時間：2022-03-02 12:38:49
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇單片機實驗教學，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
隨著電子技術的迅猛發展，單片機技術在軍事裝備、工業生產、電子消費等領域都有著廣泛的應用。單片機的廠商眾多，型號、功能更是千差萬別，而其中的MCS-51系列單片機，因其具有集成度高、處理功能強、可靠性好、系統結構簡單、價格低廉、易于使用等優點，在我國占據了不小的市場份額[1]。目前各大高校均開設有單片機專業課程，而在學習單片機課程中不僅要讓學生掌握較系統的理論知識外，更為重要的是要培養他們將理論知識應用于實踐的能力，這就需要通過實驗課教學、課程綜合設計、各類單片機競賽等來完成，而其中的實驗教學是關鍵的環節。
2目前MCS-51單片機實驗教學的現狀
2.1實驗教學在校級層面得不到重視
目前，普遍存在的一種現象是從學校認為實驗教學只是理論教學的輔助，是依附在理論教學之中的，而實驗教學的目的也僅僅是為了讓學生加深對理論知識的掌握，所以，在經費、場地、設施方面都得不到學校的投入與支持。
2.2學生往往重理論、輕實驗，難以激發學習興趣
除了得不到校級層面的重視，學生在對待實驗教學環節方面也比較隨意。在MCS-51單片機的學習中，很大一部分同學在實際學習過程中往往覺得理論課更重要，而對實驗課重視不夠。課堂期間能夠按照實驗要求，并且帶著自己的思想完成實驗的同學微乎其微，而大部分同學都是只求應付實驗報告，僅僅完成老師布置的內容，甚至還有一小部分同學根本不自己動手，最后抄襲別人的實驗報告。以上幾種情況是普遍存在的，雖然有學生自身的態度問題，但也間接反映了實驗課沒能很好地激發學生的興趣。
2.3教學內容形式化、方法單一
MCS-51單片機實驗教學的進行應該不僅僅局限于理論知識的鞏固，應注重其實用性學習，要培養學生在應用系統的設計、從軟件到硬件以及各類接口等方面的能力，實驗教學內容也應該抓住單片機的重點難點來展開，內容的難易也要循序漸進[2]。但是，現在一般MCS-51單片機實驗教學都是采購公司開發的現成的綜合實驗箱，此類實驗箱功能豐富，使用簡單，學生只要嚴格按照配套的實驗指導手冊進行基本的導線連接和軟件操作即可看到預期的實驗效果，屬于驗證性實驗，學生可能在初次接觸時比較有興趣，但熟悉操作后便可能會覺得實驗課乏味、枯燥，歸根到底就是因為這樣的教學內容不能夠讓學生成為主體。另一方面，學校對實驗硬件投入有限，一套MCS-51單片機實驗箱往往是用完一年又一年，而實驗內容幾乎沒有更新，教學方式過于單一。
3MCS-51單片機實驗教學中的改革創新措施
3.1引導全校師生認識到MCS-51單片機實驗在學生綜合能力培養中的作用
學校要通過多種方式引導教師、學生重視實驗教學。目前高校普遍采用的是學分制教育，學校可以提高單片機實驗教學的學分比重，并且增加單片機綜合設計學分，單片機實踐學分，同時，學校也要加大單片機實驗教學的經費、場地等方面的投入。
3.2激發學生學習單片機的興趣
興趣，是學習新事物最好的動力，要讓學生在思想上認識到學好MCS-51單片機的重要性，MCS-51單片機由于它的體積小、價格低、易于同器件連接等一系列優點而廣泛用于生活、工作各領域，單片機已經不僅僅是一門課程，更可能是學生未來就業的主要技能，在學習過程中必須要經過大量實驗操作應用。另一方面，要讓學生在單片機實驗教學中成為主體，強化學生的參與度。實驗室使用的單片機實驗箱雖然提供配套的實驗指導書，但我們可以鼓勵學生結合自己的理解進行擴展。在實驗教學中也可以讓學生分組完成MCS-51單片機的系統設計，這些系統不需要太復雜，成本也不高，一般具有一定數模電基礎的學生大多能完成這樣的系統設計，這樣學生會更有興趣，學習的熱情也會明顯提高，通過自己開發單片機應用系統，學生對MCS-51單片機的硬件系統和接口關系就會有了更深的理解，而通過自己動手編程，又使他們的程序設計能力有了一定的提高，更重要的是，學生對學習單片機產生了濃厚的興趣。
3.3創新教學內容，采用多元化教學方式
（1）要結合本校學生的專業特點和實驗室條件來編寫適合的實驗教材，特別是要跟理論課的教學大綱緊密結合起來，互為補充。（2）盡量減少驗證性實驗內容，可以增加一些綜合性的、跟實際生活相關的設計性實驗，也可以讓學生在理論知識學習的基礎上自行設計實驗。（3）實驗內容也要不斷更新。MCS-51單片機有它的優點但同時也有一定不足，當今的單片機技術發展的異常迅速，很多時候都和其他一些熱門技術相結合，如傳感器技術、物聯網技術等，在單片機實驗教學中要適度引入介紹，在讓他們掌握好MCS-51單片機的同時也要了解現代社會的需要，調動學習的積極性和創造力。另一方面，在教學方式上也要多元化，比如可以通過舉辦一些校級、院級甚至專業內部的MCS-51單片機競賽，使他們對51單片機的認識更加清晰，同時也是極大鍛煉了他們的團隊協作能力和動手設計能力，對于那些學有余力的同學可以鼓勵他們參加省級、國家級的競賽。其次可以引導學生積極參與到教師的科研項目中或者大學生科技創新項目，給他們提供一個良好的學習空間[3]。當然如果能夠與企業聯系起來，讓學生親自到企業感受下一個單片機應用系統從設計到最后制成實物的過程，對他們能力的培養是更為有利的。
4結語
【關鍵詞】單片機 虛擬實驗平臺 仿真
一、前言
單片機技術是現代電子工程領域一門迅速發展的技術，是高職高專院校電子、電氣、自動化、計算機、機電一體化等專業掌握的一項基本技能，而學生在該課程學習過程中卻感到難學，單片機課程教師也感到難教[1]。
傳統的搭建實驗對硬件的要求很高，為了節省實驗的投入成本，我院在2009年使用單片機實驗箱進行單片機實驗，這種教學實驗平臺主要是以驗證性實驗為主，實驗箱上面各種實驗裝置的固定搭配，不利于學生拓展思維，使學生們無法進行設計性實驗。從2010年開始，我院采用Proteus仿真軟件和Keil編譯軟件進行的虛擬單片機實驗有明顯的優勢，如實驗內容不受局限性、減少了硬件成本的投入、學生可進行自主性實驗、減少了實驗過程中的損耗、較接近工程實踐等特點。采用虛擬實驗，不但能豐富了實踐教學手段，還有利于更新實驗教學的觀念。
二、采用虛擬實驗平臺的優點
（一） Proteus仿真軟件
Proteus軟件的系統資源豐富，支持單片機匯編源碼級和C源碼級仿真與調試，無需硬件電路就可對單片機電路進行軟硬件的開發與調試[2]。采用Proteus軟件仿真進行實驗，基本沒有元器件的損耗問題，不但在實驗的過程中是比較安全的，還降低了實驗室運行成本。
（二）Keil編譯軟件
Keil軟件提供豐富的庫函數和功能強大的集成開發調試工具，全Windows界面。該軟件生成的目標代碼效率非常高，多數語句生成匯編代碼很緊湊，容易理解。通過虛擬實驗平臺，學生可以在計算機上自行設計所需的實驗，畫原理圖、編寫源代碼、反復調試、觀察結果，直到達到滿意的結果。這極大地調動了學生實踐動手的興趣，提高了學生學習的主動性和積極性，培養了學生的創新性。
三、虛擬實驗平臺應用實例
下面以簡單計算器設計為例，闡述利用Proteus軟件和Keil軟件進行設計及仿真的過程。
（一）使用Keil 軟件編寫和編譯程序
進入Keil μVision2開發集成環境，新建文件，輸入可實現所設計計算器電路計算功能的源程序。輸入源程序后，將文件保存，文件名加后綴.asm。建立一個新項目，為該項目選擇適合的單片機型號，將載有源程序的文件添加到項目中去。
（二）Keil軟件設置
單擊Project菜單，選擇Options for Target選項，選擇選項卡Output，使其生成HEX文件。點擊Debug選項卡，選擇窗口右側的Use，如圖1所示。在后面的下拉菜單中選擇Proteus VSM Monitor-51 Driver，設置完畢。最后將工程編譯，進入調試狀態，并運行。
圖1 設置Debug選項卡
（三）使用Proteus軟件繪制仿真電路圖
啟動Proteus ISIS，點擊窗口左側P按鈕進行元器件的選擇，會彈出Pick Devices窗口，輸入關鍵詞80C51，在結果欄里找到80C51后雙擊，80C51就被添加到當前左側窗口的元器件列表區。使用同樣的方法，可以依次把電路中所需其他器件添加到器件列表區里。進行合理的布局后，使用列表中的器件，在繪圖區將設計的電路繪制出來，可對器件的屬性進行編輯。
（四）查看仿真效果
在Proteus ISIS中，點擊菜單Debug選項，選中“use romote debug monitor”。雙擊單片機80C51，出現對話框，在Program File中添入在Keill軟件中編譯好的HEX文件，然后點擊“OK”。在ISIS窗口左下角有運行、步進、暫停和停止按鈕，我們點擊運行按鈕，可以進行仿真。
四、使用虛擬實驗平臺的教學效果
在2011、2012、2013三年的單片機教學中，我校采用虛擬實驗平臺進行單片機實驗教學。學生在上實驗課時，可以利用所學知識設計實現指定功能的電路，并使用Proteus繪制出相應電路圖。運用Keil軟件可編寫程序，運行程序。在程序和電路都正確的情況下，會看到仿真效果。我們的學生可以利用此平臺跟蹤、調試并觀察實驗的效果，增強了學生自主學習的能動性。從培養學生運用基礎理論知識和提高實際操作能力出發，Proteus仿真軟件可實現設計的開發和測試，這在單片機實驗教學中發揮著重要的作用。這種新的實驗方式是單片機實驗教學的一種很好的輔助手段，并且為學生進行綜合性、創新性實驗提供了一個很好的平臺，在全面提高教學質量、培養學生思維能力、創新能力和動手能力等方面發揮著重要的作用。
參考文獻：
[關鍵詞]獨立學院 單片機 實驗教學
引言
目前，單片機在我國的各行各業得到了廣泛應用，眾多院校均開設了單片機原理與應用方面的課程，這是一門技術性和實踐性很強的學科，必須通過一系列的軟硬件實驗、理論聯系實際，才能學好、學懂，取得較好的學習效果。因此，單片機實驗教學是單片機原理及應用課程中必不可少一部分[1]。而獨立本科院校的學生要想在眾多的大學生中具有更強的競爭力，必須在掌握理論知識的基礎上，更加注重實踐動手能力的訓練，這樣將來踏上社會，應聘且從事與本技術相關的工作時，才能脫穎而出。
