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当我还是个大学生的时候，我是课外科技创新活动的积极参与者;过了20年，作为一名大学教授，我又有幸成了科创课题的指导教师。我个人变换角色，由参赛学生变成课题导师，是从2007年开始的。那一年，教育部开始实施“大学生创新实验计划”，资助在校大学生开展科技创新研究。遥想当年我们上学时颇为拮据的科创经费情况，我感觉这一代学生开始享受到国家经济增长和社会发展带来的红利了。也是从那年开始，我先后指导了十多组学生开展科创研究工作。这一路走来，既有成功的喜悦，也有过辛苦付出后收获不多的痛楚，更少不得一些感悟。
急学先用与学以致用
因为有了早年亲身从事科技创新活动的阅历和经验，所以这些年我拟定的大学生科技创新项目选题，基本都兼顾到了学生的兴趣、个人爱好和当前的知识技术水平，同时还要让项目适合学生由于不可随便翘课而不得不“三天打鱼两天晒网”的时间安排。基于上述考虑，我给这些大二甚至大一学生开出的题目很多是关于电子电路或单片机的（对时间连贯性要求较低）。
2011年秋，我曾指导以刘力同学为首的小组做了一个题为“涂鸦密码锁”的科创项目。这个题目其实源自多年前我在上自习时的一次突发奇想：“在一个卡片上随意涂鸦作为密码，通过程序控制，实现上锁和解锁，也可实现多卡开一锁或一卡开多锁。”当我把这想法介绍给学生们的时候，他们感觉特别神奇，虽然还似懂非懂，但觉得“这玩意要是能做出来应该很好玩，听起来很酷”，所以他们当即决定做这个项目。
然而，对于刚上大二的物理系学生来说，这项目需要用到的知识还都没开课呢，况且很多知识也不像教材中所说的那样简单。刘力同学后来说起，那看起来很简单的二极管，到真正用的时候才发现有那么多型号和各不相同的技术指标，都需要查资料搞清楚。在他第一次接触单片机时，觉得很多书对单片机的功能都有详细介绍，原理部分内容过多，看着看着就失去了兴趣。发现这样的学习方式不合适后，他开始尝试另一种方式，直接查阅到自己需要用的部分，暂时跳过大段的原理讲解，先试着焊单片机电路，然后学着通过编程用单片机实现简单的跑马灯控制。
在第一次看到在单片机控制下闪烁的灯光时，他兴奋了一个晚上，感觉这玩意还挺好玩的，被原理吓退的兴趣一下重新高涨起来。随后，他慢慢发现，学习是一个需要反馈的过程，将自己学到的东西立即运用起来，反馈就来得快，兴趣就浓，干得就起劲。从最初的一点都不懂，到能够用程序控制单片机实现对灯的控制，再到对输入信号进行判断，做出反应，刘力一边学，一边用，有反馈地学习，兴趣不退，动力不减。就这样，靠着这种“急学先用”的学习方式，他的单片机电路和编程初步入门了，从此项目的工作顺利展开，同时他也体会到了“学以致用”的成就感。至今刘力仍记得在项目结题之前，每天课后他都会到实验室进行样机调试，经常不知不觉中就干到晚上11点多，做了一周多高强度的工作，也没有感觉疲惫，只感觉到很兴奋。他们的这个项目后来获得了学校科技创新项目一等奖，还在学校的“祖光杯”竞赛中进行了展示。
“急学先用”是可以见到立竿见影的实效的。不过，我还得再说明一下，在“急学先用”过后，可不能因为会用学到的一点儿还不太成体系的知识能解决实际问题了就飘飘然，而应该充分利用在此过程中培养起来的兴趣和对应用背景的了解，回过头去把跳过去的知识点重新补齐，这样才能形成完整的知识体系，更好地运用知识，并让自己的能力变得更强大。
从功亏一篑到坚持到底就是胜利
在我指导科创项目的八年中，并非所有项目都做到了完美收官，2009年曾经有两个项目功亏一篑。这两个项目在当年的11月份立项，我和所带的两组学生按照之前的经验判断项目结题时间应该是来年9月中旬，所以学生们按照这个时间节点不紧不慢地做着研究。后来忽然接到学校通知说这批项目结题时间提前，此时他们只能仓促应对，拿着前期的实验数据、设计图纸、加工完的印刷电路板（来不及焊接元件和调试）和零部件以及编了一部分的程序就写报告草草结题了事。最终这两个很有创新性和实用性的项目，因为没有完成样机而失去了获奖的可能性。
有了这次的受挫，以后每次再指导学生科技创新项目时，我都会反复注意时间节点，按期完成既定工作。即便如此，也无法完全避免学生们基于各种原因的拖延。2010年，我指导的以高宁飞为首的小组做了一个题为“低温电实验箱”的项目。这项目进展得其实远不如前面提到的几个项目那么顺利，还一度陷入停滞不前的状态。临近结题的时候，又由于学生疏忽焊错了元件导致电路板烧坏，错过了正常的结题时间，他们只得写报告申请延期了。
随后，由于课题组长和一个组员从大三春季学期要开始准备复习考研，所以不得不放弃了项目工作。好在剩下的一个组员冯其成绩不错，已经获得了本校保研的资格，并打算跟我读研究生。几乎与此同时，他却又拿来了一个申请撤销项目的表格想让我签字。对此，我的答复是，你要跟我读研究生，就请先把这个科创项目完成，哪怕只有你一个人在战斗（事实上最后是我陪着他战斗）。因为我要教会他一个道理：做一件事一定要善始善终，不能半途而废，如果你现在就选择放弃，那么你今后遇到困难时还是会选择逃避。
