單片機實驗教學(xué)探索

摘要：針對傳統(tǒng)單片機實驗教學(xué)的弊端和實際教學(xué)過程中遇到的問題，對單片機實驗教學(xué)進行了探索，提出實現(xiàn)實驗設(shè)備多樣化、重視課外時間、更新實驗內(nèi)容、注意課程知識聯(lián)系、建立合理的考核評價體系等實驗教學(xué)改進方法。

關(guān)鍵詞：單片機；實驗；教學(xué)

作者簡介：章華幸（1976-），男，浙江蒼南人，浙江農(nóng)林大學(xué)信息工程學(xué)院，講師。（浙江 臨安 311300）

基金項目：本文系浙江農(nóng)林大學(xué)校發(fā)展基金資助項目（項目編號：2006FK24）、基于STR710的USB驅(qū)動程序研究的研究成果。

中圖分類號：G642.423 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）05-0184-02

“單片機原理及接口技術(shù)”是電子信息類的一門主要專業(yè)基礎(chǔ)課，與生產(chǎn)生活結(jié)合密切，實踐性很強。其以數(shù)電、模電為先修課程，以嵌入式等為后續(xù)課程，在課程體系中起到了承上啟下的作用。而單片機實驗教學(xué)是其中一個很重要的環(huán)節(jié)，但不被傳統(tǒng)教學(xué)所重視。近年來，教學(xué)管理人員和從教人員開始意識到這個問題，也提出了一些改進的辦法，[1-3]但效果并不明顯，基于此，提出了單片機實驗教學(xué)的改進思路。

一、單片機實驗教學(xué)現(xiàn)狀

1.實驗手段單一

高校里傳統(tǒng)的單片機實驗課教學(xué)通常采用實驗箱或?qū)嶒炁_等設(shè)備，[4]硬件部分僅需簡單的連線即可，實驗手段非常簡單。學(xué)生只是簡單地模仿，簡單的編程驗證即可，有的學(xué)生甚至要求教師提供參考程序，僅需簡單的修改就可運行，導(dǎo)致創(chuàng)新能力被嚴(yán)重傷害。這種教學(xué)方法只使學(xué)生懂得了一些程序。

2.內(nèi)容陳舊

傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容陳舊，教科書內(nèi)容與實際脫節(jié)嚴(yán)重，而根據(jù)教材內(nèi)容設(shè)計的實驗箱或?qū)嶒炁_內(nèi)容一樣落后。另外，與教材相比，依賴于硬件設(shè)備的實驗內(nèi)容更加難以更新，導(dǎo)致很多屆學(xué)生做的實驗完全一樣。整個班級的學(xué)生做同樣的實驗，且實驗以驗證性為主，編寫簡單的程序或簡單地修改現(xiàn)成的例程就能完成，缺少深度和廣度，與實際應(yīng)用相去甚遠。單片機技術(shù)日新月異，而陳舊的教學(xué)內(nèi)容會極大地限制學(xué)生的視野。

3.學(xué)生被動接受

在實驗教學(xué)中，傳統(tǒng)的方法以教師為主體，學(xué)生處于被動地接受地位，發(fā)揮不了其積極性和創(chuàng)新能力，甚至培養(yǎng)不了興趣。由于被動接受，缺少深入的鉆研，學(xué)生做完實驗之后還不明白是怎么一回事，導(dǎo)致教學(xué)效果很差。

二、單片機實驗教學(xué)改進

1.實現(xiàn)實驗設(shè)備多樣化

針對實驗箱或?qū)嶒炁_模式固定，硬件電路不能改動，實驗內(nèi)容老舊，難以適應(yīng)技術(shù)的發(fā)展等問題，自制實驗板以作為重要的補充。文獻[5]和文獻[6]提出了自制實驗板。實驗板小巧、靈活，攜帶、使用都很方便，可以在實驗室、教室、寢室等地方使用，成本低。文獻[7]提出將Protues和Keil結(jié)合的仿真軟件用于實驗教學(xué)，可以脫離實驗箱限制等。但這些設(shè)備、手段單獨使用均有不足之處，僅有實驗板功能還不夠完善。仿真工具不能完全代替實物，但可以在預(yù)習(xí)階段或者課后總結(jié)時使用。

如圖1所示，各種實驗設(shè)備或軟件可以取長補短，結(jié)合實際情況合理選用。把實驗箱或?qū)嶒炁_當(dāng)做基礎(chǔ)平臺，結(jié)合仿真手段，根據(jù)需要自制實驗板和實驗?zāi)K，將新型芯片及其相關(guān)電路做成實驗?zāi)K，作為實驗設(shè)備的重要補充，以保證實驗內(nèi)容跟上單片機技術(shù)的發(fā)展，實現(xiàn)實驗設(shè)備的多樣化。

2.重視課外時間

任何一門課程，都需要大量的課外時間作補充。單片機的實驗課需要重視課外時間，實驗前的預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)是重點。學(xué)生的實驗過程如圖2所示。