傳統的單片機課程的實驗教學仍然是利用現有的實驗設備以驗證型實驗為主，各實驗之間相互獨立，聯系不緊密，在實驗課上學生僅僅需要將現成的軟件和硬件進行驗證，就完成了一次實驗任務。由于教學設備是成品，線路大多在實驗箱或者實驗電路板中已經設計好了，從外部根本看不到電路是如何連接的，且生產商很少配備完整的電路原理圖，學生在做實驗時，要求連的線很少，很難參與到電路設計的細節中，動手能力也就很難在實驗課程中得到訓練和提高，導致學生缺乏整體設計能力，動手能力普遍較差[2]。因此在這類實驗課中學生既不能得到有關硬件設計的訓練，也不能得到軟件編程的訓練，這樣學生不能充分的發揮他們的主觀能動性和創新能力，教師的課堂教學效果也不夠理想。針對以上傳統的實驗課教學中出現的弊端，筆者憑借多年從事“單片機”課程的教學經驗，積極認真地對“單片機”的實驗教學方法進行探索和嘗試，發現一種行之有效的方法――單片機應用系統實驗教學法。這種方法需要教師提前設計一個單片機應用系統，然后將系統分解，按照實際的教學周分步驟，按照相關的理論教學內容分層次來安排教學順序，這樣安排的實驗課就為學生提供了一定的設計平臺。
在此，以“4×4矩陣式鍵盤計算器”這個單片機應用系統為例，從實驗任務的設計、教學安排的設計及考核方案的制定等三個方面對“單片機應用系統實驗教學法”進行陳述。
一、實驗任務的設計
當有按鍵按下時，將其鍵值顯示出來，同時有按鍵按下時發出蜂鳴。在按鍵上有+1鍵，可實現當前數值加1，并通過數碼管顯示；在按鍵上有-1鍵，可實現當前數值減1，并通過數碼管顯示。P1口使用灌電流方式驅動一個共陽級8段數碼管，P2口則以行列掃描的方法連接16個按鍵，為了能在有按鍵按下時發出聲音提示，使用P0.0引腳通過NPN三極管驅動一個蜂鳴器。圖1所示為“4×4矩陣式鍵盤計算器”系統原理圖。系統包含單片機最小系統、4×4矩陣式鍵盤、蜂鳴器輸出和數碼管顯示模塊。
圖1：單片機應用系統原理圖
二、教學進度的設計
根據以上對整個實驗任務的描述，可以使學生明確最終的設計目標。按照整個系統的功能，對該系統進行分解，并結合單片機教材的理論內容整理出一份詳細的教學進度安排表，認真設計每一次實驗課的內容及要求，引導學生進行思考和實踐，這樣可以較大地調動學生學習單片機的興趣，如表1所示。表1是根據實驗學時為16課時的教學計劃給出的針對單片機原理課程的課內實驗，要求每周安排2課時的實驗課，因此根據理論課程的進度大致安排從每學期的第9周開始進行，至第16周結束，共計8周。
表1：“4×4矩陣式鍵盤計算器應用系統教學進度安排表”
建議采用“單片機應用系統實驗教學法”的教師在制定教學計劃時，可以根據不同的教學要求設計出一個或多個“單片機應用系統實驗教學進度安排表”。在整個實驗教學過程中，教師可以對一個班級進行分組，由教師指定按照2～5人為一個小組，這樣在鍛煉動手能力的同時，又培養了學生的團隊協作能力。學生在實驗的每個階段都必須與教師充分地交流和探討，這對于教師來說，雖然增加了輔導的工作量，但可以及時地把握學生對課程的理解程度、掌握程度、學習水平和完成情況等，也可以為今后對不同學習層次的學生進行更有針對性的輔導打下基礎，另外也保證了絕大多數學生完成的進度。
三、制定考核方案
為了更全面、客觀、公平地反映出學生實驗的實際水平，尤其是學生的實驗動手能力和分析、解決問題的能力，可以根據實驗教學的安排，對學生的單片機實驗過程進行量化評分，如表2所示，為“4×4矩陣式鍵盤計算器應用系統”的實驗成績考核量化表。以小組為單位，對每個階段的進展情況進行評價，在最后一個階段對成果進行驗收，檢查是否滿足設計要求，并以答辯的形式對每位學生進行考核，要求每位學生展示和講解設計內容，并回答至少2個有關該系統的硬件、軟件、仿真、制作等方面的問題，最后由教師根據以上完成情況進行成績評定。按照此類考核方案對學生進行打分，可以確保從各方面對學生的實驗綜合能力的考察。教師還可以針對每個階段的特點制定出更為詳盡的評分細則。
表2：考核量化表
四、結束語
由于單片機技術的迅速發展，社會上對此類人才的要求也越來越高，大學生更加渴望在踏入社會之前就能掌握這些本領，這無疑給教師提出了更高的要求，因此，教師應該更加重視實踐教學環節，合理地設計實驗內容，讓學生學有所成。本論文提出的單片機應用系統實驗教學法給學生提供了一個自主學習單片機、進行系統設計和創新的平臺，能夠在很大程度上激發學生的學習興趣，也為學生創建了一個鍛煉團隊協作能力的機會，能夠使學生在專業能力、社交能力、團隊合作和自信心等諸多方面得以鍛煉，教學效果非常明顯。
[參考文獻]
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[2]劉燎原，孫秋波.Proteus軟件在單片機項目教學中的應用[J].徐州建筑職業技術學院學報，2009 （2）：63-65.
Abstract: Summary of experiments on the specific measures. Create a new type of experimental teaching system. Proposed program of experimental teaching and assessment methods. Application of modern methods for teaching process, improve teaching, teaching methods and teaching methods, optimization of the teaching process, improve the quality of teaching.
關鍵詞: 單片機及應用;實驗教學;實踐能力;實驗技能
Key words: Application of Single Chip microcomputer;experimental teaching;Practical ability;Experiment skill
中圖分類號:G42 文獻標識碼:A文章編號:1006-4311(2010)29-0192-02
0引言
隨著科學技術的發展,計算機技術已廣泛應用于工業控制、儀器儀表、日常工作及生活中,因此掌握計算機技術有著實際的重要性,主要在于實踐和應用。要學好《單片機及應用》這一門課,必須經過實踐性環節,才能使學生深入了解和掌握單片機理論知識和應用水平,提高學生的動手能力,拓寬學生的思路和創造力。因此,提高實驗教學水平,是《單片機及應用》教學過程中的重要環節。
本實驗教學面向非計算機專業的大三學生,是自動化、電氣工程及其自動化、電子信息、測控等本科專業的必修課程。他們初步掌握了模電、數字電路基本知識和微機原理與接口技術的基本應用[1],已經具備了基本的實驗方法和一定的調試技能,需要掌握的是單片機原理及應用設計的知識。針對這一情況,我們從以下幾個方面來保證實驗教學的質量。
1制定實驗教學大綱,教學標準化
根據各專業要求制定《單片機及應用》實驗教學大綱,在大綱中明確了實驗教學在培養學生實驗技能方面應達到的基本要求,使實驗教學標準化、規范化,為提高實驗教學質量奠定了基礎。借助于實驗評估,完善實驗教學文件,提高實驗管理水平。
2結合教學計劃,優化實驗教學內容
2.1 加大軟件設計,以提高編程、調試能力以實驗教學大綱為依據,結合教學實際情況,重新編寫實驗指導書。在組織實驗教學內容時,加大了軟件設計的內容及數量,以提高學生的編程能力。《單片機及應用》教學計劃中實驗教學要求9個實驗共24學時。為了提高學生的編程能力,在不增加學時數的情況下,采取適當延長實驗時間和實驗室開放等手段,增加了2個實驗內容,即利用四次時間完成6個實驗內容。為了加深學生對匯編指令的了解,并做到熟練掌握,實驗內容采取多樣化:每個實驗包含了多個相同類型,但不同內容的部分,從易到難,從簡到繁。如算術運算實驗包含了加法、16位減法、32位無符號數乘法和除法運算等內容。
2.2 增加綜合設計性實驗,提高學生分析問題、解決問題的能力[2]增加綜合設計性實驗比例,以達到提高學生的綜合編程能力、實際解決問題能力的目的。9個實驗中,除了1個是驗證性實驗,其它8個都是設計性實驗。其中《數據傳送》是驗證性的實驗,要求學生按照實驗指導書的步驟認真完成。通過這個實驗使學生對單片機結構有一個感性認識,并掌握單片機仿真系統的基本使用;綜合設計性實驗,要求學生運用已掌握的理論知識、工作原理,進行設計、編程、調試。以提高實際編程、調試能力。
2.3 選擇具有典型特征的實驗,增加實驗的趣味性,提高學生對實驗的興趣通過前4個實驗,學生對匯編知識有了深層的了解,并逐步掌握了運用匯編語言編程及調試程序的方法。而定時/計數、中斷系統是《單片機及應用》課程的兩大重點特性,因此實驗內容特安排定時中斷實驗,要求設計能實現電子鐘功能,具有時、分、秒走時功能,并在七段碼上顯示出時、分、秒,還可以做到預置時間及零點等功能。因電子鐘在日常生活中隨處可見,學生們很感興趣,從而激發了學生做實驗的興趣,達到了提高實驗質量的目的。
3利用現有的資源,改進工作方法及手段
3.1 堅持實驗預做工作,精心編寫實驗教案堅持每個實驗前的預做工作,在預做的基礎上,編寫實驗教案,對實驗的重點、難點作重點闡述,并根據以往的教學經驗,對實驗中經常遇到的問題、注意事項、解決問題的方法在教案中作出特別標示,并在實驗講解時,對這些問題、及解決問題方法和手段加以強調說明,引起學生的重視,提高學生觀察問題和分析問題的能力。
3.2 增加實驗批次,提高學生獨立操作及獨立解決問題的能力在以往的實驗教學中發現,幾個人一組做實驗時,往往是有的做,有的看,學生的動手能力沒有得到充分培養。為了提高實驗教學質量,首先對分組情況進行改進,增加實驗批次,減少每組實驗人數,由幾人一組改為1人1組。用“逼”的方式培養學生的獨立動手能力,特別是對少數平時依賴別人的學生起到督促作用。其次,在實驗中,對學生按照高年級的標準嚴格要求,不只是注重實驗結果,而是追求學生是否掌握了該知識點,是否真正掌握編程方法、調試方法及解決問題的方法。因此在實驗過程中,主要是幫助啟發學生分析、處理問題,而不是代替學生做實驗,重點幫助動手能力差的學生,引導他們,使一般的學生有信心完成實驗任務,從而激發了學生做實驗的積極性。
4充分利用現代化的教學手段,采用立體化教學模式,提高教學質量
4.1 改善教學環境,豐富教學內容學生們普遍感到單片機及應用課程難學、概念抽象、感性認識差。特別是學習到接口部分時,很多學生對于接口芯片的工作原理及其在計算機中的實際應用模糊不清,設計和應用時無從下手。為此我們開發研制了多媒體教學軟件并將其運用于實踐教學中,該課件獲得2009年 “第九屆全國多媒體課件大賽”高教理科組三等獎。采用真實與虛擬化實驗相結合,有效地解決了原理概念抽象難懂,實驗時數減少等問題。提高了實驗效率及質量。