就这样，冯其只能一个人开始从头开始。好在当时课不多，他有很多时间泡在实验室，心平气和地做科创，而不再有以前的浮躁，一点一点地完成了这个项目，拿出了一个实实在在的样机，不但顺利结题，甚至“因祸得福”，躲开了同一批立项在春季学期结题、实力极其强劲的小组，在同期结题项目中拔得头筹。冯其同学后来说，本科这段科创经历给了他很大的信心，除了学到很多实用的技能外，更明白了“遇到困难不要选择逃避，必须要咬牙坚持，坚持了就能看到胜利的曙光”的道理。
科创的好处
回顾了几段往事之后，我不妨再说说课外科研活动的好处。它不仅有助于学生科技素养的启蒙、养成和提高，有助于培养团队协作精神，还可以让学生对自己的能力和知识更有信心。更关键的是，科创还能给学生带来若干现实的利益，这绝非忽悠学生而是客观存在的。
如今，当下许多大学要求学生要有创新学分，而“大学生创新实验计划”等课外科研创新活动的参与和课题的完成，可以直接带来创新学分，这就免除了去“秒杀”创新研修课的那种紧张。而且，一次成功的课外科研活动，可以为大学生在就业和求学中增加一个有分量的砝码。
Exploration and application on the reform of practical teaching for MCU
Zhang Ying1， Yang Puqiong2， Wu Wei1， Hu Yurong1
1.School of mechanical engineering， university of south China， Hengyang， 421001， China
2.School of electrical engineering， university of South China， Hengyang， 421001， China
Abstract： Practical teaching is a very important part in MCU course. According to the problems of present MCU practical teaching， it discusses the practical teaching innovation of MCU in order to train innovative talents. By using project-driven mode and the virtual technology， it combined theory teaching， experiment course design， extra curricular scientific activities organically， and gains a good effect.
Key words： MCU； practical teaching reform； innovative talents training
单片机原理及应用课程是高校计算机、自动化、测控技术及机械等专业的一门必修课程。该课程具有很强的理论性与实践性，在实际教学过程中，必须将理论教学与实践教学紧密结合，才能使学生真正掌握单片机的基础知识并灵活运用于生产实践。
1 单片机实践教学的现状
目前，高等学校单片机实验室存在的主要问题是教学内容不足和教学手段落后[1]。验证性实验成了单片机的主要实验类型，实验过程中所用的编程语言为汇编语言。验证性实验的定位是学生根据实验指导书来操作。实验指导书上有实验内容、实验原理、程序流程图和硬件接线。由于实验课时有限，教师只能简单地讲授一下实验的基本思路和操作方法，导致学生在整个实验过程中具有一定的盲目性。学生也没有循序渐进地去思考实验的意义，只是跟着做了一遍，严重影响了实验教学效果。这样对学生有三方面不利的影响。（1）学生缺乏对硬件的认识，因为实验箱的构造是模块化，学生看不到内部真正的结构。（2）学生的动手能力以及综合应用能力没有得到提高。（3）学生在校期间学习的单片机知识和社会需求有一定差距。因为现在社会上使用的单片机编程都是C语言，而学生仍然使用汇编语言。
2 单片机实践教学内容与方法的改革
2.1 项目导向代替知识体系导向
