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摘要：创新能力对于提升学生就业竞争力具有重要作用，也是电子信息行业从业人员应有的基本素质，单片机作为一门实践性很强的课程，在工科类电气信息、自动控制、通信工程和计算机相关专业中占有非常重要的地位。而实践教学作为其教学体系中的一个关键环节，在人才培养过程中起着重要的作用。本文根据单片机实践教学现存问题，提出系统的单片机实践教学方案，以提升学生的创新能力和综合素质。
关键词：单片机；创新能力；实践教学改革
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）35-0093-02
引言：
《单片机原理及应用》是一门实践性极强的综合性课程，是自动化、电子、通信、测控与仪器等电子信息类专业的专业基础课。学生通过单片机课程的学习，应该在掌握基本理论的基础上，具有解决实际工程问题和进行单片机系统开发设计的能力。而从目前国家战略和人才培养要求来说，创新能力将是国家和未来人才的核心竞争力，因此该课程的教学有必要立足于这一新的人才培养高度，围绕创新能力培养，探讨新的教学模式，有目标地培养学生的自主创新意识，并提供使学生在创新思维和创新能力方面得到综合锻炼的实践教学环节。因此我们有必要探索新的理论与实践教学模式，通过多种途径完善单片机课程的实践教学，激发学生的创新意识，树立学生的创新理念、培养自主创新能力。
一、单片机教学现状分析
1.理论与实践脱节。作为一门综合性和实践性很强的课程，“单片机原理及应用”课程内容相对抽象。学生在课堂上很难真正理解其内部结构，而且一般的单片机建材在内容安排上过于偏重知识介绍，其一般按照硬件结构及工作原理，指令系统，汇编语言程序设计的方法和技巧，内部硬件资源，接口技术几个部分顺序介绍，最后简单提及单片机的应用或系统设计实例。整个教学过程主要围绕知识进行讲解，中间安排几个验证性或训练性实验，学生到课程学习的最后才可能了解到非常简单的应用案例，这不可避免会造成知识和应用的严重脱节。导致学生在整个学习过程中往往感到概念抽象，内容繁杂，知识难以理解，从而失去学习兴趣，最终严重影响实际教学效果。
由于理论教学以原理知识为核心，教学环节设计存在较大问题，很难培养学生的动手实践能力、创新能力及技术应用能力。基本上学生很难得到从系统原理→元器件选型→硬件原理图设计→元器件封装→PCB板设计→元件器焊接→程序设计→系统调试这样全过程的实训，大部分学生感觉学习枯燥，难以理解，形成畏难情绪。
2.实验教学简单，不足以培养综合能力。由于目前单片机实验大多都在实验箱上完成，实验项目相对固定，内容单一，实验电路固定，学生只需简单连线、编写简单的程序就可完成实验要求，由于灵活性不足，极大限制了动手能力的训练，更不利于综合应用能力和创新能力的培养。其中大部分为验证性和认识性实验项目，而设计性、综合性、启发性实验很难再固化的试验箱上完成；另外受限于试验箱设计，通常经典型实验多，新型的现代实验少；操作能力培养的实验多，综合能力培养的实验少。此外，整个教学环节，其中理论课安排时间多，大部分时间都是在介绍各章节知识点，很少花时间对单片机应用系统的开发流程进行介绍，导致学生在学习的结束后依然不了解单片机开发的完整过程和方法，不能独立完成单片机系统综合分析与设计。
3.实践环节教学模式单一，选题局限性大。目前的实践教学环节主要是实验和课程设计，通常学生会在规定的时间内，按照教学要求，学生按照指导书输入已有程序，然后观察和分析实验结果。而课程设计由于受限于实验室能提供的元器件种类和制版成本过高，通常只能从有限的选题中挑选，完成相对简单的单片机系统设计，和实用系统设计存在较大的差距。这种比较封闭的实验模式，以及有限的实验条件限制了课程设计对学生的锻炼，很难激发学生的兴趣，更难以促进和发挥学生学习的主动性和创造性。
4.实验教学考核体系不完善。传统的单片机实验课程不单独考核，对学生能力的评价主要以实验报告为依据，而整个实验或实践环节中的设计，分析能力的考核往往采用比较主观的评价方式，随意性较大。这种评价方式老师难以把握，对学生的引导不明确，使得学生不重视实验教学环节，很难调动学生参与实验活动的积极性。
二、单片机创新实践改革措施
