许燕萍 周伟
（江苏农林职业技术学院，江苏 句容 212400）
【摘要】本文针对高职高专的单片机课程传统教学中存在的弊端，探讨了基于CDIO的单片机教学改革，从完善教学内容，改进教学方法和考核方式等方面提出具体措施，以提高教学效率和教学质量。
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关键词 单片机；CDIO；“虚实”结合
作者简介：许燕萍（1981.11—），女，汉族，江苏农林职业技术学院，讲师。
单片机课程是高职高专电子信息、自动化等专业的必修课，是一门实践性很强的课程，对学生解决问题能力和工程思维能力的培养具有重要作用。高职高专院校的培养目标是服务于生产一线的技能型人才，单片机课程要求学生掌握单片机基础理论知识，并应用于实践，能够完成单片机应用系统的开发等工作。而传统的单片机课程教学是先讲解理论再进行若干验证性实验，且课程的多个章节、多个实验相对独立，不能构成一个完整的小项目，这种教学方式理论教学与实践教学联系不紧密，往往难以达到应有的目标，只能使学生掌握基础的理论知识，但如果要让学生应用所学的知识进行具体的产品设计和项目开发，绝对大多数学生就无从下手了，这样培养的学生离企业的实际人才需求有一定的距离。于是我们对单片机课程进行了一些改革，并取得了一定的成效。
1基于CDIO工程教育模式的单片机教学改革探索
CDIO工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果，是一种先进的人才培养模式与教育理念。CDIO代表构思（Conceive）、设计（Design）、实施（Implement）和运作（Operate），它以产品研发到产品运行的生命周期为载体，让学生以实践的、主动的、课程之间有机联系的方式学习工程。CDIO是“做中学”原则和“基于项目的教育学习”的集中体现[1]。CDIO教育思想的核心内容是将教学过程与工程实践项目相结合，着重强调学生的实际动手能力与工程实践能力，通过理论学习来解决工程实践的问题，也通过工程实践的问题强化理论学习内容。教师在教学过程中运用多种教学手段引导学生，将多门课程知识有机联系起来，充分调动学生的学习主动性，边实践边学习，使学生在“学中做、做中学”达到理论教学与工程实践相辅相成的效果。
1.1以项目为主导，完善课程的教学内容
教学以项目为逻辑主线组织教学内容，以项目为知识学习与技能训练的载体，以解决实际项目的思路和操作为教学主线，贯穿多个知识点，可以将总项目划分为若干子项目，以任务驱动的方式完成各子项目所设定的任务，用工作任务引领理论知识，使理论从属于技能培养。教会学生如何完成项目，关注学生能做什么，而不是知道什么，通过完成项目来学习知识与技能。在项目的设计中要与职业岗位标准接轨，与企业合作，或来源于企业中的真实工作项目；在项目的组织上要基于工作过程，由低级到高级，由简单到综合；在项目的操作上要认真贯彻“构思、设计、实现、运作”四个环节，掌握项目生产的方法与能力。
设计的工程项目要包括必须掌握的知识点、基本技能以及单片机产品制作与调试等方面的内容，通过项目将这些知识点有机联系起来，同时在完成项目的过程中可以复习前面学过的基础知识。例如以数字钟的设计项目为例，可以把此项目分为以下几个子项目：数码管显示设计、数码管显示输出时分秒显示设计、按键控制设计、倒计时设计。此项目涉及键盘和显示、定时/计数器等知识点。项目确定后，对给定的项目进行需求分析、引导学生进行硬件电路和软件程序设计、系统综合调试，让学生独立或者团队合作来开发完成该系统，使学生置身于实际的工作环境之中，利于学生掌握一个单片机应用系统的实际设计过程和由此所涉及的相关原理、知识以及解决问题的思路和方法。学生完成了所有子项目的学习也就完成了各子项目的设计任务，整个教学是在项目的驱动下完成的。这种方式能够极大地激发学生的学习潜力和学习兴趣，锻炼学生的工程实践能力。
1.2“做中学”理实一体化
“做中学”充分体现了学与做的结合，它使课堂里知识的获得与工程实践活动联系起来。以项目为载体分解成具体的任务，采用任务驱动的方法进行教学，理论与实践融为一体，针对高职高专学生，理论知识以够用为原则来进行教学。在项目教学的过程中，根据子项目规划的实践内容做到与理论教学同步，即许多模块的教学内容直接在单片机实训室进行，课堂上采用多功能单片机实验板，此实验板不仅可以完成发光二极管、数码管、按键开关、蜂鸣器、液晶显示等多个基础实验，还可以通过预留接口扩展多个外部设备，完成直流电机控制、步进电机控制、红外线实验、温度检测等。课前，将学习板原理图发放给学生，老师一边讲授，学生一边动手练习，生动直观，促进学生的学习和理解，这样比在课堂上重复讲解程序的效果好很多。例如在“数码管显示控制”项目中，先从让一个数码管循环显示0-9十个数字开始，到让6个数码管显示“123456”，再到00-99秒表的设计，循序渐进，引导学生不断思考，随着任务难度的逐步加大，学生的好奇心增强，不断地尝试完成这些任务，在这一过程中就由被动的接受知识转变为主动探索解决问题。
在项目实施过程中，学生在做中发现问题，让学生通过上网查阅或者去图书馆查阅相关资料，最后难以解决的问题由老师指导，充分发挥学生的自主学习能力，尽量促使学生能自主解决问题、完成项目任务。