實驗前教師布置任務(wù)，列出預(yù)習(xí)的具體要求，要求學(xué)生做好預(yù)習(xí)工作、寫好預(yù)習(xí)報告。沒有完成預(yù)習(xí)工作的學(xué)生，不允許做實驗。在預(yù)習(xí)階段，允許學(xué)生自由發(fā)揮，教師參照指導(dǎo)書里的實驗內(nèi)容給出實驗方向和準(zhǔn)則，讓學(xué)生查閱資料，設(shè)計實驗方案，進行論證，畫出電路圖，詳細說明實驗原理和步驟，列出預(yù)期結(jié)果并做仿真調(diào)試。由學(xué)生自行決定使用何種實驗設(shè)備，符合實驗的方向和準(zhǔn)則即可。這種實驗方法，學(xué)生必須在課外時間查閱大量的資料，獲取很多的信息，變被動為主動，充分調(diào)動自身積極性。當(dāng)然，該過程也需要適當(dāng)?shù)目己朔绞絹肀ＷC。為從源頭上杜絕抄襲的情況，同班級的學(xué)生在同一次實驗里所做內(nèi)容應(yīng)各不相同。

3.更新實驗內(nèi)容

實驗內(nèi)容的設(shè)計關(guān)系到知識點，是關(guān)鍵。傳統(tǒng)的實驗內(nèi)容是依據(jù)實驗箱或?qū)嶒炁_的硬件電路編制的，而這些內(nèi)容往往是生產(chǎn)廠家提供的，與實際脫節(jié)嚴(yán)重?？梢栽诖嘶A(chǔ)上拓寬選材途徑，例如從理論教學(xué)、學(xué)生競賽、教師科研、企業(yè)案例中選擇，精心設(shè)計，貫穿知識點，特別要結(jié)合新發(fā)展的技術(shù)。例如D/A轉(zhuǎn)換實驗，實驗箱提供的往往是DAC0832電路模塊，但實際應(yīng)用很少，在設(shè)計D/A轉(zhuǎn)換實驗時可以增加較常用的串行多通道10位以上的D/A轉(zhuǎn)換實驗，通過兩種轉(zhuǎn)換器的比較，加深學(xué)生的理解，提高學(xué)生在應(yīng)用場合選擇芯片和設(shè)計電路的能力。或者指定實驗的內(nèi)容為D/A轉(zhuǎn)換、電壓輸出，具體的方案由學(xué)生自行設(shè)計、自由發(fā)揮。

4.注意課程知識的聯(lián)系

單片機是一門綜合性很強的課程，需要用到電子、計算機、數(shù)學(xué)等學(xué)科的知識。模電、數(shù)電和C語言程序設(shè)計是其先修課程，先修課程的基礎(chǔ)對單片機課程的學(xué)習(xí)影響很大，容易拉大學(xué)生的學(xué)習(xí)差距。由于實驗學(xué)時的限制，先修課程的知識點無法在課堂上重新講解，需要學(xué)生平時自行完成相關(guān)學(xué)習(xí)。針對這種情況，為加強各門課程之間的聯(lián)系，編寫了一本實驗指導(dǎo)書補充手冊，將實驗中用到的單片機課程以外的知識要點和原理列出來，以供學(xué)生查閱參考。例如實驗中用到了運算放大器，這是模電課程的知識，但在單片機應(yīng)用里卻不可缺少，學(xué)生若是不能理解，極有可能影響到整個實驗的完成。這種情況要在手冊中注明，以供學(xué)生預(yù)習(xí)時查閱。

5.建立合理的考核評價體系

考核評價體系需要公平合理的體現(xiàn)學(xué)生在整個實驗中的工作量、發(fā)揮和創(chuàng)新，杜絕抄襲現(xiàn)象，因此設(shè)計考核方式需要科學(xué)、合理。實驗的考核可以分成預(yù)習(xí)報告、實驗操作、實驗報告、發(fā)揮創(chuàng)新幾部分。預(yù)習(xí)報告主要在于實驗原理的描述，包括電路連接原理、芯片工作原理、程序設(shè)計原理、實驗效果原理等部分。預(yù)習(xí)報告要求學(xué)生自行查閱資料、自學(xué)實驗中用到的其他課程知識、清楚實驗的原理和步驟以及要得到的數(shù)據(jù)與結(jié)果等。整個實驗的情況為：實驗操作部分的考核著重在規(guī)定的時間內(nèi)實驗完成的結(jié)果和質(zhì)量；實驗報告體現(xiàn)學(xué)生的實驗結(jié)果，在實驗過程中遇到的問題和解決方法，以及對本實驗的心得體會及改進意見等，這部分可以考查學(xué)生分析問題、解決問題的能力，改進和創(chuàng)新的能力；發(fā)揮和創(chuàng)新部分著重激勵學(xué)生不拘泥于所做的實驗、突破慣性思維的限制、大膽創(chuàng)新，鼓勵學(xué)生深入并廣泛的探索，或者自行設(shè)計類似的實驗、設(shè)定要驗證的內(nèi)容等。實驗的成績構(gòu)成及比例如下所示：

總分=預(yù)習(xí)報告（占20%）+實驗操作（占20%）+實驗總結(jié)報告（占20%）+實驗答辯（占20%）+發(fā)揮（占20%）。每一項還可以細分成幾個小項。

三、結(jié)束語

總之，單片機實驗教學(xué)是單片機教學(xué)中的一個重要環(huán)節(jié)，需要切實從培養(yǎng)學(xué)生動手和創(chuàng)新能力的角度出發(fā)，跟上單片機技術(shù)的發(fā)展，從實驗內(nèi)容設(shè)計、實驗設(shè)備多樣化、重視課程知識體系間的聯(lián)系、充分利用學(xué)生課外時間、完善考核評價體系等方面著手，進行實驗教學(xué)改進，推動單片機實驗教學(xué)的發(fā)展。

參考文獻：

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（責(zé)任編輯：孫晴）