張?chǎng)?朱丹峰+曾碧新

摘 要： 《單片機(jī)原理與應(yīng)用》課程是一門實(shí)踐性較強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課，通過(guò)分析該課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀，對(duì)該課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法進(jìn)行探討，在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式、實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境及實(shí)驗(yàn)考核方式上進(jìn)行改革研究，具體實(shí)施表現(xiàn)為：對(duì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行分類，改變單一的教學(xué)模式，創(chuàng)造寬松的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境，引入自我關(guān)注度作為考核依據(jù)。實(shí)踐證明，這些改革措施可以增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞： 《單片機(jī)原理與應(yīng)用》 實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革 創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)

《單片機(jī)原理與應(yīng)用》課程是一門理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)合非常緊密、突出動(dòng)手能力的課程。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是其中一個(gè)重要環(huán)節(jié)，既是聯(lián)系理論教學(xué)的橋梁，又是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐、創(chuàng)新能力的重要手段[1-3]。但是在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中會(huì)出現(xiàn)學(xué)生理論與實(shí)驗(yàn)脫節(jié)、實(shí)驗(yàn)課效果不理想、學(xué)生實(shí)驗(yàn)課積極性不高等問(wèn)題，因此《單片機(jī)原理與應(yīng)用》課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革就成為許多學(xué)校非常重視的一項(xiàng)教改課題。

1.《單片機(jī)原理與應(yīng)用》課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀分析

1.1課程自身特點(diǎn)

1.1.1跨越性。《單片機(jī)原理與應(yīng)用》課程是一門軟硬件相結(jié)合、強(qiáng)調(diào)實(shí)踐性和應(yīng)用性的課程。學(xué)習(xí)這門課程的學(xué)生需要經(jīng)歷從電子技術(shù)基礎(chǔ)、電路原理、C語(yǔ)言編程等基礎(chǔ)知識(shí)向以微處理器為核心、通過(guò)軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的思想轉(zhuǎn)變過(guò)程，這種思想跨越轉(zhuǎn)變過(guò)程對(duì)初次接觸該課程的學(xué)生來(lái)講具有一定難度。

1.1.2橋梁性?！秵纹瑱C(jī)原理與應(yīng)用》課程是后續(xù)嵌入式系統(tǒng)課程、DSP課程、EDA課程及畢業(yè)設(shè)計(jì)等的基礎(chǔ)，具有課程橋梁的重要作用。

1.1.3綜合性及抽象性?！秵纹瑱C(jī)原理與應(yīng)用》課程涉及的內(nèi)容較廣泛，包括單片機(jī)的硬件組成和功能、軟件編程思想、匯編語(yǔ)言的語(yǔ)句及結(jié)構(gòu)等。并且軟件編程涉及的匯編語(yǔ)言需要和硬件的配置情況有關(guān)，內(nèi)容抽象，不易理解。

由于該課程具有自身特性，因此需要教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中進(jìn)行改革嘗試，幫助學(xué)生更好地適應(yīng)學(xué)習(xí)這一類課程的方法，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)該課程的理解性，從而提高他們的實(shí)際操作及應(yīng)用能力。

1.2學(xué)生對(duì)課程的切身感受及認(rèn)識(shí)

通過(guò)調(diào)研得知，相當(dāng)一部分學(xué)生渴望將這門課程更好地融于自己的專業(yè)發(fā)展中，牢固掌握課程基本理論和實(shí)踐知識(shí)。調(diào)研結(jié)果表明，問(wèn)題主要集中在兩個(gè)方面：（1）在學(xué)習(xí)該課程之初，學(xué)生在沒(méi)有大量實(shí)驗(yàn)操作機(jī)會(huì)的情況下，表現(xiàn)出的是對(duì)程序的編寫問(wèn)題及對(duì)整個(gè)課程的困惑，大部分學(xué)生對(duì)該課程主要應(yīng)用在哪里沒(méi)有概念。（2）對(duì)于給予大量實(shí)驗(yàn)操作機(jī)會(huì)的學(xué)生，他們表現(xiàn)出對(duì)單片機(jī)的極大興趣，他們的問(wèn)題主要集中為：如何設(shè)計(jì)具有較好功能的源程序，源程序結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，硬件搭建的合理性等。

因此，良好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以幫助學(xué)生理解課程內(nèi)容，掌握核心知識(shí)，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和學(xué)習(xí)效率。