用圖文音像等形式將實驗室搬上電腦,展示實驗教學內容,彌補傳統課堂教學的不足,增強教學過程的直觀性、可視性和互動性,豐富了教學內容,解決了理論教學和實驗教學各自獨立、相互分離的問題。虛擬實驗室打破了實驗教學局限于實驗室課堂教學的傳統方法。
虛擬實驗室課件有利于的實驗的講解,將有些看不見的理論,用演示的方法,增強學生的理解,用直觀的實踐手段,解剖原理,使實驗達到教學的要求。
4.2 建立網絡教學平臺,更新教學觀念,提高實驗效果[3]虛擬實驗室根據單片機及應用實驗大綱中規定的實驗內容分別對每個實驗設置了虛擬環境。可以打包在網上,學生們可以隨時進入學習,不僅可以查看實驗要求,明確實驗任務,仿真連線,演示實驗的流程和結果等,還可以在線進行交流。學生可以不受地點和時間的限制,方便地安裝虛擬實驗軟件,隨時進入虛擬實驗室學習和操作。
通過仿真實驗,學生可以學習程序的調試方法和調試技巧并觀察實驗的客觀效果。學生通過虛擬實驗室的預習和指導,深入了解實驗的原理、過程、結果。可以提高實驗過程中實際操作的正確率。
虛擬實驗室具有可擴散性,學生可以根據理論課程的教學進度和自身的實際情況,自主選擇實驗內容,還可以嘗試做實驗課程之外的自己感興趣的其它內容的各種實驗,或者從不同角度出發重復某個實驗以擴大視野,深化學習。通過虛擬實驗室,使學生處于實驗教學的主導地位,使學生的能動性和創造力得到充分的發揮,激發了學習的興趣,掌握了學習的主動權。
5加強實驗教學考核,精心設計多類型的階段考核
5.1 增加實驗預習的評定,提高實驗的效果[4]為了讓學生在3學時的實驗課內,充分掌握實驗內容和調試方法,要求學生實驗之前必須寫好實驗預習報告。預習報告的內容包括:實驗內容、原理、設計實驗線路、編寫實驗程序、分析可能出現的調試方法以及實驗數據等。學生進入實驗室后,教師根據他們的預習報告情況,按考核標準,給出學生的實驗預習成績。這樣,學生每次都能在預習的基礎上去做實驗,可以使每個實驗都達到預期的效果。由于預習報告是實驗總結報告的一部分,因而學生還是積極地去完成。
5.2 重視實驗過程,對學生獨立動手能力及分析、解決問題能力的評定實驗時,學生分批進入實驗室,為了調動學生對實驗的興趣,更好地理解和運用理論知識,我們針對每個實驗的特點,給每批學生的實驗內容、要求均作不同的要求。如:在最后一次定時中斷實驗中,我們對每批學生提出了不同的實驗要求。有的要求用定時器0方式2來完成定時;有的要求用定時器1方式2來完成定時;有的要求將定時時間及七段碼顯示值存儲在內部RAM中;有的要求將定時時間及七段碼顯示值存儲在外部RAM中。由于要求不同,初始化編程及相應的其它編程都有區別,有利于在實驗中跟蹤學生實驗過程,從對理論知識的理解、獨立動手能力、分析問題、解決問題能力等方面對學生作出評定。
5.3 實驗報告的評定,鞏固所學知識[5]完成每次實驗后,要求學生做出完整的實驗報告,對其格式、內容提出要求,在書寫格式、數據處理、編程分析(如程序框圖、程序注釋)、工作原理分析、調試方法及思考題完成情況作出評定。
最后根據學生預習、實驗過程、實驗報告的各項成績給出每個實驗的小評成績,再將幾個實驗的小評成績綜合,給出學生實驗總評成績。
通過對撰寫實驗預習報告、實驗過程中考核、完成實驗總結報告的跟蹤考評,使學生重視每一次實驗,變被動為主動,深化和鞏固課堂上所學的理論知識,培養了學生獨立動手能力,提高了他們分析問題和解決問題的能力,起到了實驗教學的效果。
6結束語
經過多年的在教學內容、教學手段、實踐教學、考試方法、實驗室建設的探索和實踐,使實驗教學質量和學生的綜合素質都得到了提高,在學生的學習小結中可以看出實驗教學得到學生的認可,從學生的表現從害怕到喜愛,不僅是實驗課時到實驗室,課后主動找時間到實驗室來,不僅將實驗內容細化,深化,且進行進一步的擴展,為今后的考研、競賽、學習和工作積累了經驗,提高了學生的就業能力。
參考文獻:
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【關鍵詞】單片機；實驗；教學改革
《單片機原理及應用》是醫學影像專業的一門重要專業課，此專業開設關于X線機、CT、磁共振等醫療設備的課程，這些醫療設備均應用了單片機。醫學影像專業的學生學好用好單片機，既可以幫助學生理解和學習醫療設備的結構、原理及工作特點，又貼近學生的專業特點及就業方向，從而可以很好的提高學生的就業競爭力[1]。
但是，《單片機原理及應用》這門課程綜合性強，既要學習單片機的硬件組成和功能，又要學習與硬件型號配套的軟件編程，加之匯編語言屬于低級語言，和硬件的配置情況有關，內容抽象，學起來艱澀難懂[2]。良好的實驗教學可以幫助學生理解課程內容，掌握核心知識，從而提高學生的學習積極性和學習效率。目前，關于單片機實驗教學的研究很多，但大都是工科院校針對本校各工科專業進行的研究，針對醫學影像專業的研究很少[3-9]，所以任課教師和實驗師從醫學影像專業單片機實驗教學存在的問題入手，著眼實際運用，對醫學影像專業的單片機實驗教學進行改革探索。
一、實驗教學現狀及原因
目前醫學影像專業的單片機實驗教學普遍現狀是使用工科專業的教材和儀器，實驗項目也與工科專業相似。對于醫學影像專業的學生來說，單片機的學習本身就比較困難，如果不考慮此專業與工科專業的差別實施相同的教學方法和實驗方案，其結果就是大部分學生沒有學習的興趣，學過之后既不會編制應用程序，也不會設計應用系統。究其原因，主要表現在以下四個方面。
1.實驗教學方法滯后，不利于激發學生的實驗興趣
按照傳統的實驗教學方法，學生在學完簡單的匯編指令后開始上實驗課。實驗的內容、步驟以及實驗電路和儀器等都提前安排好，學生只要按照實驗指導書的安排就能順利完成實驗。這樣的實驗課缺乏設計性和自選性，學生的實驗結果和實驗報告基本相同，這就在很大程度上抑制了學生的主觀能動性，不利于激發學生的實驗興趣，致使實驗課成為形式課。此外，傳統的實驗教學中，教師布置好實驗任務后往往只看學生的實驗結果，對學生實驗過程中出現的問題關注不足，這樣容易使問題被忽視，還容易使部分同學抄襲其他同學的實驗，這些均不利于激發學生的實驗興趣。
2.實驗項目內容設置不合理，不利于培養學生的實驗積極性
傳統的實驗教學中，實驗項目都是從實驗儀器配帶的實驗項目中選取。這些實驗項目雖然可以緊扣理論知識，但各個實驗項目獨立性強，幾乎沒有考慮知識的前后貫穿和最后應用系統的設計，這容易使學生學了后面的忘了前面的，自己設計簡單的應用系統更是無從下手，非常不利于培養學生的實驗積極性。
3.實驗環境受限，不利于實施實驗前指導，實驗后答疑的教學全過程
在實驗教學中，教師可以在實驗的過程中給學生指導，但實驗課的時間非常有限，實驗前指導和實驗后答疑的另外兩個實驗教學過程幾乎缺失。實驗課前學生拿到實驗項目后至實驗開始實施的這段時間里，學生幾乎得不到老師的實驗指導，學生做完實驗后出現的疑問也得不到及時解答，這會使學生剛剛激發的學習興趣又沒有了。
4.實驗考核方式落后，不利于樹立學生的正確學習導向
目前單片機實驗課的成績大多取決于實驗報告，由此學生往往對實驗過程草草了事，而對實驗報告很認真，并互相抄襲，這對實驗成績的評定造成了很大的困難。此外，課程的期終考試多為閉卷形式，考察的知識點多為記憶性的，對于學生分析問題、解決問題的能力很難考察。這種考核方式使學生只加強原理知識的死記硬背，對實驗技能的培養不重視，從而樹立了錯誤的學習導向。
二、實驗教學改革的目標
單片機實驗教學改革的目標就是要改變傳統單片機實驗教學的各種弊端，探索構建新的單片機實驗教學模式，從而激發學生的實驗興趣，培養學生的實驗積極性，提高學生的主觀能動性和創造性，進而引導學生樹立正確的學習導向。
三、實驗教學改革的探索與實踐
針對傳統單片機實驗教學的弊端，擬對醫學影像專業的單片機實驗課進行以下改革：
1.改進實驗教學方法，激發學生的實驗興趣
在學生熟悉了實驗環境后，摒棄原來學生照實驗指導書做實驗的實驗教學方法，在具體實驗項目實施前一周，給學生實驗項目和實驗目的及思考題，具體的實驗步驟、實驗程序以及電路設計均由學生自己完成。這期間老師給予適當的指導，并鼓勵團隊協作，由2至5名同學組建一個實驗小組，共同進行實驗的設計和實施。在上實驗課時，老師隨時關注實驗過程并及時與同學交流，而不僅僅看實驗結果，由此激發學生的實驗興趣。
2.設計合理的實驗項目，培養學生的實驗積極性和主觀能動性
根據醫學影像專業學生的特點以及學時安排，重新設計實驗項目。新實驗項目不僅緊扣理論知識，還注意知識的前后貫通和實驗項目的前后聯系。所有的實驗項目均圍繞十字路通信號燈系統進行設計，學生在由淺入深的實驗過程中可以自己一步步完成一個十字路通信號燈系統，這不僅可以達到復習理論知識的目的，還可以引導學生自己完成一個應用系統的設計，由此培養學生的實驗積極性和主觀能動性。
3.創造環境，認真實施實驗前指導、實驗后答疑的教學全過程，保護學生的學習興趣
根據學生的實際情況和要求，在每次實驗課前安排三到五次的實驗前指導，指導學生在進入實驗室之前自己完成實驗電路及實驗程序的設計。實驗課上指導老師密切觀察學生的實驗過程，對出現的情況及時解決，由此督促學生認真做實驗。實驗課后安排一次答疑時間，對學生實驗課上產生的疑問進行解答，由此來保護學生的學習興趣。
4.改變考核方式，引導學生樹立正確的學習導向
改變傳統實驗的考核方式，把每次實驗的全過程作為實驗的主要考核依據，實驗報告只做輔助參考，由此得出實驗的平時成績。最后一次綜合實驗課老師不給任何指導，完全由學生完成，作為實驗的期終成績。本課程的最終成績由期終閉卷考試成績和實驗平時成績及實驗期終成績組成，由此改變學生只加強原理知識的死記硬背，對實驗技能培養不重視的情況，從而引導學生樹立正確的學習導向。
以上措施在醫學影像專業實施兩年來，取得良好效果，學生不但實驗的積極性提高了，理論知識掌握的也扎實了，而且學期末大多數同學能靈活運用所學知識自己完成綜合應用設計實驗項目。
四、總結
本文針對當前醫學影像專業單片機實驗教學的現狀，從實驗項目、教學方法、教學環境、考核方式等方面對單片機的實驗教學改革進行了探索和實踐。近兩年的實踐效果表明，新的單片機實驗教學模式，不僅提高了學生的實驗興趣和積極性，還加強了學生對理論知識的理解和靈活應用，為學生將來的學習打下了良好的基礎。
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關鍵詞：Arduino；傳感器；可視化編程VVVV；交互原型；實驗教學
0 概論
