獨立設(shè)課的單片機實驗教學(xué)改革與探索

丁保華+陳軍+孟凡喜

摘 要 單片機是對實踐性要求很強的課程，傳統(tǒng)的理論和實驗混編課程形式難以滿足單片機實驗教學(xué)的要求。本文提出了獨立設(shè)置單片機實驗課程的實驗課程改革方法并進行了實踐探索。豐富了實驗內(nèi)容，提高了單片機實驗教學(xué)的地位和學(xué)生參與實驗的興趣和能力，促進了實驗教學(xué)的進一步改革。

關(guān)鍵詞 獨立實驗課 單片機 實驗教學(xué)改革

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A

Experimental Teaching Reform and Exploration on

Independent Experiment Course of MCU

DING Baohua， CHEN Jun， MENG Fanxi

（School of Mechanical and Electronic Engineering， China University of Mining and Technology， Xuzhou Jiangsu 221116）

Abstract The course of MCU is strong requirement to practices， and the traditional course form with theory and experiment is difficult to meet experimental teaching of MCU. In the paper experimental reform method by independent experiment course of MCU is presented and has explored the practices， which enriches the experimental contents， improves the position of MCU experiment and students interest and ability to take part in the experiments， promotes the deep reform of experimental teaching.

Key words independent experiment course； MCU； experimental teaching reform

單片機課程是工科院校機電相關(guān)多專業(yè)的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課程，也是后續(xù)課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計的重要基礎(chǔ)。主要培養(yǎng)學(xué)生掌握單片機軟硬件的基礎(chǔ)知識和設(shè)計開發(fā)單片機實際應(yīng)用系統(tǒng)的初步能力，是對實踐性要求較高的課程。單片機課程教學(xué)不僅要重視理論教學(xué)模式和方法，更要重視加強實驗教學(xué)內(nèi)容及實驗方式方法的改革，更有利于培養(yǎng)學(xué)生的實際動手能力、創(chuàng)新能力、綜合思維能力。

1 單片機理論與實驗混編課程教學(xué)模式

在高等院校創(chuàng)新性人才培養(yǎng)改革的實踐過程中，課程實驗等環(huán)節(jié)越來越得到加強和重視，但是受傳統(tǒng)觀念的固有影響，重視理論教學(xué)而輕視實踐的狀況沒有得到根本的轉(zhuǎn)變，實驗教學(xué)一般是作為課堂理論教學(xué)的驗證而設(shè)立的。從課程教學(xué)編排上，課堂理論與實驗教學(xué)混編課程仍是最常見的一種教學(xué)模式。這種模式下，一門課程劃分為理論教學(xué)和實驗教學(xué)兩部分，課程成績統(tǒng)一評定，實驗的成績占到課程總成績一部分。隨著高教改革的深入，實踐能力的培養(yǎng)越來越受到重視，這種混編課程教學(xué)模式，對于單片機這類實踐性要求較高的課程越發(fā)表現(xiàn)出不足。主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

首先，實驗學(xué)時不足且難以擴充。單片機課程的總學(xué)時是確定的，實驗學(xué)時也只能占到其一少部分，如在原來的教學(xué)計劃中單片機總學(xué)時為48學(xué)時，安排有10個學(xué)時的實驗，這對于課內(nèi)實驗來說已經(jīng)是比較多的學(xué)時安排了，但這對于進行單片機較全面的實驗是遠不夠的，如果要增加實驗學(xué)時，理論課時就要相應(yīng)較少，協(xié)調(diào)起來比較困難。其次，實驗的時間跨度受到較大限制。由于單片機的課堂理論教學(xué)與實驗是要作為一門課給出成績的，基本上是課堂教學(xué)結(jié)束，相應(yīng)的實驗也基本上應(yīng)該結(jié)束，然后再統(tǒng)一安排考試及成績的評定，這樣就造成了實驗要相對集中地安排，實驗室在這個時間段內(nèi)負荷非常高，實驗的周期較短，實驗時間的靈活性受到很大的限制，甚至影響正常的實驗質(zhì)量。第三，設(shè)計性和綜合性多學(xué)時實驗開展困難。由于實驗的學(xué)時數(shù)少，而單片機諸如存儲器、中斷、定時器、鍵盤顯示等等需要實驗訓(xùn)練的項目內(nèi)容又比較多，只能安排學(xué)時數(shù)比較少的驗證性實驗，且實驗過程中主要是在教師的主導(dǎo)下進行，學(xué)生一般是被動地接受，這樣雖然可以縮短實驗的時間，但學(xué)生的獨立思考能力、實踐能力和創(chuàng)新能力得不到有效的鍛煉。學(xué)生普遍感到學(xué)完該課程后，并沒有真正掌握單片機系統(tǒng)完整的知識。