对单片机应用系统进行基本的开发是单片机课程教学的目的。大部分高校单片机课程教学大纲都要求几十个学时的理论学习和若干学时的实验，但是教学效果不理想。教师使用传统的教学方法，在教学中以知识体系为导向。而单片机课程的特殊性在于它与实践联系非常紧密，并且包含多门课程的知识，教师和学生都觉得比较难掌握。经过探索与研究，我们对这门课开展项目导向教学法。学生在教师指导下亲自操控项目的全过程，在这一过程中学习掌握教学大纲的内容。学生全部或部分独立组织、安排学习行为，解决项目实施中遇到的困难。提高了学生的兴趣，自然能调动学习的积极性。因此，项目导向教学法是一种典型以学生为中心的教学方法，不再把将教师所掌握的知识技能传递给学生作为追求的目标，或者说不是简单地让学生按照教师的安排和讲授去得到一个结果，而是在教师的指导下，学生去寻找得到这个结果的途径，最终得到结果，并进行展示和自我评价，学习的重点在于学习过程而非学习结果，他们在这个过程中锻炼了各种能力。教师已经不在教学中占主导地位，而是成为学生学习过程中的引导者、指导者和监督者，学生具有很高的积极性。
在单片机的实践教学中，以项目需求导入相关知识点，以电子产品设计作为任务，在任务实施过程中掌握课程所需的应用技能和知识点。学生在项目实践过程中，理解和把握课程所要求的知识和技能，体验创新的艰辛与乐趣，培养分析问题和解决问题的思维和方法。
2.1.1 项目的选取
将项目导向教学法引入到单片机课程中，关键之处是项目的设计。项目设计是否合理将直接影响到教学效果[2]。教师在设计项目时，应紧扣教学大纲并且结合实际应用，以提高学生的能力为目标。教师应从实用性、可行性、综合性3个方面来考虑。项目应注意理论与实际紧密联系，选择学生感兴趣的题目，难度也不宜过高。
交通灯、密码锁、双机通讯实验、抢答器、万年历、频率计、电机控制、电子屏显示、温度压力计等设计都是单片机实验室必做的项目。这些项目将单片机的理论知识和实际应用联系起来，难度适中。项目从简单到复杂、难度从小到大，引起学生的兴趣。学生经过对项目的认真学习，能独立设计小型的测控系统，而且建立了基本的系统综合概念。
2.1.2 项目的实施
在实施单片机项目时，4名学生1个组，根据教师下达的任务书来完成项目。每人的分工不同。1名学生负责设计机械本体、2名负责系统硬件设计、1名负责软件设计，最后大家一起进行系统的搭建与调试。在项目实施的整个过程中，小组成员能够齐心协力，互相配合，完成整个项目，最后还要写出完整的项目设计报告。图1为项目流程。
2.1.3 项目的评估总结
在项目导向教学法中，项目评估总结是非常重要的环节[3]。项目的评估总结实质是对学生完成的项目进行评价，以完成项目的质量为主，但是在打分时也考虑实施过程和项目的设计报告，并且对有创新点的学生进行加分。首先学生进行自我评估，然后再是教师对整个项目进行评估。教师在评估中要指出学生的问题，先让学生自己针对问题进行改进。如果学生没办法改进，教师再提出解决的办法。最后，教师和参与项目的各组学生一起进行总结和讨论，比较其他组方案和自己组方案的不同之处。学生和教师的能力均会在评估总结中得到提高。
2.2 虚拟实践与实际硬件实践相结合
Proteus软件是英国Labcenter electronics公司研发的EDA软件。Proteus软件不仅是模拟电路、数字电路、模/数混合电路的设计与仿真平台，更是目前世界上最先进、最完整的单片机系统设计与仿真平台。它真正实现了在计算机上完成从原理图设计、电路分析与仿真、单片机代码级调试与仿真、系统测试与功能验证到形成PCB完整的电子设计、研发过程。Proteus软件支持数电/模电与处理器的协同仿真，真正实现了虚拟物理原型功能，在目标板还没有投产前，就可以对设计的硬件系统功能、合理性和性能指标进行充分调整，并可以在没有物理目标板的情况下，进行相应软件的开发和调试，进行完全的虚拟开发，明显提高开发效率，降低开发风险。教师在实验室采用Proteus仿真软件进行虚拟单片机实验，优点立即显现出来，教师不必根据实验箱来制订实验内容。这就大大扩展了项目的范围，而且利用Proteus软件，必须自己进行硬件接线。学生必须对硬件非常熟悉，需要自己上网或者去书本中搜索芯片资料，锻炼了学生查找文献的能力，同时知识也得到了更新，不局限于书本中所讲的有限芯片数。只要有电脑，用Proteus软件随时随地都可以进行仿真。在调试好系统之后，再来进行实际的制版操作，则浪费的芯片数也降到了最低，使实验室硬件投入得到减小[4]。Proteus软件在仿真时，可以显现出单片机引脚的高低，扩展了芯片，则显现出芯片的地址等，这些优势是实验箱无法做到的。图2是基于Proteus软件做的密码锁设计。
3 结束语
实践教学在单片机教学中占有十分重要的地位，不断改革和探索实践教学的目的是为了提高单片机教学质量。实践表明：以项目开发过程为切入点，把虚拟与仿真技术引入单片机实践教学，这种创新实践教学模式使学生在项目实践过程中，理解和把握了知识与技能，体验了创新的艰辛与乐趣，培养了分析问题和解决问题的能力及团队合作精神。
参考文献
[1] 杨艳，董秀洁，程东旭.关于单片机实验室教学改革的几点思考[J].中国教育技术装备，2010，36（12）：134-135.