1.利用案例和问题教学，充分发挥学习自主性。改变以围绕原理知识、滿堂灌的教学模式，在理论教学方面，可以采用课堂教学与学生自学结合的方式。并在正常的理论课讲授中，安排一定的单片机技术现状和应用方面的专题讲座，介绍单片机的新的发展动向，传授如何进行单片机系统设计的方法和经验技巧，合理设置使学生通过资料查找，能自主地以自学的方式获得知识的环节；另外在教学过程中，精心设置问题，引导学生在课外通过网络资源和查阅资料寻找答案和解决思路；从而提高自主学习能力和学习积极性，培养学生分析问题、解决问题的能力。
2.运用学用一体化教学方法。为了解决学习和应用脱节的问题，在课堂教学时，要求每个学生自己购置简单的单片机开发板，在教学过程中，结合理论和实践，采取边学边实践体验的方式，从而能够将理论学习和实践应用有机地结合，以理论为基础，重点在实践训练和技能培养。在该模式下，较好融合理论与实践，使学生能够在易于体验的实际应用中，理解和掌握枯燥乏味的原理知识，同时可以适当安排简单的任务，要求学生通过自主分析和学习的方式，独立完成项目产品的设计方案，培养和锻炼学生的分析和解决问题能力。通过实际训练的过程，能够改变目前教学中软件和硬件知识分离的状况，使学生能够从系统的角度认识和把握所要解决的工程问题。这有利于激发学生的学习兴趣，使学生真正体会到学习和实践的乐趣。
3.建立形式多样的实践环节，增强学生动手能力和创新意识。实践是培养学生动手实践能力、创新意识与创新能力的关键途径之一。可以开展形式多样的实践教学环节改变目前课程实践教学模式单一的现状。设计从简单单片机学习开发板→单片机实验箱→课程设计→基于Proteus的虚拟单片机实验室→创新实验室→生产实习等诸多实践环节，通过逐步加深，使学生经历从简单到复杂，从模仿到创新的循序渐进的学习过程，从而在实践和创新能力培养上得到系统规范的训练。 4.建设开放实验室。单片机课程教学课时少，实践能力要求高，学生必须通过更多的实践环节才能真正掌握单片机应用技能，因此有必要通过开放实验室来组织课程的实践教学。开放实验室作为课堂教学的补充，由教师组织学生在课余时间开展实践活动，是培养学生独立思考、解决实际问题的有效途径，也是解决学时少与实践要求高这一矛盾的重要手段。它的作用表现在：一方面可以进一步理解课堂所学内容，加深感性认识；另一方面提高学生动手机会和能力。在具体教学组织中，教师结合课堂内容，提出具体题目和任务，要求学生自主完成设计方案，独立完成电路设计、器件选型，程序设计、硬件制作和调试，最后总结经验及收获。该过程将提高理论课与实验课的教学效果，同时学生也将获得创新意识和创新能力的训练。通过开放性的实验室和实训基地的建设，学生不仅能提高自主研发和实际动手的能力，而且会增强学习信心，全面提高学生的综合素质，从而在人才市场表现出竞争力。另外，优秀的学生可以组织参加全国电子设计大赛、机器人大赛和智能车大赛，使得他们能够进一步扩大视野，同时在竞赛中强化能力。
5.重视基于能力指标点分解的课程设计教学。单片机课程设计是学生综合设计能力和创新能力培养的有效途径。通过课程设计，学生能巩固和掌握单片机基本原理，并在此基础上使学生的综合设计能力和创新应用能力得到大幅提升。围绕工程教育的特点和国际工程师认证要求，可以考虑按照以学生为中心的原则，侧重能力和素质培养的要求，明确课程设计环节的能力指标：（1）综合运用所学的电路、电子技术、计算机技术、检测与变换、单片机原理与应用等自动化专业知识，围绕复杂应用问题提出系统解决方案，并具备系统设计、分析、测试的能力；（2）具有运用計算机网络、技术手册、说明书查阅有关技术资料的能力；（3）能够就系统解决方案、过程与结果，通过书面报告和口头陈述清晰地表达个人观点。最终教师制定具体的评分原则，分别对方案设计、原理图设计、硬件制作、软件设计、调试结果、设计报告和口头陈述进行考评。
三、结束语
社会对单片机应用人才的要求，使学生培养在创新和实践能力上要有突出表现，这促使高校对课程的实践教学进行改进。只有通过持续改革和实践，才能探索出符合当前社会发展形势的实践教学方法。作为一项需要长期坚持和探索的任务，单片机实践教学的改革将促进我们不断调整教学模式和教学内容，在充分吸收其他院校的先进经验基础上，我们将不断完善已有教学方案，为社会培养出专业基础扎实、创新能力强的高技术竞争型人才。
参考文献：
[1]黄云峰，程启明，等.“MCS—51单片机原理”课程实验教学的现状及改革[J].中国电力教育，2011，（19）：124-125.
[2]李洁，李卫兵，杜玉杰.单片机原理及应用，实验教学改革与实践[J].实验科学与技术，2012，10（4）：93.
