分析引出即将学习的知识点，比如通过跑马灯规律性的循环闪烁介绍I/O口，通过电视遥控器接收按键的处理。
2.结合当前发展情况，介绍系统解决方案。
课本上有很多的例程来介绍每章节的知识点，但有些例程太过简单，在工程应用中用不到。在教学过程中，应结合当前的应用情况，通过介绍常用的软硬件的解决方案，开拓学生的视野。比如通信的应用，最常用的是按照通信规约进行数据的传输。一条报文由多个字节组成，需要在报文接收完毕后，进行数据的解析处理。课本只介绍单个数据的收发处理，遇到这种问题，学生通常无从下手。笔者选择从规约的定义、接收缓冲区的开辟、接收中断程序的处理、报文完整性的识别等角度来介绍数据接收、处理的过程。
3.引入先进的教学方法和教学手段
由于课程内容太过抽象，比较枯燥，采用传统的授课方式效果很差。在授课过程中，通过板书、PPT、Flash动画、计算机仿真等手段进行教学，丰富讲课形式，增加学生的学习兴趣。[3，4]例如，笔者使用Keil软件对每一道题编写仿真程序，并在Proteus ISIS 上搭出相应的电路图，同时还用Viso画出流程图。讲解时，介绍完解题思路、程序流程图后，程序通过板书写出。最后，调用仿真软件，通过单步执行或全速执行的方式，查看相应寄存器、电路现象的变化以及程序执行的结果。富有感染力的视觉刺激，加速知识理解的过程，提升了课堂效果。此外，通过我校的网络教学综合平台进行课程网站建设。网站内容包括“课程建设、理论教学、实践教学、试题习题、参考资料”5个资源模块，其中“课程建设”包括教学大纲、电子教案、教师队伍、改革与研究等资料；“理论教学”包括往年和最新的电子课件，以及部分教学录像；“实践教学”包括实验教程和课件、工具软件等；“试题习题”包括大量的练习和思考题、往年试题和参考答案；“参考资料”包括相关知识和技巧专题讲座、电子元器件技术资料和一些网络资源等。在网络教学综合平台，利用课余时间进行师生交流互动：通过BBS对问题集体讨论；通过教学邮件进行交流；将习题、讲义发布到教学平台，供学生下载使用；学生的课后作业直接提交到教学平台供老师评阅。 4.改变课程的考核方式
传统的一卷定成绩的考核模式不能全面督促学生重视课程的每个教学环节，为此，推行期末考试与课堂提问、课后作业、实验报告、综合性大作业、综合技能测试相结合的考核制度，通过量化考评指标，确保公平、公正、客观、科学地评价和检验学生的能力。[1]针对课程的特点，引导学生学会自学、查找资料、思考问题，而不是面面俱到地把所有知识点全部背下来。期末考试采取以半开卷形式，允许学生把一些难以记住的概念定义、寄存器名称写在一张A4纸上带进考场，而考试的题型加入工程案例，考核学生理解和解决实际问题的能力。
三、实践教学改革探索
实践是学习最好的导师，传统的课程实验都是验证性的，老师给出电路图、程序，学生按图索骥连接线路，上电运行，记录实验现象并撰写报告。在整个实验过程中，学生只是一个低级的操作工，很难激发学生的动手热情。因此通过设置科学的实验内容、鼓励学生参加科学实践活动等措施，调动和发挥学生的主观能动性，提高其创新能力。
1.因材施教，分类培养
十指有长短、树木有高低，每个学生的学习能力、学习兴趣都不一样，不能按照一种模式进行培养。有些学生，之前参加过各种电子竞赛，学过编程，动手能力很强。对于这些学生，允许免听，但是需要完成综合性大作业。他们通过自学、团队协作，完成创意作品设计，考核成绩记录在综合性大作业和综合技能测试中，答辩优秀的可以期末免试，激发他们的学习热情和主观能动性。
2.合理设置实验内容，培养创新能力[5]
对实验课的改革可以从实验内容和实验课形式两方面进行。在实验内容上，分成验证性实验、设计性实验、开放性实验。验证性实验可以帮助学生快速理解理论课上所讲授的内容，了解利用软硬件实现系统设计的流程。设计性实验在验证性实验的基础上，发挥学生的自主思考能力与创新能力，设计出实验指导书上没有的系统。开放性实验可以作为课后实验培养兴趣，也可以作为课程设计。适当减少验证性实验，增加设计性实验和开放性实验的比例，有利于发挥学生的自主性和创新性。
实验课采用课堂和课后相结合的形式，验证性和设计性实验可以在实验课堂上完成，设计性实验需要花费的时间较多，可以在课余时间利用学院开放的创新实验室进行。
3.鼓励学生参加各种科研活动，培养独立思考能力
鼓励学生参加各种科研训练活动：在我校，学生从大二开始，可以组队申请一项本科生科研训练计划项目（SRTP），大三可以申请国家或省级大学生创新创业训练计划项目；对电气信息类学生，每年有较多的竞赛可以参加，比如“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛、全国（或省级）电子设计大赛以及校、院级科技节比赛；还可以参与到老师的科研项目中，成为老师的科研助手。与课堂教学相比，这些科技项目中涉及的知识领域更广泛，在整个项目完成过程中，能充分发挥学生的主观能动性，培养学生独立思考能力，也能锻炼学生调查研究、查阅文献、分析论证、制订方案、设计实验、分析总结等方面的能力。[5]
四、结论
通过上述的课程建设、课程改革，学生的学习积极性和主动性有了较大提高，综合分析和解决实际问题的能力培养环节得到了进一步加强，收到良好的教学效果。改革实施两年来，学生学习热情明显提升，无论是课堂气氛、课后讨论、考试成绩明显好于前几届。在实践阶段，尽管没有要求学生一定做出实物作品，但大部分在答辩时都能拿出自己手动焊接的实物作品。笔者带领一组学生参加福建省大学生创新创业训练计划项目，经过一年的学习实践，研究、创新能力显著提升，答辩成绩优秀。
随着社会的不断发展，对人才培养的要求更高更具体，“MCS-51单片机”教学也需要不停地进行探索和创新，使学生具备扎实的理论基础和动手能力、思考和创新能力，以适应将来的学习和工作需要。
参考文献：
[1]张允，张运波，侯丽华，等.应用型本科“智能控制技术”课程教学改革的研究和实践[J].中国电力教育，2012，（36）：52-58.
[2]柳飞.创新机制下“微机原理与接口技术”教学改革研究[J].中国电力教育，2012，（26）：81-82.
[3]邓文娟，朱兆优，王嵩.探索单片机教学改革 提高学生工程实践能力[J].东华理工大学学报（社会科学版），2010，（4）：383-386.
[4]吴怀超.浅析MCS-51单片机的教学方法[J].科技创新导报，2010，（33）：176.
[5]田雪.“微机原理”课程教学中学生创新能力培养的探索[J].中国电力教育，2010，（33）：160-161.
（责任编辑：王意琴）