1.3實(shí)驗(yàn)教學(xué)中出現(xiàn)的待解決問(wèn)題

1.3.1實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容設(shè)置不夠完善，不利于調(diào)動(dòng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)積極性。各個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目獨(dú)立性強(qiáng)，幾乎沒(méi)有考慮知識(shí)的前后貫穿和最后應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，這容易使學(xué)生學(xué)了后面的忘了前面的，自己設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的應(yīng)用系統(tǒng)更是無(wú)從下手，非常不利于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)積極性。

1.3.2教學(xué)模式單一，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)偏重于驗(yàn)證性與演示性實(shí)驗(yàn)[4-6]。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中按實(shí)驗(yàn)講義逐步進(jìn)行，分析思考問(wèn)題的機(jī)會(huì)比較少，只是機(jī)械化地驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。學(xué)生的注意力主要集中在編程及調(diào)試上，忽略了實(shí)驗(yàn)電路原理的重要性。不清楚系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程，當(dāng)需要自行設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，學(xué)生就會(huì)感覺(jué)困難無(wú)從下手。實(shí)驗(yàn)教學(xué)沒(méi)能起到真正推動(dòng)學(xué)生對(duì)單片機(jī)原理、模擬電路、數(shù)字電路等理論知識(shí)理解的作用。單一的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式制約對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力及分析解決實(shí)際問(wèn)題能力的培養(yǎng)，降低學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，影響教學(xué)效果。

1.3.3學(xué)生實(shí)驗(yàn)中實(shí)際發(fā)揮空間有限。在實(shí)踐教學(xué)中，教師經(jīng)常把主要的實(shí)驗(yàn)步驟、程序代碼都提供給學(xué)生，造成實(shí)驗(yàn)教學(xué)中學(xué)生動(dòng)手機(jī)會(huì)少、思考不全面、發(fā)揮空間有限的缺點(diǎn)。

2.《單片機(jī)原理與應(yīng)用》課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革研究

針對(duì)《單片機(jī)原理與應(yīng)用》課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀，對(duì)該課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法進(jìn)行探討，在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式、實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境及實(shí)驗(yàn)考核方式上進(jìn)行改革研究，以提高該課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，為學(xué)生的課程實(shí)驗(yàn)、課程實(shí)訓(xùn)、畢業(yè)設(shè)計(jì)及相關(guān)實(shí)踐提供優(yōu)質(zhì)的基礎(chǔ)。該課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革方法的研究對(duì)提高實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)質(zhì)量、促進(jìn)人才培養(yǎng)和就業(yè)都有著深遠(yuǎn)的影響。

2.1實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目改革研究

《單片機(jī)原理與應(yīng)用》課程比較側(cè)重于學(xué)生動(dòng)手能力的培養(yǎng)，所以針對(duì)該課程的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目很多，那么如何根據(jù)本學(xué)校的學(xué)生層次及特點(diǎn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的分類是改革中需要研究和分析的問(wèn)題。筆者以溫州醫(yī)科大學(xué)實(shí)際授課實(shí)例為例進(jìn)行闡述。溫州醫(yī)科大學(xué)針對(duì)生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)和電子信息工程專業(yè)學(xué)生開設(shè)該課程。針對(duì)學(xué)生的專業(yè)特點(diǎn)及實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)的安排，將實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目教學(xué)內(nèi)容分成四部分，可以根據(jù)各專業(yè)學(xué)生層次特點(diǎn)選擇合適的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。具體實(shí)施方法為：

第一部分為軟件模擬實(shí)驗(yàn)，主要目的是熟悉Keil軟件、Proteus軟件等的操作及匯編語(yǔ)言指令的熟練應(yīng)用，讓學(xué)生對(duì)整個(gè)操作軟件的使用及匯編語(yǔ)言的使用有一個(gè)全面了解，為以后的實(shí)驗(yàn)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。針對(duì)軟件模擬實(shí)驗(yàn)，主要開設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目包括兩類：基礎(chǔ)類實(shí)驗(yàn)及綜合應(yīng)用類實(shí)驗(yàn)?；A(chǔ)類實(shí)驗(yàn)主要包括數(shù)據(jù)傳送實(shí)驗(yàn)、拆字和拼字實(shí)驗(yàn)、數(shù)據(jù)加法實(shí)驗(yàn)、查表實(shí)驗(yàn)等；綜合應(yīng)用類實(shí)驗(yàn)主要包括模擬交通燈、投籃計(jì)分及病房呼叫模擬實(shí)驗(yàn)等。

