_单片机课程设计教学改革与实践

　　　单片机课程设计教学改革与实践

葛　浩，林其斌

（）滁州学院电子信息工程系，安徽滁州　２３９０１２

摘　要：针对目前单片机课程设计存在的问题，为了提高学生的自学能力、实践能力、创新精神和工程意识，探讨了单片机课程设计工程教学改革方法和具体实施过程。实践证明，通过课程设计改革，培养了学生的工程设计意识，提高了学生工程的设计能力。关键词：单片机；课程设计；实践能力；工程教育

（）中图分类号：Ｇ６４２．０　　文献标志码：Ａ　　文章编号：１００２４９５６２０１１１０－０１３８－０３－ｒａｃｔｉｃｅＴｅａｃｈｉｎｒｅｆｏｒｍａｎｄｏｆＳＣＭｃｏｕｒｓｅｄｅｓｉｎ　　　　　　ｐｇｇ　，ＧｅＨａｏＬｉｎＱｉｂｉｎ　　

（，，）ＤｅａｒｔｍｅｎｔｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｉｎｅｅｒｉｎＣｈｕｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔＣｈｕｚｈｏｕ２３９０１２，Ｃｈｉｎａ　　　　　　　ｐｇｇｙ：ｒａｃｔｉｃａｌＡｂｓｔｒａｃｔＳｉｎｌｅｃｈｉｍｉｃｒｏｃｏｍｕｔｅｒ（ＳＣＭ）ｃｏｕｒｓｅｉｓａｃｏｕｒｓｅ．ＣｏｕｒｓｅｄｅｓｉｎｏｆＳＣＭｉｓａｎｉｍｏｒｔａｎｔ　　　　　　　　　　　ｐｇｐｐｇｐ　’ｕａｌｉｔ．Ｉｎｒｏｂｌｉｎｋｔｏｅｎｈａｎｃｅｔｈｅｓｔｕｄｅｎｔｓｃｏｍｒｅｈｅｎｓｉｖｅａｌｉｃａｔｉｏｎａｂｉｌｉｔａｎｄｅｎｉｎｅｅｒｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓｏｌｖｅ　　　　　　　　　　　－ｑｙｐｐｐｐｙｇｇ　　’，，ｌｅｍｓｏｆｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔＳＣＭｃｏｕｒｓｅｄｅｓｉｎａｎｄｉｍｒｏｖｅｓｔｕｄｅｎｔｓｓｅｌｆｌｅａｒｎｉｎａｂｉｌｉｔａｂｉｌｉｔｉｎｎｏｖａｔｉｖｅｒａｃｔｉｃａｌ　　　　　　　　　－　ｇｐｇｙｙｐ　ａｎｄｅｎｉｎｅｅｒｉｎｃｏｎｓｃｉｏｕｓｎｅｓｓ．Ｔｈｅｅｎｉｎｅｅｒｉｎｅｄｕｃａｔｉｏｎａｌｒｅｆｏｒｍ　ｍｅｔｈｏｄａｎｄｃｏｎｃｒｅｔｅｉｍｌｅｍｅｎｔｓｉｒｉｔ　　　　　　　ｇｇｇｇｐｐ　　ｏｆＳＣＭｃｏｕｒｓｅｄｅｓｉｎａｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄａｎｄｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅｔｈａｔｔｈｅｃｏｕｒｓｅｄｅｓｉｎｒｅｆｏｒｍｒｏｃｅｓｓｒａｃｔｉｃｅｒｏｖｅｓ　　　　　　　　　　　　　　　ｇｇｐｐｐ’’ｔｒａｉｎｓｓｔｕｄｅｎｔｓｅｎｉｎｅｅｒｉｎａｗａｒｅｎｅｓｓａｎｄｉｍｒｏｖｅｓｔｈｅｓｔｕｄｅｎｔｓａｂｉｌｉｔｏｆｅｎｉｎｅｅｒｉｎｄｅｓｉｎ．　　　　　　ｇｇｐｙｇｇｇ　　　：；；；Ｋｅｗｏｒｄｓｓｉｎｌｅｃｈｉｍｉｃｒｏｃｏｍｕｔｅｒｃｏｕｒｓｅｄｅｓｉｎａｂｉｌｉｔｅｎｉｎｅｅｒｉｎｅｄｕｃａｔｉｏｎｒａｃｔｉｃｅ　　　ｇｐｐｇｙｇｇｐｙ　　　