Arduino（D1）是一款便捷靈活、方便上手的開源電子原型搭建平臺，包含硬件（各種型號的arduino電路主板、電子元件和軟件控制開發平臺（Arduino IDE）。簡單地說，其就是一塊電路板，具有可供存儲、編輯等處理的芯片和多個用于輸出、輸入信號的連接口――針腳（Pin）。Arduino的工作過程可以表述為：通過針腳連接不同的傳感器捕捉外界信號通過針腳輸入Arduino電路板；再通過之前上傳到Arduino電路板的函數進行自動編輯；之后通過連接在針腳上的輸出設備（有線或者無線的）把信號傳遞出去；從而控制如LED、麥克風、電機等電器元件，如圖像信號、應用軟件等數字信息。使用者可以在不需要了解過多電子技術知識與計算機編程語言知識的情況下，通過簡單的練習，了解引腳連接的規律、函數的作用或可視化編程軟件VVVV，便可以進行設計與產品開發原型制作。從某種程度來說，其更適用于藝術家、設計師利用其創作和設計互動類藝術作品、空間裝置、工業產品等。
如圖1所示，Arduino unn基礎開發PCB板正反面，正面提供各種接入、輸出和通訊端口。
Arduino于2005年誕生于意大利。作為教學實踐，國外高校設計專業在教學中很早就引入了Arduino平臺，作為學生設計作品呈現與評價的必要形式與方法。荷蘭代爾夫特大學、德國施瓦本格民得專業設計學院（圖2），早已在教學實踐中系統地引入了Arduino交互平臺，并將其用于交互設計教學中學生開展交互產品設計創作與最終作品表達的技術基礎與手段。
1 產品交互原型設計課程
交互設計的設計規則中，原型設計是《設計方法學》的核心內容。該課程主要面向產品設計專業和信息交互專業方向3年級以上的本科教學，并作為專業實踐課程而設置，共60～80課時；主要培養學生在產品設計課程中使用Arduino開源電子平臺，真實模擬產品人機交互概念設計的能力；培養學生在智能產品設計領域，對于服務設計、用戶體驗設計、交互設計等的概念表現和產品功能與人機互動行為等的形象化、表達和評估等能力。這是目前國際上交互設計領域主流的設計方法與評估設計手段；并且，培養學生對未來產品的前瞻性設計方法的學習與掌握，是其核心的專業實踐課程。
南京藝術學院工業設計學院根據產品設計和信息交互專業方向教學內容的要求，以及目前國內藝術院校設計學科的特點，重新規劃了課程的結構和授課方式，以適應藝術類學生學習和掌握偏向電子技術與計算機語言的必要的專業技能和知識。
在翻閱了國內外相關Arduino內容的教材和資料后，筆者發現目前的教程及教材基本只針對Arduino的基礎技術內容及開發方法進行了詳細的講解及技術解決方案的案例分析，并未對其應用及在藝術設計應用領域做有針對性的介紹。此外，大部分該類教材多為工科專業人員編寫，所針對用戶也大多是工科類電子工程、產品技術開發等背景的專業人員和專業愛好者。而藝術設計、工業設計類專業是學生大多不具備掌握這類工科專業基礎資料的能力，很難理解其中的單片機、傳感器等電子元件以及計算機語言、軟件編寫與邏輯等，因此對其并不適用。可見，設計出一套適合設計類專業用戶的Arduino產品交互原型課程迫在眉睫。
南京藝術學院工業設計學院在充分考慮產品設計專業特點與藝術學科的基礎情況，在研究專業學習必要的電子技術原理內容基礎的過程中，總結出如下幾個方面的課程內容形式與教學方法：
首先，盡量避免使用晦澀的專業詞匯、公式、定義基本的電子部件和電子技術原理。教師授課時應盡量把晦澀的技術過程形象化描述，從而更為形象、直觀地為學生呈現硬件的連接圖而不是電路圖（圖3）。
其次，硬件的模塊化分類方式，能夠使學生更為形象化地理解各個電子元件之間的連接關系及其在完整的系統里的作用與功能。例如，在一個用Arduino單片機完整搭建的電路中，教師應明確哪些電器元件屬于輸入元件、哪些屬于存儲元件、哪些元件具有通訊功能、哪些屬于輸出元件；并在授課前充分考慮學生設計方案中可能會頻繁使用到的元件及元件組合，從而對其定義、分類。例如，在智能家居設計方案中，課題小組可能會用到的元件，如光耦傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器等，可將其歸類為同一類型的輸入模塊，用于捕捉家庭環境中的環境數據；而對于某些用于使數據在不同設備中相互交換的元件，可以歸類為通訊或者接口類模塊，如藍牙模塊、WIFI模塊、RFID模塊、USB接口等。
計算機語言用于驅動和編輯連接好的電子元件，是用于發出指令的數據。可以形象地描述：硬件相互連接產生了軀體，而計算機語言編寫的程序則是賦予軀體的靈魂。在程序編寫部分，通常的課程和教材中會使用Arduino IDE（集成開發環境）完成，該環境需要具備C語言基礎、工業設計專業；而藝術院校產品設計專業的學生基本不具備掌握這一計算機語言的前置專業基礎。因此，在實踐的教學中，筆者尋求一種可視化編程語言的解決方案，可視化編程軟件VVVV可實現這一教學要求。該軟件是一款簡單原型設計和開發的圖形化編程軟件，可以作為大型數字媒體與物理硬件接口、實時動態圖像、音頻和視頻等數據信息；可以同時進行與許多用戶交互環境的處理；是非常適合藝術家與設計師的可視化編程解決方案（圖4）。
2 教學方法
在考慮設計專業學生的學習方式、教學內容以及相關專業課程銜接的基礎上。南京藝術學院工業設計學院借鑒自身傳統的問題導入法的教學模式，在學習Arduino的技術基礎內容前，導入相關的用戶需求與設計定位問題，并迅速地按課題小組選定的作品內容與設計概念方案導入原型設計的知識學習。這一階段須建立在之前預設的特定課題設計內容的基礎上，以課題“智能家居為例”。課題組在分別探討家居生活中的各種需求中，發現2～5歲的兒童在家庭安防中的問題：這一階段，兒童可以獨立行走，并開始對家庭環境中未知的事物產生好奇。如去捅插座孔、伸手夠高于自身高度的物體、攀爬高處甚至是陽_圍欄與窗戶；諸如此類的兒童安全隱患問題數不勝數。那么，什么樣的設計解決方案可以避免此類危險，并在家庭環境內預設某些危險報警區域；當兒童進入時，可以預先警告父母或者對兒童采取阻嚇措施呢。帶著這些問題，課題組學生在學習Arduino的基本知識和各種傳感器模塊的功能后，其對超聲波測距傳感器的功能與設計情景中提出的問題產生了關聯。
因此，該組可以有針對性地選擇學習Arduino單片機與傳感器，在輸出設備的連接實驗中，通過實驗可以了解傳感器不但可以測出具體的物體靠近的距離，而且可以把距離數據實時、動態地傳遞到Arduino單片機的內存中；之后，再輸出變化的數值（變量），并通過某種設備轉換變量為聲音的大小、光的強弱甚至是色彩的變化等等；這個過程即是用變量控制輸出設備的過程。課題組即可以基于此，迅速搭建其設計方案的產品交互原型。
3 課程實驗、實踐、設計
產品交互原型設計課程教學目的是使要學生掌握的Arduino開源電子原型平臺，使其能夠根據設計概念，連接硬件、編寫程序，驅動硬件模塊按照設計概念模擬產品的交互行為；最終在產品設計表達過程中，不僅掌握制作原型在外觀造型、材料工藝、色彩搭配等方面的呈現，更重要的是產品的功能與人機交互行為上的高度仿真的知識與技能。因此，學生親自動手實驗是這門課的基礎。實驗以分組的形式進行，課題小組針對前期的設計內容選擇相應的智能硬件模塊（Arduino原型平臺與輸入輸出模塊）進行學習；從單一模塊入手，循序漸進地學習多個模塊組合使用與程序編寫，發覺計算機、屏幕及鍵盤以外的世界；以使學生學習和掌握物體怎樣能通過簡單的傳感器，監測周邊的環境并應用于對數字世界的掌控。開源平臺Arduino作為原型設計的主板，通過簡單連接單個的傳感器和機械裝置，也可同時在可視化編程軟件VVVV中進行編輯與控制，確保學生在掌握該主板基本知識的同時，了解可視化編程軟件VVVV與Arduino相互配合的實踐使用，從而避免使用需要C語言編程的Arduino IDE（集成開發環境）。具體的實驗課題內容為：
第一，概述―Arduino是進入物理世界的接口。
第二，第一段代碼“Hello World”。
第三，開源平臺Arduino的開發模式、單獨模式和作為無力界面與VVVV相連接的模式。
第四，“Firmata”連接VVVV，實現可視化編程。
第五，從反饋到循環，接收信號，編輯信號，再輸出信號。
第六，RGB-LED，控制一個LED燈。
第七，關于傳感器。一是電位器實驗、設計實踐；二是溫度傳感器實驗、設計實踐；三是加速度傳感器實驗、設計實踐；四是RFID射頻識別實驗、設計實踐；五是位移傳感器實驗、設計實踐。
通過1～3章的學習，課題小組可以基本了解Arduino開源平臺的基礎知識與運轉的機制；通過第4章的學習，了解和基本掌握解實現可視化編程控制和編輯開發Arduino功能的方式；通過第5章的學習，了解和基本掌握可視化編程必要的邏輯關系；第6章為前1～5章知識的綜合實踐練習，即通過可視化編程軟件VVVV驅動并改變一個連接在Arduino開源平臺上的RGB-LED燈（全色彩LED燈）的顏色；在第7章，各個課題組將有針對性地選擇與自己課題相關的綜合實驗模塊。由于章節限制，筆者在這里只節選一組實驗模塊作為實驗實踐案例。
實驗案例：溫度傳感器實驗、設計實踐、設計案例介紹
背景描述：
我們可以通過溫度傳遞非常多不同的信息。對于人體而言，我們可以推斷出與之自然或健康的狀態相關；對于人造物（產品）而言，可以理解為如反映其運行的狀態等。通過溫度傳感器，我們可以把這種變化作為輸入信號讀入計算機。這類型的傳感器通常會改變自己的阻值或者輸出溫度成比例的電壓。
實驗規則：
監控一個杯子的溫度，同時通過一個彩色的LED燈顯示。如果我們使用一個熱源，如將一杯熱咖啡放在離傳感器很近的位置，則可以改變傳感器的電阻值。這一改變可以使用Arduino主板捕捉并通過VVVV傳輸出去。在VVVV中，我們把溫度轉換為一個色彩值，并通過一個RGB-LED燈，使之可以看見。RGB-LED燈的色彩變化可以作為參照，提醒用戶杯中的飲品是否達到了適宜飲用的溫度（圖5）。
如圖5所示，一個簡單的邏輯可以在Arduino的開發環境之中自然甚至完全地實施；但是，VVVV應用在原形搭建方面更為有用，因為其結果很快能夠調整同時可以直接反饋并評價。溫度傳感器可以提供這樣一種可能，溫度可以直接轉換成變量值，線性的變量值再次傳輸給色譜同時作為輸出而應用。
實驗材料：
溫度傳感器（LM35）、RGB-LED、Arduino主板、面包板、連接線和接口、3*10k?電阻
實驗圖與可視化編程（圖6）：
如圖6所示，左邊為電路連接示意圖。其并非標準的電路圖紙，只適用于設計類專業教學使用。右邊為可視化編程軟件VVVV的編程界面，程序以圖形的形式組成，可以很直觀地進行編輯。
實驗結果（圖7）：
圖7這個例子演示的是如何利用物理大小變化作為控制因素。當杯子還是熱的、LED燈亮著紅色時，他們可以同時傳達給我們更多的信息。我們在享受飲品的同時，還可以期待多些……