第二部分為基本端口實(shí)驗(yàn)，主要目的是讓學(xué)生認(rèn)識(shí)單片機(jī)系統(tǒng)的基本硬件。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目主要有端口輸出實(shí)驗(yàn)、定時(shí)計(jì)數(shù)器實(shí)驗(yàn)、按鍵中斷實(shí)驗(yàn)、A/D轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)、多位數(shù)碼管顯示實(shí)驗(yàn)、串口通信實(shí)驗(yàn)等。

第三部分為綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，目的是幫助學(xué)生全面掌握所學(xué)內(nèi)容，提高學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)的能力。主要有用定時(shí)器設(shè)計(jì)時(shí)鐘實(shí)驗(yàn)、鍵盤結(jié)合LCD液晶顯示實(shí)驗(yàn)、利用外部中斷設(shè)計(jì)流水燈實(shí)驗(yàn)、溫度檢測(cè)實(shí)驗(yàn)等。

第四部分為創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，主要針對(duì)那些對(duì)單片機(jī)有興趣的學(xué)生，鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新能力、動(dòng)手能力和解決實(shí)際問(wèn)題的能力等，該部分實(shí)驗(yàn)在課下進(jìn)行，可結(jié)合教師的科研項(xiàng)目和各類大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽，如教師科研課題中的控制系統(tǒng)及大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽、智能車設(shè)計(jì)大賽、機(jī)電產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽等。

2.2實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式改革研究

《單片機(jī)原理與應(yīng)用》課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式改革中將PBL教學(xué)法與TBL教學(xué)法相結(jié)合，針對(duì)該門課程授課學(xué)生專業(yè)不同，將實(shí)驗(yàn)分成三個(gè)層次：基本實(shí)驗(yàn)、綜合實(shí)驗(yàn)和自選實(shí)驗(yàn)。針對(duì)不同層次實(shí)驗(yàn)各自特點(diǎn)和難易程度進(jìn)行教學(xué)方法的選擇和綜合應(yīng)用。

2.2.1基本實(shí)驗(yàn)主要考核學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)的掌握，內(nèi)容較為簡(jiǎn)單，可以只采用PBL教學(xué)法。教師只需要給出實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的問(wèn)題，由學(xué)生獨(dú)立完成，不需要進(jìn)行分組，培養(yǎng)學(xué)生的自主動(dòng)手能力。

2.2.2綜合實(shí)驗(yàn)不再是單一的知識(shí)點(diǎn)、單一的學(xué)科，考核的知識(shí)可能是跨學(xué)科多個(gè)知識(shí)點(diǎn)，教師只需給出實(shí)驗(yàn)的要求和技術(shù)指標(biāo)，學(xué)生自主選擇決定學(xué)習(xí)哪些知識(shí)解決問(wèn)題，體現(xiàn)典型的PBL教學(xué)法的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。具體實(shí)驗(yàn)過(guò)程中主要采用分組討論，單人完成或按組匯報(bào)兩種方式。

2.2.3自選實(shí)驗(yàn)在三個(gè)實(shí)驗(yàn)層次是難度最高的，學(xué)生幾乎不可能單獨(dú)完成，同時(shí)教師要給予一定的指導(dǎo)，給出明確的學(xué)習(xí)目標(biāo)及知識(shí)點(diǎn)，適合采用TBL教學(xué)法分組討論，按組匯報(bào)。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)往往都是給出一個(gè)需要解決的實(shí)際問(wèn)題，實(shí)施方法不是唯一的，這是PBL教學(xué)法應(yīng)用最適合的情況。因此，對(duì)于設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)最好采用兩種方法綜合應(yīng)用。

2.3實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境的改革研究

根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況和要求，為學(xué)生創(chuàng)造寬松的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。

2.3.1對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)中用到的硬件實(shí)驗(yàn)仿真平臺(tái)可以根據(jù)學(xué)生的特點(diǎn)及基礎(chǔ)進(jìn)行針對(duì)性選擇及操作。對(duì)于大多數(shù)學(xué)生，可以選用基礎(chǔ)開發(fā)板與仿真器的硬件仿真平臺(tái)在實(shí)驗(yàn)課堂中完成相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)，對(duì)于能力較強(qiáng)的學(xué)生，可以鼓勵(lì)學(xué)生自己做單片機(jī)最小系統(tǒng)板或者選用高級(jí)開發(fā)板與仿真器結(jié)合的硬件仿真平臺(tái)，對(duì)于積極性較高的學(xué)生，可以建議大家在實(shí)驗(yàn)課業(yè)余時(shí)間選用開發(fā)板自己燒寫程序在實(shí)驗(yàn)課堂之外對(duì)實(shí)驗(yàn)感興趣的內(nèi)容進(jìn)行仿真學(xué)習(xí)，為學(xué)生創(chuàng)造寬松的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，使學(xué)生可以不拘束于課上時(shí)間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