作者简介：方向红（1969-），女，浙江松阳人，淮南联合大学机电系，高级讲师。（安徽 淮南 232038）
基金项目：本文系2011年淮南联合大学教研项目（项目编号：JYB1104）的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）02-0091-02
单片机作为计算机发展的一个重要分支领域，广泛应用于工业控制系统中，单片机课程作为工业电气自动化、应用电子、机电一体化、电子信息及计算机应用等专业的主干课程，在人才培养课程体系中起着重要的地位。[1]单片机课程具有软硬件结合紧密、内部微观结构抽象、实践性强等特点。[2]过去，采用的是理论讲授和实验验证相隔离的传统教学形式，学生感觉理解困难，尤其是单片机的实践应用方面较为薄弱。[3]为改变这一现状，从2010年起，笔者在电类专业中推行三段递进式教学模式改革，即将单片机教学分为模块化教学、工程综合实训及电子创新设计三个阶段，通过确立各阶段教学的具体内容，制订课程教学标准，改革教学方法和考核手段，取得了较好的效果。
一、三段递进式教学模式
单片机课程是在学习了C语言程序设计、电工、电子技术、传感器及检测技术的基础上，使学生掌握单片机应用系统的硬件电路设计与制作技术，能够进行单片机应用系统的程序设计与调试，培养学生的动手能力、工程素质和创新能力。基于这个目的，笔者设计了三段递进式教学模式，用两学期的时间完成，其具体含义如下：
1.第一阶段：模块化教学，围绕基础知识及常见应用开展教学，符合学生的认知规律
笔者通过企业调研、分析单片机应用产品开发的典型工作过程，参考职业技能考核对单片机专项能力的要求，打破原有的教材体系，重新序化了教学内容，将单片机应用系统划分为一个个基础应用模块。例如将并行口的应用划分为发光二极管控制、数码管控制、按键扫描及液晶芯片使用等几个模块。[4]每一模块本着“知识够用、简单实用、有利于提高”原则，分别设计了几个不同的任务，其内容的难易程度和对学生的能力要求呈逐步提高的趋势。每个模块最后都设有“发挥部分”单元，让学生能动脑思考，即学即用，在前面内容的基础上综合提高。例如：第一个应用模块——发光二极管控制，笔者分别设计了几个任务：点亮一个发光二极管发光二极管闪烁10次跑马灯流水灯，发挥部分要求在跑马灯基础上做一改进，即每个发光二极管点亮过程中要闪烁6次。这是发光二极管闪烁10次和跑马灯的综合应用，让学生动手尝试编制其单片机学习的第一个自主程序，难度不大，容易实现，从而体验成就感，激发学习兴趣。各模块之间、电路与电路之间、程序与程序之间，都保持着关联性，使学生在前一个电路或模块基础上，仅做少许改动，就可以开发出另一个电路或程序。
这一阶段借助Proteus仿真软件和实验箱，主要在教室和实验室穿行。首先，理论知识传授和简单入门程序讲解在教室借助多媒体完成；然后，学生在实验室用Proteus Isis软件仿真电路、keil C51软件调试程序；调试成功后，再根据实验箱的原理图，进行接线、修改程序，完成硬件实现。“发挥部分”由学生在课余时间研究、思考，再到实验室验证其正确性。每个模块学习结束，要求学生提交报告，对所做工作做一总结。这一阶段以解决任务为主线，将基础应用分解成一个个案例元，使学生加深单片机基础知识的理解，掌握其硬件连接及编程方法。
第一阶段的考核采用百分制，即平时考勤（20%）、过程化考核（50%）与期末考核（30%）相结合。过程化考核办法如下：学生每学完一个模块，完成各实训项目后，根据表1评定阶段成绩。学生在每个阶段都有自己的成绩，根据每个模块的难易程度，取加权平均值，为过程化考核成绩。期末考核采用机试方式，学生可以查阅相关资料，考查学生根据题目要求绘制仿真电路图、程序的编制及调试能力。机试题目由多题组成，各题根据难度不同，取不同分值。学生可以根据自己的程度，选择其中几道排列组合，根据完成情况现场打分，体现出分层次考核的改革思路。
2.第二阶段：工程综合实训，以典型应用产品作为载体，体验实际产品的制作过程
在学完第一阶段所有内容后，由教师按照兼顾实用性、可操作性、可扩展性的原则，选取几种单片机典型应用产品作为实训题目，如摇摇棒、简易密码锁、数字时钟和电子琴等，这些题目在书本及网络上很容易查到相关资料。它们既是第一阶段各模块内容的综合应用，又加入了新的芯片原理及应用，因而是第一阶段教学内容的补充、综合和深化。如数字时钟电路中既包含了基础应用部分的单片机最小系统、按键扫描、蜂鸣器警示、中断、数码管或液晶显示等，又加入了时钟芯片DS1302的原理及其与单片机的连接等内容。学生在掌握单片机原理和基本应用的基础上，以某个具体产品的制作为载体，经过电路板设计、元器件焊接、程序设计与调试、硬件装配、分析总结等过程，脱离了已固化成功的实验箱及软件仿真，进入到自己亲自动手搭建硬件，程序调试、下载阶段，初步掌握了工程设计方法和组织实践的基本技能。这一阶段考核标准如表2。
3.第三阶段：电子创新设计，综合了传感器及检测技术、电工、电子技术和单片机等相关知识，是能力转化为工程素质的重要阶段
实际的单片机应用系统设计必然包含电子线路设计、传感器使用、单片机控制及检测技术应用等几部分，电子创新设计阶段就是模拟单片机实际应用产品的设计过程，由教师参考大学生电子设计竞赛的形式，事先设计一些题目，提出系统需要完成的任务及其参数、精度要求。学生3～4人组成一个小组，各组选定一个题目，在规定的时间内协作完成。学生经过课题分析研讨、查找资料、电路设计、硬件制作与装配、软件编制、系统联调、编写设计报告等步骤，培养学生的团结协作精神、工程设计能力及科技论文写作能力，是单片机应用开发过程的课堂模拟及创新能力培养的重要阶段。电子创新设计阶段考核采用百分制，具体标准如表3。
二、结语
三年来，笔者通过上述实践和改革，极大地激发了学生学习的积极性，学生感觉易入门，对基础知识的理解也更加深刻了。很多学生在毕业设计中都喜欢选择跟单片机应用相关的课题，毕业生的工作也有不少跟单片机应用开发相关。另外，培养了一大批动手能力强、实践技能高的学生，在安徽省大学生技能大赛和电子设计大赛中屡获佳绩。
单片机三段递进式教学模式，其本质是通过任务驱动，引导学生在解决问题的过程中，理解单片机知识，熟悉单片机开发过程，掌握实践技能，培养工程素质和创新精神，为学生的可持续发展打下基础。课程改革是一项长期的系统工程，笔者只是做了些探索和尝试，今后还需要根据学生的特点、技术的进步不断调整思路，与时俱进，为培养生产实践所需的人才而继续努力。
参考文献：
[1]黄磊，朱群峰，江世明.《单片机原理应用》课程教学改革与实践[J].中国电力教育，2008，（22）：87-88.