4 設計案例
Tia（圖8）是一款可以自動跟蹤使用者書寫習慣的臺燈。當用戶在做書寫、閱讀等動作時，Tia智能燈能夠捕捉運動軌跡，且燈會移動到相應位置，自動調節光線的高低，以符合使用者的書寫的習慣，避免了在光源的陰影下寫作的情況；同時，它能根據環境光線的強弱自動調整書寫光源強度，以達到最佳的書寫和閱讀使用的效果；此外，Tia還會自動感應使用者位置、聲音和振動來判斷，進行開啟或關閉動作。
關鍵的原型搭建主要分為4個部分。第一，外觀制造的工藝部分主要使用工程塑料的高壓注塑以實現實體外觀；第二，智能控制部分主要使用嵌入式芯片設計，嵌入Arduino單片機、光耦傳感器、超聲波傳感器、視頻識別等集成的硬件構架；第三，控制程序采用可視化編程軟件VVVV編寫，以實現對外部環境的感知和調節以及書寫動作軌跡的捕捉；第四，機械部分采用四臺伺服舵機四個維度的旋轉達到光源方向與書寫或閱讀軌跡的同步的目的。
5 結語
“如果你想成為合格的程序員，你就永遠成為不了優秀設計師。”科學技術日新月異的今天，工業設計的定義已發生了根本性的改變。2015年，國際工業設計協會（ICSID）了新的工業設計定義：“設計是一種戰略性地解決問題的方法和流程，它能夠應用于產品、系統、服務和體驗，從而實現創新、商業成功和生活品質的提升。”該定義為科技飛速發展語境下的藝術設計與創新人才的培養提出了新的思路與契機。以提高藝術性、形象化思維的創造力為培養目標的藝術院校，在產品設計專業人才培養方式與專業知識構建中不可避免地受到時代的影響。如果一味地摒棄自生獨特的藝術專業特征與創新思維方式與能力，以適應科技的發展對設計的需求，將導致藝術院校培養藝術創新設計人才的教育目的和藝術學科的本質的動搖。在藝術與科技相結合的大趨勢下，如何從形象化思維的角度去了解技術、掌握基本的信息技術工具（如計算機語言），從而將其選擇性地引入藝術設計教育及人才培養領域中，筆者已在文中用自己教學實踐中的一些粗淺的案例進行了總結，希望起到拋磚引玉的作用。
注釋：①Tia（提亞）-書寫習慣追蹤智能臺燈，獲2015第二屆“紫金獎”文化創意設計大賽銅獎，設計：林勝獅，林堯，指導：劉彥。
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關鍵詞：單片機 實驗 仿真應用
中圖分類號：TP3368 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416(2012)02-0111-01
1、引言
隨著世界計算機技術的飛速發展，單片機及其接口技術的也獲得了迅速提高。單片機在已經成為了人們日常生活的必要組成部分，并深入到各個領域，為此，我國許多高等院校都在專門成立的單片機專業以學習單片機專業理論知識及相關課程，為方便和高效的開展單片機技術課程必不可少的要進行單片機仿真實驗。目前，我國擁有單片機實驗教學設計和開發資質的公司并不占少數，但真正能夠開發出便宜教師教學、適合學生自主學習的單片機仿真器卻很少。
傳統的單片機實驗教學中采用比舊的單片機系統，只能模擬出并行擴展接口實驗，不能及時隨著單片機技術的更新而快速的更新，嚴重阻礙了教學的實效性。目前，能夠開發出緊跟科技步伐、擁有領先于國內外的技術、方便程序更新和硬件換代、成本低廉的單片機實驗教學仿真系統，對學生學習單片機理論知識興趣的提高、便宜單片機理論內容的研究有重要意義，最終為我國培養出高水平單片機領域人才打好基礎。
2、單片機在教學中存在的問題
硬件實驗板是單片機實驗的重要基礎部分，該實驗主要是通過實驗電路編程來測試單片機中個組件能否完成電路的實驗功能。實驗中單片機仿真器的采用不但增加了實驗的真實性，同時，提高了實時仿真調試單片機程序及硬件電路效率，能夠做到及時、隨時發現并快速修改程序設計中存在的問題，從而提高程序編寫的效率。
經過多年發展，我國單片機教學、仿真實驗課程已取得了一定成績，但目前，單片機的教學實驗中仍存在諸多問題。
(1)單片機教學是一門實踐性很強的課程，但國內許多高校往往將單片機課堂定性為以理論教學為主、學生實驗為輔的課程，實驗也僅僅是用來驗證理論知識的驗證性課程。這樣幾乎只學習理論不做實驗練習的教學方法，很難提高學生自主學習的熱情，更別想真正深刻的理解掌握單片機方面的知識，也很難真正的培養出單片機應用領域的高級人才。(2)單片機仿真實驗課程受到了實驗場地、實驗時間等多方面的限制，學生除了在課堂上，平時很難有機會接觸，更別說實踐了。在單片機教學實踐中需要諸如電腦、實驗電路板、編程器、仿真機等很多硬件設備。學生無法承受個人配備單片機實驗開發系統所需要的高額成本，大多數高等院校不能滿足上課學生人手一套實驗設備，來模擬和開發系統進行單片機實驗。(3)現行條件下單片機技術發展較為迅速，更新換代較快，新買的實驗仿真器用不了幾年就會很快落伍，學校無法及時更新，設備卻在不斷老化。這就造成單片機實驗設備不足、落后，實驗教學配套教材陳舊。要想解決此問題就必須投入大量的資金，來重建單片機實驗室，我國許多高校肯本沒有這種條件。
3、教學中的具體實例
單片機仿真實驗教學是單片機教學的重要組成部分，經典的單片機仿真器包括如下單元電路模塊教具：CPU電路、LED數碼顯示電路、LED發光管電路、LCD顯示電路、存儲器模塊、鍵盤電路、D/A轉換模塊、A/D轉換模塊、輸入模塊（光感、溫感、觸摸、遙控、紅外等輸入傳感模塊）、輸出模塊（蜂鳴器、直流電動機、繼電器等）、集成器件擴展模塊、分離器件擴展模塊。老師通過手工焊制電路板、導線連接等方式將各個單元連接起來，可以方便的將組合教具組合出：數字鐘、簡單計算器、籃球比賽計分器、簡易秒表、電風扇、電壓表、洗衣機模型、變光燈、遙控電風扇、遙控洗衣機、交通燈、遙控變光燈、火警報警器、溫度表、光電記數器、光電開關等，許多具有較強實用功能的應用電路。學生通過單片機實踐課，利用教具各單元電路模塊、合理的連接導線、或自己設計的硬件電路構建出自己理想的單片機硬件，這樣不但極大的調動了學生的學習熱情，同時加深了單片機理論課程的印象。
在單片機教學中我們通常會講：“8051單片機有p0，P1，p2，P3，四個I/O口”。但是，在做實驗時，由于大多采用電路連線固定，只用p1口接LED燈的實驗電路板，選用這樣的實驗電路板同時向CPU中輸入“讓LED燈反復亮滅”的實驗程序，八個LED等將不停的閃爍。但是這樣的實驗電路板無法演示p2、p3、P0口接LED燈的實驗狀況，采用這種相對傳統的連線式單片機實驗電路板，我們只能通過想象來完成教學中單片機電路的連接模擬，肯定沒有條件去親自設計或連接相關的實驗。如果選用組合式單片機教具作為實驗電路板，只需將接p1口線的八根連接線分別連接到p1、p2口和p3口，并分別將上面程序中的連線接口分別換成p0、p2、p3，就可以演示相關的實驗狀況。
但是，將LED燈直接連p0口時，LED燈不能閃爍，也就是電路不能正常工作。這個實驗可以充分說明p0、p1、p2、p3，這4個I/O口中由于p0口的內部電路不一樣（沒有內部上拉電阻）所造成的同樣的硬件電路完全不同的實驗效果。在這個實驗后，在講解四個I/O口的內部電路結構時，就可達到事半功倍的效果。
4、結語
我們在對單片機進行教學實驗時，要不斷的注重實際應用的需要。在對單片機仿真器教學時，我們要在借助現代新型教學手段的同時，不斷更新單片機設計思路，轉變單片機系統的設計、制作與調試方法，最終做到利于學生的實驗實踐。相信，隨著我國科學技術和電子技術教學的不斷發展，單片機新技術、新應用會不斷出現和發展，學習真正為高等工程教育實驗教學帶來革命性的變化。當然，在圍繞應用性人才培養目標發展的過程中，我們還有許多方面需要研究和探索，需要走的路還很長。
參考文獻
關鍵詞 Proteus 單片機 電路軟件 硬件仿真
中圖分類號：TP368.1-4 文獻標識碼：A
隨著我國教育信息化步伐和“互聯網+”建設的不斷加快，利用現代化教育資源構建網絡化、數字化、個性化的教育教學方式方法已經成為一種新的發展趨勢。同時基于軟件仿真設計的實驗教學也越來越多，越來越重要。軟件仿真實驗教學作為理論教學的擴展和補充，不僅可以改善原理簡述的抽象性，還可以幫助學生加深對理論知識的理解，并進一步拓展知識面，激發學生的探究興趣和能力。
1研究現狀
作為計算機技術在控制領域的應用。單片機以其體積小、性能強、集成度高、功耗低、控制能力強、易擴展等特點，廣泛應用于工業自動化方面、儀器儀表、家用電器、醫用設備、信息和通信產品方面、航空航天、軍事、專用設備的智能化管理及過程控制等領域。
目前的單片機教學采用項目教學法，不少內容抽象、乏味，若不通過實驗很難讓學生提起興趣，得到更好的理解，而以前的實驗硬件平臺能做的實驗有限，效果不理想，開設成本也很高，培養出來的學生既不知如何設置電路，也不知選擇芯片的哪些引腳，只會單一的編程驗證，且編寫的程序都是為了實現試驗箱上的功能，根本滿足不了實際項目課題的需要。
2研究意義
現在使用的教學仿真軟件有多種，這些軟件各具特點，在教學實踐中根據不同專業及需求可以選用不同的軟件。Proteus是世界上著名的EDA工具（仿真軟件），從原理圖布圖，代碼調試到單片機與電路協同仿真，一鍵切換到PCB設計，真正實現了從概念到產品的完整設計。是世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設計軟件和虛擬模擬仿真軟件三合一的設計平臺。Proteus仿真軟件具有數字、模擬及數字/模擬混合電路的仿真能力；還提供了電路的直流工作點分析、瞬態分析、噪聲和失真分析等多種常用的電路仿真分析方法。這些分析方法基本能滿足一般電路的分析設計要求。
在單片機實驗教學中采用Proteus軟件能更好地解決采用虛擬技術解決單片機及其電路的設計和協同仿真的問題，無需硬件實驗平臺，只需利用個人計算機進行單片機軟硬件同步仿真，仿真結果即可直接運用于真實設計。因此采用Proteus電路仿真軟件建立的網上單片機實訓室既解決了以往單片機編程過程中的抽象性問題，同時還極大程度地擴展了單片機硬件電路資源，降低了實驗教學成本，也使教學過程更加直觀，還為學習者提供了一個即時可學式實驗室。
3 Proteus在單片機功能開發中的作用
目前，實物單片機實驗室的基本功能主要包括元器件選擇、電路連線、單片機程序編寫、系統運行調試和硬件電路測試，而利用Proteus仿真軟件所提供的不同功能可以完全保證對其完全實現。