2 獨立設(shè)課的單片機實驗教學(xué)

針對單片機課程特點，加強學(xué)生的動手及實驗?zāi)芰Γ嵘龑嶒灲虒W(xué)的地位及提高單片機教學(xué)質(zhì)量，對單片機的課程進行了較全面的改革。將單片機教學(xué)改為理論教學(xué)和實踐教學(xué)兩門獨立課程，從單片機整體系統(tǒng)出發(fā)對實驗項目及內(nèi)容重新進行規(guī)劃、整合及擴充，將單片機的實驗教學(xué)提升一門獨立的實踐類課程，與理論課堂教學(xué)并行開設(shè)。這樣從根本上改變了實驗教學(xué)的附屬地位，不但實驗學(xué)時得到充分加強，而且在實驗內(nèi)容的安排上更具有全面性、系統(tǒng)性和靈活性。

首先，單片機實驗內(nèi)容大大擴展了。在單片機理論與實驗混編的課程教學(xué)中，實驗只有10個學(xué)時，而獨立設(shè)置單片機實驗課程后，必修實驗學(xué)時擴充到了24學(xué)時，而且還擴充了大量的選修實驗，學(xué)生可以從單片機整體系統(tǒng)的概念出發(fā)，對單片機的存儲器結(jié)構(gòu)、程序編寫、計數(shù)器和中斷應(yīng)用、通訊方式、A/D和D/A轉(zhuǎn)換、鍵盤和顯示等主要構(gòu)成等方面得到較為全面的實驗訓(xùn)練。

第二，單片機實驗時間更加靈活了。作為獨立的實驗課程，不再完全服從于課堂理論教學(xué)的時間安排，選擇實驗的時間上具有很大的靈活性，有利于實驗室的真正開放和開放性實驗教學(xué)的開展。實驗時間跨度貫穿整個學(xué)期，也避免了實驗室在一段時間內(nèi)超負荷運轉(zhuǎn)的不合理的情況。在實驗過程中除了單片機開發(fā)系統(tǒng)的使用以及基本的指令結(jié)構(gòu)程序?qū)嶒炗衫蠋熂邪才泡o導(dǎo)之外，多數(shù)實驗項目由學(xué)生以實驗小組的形式自由與實驗室聯(lián)系，自主地決定實驗的時間和實驗內(nèi)容。也不再以嚴格的課堂學(xué)時數(shù)限定實驗時間，而是按上午、下午和晚上三個單元進行，以保障學(xué)生有充分的實驗時間和適應(yīng)于不同層次學(xué)生的情況。endprint

第三，選做實驗項目得到有效實施。不論是混編課程中的實驗，還是獨立實驗課程實驗，都有作為教學(xué)指導(dǎo)性規(guī)范文件的實驗大綱。在大綱中除了有必做的實驗項目，還安排了大量的選修實驗項目，其目的就是給學(xué)生充分的實驗機會和個性的發(fā)揮。但混編課程的實驗，在相對時間內(nèi)實驗的時間緊，任務(wù)重，基本上是教師集中指導(dǎo)實驗，從頭到尾所有學(xué)生在相同時間做同樣的實驗內(nèi)容，學(xué)生自己選做實驗的機會幾乎沒有，不利于學(xué)生實驗的興趣的提高和個性特點的發(fā)揮。獨立設(shè)置實驗課程后，實驗的內(nèi)容大大豐富了，給學(xué)生更多的選修實驗的機會。如規(guī)定了必修實驗內(nèi)容占實驗總學(xué)時的50%左右，以培養(yǎng)學(xué)生掌握單片機的基本內(nèi)容；另外50%學(xué)時作為選修內(nèi)容，學(xué)生可以從選做的實驗項目中選擇，同時規(guī)定了設(shè)計性實驗和綜合性實驗的選擇比例。這樣既保障了學(xué)生對單片機各部分的基礎(chǔ)訓(xùn)練，也可以使學(xué)生不同的興趣特點得到發(fā)揮，例如在A/D轉(zhuǎn)換的實驗項目中就有三個實驗內(nèi)容供學(xué)生選擇：常規(guī)溫度的采樣計算，應(yīng)變片稱重的力信號的采樣計算以及電阻位移傳感器的線性位移測量，學(xué)生選做一項就可以，這樣學(xué)生既掌握了A/D轉(zhuǎn)換器的基本使用，又體現(xiàn)了不同物理量的處理上的差異性，有利于培養(yǎng)學(xué)生的動手和探究的興趣。