作者简介：牛小玲（1976-），女，江苏徐州人，中国矿业大学信息与电气工程学院，讲师；王军（1981-），男，山东曲阜人，中国矿业大学信息与电气工程学院，讲师。（江苏 徐州 221116）
基金项目：本文系2013年中国矿业大学教育教学改革与建设基金项目（项目編号：2013G15）的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）05-0074-02
CDIO理念是美国工程院院士、麻省理工学院教授Edward Crawley提出的，CDIO代表构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate），它让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程。[1]
目前国内许多高校都根据各自的实际情况在探索基于CDIO模式的教学改革之路。[2，4]“电子技术”课程是电类专业重要的技术基础课，其特点是课程内容知识面广，信息量大，实践性、应用性非常强。近几年来，针对传统教学模式中存在的不足，笔者采用CDIO的工程教育理念，提出了一套包括教学内容、教学方式、实验项目和考核方式的“电子技术”教学改革方案，并已经付诸实施，达到了良好的教学效果。
一、传统理念下“电子技术”教学存在的不足
“电子技术”课程包括模拟电子技术和数字电子技术两大部分内容，中国矿业大学（以下简称“我校”）的模拟电子技术教学学时为56学时，数字电子技术教学学时为48学时。在教学中发现，随着电子技术的迅速发展，新技术层出不穷，而教学课时却非常有限，传统理念下的教学模式存在着很大的不足，主要表现在：
1.系统性问题
传统教学模式中，两门课程相互独立，教学内容缺少系统关联，学生掌握的只是一些孤立的知识点，而不是对电子技术系统应用的掌握，学生不容易真正形成综合系统的概念。
2.目标性问题
教师按照课程大纲进行教学，只重视到了知识的传授，忽略了工程技术能力的培养。
3.兴趣性问题
每门课程内容多、课时少，如果课堂上处理不好就会使学生缺乏学习热情，失去学习信心，很难达到预期的教学效果。
4.应用性问题
我校的实验课和理论课配套安排，先理论，后实验，模拟电子技术实验和数字电子技术实验分设24学时。由于实验设备和实验学时的局限，学生的实践时间有限，甚至有的知识点没有开设相关实验，学生的实践能力较差，很难将理论知识应用于工程实际。
二、“电子技术”课程改革实践
1.以项目为主导，重组教学内容
传统的“电子技术”授课内容都是按照教学大纲的要求，一个章节一个章节地进行详细讲解，学生只是被动接受这些孤立分散的知识点，在学过之后往往都不清楚自己所学的知识在实际中如何运用，即应用知识动手能力很差，这体现在做毕业设计拿到一个设计选题时，都不知道如何着手去做。为培养学生应用知识、分析解决问题及动手的能力，在“电子技术”教学中，笔者以一个具体的项目为主导，对“电子技术”的教学内容进行了重组。
在CDIO工程教育的实施过程中，选择一个好的项目是整个工程教学的关键，所选项目要能涵盖“电子技术”的基本教学内容，紧扣课程的重点、难点和关键点。模拟电子技术所涉及的主要内容有二极管及其基本电路、三极管及其电路、场效应管及其电路、运算放大器及其应用、反馈放大电路、功率放大电路、信号处理与信号产生电路、直流稳压电源等；数字电子技术所涉及的主要内容有组合电路、时序电路、脉冲产生电路、模数转换等。针对上述主要教学内容，笔者以“太阳能水温水位控制系统”为应用背景，按项目所涉及的知识，将课程内容划分成若干模块，每个模块又设计了若干个探索性实践课题。开展的实践课题及对应的知识点如下表1所示。表中模块1是构思（conceive）过程；模块2是设计（design）过程；实施（implement）过程均安排在各模块实践活动及实训周中完成；模块3和4是运作（operate）过程，这样，整个CDIO的工程项目教学模式构造完成。对本项目课题中没有涉及到的教学内容和知识点，笔者选择了相应的案例进行教学，比如时序电路这部分内容，笔者选择“数字钟设计”这个案例来进行相关知识点讲解。