[3]张宝健，刘志刚，梁丽勤.单片机原理实验教学改革与实践[J].机电产品开发与创新，2010，23（11）：178.
[4]高博，周婷，彭珍瑞.单片机原理及应用，课程实验教学改革[J].中国电力教育，2010，（1）：153-154.
[5]王朋.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）：108.
关键词：单片机；创新能力；实践教学改革
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）35-0093-02
引言：
《单片机原理及应用》是一门实践性极强的综合性课程，是自动化、电子、通信、测控与仪器等电子信息类专业的专业基础课。学生通过单片机课程的学习，应该在掌握基本理论的基础上，具有解决实际工程问题和进行单片机系统开发设计的能力。而从目前国家战略和人才培养要求来说，创新能力将是国家和未来人才的核心竞争力，因此该课程的教学有必要立足于这一新的人才培养高度，围绕创新能力培养，探讨新的教学模式，有目标地培养学生的自主创新意识，并提供使学生在创新思维和创新能力方面得到综合锻炼的实践教学环节。因此我们有必要探索新的理论与实践教学模式，通过多种途径完善单片机课程的实践教学，激发学生的创新意识，树立学生的创新理念、培养自主创新能力。
一、单片机教学现状分析
1.理论与实践脱节。作为一门综合性和实践性很强的课程，“单片机原理及应用”课程内容相对抽象。学生在课堂上很难真正理解其内部结构，而且一般的单片机建材在内容安排上过于偏重知识介绍，其一般按照硬件结构及工作原理，指令系统，汇编语言程序设计的方法和技巧，内部硬件资源，接口技术几个部分顺序介绍，最后简单提及单片机的应用或系统设计实例。整个教学过程主要围绕知识进行讲解，中间安排几个验证性或训练性实验，学生到课程学习的最后才可能了解到非常简单的应用案例，这不可避免会造成知识和应用的严重脱节。导致学生在整个学习过程中往往感到概念抽象，内容繁杂，知识难以理解，从而失去学习兴趣，最终严重影响实际教学效果。
由于理论教学以原理知识为核心，教学环节设计存在较大问题，很难培养学生的动手实践能力、创新能力及技术应用能力。基本上学生很难得到从系统原理→元器件选型→硬件原理图设计→元器件封装→PCB板设计→元件器焊接→程序设计→系统调试这样全过程的实训，大部分学生感觉学习枯燥，难以理解，形成畏难情绪。
2.实验教学简单，不足以培养综合能力。由于目前单片机实验大多都在实验箱上完成，实验项目相对固定，内容单一，实验电路固定，学生只需简单连线、编写简单的程序就可完成实验要求，由于灵活性不足，极大限制了动手能力的训练，更不利于综合应用能力和创新能力的培养。其中大部分为验证性和认识性实验项目，而设计性、综合性、启发性实验很难再固化的试验箱上完成；另外受限于试验箱设计，通常经典型实验多，新型的现代实验少；操作能力培养的实验多，综合能力培养的实验少。此外，整个教学环节，其中理论课安排时间多，大部分时间都是在介绍各章节知识点，很少花时间对单片机应用系统的开发流程进行介绍，导致学生在学习的结束后依然不了解单片机开发的完整过程和方法，不能独立完成单片机系统综合分析与设计。
3.实践环节教学模式单一，选题局限性大。目前的实践教学环节主要是实验和课程设计，通常学生会在规定的时间内，按照教学要求，学生按照指导书输入已有程序，然后观察和分析实验结果。而课程设计由于受限于实验室能提供的元器件种类和制版成本过高，通常只能从有限的选题中挑选，完成相对简单的单片机系统设计，和实用系统设计存在较大的差距。这种比较封闭的实验模式，以及有限的实验条件限制了课程设计对学生的锻炼，很难激发学生的兴趣，更难以促进和发挥学生学习的主动性和创造性。
4.实验教学考核体系不完善。传统的单片机实验课程不单独考核，对学生能力的评价主要以实验报告为依据，而整个实验或实践环节中的设计，分析能力的考核往往采用比较主观的评价方式，随意性较大。这种评价方式老师难以把握，对学生的引导不明确，使得学生不重视实验教学环节，很难调动学生参与实验活动的积极性。
二、单片机创新实践改革措施
1.利用案例和问题教学，充分发挥学习自主性。改变以围绕原理知识、滿堂灌的教学模式，在理论教学方面，可以采用课堂教学与学生自学结合的方式。并在正常的理论课讲授中，安排一定的单片机技术现状和应用方面的专题讲座，介绍单片机的新的发展动向，传授如何进行单片机系统设计的方法和经验技巧，合理设置使学生通过资料查找，能自主地以自学的方式获得知识的环节；另外在教学过程中，精心设置问题，引导学生在课外通过网络资源和查阅资料寻找答案和解决思路；从而提高自主学习能力和学习积极性，培养学生分析问题、解决问题的能力。