（1）系統資源。任何一種單片機都提供了一定的系統資源。對于51系列單片機來講，所供的資源是以寄存器和存儲器的方式體現出來的。Proteus仿真軟件所提供的元器件包括了電阻、電容、二極管、三極管、MOS管、555定時器等模擬元器件和74系列1vrL芯片、4000系列CMOS芯片、存儲器、FC元器件等數字元器件以及PIC、AVR、8051系列單片機，學習者可以通過選取所需的元器件并對參數進行修改實現單片機實驗元器件的選擇。
（2）硬件電路的設計、制作與調試。硬件電路的設計包括兩部分內容：一是系統的擴展；二是系統的配置。大部分常用的硬件電路設計可以通過Proteus軟件來實現，學生通過Proteus軟件的使用，可以很方便地掌握硬件電路的設計方法。Proteus仿真軟件具有導線自動連線功能，使用時只需單擊元器件的引腳系統就可進行自動布線，同時，學習者也可根據需要對走線方式進行調整，完成系統電路的整體線路連接，此功能使學習者更加方便的對電路結構進行理解。
（3）程序編寫。利用Proteus仿真軟件的編程功能學習者可以進行單片機程序編寫實驗，并在軟件中進行目標代碼的仿真運行，利用軟件所提供的診斷及追蹤信息，學習者可以發現代碼中所存在的問題并進行修改。
（4）系統運行調試。利用Proteus軟件的仿真調試可以實現系統的調試。Proteus可以作為硬件仿真和調試界面。Proteus仿真軟件還提供了系統單步運行仿真調試功能，并可以通過此功能模擬單片軟件調試器功能，使學習者觀察設計效果，同時，在程序運行過程中單片機引腳的電平狀態也將實時地顯示出來，這為學習者更好地理解程序運行提供了很好的幫助。
（5）硬件電路測試。除了上述功能，Proteus仿真軟件還包含了大量的虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、函數發生器、時鐘計數器、電壓計和電流計等單片機硬件電路測試所需的試驗儀器，學習者可以通過此功能仿照真實情況完成對硬件電路的測試與檢查。
通過實地教學反饋，針對單片機控制系統是軟、硬件結合的應用系統，若將Proteus軟件引入單片機課堂教學，可以構建一個適合“教、學、做”一體化教學的單片機虛擬實訓室，大大提高學習效率，方便實踐操作。
4結論
敘述了單片機實驗教學的發展現狀，介紹了Proteus仿真軟件創新性的功能，研究了Proteus仿真軟件在單片機實驗教學中的作用。通過實踐證明，其構建的虛擬實驗室與傳統單片機實驗室相比，具有開放、靈活和成本低等特點。使用該實驗能夠實現以教師為引導、以項目為主線、以學習者為實驗主體的教學新方法，在提高教學效率的同時，使學習者形成工程設計思路，并利用電路仿真和互聯網技術實現了設計、開發、調試并形成產品的全過程，增強了單片機實驗的創新性。
參考文獻
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關鍵詞：OBE（Out-Based Education） 單片機原理課程 計算思維能力 教學改革
中圖分類號：G64 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）10（c）-0093-02
OBE（Outcome-Based Education）教育理念起源于美國，并在20世紀的后20年在一些發達國家發展起來的一種新的教育模式。隨著其理念的普及與深入發展，OBE教育模式逐步成為工程教育人才培養的基礎。OBE教育理念的實質是把學生在學習過程中的主體表現作為教育質量考核的重要指標，在人才培養的過程中強調學生的學習結果，并以此作為反饋教學活動質量的重要因素。
單片機原理及應用是電氣工程、電子工程、自動化、通信工程等專業的核心基礎課程。該課程主要包括了單片機的硬件結構，匯編指令和匯編程序設計，接口技術以及C程序設計技術，是一門實踐性很強的課程。在傳統的教學過程中，通常以教師為教學活動的主體，學生被動的接受課程知識，因此在這門實踐為主體的課程中，學生很難達到應有的教學目標。此外，在該課程所配套的實驗教學過程中，多數以驗證性實驗為主，部分學生在實驗過程中目的性不強，很多的時候也只是看到了實驗最終的一個現象，并沒有深刻體會到實驗過程中所涉及到的分析流程，并且在課程的考核上很多的時候都是以卷面考核的方式來進行，在考試過程中很多學生也只是靠僵硬的記憶來答卷，在試卷考核的內容中有一些靈活應用的地方就容易大量丟分，究其原因，很多的學生在學習過程中其目的就是考試及格，學習并不是源于學習的興趣。
1 課程理論內容講授環節設計
從學生的學習效果反饋來看，單片機這門課程難點很大程度上在于很多同學沒有建立起利用計算機進行解決問題的思維方式，換言之，就是很多同學覺得單片機難學在于他們碰到程序設計問題的時候，很多時候無從下手解決，因此可以分析出在教學過程中的匯編指令，匯編程序設計以及高級語言程序設計時單片機教學的重點和難點。根據OBE理論就需要從新反向設計這部分的教學內容和教學手段，在講授方式上教師應當注意由淺入深，課堂上適當增加程序分析和設計的內容，同時注重理論和實踐相結合，可以選擇一個適當的綜合性題目，在題目的完成過程逐步掌握基本程序設計的要領。
基于OBE教育理念的教學方式就是以預期的學習產出作為目標，并通過產出的結果反向設計和課程相關的教學活動。在單片機原理及應用的授課過程中，制定課程的預期學習產出和相應的教學策略是實現OBE工程教育的重要前提。針對單片機原理及應用這門課程需要較高實踐性的特定，同時優化理論教學和實驗教學，激發學生的學習興趣和動力。建立起學生自主學習的積極性，提高教學效率和改善教學效果。
2 實驗教學環節設計
實驗教學是本科教育教學工作的重要組成部分，是人才培養過程十分關鍵重要步驟，實驗教學和理論教學在單片機這門過程中二者的關系是相輔相成的。在單片機原理及應用教學中，強化學生在實踐教學環節的學習效果，有利于提高實踐教學質量，提升學生實踐能力、合作精神和創新意識。從人才培養的根本目的看，實踐環節的意義在于實踐理論，實現學生專業知識外化的轉化能力。
在實驗教學環節，優化實踐教學方案，制訂實驗教學大綱，設計實踐教學的環節和相關子項目，突出學生實踐能力培養、重視實踐教學效果、明確技能考核要求，充分體現課程體系下實踐教學改革的總體思路，從根源上優化各專業的實踐教學方案，以便形成科學且合理的實踐教學體系。在制定電子信息類專業教學計劃時，教學大綱的制定重視課程與實驗內容的合理優化配合，避免理論知識與實踐的重復或脫節；另外，充分體系課程知識結構發展和教學安排的組織、內容及方法的映射關系，避免重復的驗證性實驗項目，增加具有創新性、設計性、綜合性的實驗項目的實踐教學體系，使學生在實驗教學環節能提升其實踐主動性、創新能力、求實及合作精神的作用。因此，構建科學、合理的實踐教學體系對此實踐教學目標產生深遠的影響。
3 課程評價的考核目標和學習產出的關系
課程評價的考核目標引導和決定預期學習產出的結果，具有重要的導向作用。在單片機原理課程上實行相應的多元考核評價方法，多元化的評價模式包括兩個方面，理論環節和實驗環節。其中理論環節包括識記能力、理解能力和表達能力；實驗環節包括實踐能力、小組合作能力和創新意識。通過理論環節和實踐環節測評的設定，過程考核和結果考核有機地結合起來，學習結果可體現為過程和結果兩個方面。
4 結語
對大學生計算思維能力的培養已經成為工程教育界的共識，其最終目的是培養大學生的實踐與思維相結合的能力，培養大學生利用已有計算機和數學基礎發現和解決問題的創新能力。該研究通過對計算思維基本概念的界定，介紹了以計算思維能力培養為導向的單片機原理課程的教學改革現狀，探討了其中存在的問題，提出了相應的教學模式與解決策略。
參考文獻
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【關鍵詞】單片機 項目教學法 中職教學
我國已經進入互聯網時代，計算機的應用已經普及到了社會的各行各業，在這種背景之下，單片計算機的發展前景非常廣闊。從大的自動化系統控制，小對個別功能的單一控制，都涉及到了單片機技術。所以，對于電子類專業學生來說，單片機的課程學習具有非常重要的作用。中職院校要想提高單片機課程的教學效果，就必須要對傳統的教學方法進行創新。現在，筆者結合自己多年單片機教學的實踐，提出了項目教學的方法，并取得了不錯的教學效果。現在就以筆者的實踐為例，對單片機教學的現狀和項目教學的具體方法進行論述。
一、中職單片機教學的現狀分析
單片機就是單片計算機的簡稱，對于電子專業來說，是一門實用性很強的基礎性課程，通過對單片機的學習，學生才能完全掌握電子技能，并靈活運用。但是由于中職學生的基礎較差，而且單片機教學內容和多個學科都有交叉，具有很強的綜合性。在傳統的教學方式之下，很多學生并不能理解單片機的理論，無法完成編程的高要求，使得教學的效果并不理想。這是因為，傳統的單片機課程教學只是一味傳授比較枯燥的理論知識。在筆者過去的教學方式中，也存在這樣的問題，由于教學大綱的限制，所以都會先介紹單片機的結構組成、工作原理、功能構建、設計方法和編程等內容，然后再進行實驗操作。而且，由于學校教育資源比較缺乏，并不是每個學生都有實踐操作的機會。再加上單片機課程的理論綜合性很強，很多學生等不到開始實踐，就已經對課程失去了學習興趣。
二、項目教學方法在單片機教學上的具體應用
中職院校中進行單片機的項目教學，就是要改變傳統的教學方法，將單片機的課堂劃分成不同的板塊，將會項目作為教學的核心，實驗操作作為教學的主要方式的一種教學方法。這種教學方法的主要目標并不是實現大而全的教育，而是讓學生真正理解和掌握教學內容，讓學生在實驗的過程中完成知識的接受和理解，掌握單片機技術，具體的方法如下：
（一）選擇合適的教學項目
使用項目教學法開展教學時，一定要選擇合適的教學項目，將知識性和趣味性結合在一起，所以選擇的項目要具有以下四個特點。第一，趣味性特點，這是由中職學生的年齡特征所決定的。因為他們正處于不成熟的年齡階段，學習的效果很大程度上去取決于學習興趣。考慮到這一點，筆者就從他們比較關注的數碼顯示、報警系統、循環燈等項目作為單片機教學的切入點，很快就吸引了學生的注意力。第二，可接受性特點。由于中職學生的基礎較差，所以在選擇項目時，要考慮到學生的學習能力和知識結構，要讓他們能夠理解并接受項目的教學內容。第三，知識性特點。項目教學不能只從趣味性入手，為了完成教學目標，還需將知識性融入到項目之中。筆者在開展單片機項目中就很好地做到了這一點。筆者在教學大綱的基礎上，針對其中主要的知識點都精心設計了實驗教學的內容。這種實驗教學既能提高學生的學習興趣，增強他們的實踐能力，還能讓他們在實驗中掌握教學內容。第四，延伸性特點。在滿足了上述三個特點之后，只是達到了單片機項目教學的基本要求。為了讓學生便于理解相關知識，提高他們靈活運用單片機技術的能力和業務能力，就有必要使項目的知識具有一定延伸性和擴展性。所以，筆者在進行單片機的項目教學時，選擇了LED點陣的顯示控制、制作搶答器、時鐘的電路設計、鍵盤掃描、模擬交通指示燈等和生活息息相關的項目，讓學生能夠運用所學知識解決生活問題，這樣才能真正實現單片機教學的目的。
