王 欣 張凱婷

淮陰師范學院物理與電子電氣工程學院 江蘇淮安 223300

單片機原理及應(yīng)用實驗教學改革與研究

王 欣 張凱婷

淮陰師范學院物理與電子電氣工程學院 江蘇淮安 223300

分析了傳統(tǒng)單片機實驗教學中存在的問題，結(jié)合高校培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的目標，指出了單片機實驗教學改革的必要性。提出了從教學方法、實驗內(nèi)容、以賽促教、開放性實驗室以及實驗考核等方面對單片機實驗教學進行改革，并進行了實踐。結(jié)果表明，可以切實提高學生的創(chuàng)新能力和自主解決問題的能力，達到了良好的實驗教學效果。

教學改革；單片機；實驗教學；創(chuàng)新能力

單片機原理及應(yīng)用課程是電子信息工程、電子科學與技術(shù)、電氣工程及其自動化等專業(yè)一門重要的專業(yè)必修課，是一門面向應(yīng)用的、具有很強的實踐性與綜合性的課程[1,2]。隨著電子產(chǎn)品的發(fā)展，單片機技術(shù)已被廣泛應(yīng)用到辦公自動化、家用電器、機器人、通信、軍事等各個領(lǐng)域[3-5]。在高等院校電子專業(yè)的畢業(yè)論文中，有近一半的學生利用單片機技術(shù)來開發(fā)智能系統(tǒng)。在全國電子設(shè)計大賽、“飛思卡爾”杯全國大學生智能車大賽中，單片機技術(shù)已成為參賽選手最常用到的技術(shù)之一。是否具備單片機開發(fā)技術(shù)也成為很多用人單位篩選電子類專業(yè)人才的衡量標準。這些都要求學生具備較好的動手操作和自主開發(fā)能力。因此，單片機原理及應(yīng)用課程的實驗教學在該課程的教學中占有重要的位置[6]。

1 單片機實驗教學中存在的問題

在高等院校的教學活動中，實驗教學往往只作為理論教學的驗證和補充，導致很多教師和學生產(chǎn)生重理論、輕實驗的觀念。單片機原理及應(yīng)用作為一門實踐性很強的課程，其教學目的是使學生具備利用單片機進行自主開發(fā)的能力，以適應(yīng)當今社會對單片機開發(fā)人才的需求[7]。通過同已到企業(yè)就業(yè)的畢業(yè)生進行交流和到一些電子類高校進行調(diào)研，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的單片機實驗教學存在明顯的不足之處。

1.1 實驗教學方法單一

傳統(tǒng)的單片機實驗教學往往是實驗教師先講解實驗原理，然后學生按照實驗指導書上規(guī)定的步驟和方法，在單片機實驗箱上進行簡單的連線，最后進行程序的調(diào)試和下載。這種教學方法由于每位學生的實驗內(nèi)容都完全一樣，往往是第一個學生做出來之后，剩余的學生都不再思考，相互之間進行抄襲。在整個實驗過程中，學生關(guān)注的只是實驗的結(jié)果，而忽略對實驗箱上硬件電路和程序設(shè)計流程進行分析，學生的創(chuàng)新能力和自主解決問題的能力沒有得到提升，達不到實驗教學的目的。

1.2 實驗項目的選擇不合理在傳統(tǒng)的單片機實驗教學過程中，為了使學生能夠在有限的課時內(nèi)學習更多的單片機知識，實驗項目多為驗證性實驗，而設(shè)計性和綜合性實驗往往涉及較少。很多學生對所做實驗的原理一知半解，但只要按照實驗指導書上的步驟，就可以得到最終的結(jié)果。學生在做完所有單片機實驗后，仍對整個單片機系統(tǒng)的開發(fā)過程認識不夠清晰。通過這種教學方式培養(yǎng)出來的學生，在進行單片機系統(tǒng)的設(shè)計時往往無從下手，更談不上利用單片機知識來解決實際的問題。