在教学中，先给学生介绍项目要完成的功能及硬件结构构思，即模块1的内容，然后再进行模块2，对每个课题及相关知识点进行讲解，讲解完后，学生可以对各个课题进行仿真研究，同时在“开放式电子技术实训平台”上进行与理论教学相互配合的、逐步提升的应用性实验和探索性实验。
2.教学方式的改革
传统的“电子技术”授课过程，采用的教学方法都是老师在讲台上从头到尾讲解，对重要的知识点反复强调，这样很容易造成学生强烈的依赖心理，使学生失去好奇心和学习主动性。为激发学生的主观能动性，笔者根据 CDIO理念研究了案例教学法和任务驱动教学法，以案例的介绍和分析为主线，将知识的重点和难点融入到案例中来讲解。这种教学方法将课堂教学、查阅资料与分组讨论、完成任务相结合，使学生在完成项目任务过程中自发地寻求知识和资源支持，这既锻炼了学生自主学习的能力，又能使学生掌握开发工程系统的理论知识和技术。具体实施细则如下：
（1）案例和任务教学法。在教学过程中，笔者根据案例所涉及到的知识点提出问题，引导学生参与讨论和思考，激发学生的好奇心和挑战欲。比如，在讲解时序电路这个内容时，笔者以“数字钟设计”这个案例来进行讲解，数字钟的分和秒都是60进制，小时采用12归1，如何设计一个60进制计数器和12归1计数器呢？在激发起学生的兴趣后开始介绍N进制计数器设计方法，讲解完后，让学生自己去设计。在此过程中，引导、指导、监督学生进行设计实践，并进行成果展示和总结。
（2）将EWB仿真软件引入课堂教学。在“电子技术”教学中，笔者增加了学习过程的开放性，将EWB仿真软件引入课堂，学生可自行选择对其设计的电路进行仿真，来了解设计正确与否。另外，在介绍一些集成器件的功能及应用时，也可采用EWB进行仿真演示，让学生更直观地了解其功能及使用方法。
3.优化实验项目，突出实际应用
传统的电子技术实验项目多是一些验证性实验，如单管放大电路、反馈放大电路、运放构成的线性电路等，都是理论知识的简单验证。即使是设计性实验，也是一些孤立的实验项目，如数字密码锁设计、全加器设计等，这些实验都有固定的步骤和设计方法，学生做完实验后觉得索然无味。为此，笔者对实验内容进行优化，实验项目直接面向工程设计，培养学生的硬件电路系统设计能力。以“太阳能水温水位控制系统”为背景，将模块2中的每个课题的设计电路都融合在电子技术实验项目中，学生设计完电路后可以在实验时间去实验室搭建电路，利用实验室提供的仪器仪表调试电路，有问题可以和实验指导老师交流解决。在课程和实验结束后，提交“太阳能水温水位控制系统”完整的硬件电路和仿真图。
4.考核方式的改革
传统的理论课考试往往主要以期末一张试卷决定课程的成绩，学生只要对照课程大纲完成相应知识点的复习，就能够获得好的成绩，无从考核学生的动手能力、解决实际问题的能力，导致知识与能力极不协调。[5]而CDIO工程教育模式强调的是学生在工作进程中的能力和素质培养，它关注的是“工作进程”而不是“课程”，因此，以笔试成绩为主的评价标准已不合时宜。为此，笔者尝试了分阶段按项目任务、进度的评价方式进行，在每一个阶段都按照小组完成的任务给出一个合理评价，并指出其不足之处，帮助制订改进方案，课程结束时进行小组答辩，最终成绩按“阶段评价+理论笔试+小组答辩”等来进行评定。
三、结语
CDIO是一种系统的先进的教育理念和人才培养模式，使知识、能力、素质的培养紧密结合，理论、实践、创新合为一体。[6]课程改革实践显示，基于CDIO模式的教学从过去的“以教师为中心，课堂为中心，传授知识为目的”传统教育观念，转变成“以学生为中心，学生学了要会用”的新观念，使学生基于一个真实的项目背景产生学习需要，在循序渐进的认识和提高中使学生的设计性探究性活动具有可操作性，亲身体验到了“做中学”的快乐，激发了学生的学习热情，而整个工程项目学习过程以小组方式进行锻炼了他们的团队合作精神，教学质量显著提高。
参考文献：
[1]查建中.论“做中学”战略下的CDIO模式[J].高等工程教育研究，2008，（3）：1-6.
[2]徐吉峰.基于 CDIO 理念的 EDA课程教学模式改革与实践[J].中国电力教育，2010，（34）：125-126.
[3]徐存东，余丽红.基于 CDIO 理念的嵌入式系统课程教学改革的研究[J].长春理工大学学报，2011，（7）：178-180.