2.3.2對(duì)于軟件仿真平臺(tái)，學(xué)生可以用匯編語(yǔ)言完成簡(jiǎn)單程序的設(shè)計(jì)，能夠用C51語(yǔ)言完成簡(jiǎn)單和復(fù)雜程序的設(shè)計(jì)，學(xué)生的前序課程中學(xué)過(guò)C語(yǔ)言，這樣大大降低學(xué)生學(xué)習(xí)的難度，同時(shí)學(xué)生從對(duì)比中加深對(duì)匯編語(yǔ)言和C51語(yǔ)言的理解。

2.4實(shí)驗(yàn)考核方式改革研究

傳統(tǒng)的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)課程不單獨(dú)考核，評(píng)價(jià)方式主要以實(shí)驗(yàn)報(bào)告為依據(jù)。這種評(píng)價(jià)方式使學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)不重視，很難調(diào)動(dòng)起學(xué)生在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中的積極性。本次改革項(xiàng)目將實(shí)驗(yàn)考核方式分為四個(gè)部分：把學(xué)生每次實(shí)驗(yàn)課堂的態(tài)度及積極操作的自我關(guān)注程度作為實(shí)驗(yàn)平時(shí)成績(jī)的考核依據(jù)，占實(shí)驗(yàn)成績(jī)的20%；平時(shí)實(shí)驗(yàn)報(bào)告占實(shí)驗(yàn)成績(jī)的20%；綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目考核占實(shí)驗(yàn)成績(jī)的50%；自選實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目占實(shí)驗(yàn)成績(jī)的10%。

3.結(jié)語(yǔ)

為了提高《單片機(jī)原理與應(yīng)用》課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，給學(xué)生的課程實(shí)驗(yàn)、課程實(shí)訓(xùn)、畢業(yè)設(shè)計(jì)及相關(guān)實(shí)踐提供優(yōu)質(zhì)的基礎(chǔ)，提高學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用和創(chuàng)新能力，本課題結(jié)合學(xué)校各專業(yè)學(xué)生實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)際情況，對(duì)該課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面的教學(xué)方法進(jìn)行探討與改革。經(jīng)在實(shí)際實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的改革實(shí)踐表明，通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的合理設(shè)計(jì)，可以培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)積極性和主觀能動(dòng)性。通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的改革，激發(fā)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣。通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境的改造及考核方式的改變，可以引導(dǎo)學(xué)生重視自身實(shí)驗(yàn)技能的培養(yǎng)。從本校學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程及實(shí)習(xí)過(guò)程中可以看出，學(xué)生在實(shí)際工程應(yīng)用項(xiàng)目的開發(fā)數(shù)量和質(zhì)量都有較大程度的提高。隨著實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的不斷深入和完善，該課程會(huì)取得更良好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，使學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)能力及創(chuàng)新能力有明顯的提高。

參考文獻(xiàn)：

[1]李有光，聞新，南英.本科生AVR單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)探索與研究[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2015，34（9）：216-218.

[2]祖一康，徐妙婧.單片機(jī)教學(xué)改革實(shí)踐研究[J].湖北理工學(xué)院學(xué)報(bào)，2015，31（5）：67-70.

[3]金國(guó)華，滕君華，馬寶山，張大力.單片機(jī)課程設(shè)計(jì)中應(yīng)用能力的分層培養(yǎng)[J].中國(guó)現(xiàn)代教育裝備，2015，11：81-83.

[4]劉喜雙，姚健.單片機(jī)課程實(shí)踐教學(xué)改革探索[J].教育探索，2013，8：31-32.

[5]王娜.基于翻轉(zhuǎn)課堂的單片機(jī)教學(xué)改革研究[J].通化師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2015，36（6）：90-93.

[6]馮洋.基于實(shí)踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)的單片機(jī)原理及應(yīng)用課程改革與實(shí)踐研究[J].高教學(xué)刊，2015，15：87-88.