（二）以項目為中心，重點開展實驗教學
事實已經證明，傳統的單片機教學方法根本不能滿足中職教學的需要，所以除舊立新是必然的。受到單片機綜合性較強的特點限制，要想獲得理想的教學效果，就有必要在項目教學的基礎上，加強實驗教學。這樣才能讓學生將理論知識和實踐結合起來，在動手操作的過程中實現知識的融會貫通。確立了明確的教學方向之后，中職教師在進行單片機教學時，就可以將實驗室作為開展項目教學的主要陣地，將學生的項目實驗操作作為教學的重點內容。筆者在項目教學的基礎上開展單片機的實驗教學時，在告知相關的操作流程和注意事項之后，就會讓學生自己動手來完成整個項目的操作，從設備和材料的選擇開始，到線路連接，從程序的編制開始，到程序的調試，都讓學生獨立完成，自己只在旁邊進行必要的指導。通過這樣的教學方式，學生會對單片機的學習興趣大大提高，對單片機的結構、工作原理、系統構成等理論知識都有了一個大概認知，然后筆者再對這些例，論知識進行講解，學生就能很好地理解教學內容。
三、結束語
綜上所述，本文從傳統單片機教學方法的問題開始，對中職單片機課堂進行項目教學的具體方法從兩個方面進行了具體的論述。這是筆者通過自身的教學實踐得出的結論，收到了良好的教學效果，可以為中職單片機的課堂教學提供借鑒意義，共同提高中職院校單片機的課堂教學效果，提高教學質量。
參考文獻：
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Sang Hong
（重慶信息技術職業學院，重慶 404000）
（Chongqing Information Technology College，Chongqing 404000，China）
摘要：虛擬實驗室的建設是學生和學校實驗需求的重要補充和學生學習及開發的重要手段。
Abstract: The construction of virtual laboratory is an important supplement of experiments needs of students and school and the important way of student's learning and development.
關鍵詞：電子 虛擬實驗室 實踐實訓
Key words: electronic；virtual laboratory；practical training
中圖分類號：TP39 文獻標識碼：A文章編號：1006-4311（2011）32-0172-01
1虛擬實驗室建設的理由
1．1 虛擬實驗室：虛擬實驗室是利用計算機仿真技術，在計算機上學習模擬電路、數字電路、單片機應用系統等課程，并進行電路設計、仿真、調試等通常在實驗室完成的實驗。以虛代實、以軟代硬，即為虛擬實驗室的本質。
1.2 虛擬實驗室建設的必要性：電子技術、電路分析和單片機教學包括理論與實踐教學，對于感知教育來講，而實踐實訓教學所占比例較多，硬件投入大。在實踐實訓的中，需要大量的實驗儀器和設備。而一般的學校或個人沒有較多的經費，因此，單片機的課堂教學及實驗中存在諸多問題如：①特別是單片機課堂教學以往多以理論教學為主，實驗教學也多是進行驗證實驗。②學生實驗時也存在著不少問題：學生除了上課外，平時難得有機會實踐；一般單片機實驗箱由于是成品,學生很難參與到其中的細節設計中去，學生動手能力很難得到訓練與提高。③實驗設備不足，落后，單片機實驗室建立成本高，更新換代跟不上發展的需要，還會帶來資金耗費嚴重等問題。
1.3 PROTEUS實驗室：Proteus是一種低投資的電子設計自動化軟件，提供Schematic Drawing、SPICE仿真與PCB設計功能，同時可以仿真電子技術、電路分析和單片機及周邊設備，特別可以仿真51系列、AVR、PIC等常用的MCU，并提供周邊設備的仿真。Proteus提供了大量的元件庫，有RAM、ROM、鍵盤、馬達、LED、LCD、AD/DA、部分SPI器件、部分IIC器件，編譯方面支持Keil和MPLAB等編譯器。采用PROTEUS仿真軟件可以實現從虛擬到實際，從軟件到硬件，從概念到產品的主要用于電路、單片機或嵌入式系統課程的實驗實訓實驗室。
2實驗室建設的主要目標
2.1 實驗教學體系建設和實驗教學內容改革的目標通過PROTEUS實驗室的構建，使得實驗教學體系建設和實驗教學內容改革達到以下目標：①使實驗內容更加全面。實驗的內容包括軟件部分的匯編、C51等語言的調試過程，也包括硬件接口電路中的大部分類型，對同一類功能的接口電路，可以采用不同的硬件來搭建完成，從而克服傳統實驗硬件電路固定、學生不能更改、實驗內容固定等方面的局限性，擴展學生的思路和提高學生的學習興趣。②降低實驗室構建、運行和更新成本。③進一步提高學生的設計能力及創新能力。實驗能力和實驗設計能力的培養，是工科學生解決實際工程問題能力中較為重要的方面，因此，提供學生自行設計和創新性設計平臺尤為重要。④培養學生的協作能力。一個比較大的工程設計實驗室，是由一個開發小組協作完成的。了解和把握別人的設計意圖和思維模式，是團結協作的基礎。在Proteus中進行仿真實驗時，所涉及到的內容并不全是學生獨立設計完成的，因此對于鍛煉學生的團結協作意識，是有好處的。
2.2 實驗教學體系建設和實驗教學內容改革的效益分析建立的新的實驗教學體系，并進行相應的教學內容改革，將對教學帶來以下效益：降低實驗室建設投入；降低實驗室運行投入；降低實驗室更新投入；降低實驗室設備維護投入；提高實驗質量，從而提高教學質量；可培養學生的實驗室設計能力，并降低學生科研投入；支持學生創新性設計；可培養學生的團隊合作能力。
3本實驗室建成后的特色與定位、硬件水平與國內高校同類實驗室的對比分析
3.1 本實驗室建成后具有以下特色：實驗內容全面；硬件投入少，經濟優勢明顯；學生可自行實驗，鍛煉解決實際工程問題的能力；實驗過程中損耗小，基本沒有元器件的損耗問題；與工程實踐最為接近，可以了解實際問題的解決過程；大量的范例，可供學生參考處理；協作能力的培養和鍛煉；支持網絡環境，實現實驗室的虛擬化和網絡化，大大提供實驗室的使用效率和范圍。
3.2 本實驗室建成后的定位：由于本系統采用虛擬軟件和實物驗證相結合的實驗室模式，實驗內容更加靈活，可根據不同學校的具體培養目標合理設置實驗內容。對于以培養學生操作能力的院校，實驗內容的設置可側重于基礎性實驗；對于以培養學生綜合性能力的院校，實驗內容的設置可側重于綜合性實驗；對于以培養學生創新性能力的院校，實驗內容的設置則可側重于設計性實驗。綜上所述，PROTEUS實驗室可滿足各類大、中專院校不同的實驗要求。
3.3 本實驗室建成后的硬件水平：本實驗室建成后，實驗室的硬件水平直接和軟件掛鉤，硬件隨著軟件的更新而更新。目前世界上多種主流單片機系列以及各種芯片；支持大量的存儲器和芯片。總之，該軟件是一款集單片機和SPICE分析于一身的仿真軟件，功能極其強大，硬件庫隨時與更新。因此，本實驗室建成后，虛擬實驗室的硬件水平可與當前硬件的發展同步。
4本實驗室的配置方案
4.1 獨特的仿真功能，生動的仿真顯示：用色點顯示引腳的數字電平，導線以不同顏色表示其對地電壓大小，結合動態器件的使用可以使仿真更加直觀、生動；高級圖形仿真功能：基于圖標的分析可以精確分析電路的多項指標，包括工作點、瞬態特性、頻率特性、傳輸特性、噪聲、失真、傅立葉頻譜分析等；獨特的單片機協同仿真功能：支持主流的CPU類型，CPU類型隨著版本升級還在繼續增加；支持通用外設模型，其COMPIM（COM口物理接口模型）還可以使仿真電路通過PC機串口和外部電路實現雙向異步串行通信；實時仿真支持UART/USART/EUSARTs仿真、中斷仿真、SPI/I2C仿真、MSSP仿真、PSP仿真、RTC仿真、ADC仿真、CCP/ECCP仿真；支持單片機匯編語言的編輯/編譯/源碼級仿真，內帶8051、AVR、PIC的匯編編譯器，也可以與第三方集成編譯環境（如IAR、Keil和Hitech）結合，進行高級語言的源碼級仿真和調試。
4.2 實用的PCB設計平臺：16個銅箔層，2個絲印層，4個機械層加上板沿，禁止布線層，抗蝕掩模和阻焊層；任意角元件的布置和焊盤棧；完全自動的連線（ratsnest）以及力向量生成；理想的基于網表的手工布線系統；無柵，多邊形電源板；物理設計規則檢測保證設計的完整性；超過1000種標準封裝的元件庫；Windows裝置的任何輸出；完整的CAMCAM輸出以及嵌板工具；自動插入機器的拾取和布置文件。
4.3 自動設計：元件自動布置；基于多策略柵格的自動布線；SMT輸出的特殊例行程序；在多數板上實現100%撤消以及重試；減少過孔的數目和銅膜導線的長度。
參考文獻：
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關鍵詞 信號檢測技術；實驗教學改革；自主創新
中圖分類號：G642.423 文獻標識碼：B
文章編號：1671-489X（2014）02-0079-03
Research and Reform of Experiment Teaching of Signal Detection Technology Course//Li Fei
Abstract Based on the current problems of the experiment teaching of Signal detection technology course， experimental teaching mode has been studied and reformed. The main goal of the reform from the training objectives， the experimental teaching content， the experimental teaching methods and the experimental evaluation. Student’s comprehensive ability and capability of independent innovation have been getting a good workout.