作者简介：张兰红（1968-），女，江苏盐城人，盐城工学院电气工程学院，教授；陆广平（1974-），女，江苏盐城人，盐城工学院电气工程学院，副教授。（江苏 盐城 224051）
基金项目：本文系盐城工学院2013年度教改研究项目“基于实践能力和创新能力培养的《单片机原理与接口技术》课程改革”的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）05-0076-02
单片机广泛应用于工业控制、汽车电子、机器人、通信、能源与军事等众多领域，成为电子技术智能化最普遍的手段，因而单片机课程已成为高校电气信息类专业重要的专业基础课程。[1，2]但在多年的教学实践中笔者发现学生的学习效果并不理想，有些同学在经过一个学期的学习后甚至连基本概念都建立不起来，根本谈不上进行单片机应用系统设计了。究其原因，最重要的一点是：单片机是一门涉及计算机硬件与软件的多学科综合性课程，实践性极强，[3]但在教学过程中枯燥繁杂的理论知识缺乏一种有效的方式进行及时演示与验证，使得学生理解与记忆困难。尽管该课程都有实验，但传统的实验教学只有十几学时，而且受实验时间与场地等条件限制，一般不能及时进行，因此该课程教学的理论和实践常常是脱节的，这导致学生学习困难、兴趣低、效率低。如何让学生通过单片机课程的学习尽快熟练掌握单片机原理及应用系统设计，英国Labcenter Electronics公司开发的用于电子电路和单片机系统仿真的软件Proteus解决了这一问题。为提高本门课程的教学效果和质量，笔者将Proteus仿真技术用于单片机教学的全过程，做到理论与实践随时相结合。具体做法介绍如下：
一、Proteus仿真在理论教学中的应用
1.建设基于Proteus仿真实例的教材
为了有一本起良好引导作用、实现理论与实践相结合的教材，笔者编写了机械工业出版社普通高等教育电气工程与自动化（应用型）“十二五”规划教材《单片机原理及应用》，[4]该教材特点为：以51系列单片机为主讲对象，加强Proteus仿真实例教学，每学完一个功能结构单元，均给出便于学生实践的Proteus仿真实例，大部分实例都是独立完整的单片机控制系统。通过对多个应用实例的仿真操作，使学生及时有效地掌握相关知识点，同时可模仿性地做出自己的系统，使学习过程是一个充满趣味的过程。当知识点全部学完，学生就具备了初步的开发单片机产品的能力。
2.设计基于知识点的仿真模型
针对51单片机的所有知识点，笔者都精心设计了Proteus仿真模型。[4]模型设计的原则一是帮助学生明确概念，解决重点与难点问题；二是尽量多与日常生活中的应用实例结合，加强趣味性与实用性；三是尽量多使用Proteus的调试功能，让学生明白单片机工作的详细过程。下面列举两个典型的例子。
（1）中断及其嵌套一直是较难理解的概念，设计了图1所示的仿真电路。图中要求单片机在主程序中控制P1口流水灯循环点亮，当外部中断INT0引脚出现负跳变时，P1口全部发光二极管亮5秒，当外部中断INT1引脚出现负跳变时，P2口所接的共阴极数码管显示数字“1”，保持时间为5秒。其中INT1为高优先级，INT0为低优先级。通过对中断寄存器的不同设置，该模型既可让学生观察在主程序执行过程中INT0与INT1分别出现负跳变，即发生单级中断时的效果，也可让学生观察INT0先出现负跳变、INT1后出现负跳变时的中断嵌套效果。通过对此仿真实例的编程、调试与运行，学生就很容易掌握中断与中断优先级嵌套等抽象概念的含义了。
（2）定时器/计数器T0、T1的工作原理较复杂，其原理涉及工作模式控制（选择定时器模式还是计数器模式）、运行控制（选择运行还是停止）、工作方式选择（选择不同计数范围的四种工作方式中的一种）和中断控制（计数溢出后如何处理）四部分。为了讲解定时器/计数器的工作原理，设计了图2所示的电子秒表仿真电路，使它从0～59s不停地计数。
但在晶振为12MHz的情况下，定时器四种工作方式中定时时间最长的一种也只有65.536ms，达不到1s，要达到1s的延时，只能采用多次中断的方式。因此实现秒表功能，笔者选择了定时器/计数器T0，让它工作在定时器模式；选择工作方式1，定时时间为50ms；每隔50ms中断1次，在中断程序中修改计数初值，并使中断计数器加1；中断20次时达到1s，此时在中断服务程序中除修改计数初值，使中断计数器清零外，还使输出到数码管的数值加1。
该仿真实例编程时需要对定时器T0的计数寄存器TH0与TL0、方式控制寄存器TMOD、控制寄存器TCON以及中断寄存器IE进行设置，用到了定时器的所有相关寄存器及全部控制，可使学生全面掌握定时器的原理与使用方法。
图2中秒表处于仿真运行状态，管脚上的红、蓝、灰块分别表示管脚电平为高、低和不定状态，色块可以帮助学生分析与调试电路。
3.进行基于Proteus仿真的现场教学