1.3 實驗內(nèi)容陳舊

單片機技術(shù)發(fā)展迅速，從最初的8位，到現(xiàn)在16位甚至32位單片機，其內(nèi)部集成了越來越多的電路，如A/D，D/A，Watchdog電路，LCD控制電路等。而單片機實驗指導書更新速度緩慢，實驗中所講授的內(nèi)容與當今迅速發(fā)展的單片機技術(shù)相差甚遠。由于實驗內(nèi)容的陳舊，使得學生所學習的知識與工作后的應(yīng)用嚴重脫軌。例如，在實驗中通過TXD/RXD進行串行通訊實驗，然而在實際的工程應(yīng)用中通常是采用SPI 和I2C總線進行串行通訊的。

1.4 實驗成績的考核方式不完善

單片機原理及應(yīng)用實驗課程不單獨進行考核，實驗成績只占到總課程成績的15%。而實驗成績最終的考核方式主要是以實驗報告為主，這使得很多學生不重視實驗過程，認為只要好好撰寫實驗報告即可，嚴重地削弱了學生在實驗課上動手實驗的積極性，影響了實驗的效果。

2 單片機實驗教學改革

傳統(tǒng)的單片機實驗教學方法使得學生對單片機的整個開發(fā)流程認識不夠全面；獨立解決問題的能力不強；前沿技術(shù)的應(yīng)用能力較差。這些都阻礙了高等院校培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型人才方案的實施，也束縛了學生進入工作崗位后的發(fā)展。因此，很有必要對單片機實驗教學進行改革。

2.1 改進教學方法

充分利用多媒體手段，將一些枯燥的實驗原理通過動畫展示給學生，提升學生的學習興趣；將Protues等虛擬仿真軟件應(yīng)用于單片機實驗教學中，學生可以對單片機系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計、仿真和測試有一個全面的了解，同時可以觀察仿真電路各部分的工作狀態(tài)以及各個程序變量的變化過程，這對學生進行自主設(shè)計、獨立解決實際問題有很大幫助；在實驗的過程中布置一些開放性的實驗作業(yè)，學生可以充分發(fā)揮自己的想象力和創(chuàng)造力，提升學生學習的主動性。

2.2 精選實驗內(nèi)容

實驗內(nèi)容的選取要從單一的驗證性實驗逐步向設(shè)計性和綜合性實驗過渡，讓學生在實驗的過程中參與進來，提升自己的動手能力；在實驗的過程中，學生不僅要進行硬件電路分析，而且要進行軟件程序的編寫和調(diào)試，對于一些復(fù)雜的綜合性實驗，在編寫實驗指導書時可以給出部分程序，而一些關(guān)鍵的程序段要由學生自主思考，獨立完成，這樣可以鍛煉學生解決問題的能力，并且在實驗成功時獲得成就感。

2.3 以賽促教：參加電子設(shè)計大賽

全國大學生電子設(shè)計競賽是教育部、工業(yè)和信息化部主辦的大學生學科競賽之一，其題目均具有實際的應(yīng)用背景，要求學生具備很強的電路設(shè)計、程序調(diào)試和解決問題的能力[8]。學院可以組織單片機學習興趣小組，為學生提供一個相互學習和相互促進的平臺。每年組織學生參加校級、省級和全國級的電子設(shè)計大賽，讓學生在這種大賽中鍛煉自己、提升自己。實驗指導教師可以將往年電子設(shè)計大賽的題目進行提煉和簡化，作為單片機實驗的綜合性實驗，以此提升學生的創(chuàng)新實踐能力。

2.4 提供開放性實驗室

單片機實驗內(nèi)容多，課時少，為了解決這一矛盾，學院設(shè)立了開放性的實驗室。該實驗室全天開放，配備了單片機開發(fā)板、信號源、示波器、萬用表、計算機、各種元器件等實驗設(shè)備，由專門的教師負責。實驗指導教師可以在實驗課上提出一些設(shè)計性和綜合性的實驗課題，鼓勵學生在課余時間到開放性實驗室進行獨自設(shè)計和調(diào)試。采用這種方式，可以充分利用實驗室設(shè)備資源，為學生進行課外實踐活動創(chuàng)造條件，也可以極大地調(diào)動學生的學習積極性和主動性。