2基于C语言的单片机教学
单片机应用系统的程序设计，既可以采用汇编语言，也可以采用C语言。C语言相比于汇编语言，具有良好的可读性，可移植性。在之前的教学中我们都采用汇编语言来编写程序，但在单片机的实际开发中，由于应用系统的规模较大，程序设计人员更多地是采用C语言进行程序设计。采用C语言编写程序，编译器能自动完成变量存储单元的分配，编程者只需要简单了解单片机内部结构，使编程者可以更多地专注于应用程序的逻辑思想，并且C语言中有丰富的函数，编程者可以利用已有的函数，大大降低编程者的工作负担，所以我们在教学中，采用C语言编程，将学生从单片机复杂的硬件结构中解放出来，侧重高职高专院校学生技能和动手能力的锻炼，掌握C语言的程序设计方法，对单片机开发能力的提升有很大帮助。此外，在开设单片机课程之前，已开设过C语言程序设计课程，学生对C语言已有基础，利于理解和掌握单片机知识。
3“虚实”结合的教学方法
在单片机教学过程中采用“虚实”结合的教学方法，即在教学过程中既要进行虚拟仿真又要进行硬件电路实训。
下面介绍一下进行虚拟仿真教学用到的两个软件：Keil和Proteus。
Keil C51软件是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，它提供了丰富的库函数，生成目标代码效率高。
Proteus软件是英国Labcenter electronics公司推出的，是一款EDA工具软件，它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。在编译方面，能支持Keil、IAR等多种编译。
把Keil软件和Proteus软件结合起来，在Keil中编写源程序，编译生成HEX文件，把此Hex文件加载到Proteus硬件电路图的单片机中，可得到直观的演示。通过Proteus和Keil软件进行仿真实验，只需要一台计算机，随时可以搭建一个单片机应用系统，完成单片机硬件设计到软件设计调试的全过程，可以不受课堂学时的限制，不怕实验仪器损坏，学生有更多的训练机会，有利于加深抽象概念的理解，提高了教学效果，激发了学生的学习兴趣，同时也省了成本，提高了效率。
但不能完全用虚拟仿真来代替硬件电路实训，（下转第140页）（上接第108页）因为实际硬件电路实训对训练学生的动手能力、故障诊断与分析能力及综合能力有着不可替代的作用，再完善的模拟仿真对于真实的电路还不能做到百分之百的准确性，不能保证在实际电路的运行过程中不出问题，而解决出现的问题是训练学生能力的重要途径，并且硬件电路实训可以加深学生对元器件、外围电路的认识，还可以训练学生焊接或接线能力，如果电路设计成功，学生看到自己的成果实际运行，可以激发学生的兴趣和成就感，使得学生能够积极主动的学习，以及产生深刻的记忆。实际工程项目的研究，可以先在软件环境中模拟仿真通过，再进行硬件的投入，让学生了解如何将仿真软件和具体的工程实践结合起来。
所以，在单片机教学过程中合理的将虚拟仿真和硬件实训相结合，能够对单片机教学提供有效的帮助。
4考核方式的改进
学生的考核原则是注重学生的操作能力、过程学习、学习实效，端正学生的学习态度，提高学生的学习兴趣。而传统的考核通常是由任课教师以试卷考试的形式对学生进行考核，学生的考核成绩由平时成绩和卷面成绩按照若干比例构成。这种考核方式侧重于基础知识的获取，很难对学生的动手实践能力做出客观的评价，造成学生以应试为目的、死记硬背书本知识点的局面，还有部分学生寄希望于期末考试作弊上。为了确保考核方式的合理性、公平性和有效性，对专业基础知识的评价可以通过笔试进行，检验学生对单片机基础知识的掌握情况，笔试成绩只占总成绩的20%-30%。过程性考核贯穿于课程的整个过程，占总成绩的70%-80%，在项目实施过程中对学生的知识点的掌握，各项能力作客观评价。并且将学生的出勤情况、课堂讨论表现、产品构思设计、创新实验设计、实物制作能力、论文发表情况、项目设计汇报表现、项目资料整理等作为过程性考核的参考依据，通过综合评判给出考核成绩。
这种考核方式利于引导学生既要认真学习专业知识又要注重锻炼工程实践动手能力，从而提高了自身的综合素质。
5结语
通过教学改革实践，培养了学生对单片机的学习兴趣，调动了学生主动学习的积极性，提高了教学效率和教学质量。我校学生在2013中国机器人大赛中获一等奖一组、二等奖一组，在2014中国机器人大赛中获一等奖一组、二等奖二组、三等奖二组。当然，改革是一个长期的过程，需要不断积累经验、探索完善，拓展知识结构，加强科学研究，并把科研成果在教学中得到体现，需要教师不断的改进教学方法，提高教学效果，使学生在知识的掌握与实践能力的提升方面更多地收益。
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参考文献
［１］蒉秀惠.“CDIO”模式下单片机课程改革探索[J].宁波职业技术学院学报,2010(6):35-43.
［２］张翼成,刘美,王涛.CDIO模式下“单片机原理及应用”课程教学改革[J].计算机教育,2012(12):90-93.
［３］樊志远,熊兴隆.CDIO 模式下 CPLD 课程教学改革的探索和实践[J].产业与科技论坛,2012(12):148-149.
［责任编辑：汤静］