教师事先根据教学内容准备好Proteus仿真模型，课堂上讲解完相关知识点后，就运行Proteus仿真模型，使学生看到实实在在的运行现象或结果，增强教学的直观性、生动性和趣味性。
因目前绝大部分学生均有笔记本电脑，所以要求学生将电脑带进课堂。对于验证性实例要求学生用电脑与教师同步观察程序运行时寄存器、存储器和变量内容的变化，观察电路的工作状况及控制效果。在课堂上教师还现场指导学生对实例进行编程，设置单片机的特殊功能寄存器，调试并下载运行程序，观察运行结果。现场教学方式使学生及时理解相关知识点，掌握单片机内部功能部件与器件工作原理，领会抽象与复杂概念的含义。
4.开发用Proteus仿真的小实验型课后作业
对C51语言、单片机内部的定时/计数器、中断系统、并口、串口及可编程外设的课后练习，笔者都开发了大量的小实验型作业，[4]学生须利用Proteus仿真软件在自己的电脑上完成硬件电路的连接与软件程序的调试。鼓励学生写出不一样的答案，以调试结果通过为准。通过大量的课后练习，既促使学生掌握了知识点，也为真正进行设计性与综合性实验做好准备。
二、Proteus仿真在实验教学中的应用
1.进行全设计型虚拟实验
目前单片机实验教学中大部分实验器件以及电路都是预先固定在实验箱上的，学生缺乏自主搭建电路的机会；同时实验箱系统大，集成度高，验证性实验多，这些均导致实验过程不清晰。因此笔者要求学生用Proteus软件进行全设计型虚拟实验。方法为：每一次实验前将实验原理、所需元器件及实验要求提供给学生，学生首先要在理解原理的基础上，用Proteus软件搭接电路、编写控制程序、编译并下载到单片机、仿真运行，出现问题后再对电路和程序进行反复修改与调试，直到出现所需结果。如此完成一次完整的虚拟实验的过程接近于实际系统的开发过程，有利于学生理解和掌握单片机系统设计的原理和方法。
2.利用虚拟实验来指导实际实验
进行完Proteus全设计型虚拟实验后，大部分学生已经理解了电路的工作原理，并使用了充足的时间来进行程序的调试，这样可以有效地指导实际实验，保证实际实验的成功。
进行实际实验时，学生根据proteus虚拟实验结果，连接实际电路，下载程序并调试运行，在此过程中让学生初步体会仿真电路与实际电路的区别，将更多的精力用来解决实验中出现的各种实际问题上。有了Proteus虚拟实验的指导，实际实验一般会很快完成，剩余时间让学生进行各种设计性、综合性实验，或将课本中的实例拿到实验仪器上进行验证等。
三、Proteus仿真在课程设计中的应用
1.选择Proteus仿真与实际制作均可的题目
因课程设计时间较短，学生的独立工作能力较弱，为使学生充分体验单片机系统设计过程，首先由教师在选题上做精心准备，选取一些软件与硬件兼顾结合，工作量不是太大，用Proteus仿真模拟和实际制作均可行的题目，如：八路抢答器、滚动显示的点阵显示屏、电梯数字显示器、电子密码锁控制系统、电子琴、交通灯控制系统、波形发生器、数字电压表、温度显示器、电子钟等，以达到先仿真再用仿真指导实物制作的目的。
2.利用Proteus仿真指导实物制作
课程设计要求所有同学都完成印刷电路板作品。为了保证成功率，减少反复修改电路，重新制板等工作量，课程设计组织如下：第一步首先完成相关课题的proteus仿真设计，完成电路原理验证与控制程序的调试；第二步根据Proteus仿真结果，准备元器件，在多孔电路板上焊接电路，下载程序，调试实物作品；第三步根据多孔板实物调试结果完成硬件的PCB设计，加工PCB电路板，完成程序的下载与调试。
3.总结Proteus仿真与实际电路的差别
通过课程设计，大部分同学均深刻体会到单片机应用设计中Proteus仿真所起的非常有效的辅助作用，但也认识到仿真与实际电路之间还存在差别，部分同学反映课题用Proteus仿真能够实现，在实际电路中实现不了，还必须解决实际电路中出现的各种新问题。在课程设计结束后，笔者会组织学生讨论并总结Proteus仿真与实际电路的差别，促使学生用好Proteus仿真这个辅助工具。
四、结束语
笔者将Proteus仿真应用于单片机课程的理论教学，使学生及时有效地掌握了知识点；将Proteus仿真应用于实验与课程设计，使学生深刻体会了单片机应用系统设计的全过程，同时也认识到仿真不能完全代替实物，在实际应用中会遇到很多新的问题，只有将Proteus仿真和实际单片机应用系统的设计有效结合起来，才能真正锻炼自己的单片机软硬件综合开发能力。通过近两年将Proteus仿真引进单片机教学全过程的实践，学生普遍反映，该课程教学趣味性高，理解容易，有利于自己实践和创新能力的培养。有许多同学通过单片机课程的学习，学习热情被大大激发，自行购买了元器件或学习板，借助于proteus仿真的前期开发，很快做出了新产品，在各种电子大赛、创新课题与毕业设计中取得了优异的成绩。
参考文献：
[1]楼然苗，王世来.单片机实践教学改革与应用型人才培养[J].中国大学教学，2009，（3）：80-81.