3 完善實驗過程管理與評價

實驗管理是實驗教學(xué)能夠正常開展的保障，是實驗教學(xué)深化改革的重要方面。單片機獨立實驗課的開展，實驗內(nèi)容以及實驗時間的靈活性大大增加了，指導(dǎo)教師的地位和角色也應(yīng)該適應(yīng)這種變化和要求。

首先，實驗室應(yīng)該逐步實現(xiàn)真正的開放運行，包括時間上開放和內(nèi)容的開放。對單片機的必修實驗項目內(nèi)容實行時間上的開放，學(xué)生以班級的形式與實驗室協(xié)商實驗時間，統(tǒng)一組織實驗，使學(xué)生盡快熟悉單片機實驗開發(fā)系統(tǒng)和單片機的基本功能；而對于另外50%的選修實驗項目，學(xué)生以小組的形式進行，實行時間及內(nèi)容的開放。

第二，要轉(zhuǎn)變實驗教學(xué)的指導(dǎo)方式。受傳統(tǒng)觀念的長期影響，實驗指導(dǎo)大多仍采用的是課堂理論教學(xué)的方法，教師把內(nèi)容、步驟等詳細講授一遍，學(xué)生按部就班重復(fù)一遍，老師處于中心主導(dǎo)地位，學(xué)生雖然可以盡快完成實驗，但動手創(chuàng)新能力被大大壓制了。轉(zhuǎn)變指導(dǎo)方式就是要把學(xué)生作為主體地位，教師則是輔導(dǎo)者和討論的參與者，使學(xué)生處在自主的實驗環(huán)境當中，甚至可以讓學(xué)生經(jīng)歷些失敗，在失敗的過程中掌握知識、積累經(jīng)驗和再學(xué)習(xí)，在一定的壓力下激發(fā)學(xué)生實驗的興趣、主動性及探究知識的熱情。

第三，加強實驗過程評價。以往的實驗主要以學(xué)生的實驗報告來評價，過于重視結(jié)果而輕視過程。對學(xué)生實踐訓(xùn)練來說實驗結(jié)果固然重要，但過程更重要，這也對指導(dǎo)教師提出了更高的要求。教師需掌握學(xué)生從實驗預(yù)習(xí)、方案討論、實際操作過程及結(jié)果、總結(jié)報告等全面情況，才能給出合理公正的評價。也不再進行單獨的實驗考試，而是對整個實驗過程進行考察，避免片面性和偶然性的發(fā)生，也有利于培養(yǎng)學(xué)生嚴謹?shù)膶嶒瀾B(tài)度。

4 結(jié)束語

單片機實驗無論是實驗教學(xué)內(nèi)容的改革，還是實驗教學(xué)管理體系的改革，其目的是要切實提高單片機實踐教學(xué)質(zhì)量， 豐富和完善單片機實驗教學(xué)內(nèi)容，使學(xué)生能真正產(chǎn)生濃厚的興趣，變被動性的實驗為主動性的實驗，從而掌握單片機的本質(zhì)內(nèi)容，提高單片機的實際應(yīng)用能力。當然，單片機實驗教學(xué)的改革也只是做了一定的嘗試，得到了學(xué)生的肯定，學(xué)生實驗的主動性明顯提高，并取得了較好的效果。今后需進一步加強單片機應(yīng)用技術(shù)的系統(tǒng)實踐，使課程實驗與專業(yè)實踐，乃至畢業(yè)設(shè)計做到有機聯(lián)系和銜接，實行真正的開放式實驗教學(xué)，深化實驗教學(xué)改革。

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