2.运用学用一体化教学方法。为了解决学习和应用脱节的问题，在课堂教学时，要求每个学生自己购置简单的单片机开发板，在教学过程中，结合理论和实践，采取边学边实践体验的方式，从而能够将理论学习和实践应用有机地结合，以理论为基础，重点在实践训练和技能培养。在该模式下，较好融合理论与实践，使学生能够在易于体验的实际应用中，理解和掌握枯燥乏味的原理知识，同时可以适当安排简单的任务，要求学生通过自主分析和学习的方式，独立完成项目产品的设计方案，培养和锻炼学生的分析和解决问题能力。通过实际训练的过程，能够改变目前教学中软件和硬件知识分离的状况，使学生能够从系统的角度认识和把握所要解决的工程问题。这有利于激发学生的学习兴趣，使学生真正体会到学习和实践的乐趣。
3.建立形式多样的实践环节，增强学生动手能力和创新意识。实践是培养学生动手实践能力、创新意识与创新能力的关键途径之一。可以开展形式多样的实践教学环节改变目前课程实践教学模式单一的现状。设计从简单单片机学习开发板→单片机实验箱→课程设计→基于Proteus的虚拟单片机实验室→创新实验室→生产实习等诸多实践环节，通过逐步加深，使学生经历从简单到复杂，从模仿到创新的循序渐进的学习过程，从而在实践和创新能力培养上得到系统规范的训练。 4.建设开放实验室。单片机课程教学课时少，实践能力要求高，学生必须通过更多的实践环节才能真正掌握单片机应用技能，因此有必要通过开放实验室来组织课程的实践教学。开放实验室作为课堂教学的补充，由教师组织学生在课余时间开展实践活动，是培养学生独立思考、解决实际问题的有效途径，也是解决学时少与实践要求高这一矛盾的重要手段。它的作用表现在：一方面可以进一步理解课堂所学内容，加深感性认识；另一方面提高学生动手机会和能力。在具体教学组织中，教师结合课堂内容，提出具体题目和任务，要求学生自主完成设计方案，独立完成电路设计、器件选型，程序设计、硬件制作和调试，最后总结经验及收获。该过程将提高理论课与实验课的教学效果，同时学生也将获得创新意识和创新能力的训练。通过开放性的实验室和实训基地的建设，学生不仅能提高自主研发和实际动手的能力，而且会增强学习信心，全面提高学生的综合素质，从而在人才市场表现出竞争力。另外，优秀的学生可以组织参加全国电子设计大赛、机器人大赛和智能车大赛，使得他们能够进一步扩大视野，同时在竞赛中强化能力。
5.重视基于能力指标点分解的课程设计教学。单片机课程设计是学生综合设计能力和创新能力培养的有效途径。通过课程设计，学生能巩固和掌握单片机基本原理，并在此基础上使学生的综合设计能力和创新应用能力得到大幅提升。围绕工程教育的特点和国际工程师认证要求，可以考虑按照以学生为中心的原则，侧重能力和素质培养的要求，明确课程设计环节的能力指标：（1）综合运用所学的电路、电子技术、计算机技术、检测与变换、单片机原理与应用等自动化专业知识，围绕复杂应用问题提出系统解决方案，并具备系统设计、分析、测试的能力；（2）具有运用計算机网络、技术手册、说明书查阅有关技术资料的能力；（3）能够就系统解决方案、过程与结果，通过书面报告和口头陈述清晰地表达个人观点。最终教师制定具体的评分原则，分别对方案设计、原理图设计、硬件制作、软件设计、调试结果、设计报告和口头陈述进行考评。
三、结束语
社会对单片机应用人才的要求，使学生培养在创新和实践能力上要有突出表现，这促使高校对课程的实践教学进行改进。只有通过持续改革和实践，才能探索出符合当前社会发展形势的实践教学方法。作为一项需要长期坚持和探索的任务，单片机实践教学的改革将促进我们不断调整教学模式和教学内容，在充分吸收其他院校的先进经验基础上，我们将不断完善已有教学方案，为社会培养出专业基础扎实、创新能力强的高技术竞争型人才。
参考文献：
[1]黄云峰，程启明，等.“MCS—51单片机原理”课程实验教学的现状及改革[J].中国电力教育，2011，（19）：124-125.
[2]李洁，李卫兵，杜玉杰.单片机原理及应用，实验教学改革与实践[J].实验科学与技术，2012，10（4）：93.
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