2.5 完善實驗考核方式

單片機原理及應(yīng)用課程作為一門面向應(yīng)用，且具有很強的實踐性的課程，其實驗成績在課程成績中應(yīng)當占據(jù)重要的地位，學院將實驗成績的比例由15%調(diào)整到30%。實驗成績由兩部分組成：實驗平時成績和實驗考試成績，其比例分別為60%和40%。實驗平時成績又包括實驗預(yù)習、實驗操作、實驗報告三部分，實驗指導教師在做實驗的過程中就對每位學生的實驗預(yù)習和實驗操作進行打分，每個實驗結(jié)束后再對學生所提交的實驗報告進行評分。實驗考試的題目是由學生隨機抽取，允許學生查閱資料，但不允許互相討論，學生在規(guī)定的時間內(nèi)完成自己所抽取的實驗題目，教師根據(jù)每位學生的實驗結(jié)果現(xiàn)場評分。采用這樣的成績評定方式，可以更好地反映學生對單片機的掌握和應(yīng)用程度。

3 結(jié)束語

本文對傳統(tǒng)單片機實驗教學過程中所存在的問題和改革的方法進行了研究，逐漸健全了該課程的實驗教學方法、教學內(nèi)容以及考核方式。經(jīng)過幾屆學生的實踐，單片機的實驗教學不但加深了學生對理論知識的理解，而且鍛煉了學生的動手操作和解決實際問題的能力，學生在各類電子設(shè)計大賽中的獲獎數(shù)和獲獎層次都有大幅提升，取得了良好的實驗教學效果。

[1]趙波,齊紅霞.基于實驗室的單片機教學模式探討[J].中國教育技術(shù)裝備,2015(2):148-149.

[2]丁保華,張有忠,陳軍,孟凡喜.單片機原理與接口技術(shù)實驗教學改革與實踐[J].實驗技術(shù)與管理,2010(1):117-119.

[3]楊艷,董秀潔,程東旭.關(guān)于單片機實驗教學改革的幾點思考[J].中國教育技術(shù)裝備,2010(36):134-135.

[4]李莉.單片機實驗教學改革與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[J].電腦與電信,2008(4):71-72.

[5]袁斌,馬冬梅.單片機實驗教學的改革與實踐[J].實驗室科學,2011(2):57-59.

[6]魏芬,鄧海琴.項目教學法在單片機實踐教學中的探索與實踐[J].實驗室科學,2016(1):119-121.

[7]郭文川.項目教學法在單片機課程教學中的實踐[J].中國現(xiàn)代教育裝備,2011(1):112-114.

[8]趙洋,江維,王佳昊,藍天.Proteus在單片機實驗教學的應(yīng)用研究[J].實驗科學與技術(shù),2011(5):16-18.

Experiment Teaching Reform and Research of Principle and Application of Single-chip Microcomputer

Wang Xin, Zhang Kaiting

School of Physics and Electronic Electrical Engineering, Huaiyin Normal University, Huaian, 223300, China

The article analyzes the problem existing in the traditional teaching mode of single-chip microcomputer experiment, with the purpose of developing the innovation talents, the article points out the necessity of experiment teaching reform of single-chip microcomputer. The few points of aspects of experiment teaching reform of single-chip microcomputer as follows: the teaching methods, the experiment contents, promote teaching by competition, open laboratory, the examination and so on, and the practices have carried out. The results indicated that the students’ innovation ability and solving question ability independent are improved and good experiment results are achieved.

teaching reform; single-chip microcomputer; experiment teaching; ability of innovation

2016-09-14

王欣，碩士，助理實驗師。