Key words signal detection technology； reform of experimental teaching； innovation
信號檢測技術是電子信息工程專業開設的一門專業基礎課程。隨著科學技術的發展，信號檢測技術作為信息的采集技術，始終處于整個測控系統的前端位置。因此，如何進行信號的實時檢測與有效傳輸是研究的一個熱點。那么，圍繞信號檢測技術課程所開設的實驗教學也尤為重要，合理的實驗教學可以使理論知識得到進一步的鞏固與加強。
1 當前實驗教學存在的不足
隨著科學技術的發展，對信號檢測技術的要求也越來越高，當前存在的信號檢測技術實驗教學模式已無法滿足社會的需求，逐漸浮現出一些問題。
實驗教學培養方案較落后，不能適應信號檢測技術的發展需求 任何一門課程的教學培養方案都應適應于社會的需求。邵陽學院目前開設的信號檢測技術課程實驗環節較薄弱，層次低，仍處于簡單的信號采集層面[1]。那么，隨著社會的發展，如何對采集后的信號進行有效的處理，或通過傳輸通道對后續的控制系統如何進行控制，這都是要考慮的問題。目前仍未涉及這些方面。
實驗內容設置不合理 目前已開設的實驗項目中大部分仍以驗證性實驗為主，綜合性和設計性實驗較少。驗證性實驗是指對研究對象有了一定了解，并形成了一定認識或提出了某種假說，為驗證這種認識或假說是否正確而進行的一種實驗。這種實驗在課程中是必不可少的，可以加深學生對理論知識的理解，但在所開設的實驗課程中不應占過大比例。為了加強學生的自主創新能力和綜合應用能力，設計性實驗和綜合性實驗是必不可少的。
另外，目前所開設的實驗項目沒有與實際的應用環境相結合，忽略了在一個完整的系統中進行信號有效采集會出現的問題。
實驗教學方法與手段過于陳舊，創新性缺乏 現今的實驗教學中仍存在“教師先演示，學生再操作”的實驗教學方法。這種教學方法造成了學生極強的依賴心理，不愿思考，等教師演示完之后再依葫蘆畫瓢，以這種方式完成的實驗可以說收效甚微，學生根本沒有進行自主思考，完全是照搬教師的操作過程，要從自己的操作中尋找問題、解決問題更是無從談起。這種實驗方法嚴格來講，學生就只學會了如何找孔插線，對實驗的原理以及原理的應用都了解甚少。
實驗考核方式不能體現學生的實際水平 在以往的信號檢測技術課程實驗中，學生的實驗成績主要通過三方面來綜合考評。這三方面包括學生的實驗考勤、實驗操作過程和實驗報告，其中，實驗考勤占10%，實驗操作過程占50%，實驗報告占40%。這種方法雖然考慮到了實驗的各個環節，但是仍無法體現學生的自主創新能力，甚至于實驗報告出現一些抄襲現象[2]。
2 課程實驗教學的具體改革措施
針對上述存在的問題，主要從實驗教學培養目標、實驗教學內容、實驗教學方法和實驗考核這4個方面入手，對信號檢測技術課程的實驗教學進行研究與改革，具體的改革內容如下。
實驗教學培養目標的改革 任何一門課程的教學培養目標都不是一成不變的，它必須根據社會的需求、技術的發展來及時修訂，實驗教學也毫不例外。現今的信號檢測技術已不是單純的信號獲取，而包含了大量的信號處理內容，如：如何采集低噪聲的微弱信號，如何將采集的信號與單片機相連繼而控制某個系統的運行狀態，等等。所以，培養出綜合而全面的新型信號檢測技術人才，才是本門課程實驗培養的目標。
實驗內容的改革 對原有的實驗內容不再以驗證性實驗為主，而將實驗內容劃分為3個層次：基礎型實驗、提高型實驗和實際應用型實驗，采用循序漸進的方法來依次完成實驗的教學，如圖1所示。
1）基礎型實驗。基礎型實驗重在基礎，包含少量驗證性實驗和本門課程內部的綜合性實驗。
2）提高型實驗。提高型實驗分為兩部分。
①設計型實驗。這一類型的實驗只提供實驗任務，具體的實驗內容與步驟都由學生自己設計與規劃完成。如實驗任務為溫度的測量：學生首先可自行選擇溫度傳感器（如熱電偶或熱電阻等），其次選擇其他的模塊（如運算放大器等）自行組合搭建完成溫度的測量。這一類型的實驗特別注重學生的自主思考，在某一程度上極大地活躍了學生的思維，使學生的思考、動手和創新能力都得到很好的訓練。
②跨學科的綜合性實驗。綜合性實驗不單單是本門課程的綜合，而要與其他課程進行綜合性實驗，如與單片機課程結合、與虛擬儀器課程結合。以熱電偶實現測溫的一個系統為例。與單片機結合的實驗內容為：用熱電偶采集實時溫度，經A/D轉換輸送到單片機，單片機經過內部處理，發出指令，可進行LCD實時顯示，也可實現對控制系統的控制，如溫度過高、啟動風扇降溫等。或者，與單片機課程及虛擬儀器課程結合的實驗內容為：用熱電偶采集實時溫度，經A/D轉換輸送到單片機，單片機內部處理后經串口通信輸送給由LabVIEW軟件編寫的信號分析系統，對采集的溫度信號進行實時分析，并將分析后的結果再經串口通信輸送給單片機，控制相應的模塊進行升溫或降溫處理。這種形式的實驗內容使實驗意義上升了一個層面，不再拘泥于單純的信號采集，而是通過與其他課程實驗的結合，完成了一個產品工程鏈的訓練，大大提高了學生的綜合應用水平和自主創新能力。
3）實際應用型實驗。這種類型的實驗不再進行理想化處理，而是與實際的應用環境相結合。比如待采集的信號太微弱，基本被噪聲信號淹沒，該如何處理？再如上述提到的熱電偶實現測溫系統，在實際的應用環境中，熱電偶的冷端溫度不是恒定的，是隨環境溫度變化的，比如冬天使用和夏天使用時，熱電偶的冷端溫度就有極大的差別，那么，在實際應用中就必須考慮一個冷端溫度補償的問題。又如溫度的慣性問題，如何保證在最短的時間內使溫度恒定在預期的設置參數？這些都是在實際的應用環境與企業項目開發中會碰到的問題。
因此，課程實驗內容設置不能理想化，不能與社會脫節，相反，而應與實際的應用環境緊密相連，要盡量保持步調一致，時刻根據應用環境的改變而進行實驗內容的重新設置。
實驗教學方法的改革 打破傳統的實驗教學中“采用2人一組，教師先演示，學生再操作”的教學方法，更注重“以學生為主導、開放性”的實驗教學方法。在這種實驗教學方法中，教師不再進行實驗演示，學生以4人為一小組，自行根據實驗要求和實驗內容完成實驗，教師在整個實驗的完成過程中只起到指導和答疑的作用。
此外，實驗室對學生開放，不再規定學生在2學時內完成實驗，學生可利用課余時間去實驗室完成實驗任務，這種方法大大靈活了實驗完成的過程。
實驗考核辦法的改革 為了避免出現實驗抄襲的現象，實驗不再以考勤、實驗操作過程和實驗報告為考核的內容，新的實驗考核基于現場答辯+實驗報告完成情況。具體的實施方案如表1所示。
其中，由于實驗中是以4人為一組，為避免出現實驗都是由組內1人或2人完成的現象，在進行現場答辯時，4人必須依次進行答辯。這種新的考核辦法更注重于對學生的動手能力、分析問題與解決問題能力及自主創新能力進行綜合評價。
3 總結
信號檢測技術在信號采集領域起到至關重要的作用，本文對信號檢測技術課程的實驗教學進行了探索和改革。按照課程的發展需求，以培養應用型、技術型人才為目標，分別從實驗內容、實驗方法及實驗考核方面進行了改革，改革后的實驗教學模式更加注重學生的自主學習能力，使學生真正掌握信號檢測技術，并使相關課程也得到了較好的鞏固與實踐。
參考文獻
[1]王黨樹.傳感器與檢測技術實驗教學改革探討[J].高校實驗室工作研究，2012（2）：29-30.