单片机技术已广泛应用于自动控制、智能　　目前，

仪器仪表、家用电器、机电一体化、电力电子、汽车电

１２］－。单片机课程是工科专业的专业基础子等领域［

３］

，课，并且是一门工程实践性很强的课程［而课程设

无法激发学生的兴趣和创造性１．１　实施方案陈旧，

传统的课程设计侧重理论验证，设计过程往往是学生按照教师的方案和课本已有教师给出设计思路，

６］

。最终造成学生对单片机系统的设的资料进行设计［

计是单片机课程实践教学过程中最为重要的环节之

４］

。通过单片机课程设计，一［不仅可以加深学生对

计过程不能深刻认识，学习主动性和创造性无法得到培养，严重束缚了学生创新才能的发挥。另外，传统的课程设计侧重采用Ｐ这与工程实践ｒｏｔｕｅｓ仿真设计，严重脱节，无法真正培养学生的工程设计意识和工程

７］

。应用能力［

还可以开发学生的创新思维，提单片机原理的理解，

高学生的综合应用和实践能力，同时锻炼学生科技

５］

，论文的撰写能力［最重要的是可以培养学生的工

程项目开发能力。

没有考虑学生的个体差异１．２　设计题目和内容单一，

以往课程设计一般是全班几十名学生同做２～３个题目，由于学生个体差异较大，而且对知识的掌握程度不一样，因此极大地影响了课程设计的效果。另外，传统的课程设计考核主要以设计报告为主，忽略了实际工程设计能力的培养，常常造成抄袭现象严重，无法达到课程设计真正的目的。

缺乏团队合作精神１．３　学生个体意识强烈，

传统的课程设计基本是一人一组，个体意识强烈，缺乏团队协作的精神。工程项目所需的团队协作、沟通交流的能力没有得到有效培养。

１　传统课程设计中存在的不足

目前传统模式的单片机课程设计存在一些弊端，并且与工程教育理念相背离。

收稿日期：２０１０－１２－２７２０１１－０３－１７　修改日期：

基金项目：安徽省高等学校省级教学质量与教学改革工程重点项目

（）；滁州学院教学研究重点项目（）２０１０１０４０２０１０ｚ０１２ｊｙ

，作者简介：葛浩（男，安徽滁州，工学硕士，副教授，主要从事电１９７６—）

子技术和计算机技术的教学工作．

：Ｅ－ｍａｉｌｔｏｅｈａｏ２６．ｃｏｍ＠１ｇ

　　　　　葛　浩，等：单片机课程设计教学改革与实践

１３９

１．４　与其他专业课关联少

传统课程设计内容仅仅依赖于单片机知识本身，与其他课程，如模拟电路技术、传感器原理和自动化控制等课程关联较少，造成课程设计内容单一、深度不够，设计的项目简单、功能性不强，与实际应用系统脱节。

总的来说，传统的单片机课程设计无法加深学生对单片机应用系统的理解和认识，不利于培养学生的开拓精神和工程设计意识。为此，我们在吸动手能力、

收其他院校经验的同时，结合自身特点，积极大胆地改以工程教育思想为指导，按照工程项目从研革和实践，

发到运行的生命周期，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式开展课程设计。

计产生浓厚兴趣。从以往３届的选修情况看，９５％以上的学生选修该课程设计。３．２　课程设计的选题

课程设计不同于平时的实验，也不同于毕业设计，因此在选择课程设计题目时，首先要符合教学大纲要求，使学生能够运用单片机基本知识，还要有别于基本要有利于培养学生独立分析问题和解的单片机实验，

决问题的能力，有利于培养学生的动手能力和创新精由于时间有限，题目也不宜过大，要确保在神。另外，

课程设计的时间内可以完成。

在命题时，还要考虑到不同学生的能力差异，题目要有难度等级之分。通过题目总分不同，体现难易等级，并对设计中的具体要求也标明分值。

在拟定课程设计题目时，采用教师拟题和学生拟题２种形式。教师拟题依据教学的基本内容，依据实际的工程项目设计需要，同时参考历届大学生电子设这样一方面可以巩固理论知识，培养工计大赛的题目，

程应用能力，也可以为大学生电子设计大赛起到训练的作用。学生也可以根据自己掌握知识的情况和兴趣拟定题目，但题目和设计内容需要与教师讨论，通过审

１０］

。学生自行拟题的数量控制核后方可确定和使用［

２　改革的指导思想和实现目标

单片机课程设计是工科专业一项实践性环节，是因此，单片机课程设计要培养应用型人才的重要手段，

融入工程教育理念，按照工程项目设计的要求完成课要以培养学生综合运用理论知识和工程设计程设计，能力为目标。

课程设计的实施过程，以学生为中心，让学生全程通过对项目的参与单片机应用系统的整个开发周期，

）、、）构思（设计（实现（和运ｃｏｎｃｅｉｖｅｄｅｓｉｎ）ｉｍｌｅｍｅｎｔｇｐ）环节，让学生主动获取知识，培养硬件设作（ｏｅｒａｔｅｐ

］８９－。注重知识与多种能力的关联［计和软件设计技能，

一般在２最后确定的题目总在一定的比例，０％以内，量应至少达到参加课程设计学生数的３０％。

我们往届课程设计常见的典型题目有：难度级别学校智能打铃系统设计和智为一级的如万年历设计、

能车设计；难度级别为二级的如温度控制系统、密码锁难度级别为三级的设计和太阳能板智能控制器设计；

如多路步进电机控制、可编程交通灯系统、动态汉字点阵屏设计等。每个项目中，分别设有基本要求部分和发挥要求部分。一级题满分为１二级题满分为００分，三级题满分为８９０分，０分。

例如，智能小车的基本要求部分是７要求实０分，后退、左转、右转和停止，以及按键控现小车的直行、

制；发挥部分是３要求实现寻迹、避障，以及遥控０分，器控制。该项目涵盖的理论知识包括单片机技术、控制理论、传感器技术、模拟和数字电路技术等。３．３　分组实施方案学生３人一组，自由组合，自由选题，同一个题目不得超过２组选做。由于项目具有一定的综合性，鼓励具有不同特长和不同能力的学生互相组队。项目小。组长组织组自己推荐一名组长，实行“组长负责制”方案确定、软硬件设计、系统调试，组员进行项目分析、

组员分工协作。小组成员开展项目讨论，互相支持，形成协作意识。小组还要对项目进行评估和检查。采取组内合作模式实施项目，充分调动和发挥学生的主观能动性，增强学生的自信心和责任感，开发学生的智

具体地说，通过课程设计使学生具备元器件识别和使掌握电路设计方法、硬用的能力以及资料查阅的能力，

件设计、软件设计和系统调试方法以及仪器仪表的操作和使用技能，培养学生的自学能力、分析问题和解决问题的能力，同时培养学生科技论文写作的能力、语言以及创新意识和团队合作精神。表达的能力，

３　课程设计改革的具体实施

３．１　课程设计的时间安排

专业教学计划中单片机课程安排在第７学期，单／片机课程设计则安排在该学期的后３历时４４学期，周。课程设计教学打破以往全班学生均需要参加课程设计的强制性要求，将课程设计作为选修课程，设定２个学分，选课时间安排在单片机授课学期的中期。这样保证了单片机理论基本介绍完，学生掌握了单片机基本理论，并且对单片机的应用系统有了大概认识，可以根据自己的学习情况和兴趣进行选修。

由于近几年来我们在单片机理论教学过程中将板书教学与多媒体教学相结合、仿真教学与实物教学相结合，并采用项目驱动等多种教学形式，消除了学生对单片机学习的恐惧心理，大多数学生对单片机系统设１４０　　　实　验　技　术　与　管　理

力，培养学生的团队协作能力。

另外，还采取组与组之间互相监督机制。模拟工程项目中客户和开发团队的关系：本设计小组相当于项目开发团队，其他组相当于客户。客户对项目的功能性、可操作性和合理性给予评价，并提出修改建议，开发人员根据反馈意见和实际情况，对项目的功能和可操作性不断完善。３．４　课程设计的实施过程

在课程设计的整个过程中，采用以学生为主体、教师辅助指导的形式。随着课程设计的推进，教师指导直至最后无需教师指导。的比重不断降低，

开始阶段，基本理论和设计方法指导。教师简单讲解单片机理论教学中没有涉及的、且与课程设计相关的理论，同时，介绍项目设计步骤和模块化设计方法。学生根据所选项目需要，再深入学习相关器件的使用和设计方法，并根据设计要求，将项目按照功能划采用模块化方法进行设计。分，

第２阶段，查阅资料和确定方案。学生多习惯依而实际项目设计中所需资料并不是在教材赖于教材，

上都能找到的。学生没有太多的资料检索和整理经验，要鼓励并指导学生通过各种途径，如校图书馆和电互联网等查找与项目相关的资料，子图书馆的资料库、

学会整理，并能根据设计需要对资料进行粗读和精读。组内成员提出不同种方案，进行方案比较，确定初步方可与指导教师讨论，进行修案。方案如果把握不准确，改，最后确定方案。

第３阶段，系统仿真设计。学生先采用Ｋｅｉｌ和Ｐｒｏｔｅｕｓ软件对项目的主要电路进行软件和硬件仿真。经过仿真设计，使学生更加清楚项目方案，熟悉项目功能模块和电路设计，避免了盲目设计，为实际的硬件设计做铺垫。

第４阶段，系统硬件设计。为了加深学生对器件

各个小组根据确定方案以及仿真效果，选择元的了解，

器件，列出详细的元器件清单，并自行采购。在硬件调试过程中，对部分关键性的以及把握不准确的模块，先在面包板上测试正确，然后在Ｐｒｏｔｅｌ中设计完整原理图，生成Ｐ进行制板和元器件焊接，最后进行系ＣＢ图，统调试和运行。

最后阶段，撰写课程设计报告。报告不仅要求包括项目设计思路和方案，还要给出硬件原理图、软件流调试过程的数据记录和数据分析，以及课程设计程图、

的收获和体会。要求学生按照统一格式书写说明书，并准备答辩。３．５　考核形式

主要采用答辩的形式，检查各个小组设计的最，终情况。每组答辩为１采用“时间分配形５ｍｉｎ５５５”式，即，第１个５ｍ第２个５ｍｉｎ介绍方案和实现，ｉｎ实物演示，第３个５ｍｉｎ答疑。随机指定小组代表上采用Ｐ设计思想、台，ＰＴ的形式介绍小组项目功能、方案和实现，并进行现场实物演示，同时对本设计应然后，其他学生和教师对该设计进用前景进行展望，行提问。

教师根据每个小组、每位学生在课程设计过程中全面评定学生成绩，包括基本知识掌握程的具体表现，

度、设计方案的合理性和创新性、电路设计的规范性、功能实现的效果、实践动手能力的强弱、分析和解决问说明书和设计报告的撰写水平、答辩情况及题的能力、

分工合作情况等，然后对每个学生的课程设计给出成并根据成绩给出获得的学分。例如：绩和评语，９０～１００分为２个学分；７６～８９分为１．５个学分；６０～７５

分为１个学分；４０～５９分为０．５个学分。３．６　课程设计甘特图

上述几个阶段并非是串行的，有些阶段同时进行。图１是课程设计的甘特图。

图１　课程设计甘特图

４　结束语

将工程教育思想融入单片机课程设计，大大改进

了教学效果：使学生掌握了单片机应用系统开发的流程，了解产品开发的思路和过程；让学生接触到目前流

（下转第１４３页）

　　　　　徐　伟，等：分类并结合专业特色的电子综合课程设计

１４３

模块等单元电路，特别是结合电子相关课程，分析一

１０］

，些典型电路［如四线制铂电阻测温电路、风速信号）从事气象仪器开发或就职于气象局大探中心３　　（

的学生能及早地熟悉业务，胜任职位要求。（）课程设计对教师的要求也较高，至少要求教４

师对某一方面知识非常精通，有一定的电子系统设计能力，因此，推动了教师自身业务能力的培养，形成了教学相长的风气。

输入和变换电路、模拟开关在地表温、浅层地温、深层地温测量中的应用电路等。将气象知识同电子专业结合起来，学生不仅能正确运用仪器，还能掌握其内部结构，为以后从事气象仪器的研发或维护培养工程实践经验。

４　结束语

我校国家级特色专业建设经验证明，电子课程设计的分类教学方法，改革了无针对性的、系统全面的开在有限的学时内，切实提高了学生的专业技课模式，

能，同时，结合专业特色的课程设计，培养了学生的工程实践经验。两者结合的教学方法，为学生找工作，甚至工作后的发展奠定了坚实的基础。）参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ

图２　气象站采集器系统组成原理图

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３　教学效果

我校电子信息工程专业在采用分类并结合专业特色进行电子课程设计实践教学方法以来，取得了很好的效果：

）学生通过课程设计切实提高了技能。大多数（１

学生在某一方向上有一定的专长，就业的信心得到了就业方向更明确。有些企业甚至主动要求显著提高，

学校教师推荐优秀的有专长的学生。

）电子竞赛的成绩显著提高，（在国家级奖上取２

得了突破。课程设计采用分组教学，不同学生在不同方向上得到了深入的训练，因此，电子竞赛组队时，我互补作战，竞赛们将不同方向上的３名学生组成一队，成绩提高明显。

櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍（）：学，２００８４５６５７．－（上接第１４０页）行的和先进的制作技术，提高了学生的市场竞争力；培养了学生团队合作、交流沟通能力；激发了学生的创新精神，培养了工程意识和工程素养。）参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ

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