應(yīng)用型本科院校單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革研究*

葉宗海（福建師范大學(xué)閩南科技學(xué)院，福建 泉州 362332）

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應(yīng)用型本科院校單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革研究*

葉宗海
（福建師范大學(xué)閩南科技學(xué)院，福建 泉州 362332）

摘要：單片機(jī)技術(shù)課程是本科院校普遍開設(shè)的一門課程，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是該課程的重要環(huán)節(jié)，影響著學(xué)生應(yīng)用和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。針對當(dāng)前單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀，從教學(xué)方式和方法、實(shí)驗(yàn)考核、課程體系等角度進(jìn)行了分析，結(jié)合本院單片機(jī)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)情況，提出相應(yīng)的改革措施，以促進(jìn)和提高教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：單片機(jī)實(shí)驗(yàn)；改革；教學(xué)內(nèi)容；教學(xué)方式；考核方式

一、概述

應(yīng)用型本科院校，有別于傳統(tǒng)的學(xué)術(shù)型大學(xué)，也區(qū)別于高等職業(yè)技術(shù)院校。其主要任務(wù)在于實(shí)施應(yīng)用性本科教育，培養(yǎng)應(yīng)用型創(chuàng)新人才。其教學(xué)模式上靈活多樣，既有理論學(xué)習(xí)，又有實(shí)踐教學(xué)，且更加注重通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)來培養(yǎng)解決問題的能力。單片機(jī)技術(shù)是一門專業(yè)性、實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，也是各類高校工科學(xué)生普遍學(xué)習(xí)的專業(yè)基礎(chǔ)課程［1］。這門課程注重理論與實(shí)踐相結(jié)合，而單片機(jī)實(shí)驗(yàn)在整個課程的教學(xué)中起著相當(dāng)重要的作用，通過實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，鞏固理論知識，培養(yǎng)把理論知識轉(zhuǎn)變?yōu)楣こ虒?shí)踐應(yīng)用的能力［2］。為適應(yīng)我院應(yīng)用型人才的培養(yǎng)，針對當(dāng)前現(xiàn)狀及存在問題，結(jié)合自身多年硬件課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，談?wù)剬纹瑱C(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的看法。

二、單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀

單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的是通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)，使學(xué)生掌握單片機(jī)的原理，掌握單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，為學(xué)生今后從事硬件相關(guān)工作打下基礎(chǔ)［3］。傳統(tǒng)的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：1.實(shí)驗(yàn)教學(xué)以教師為中心，由教師講述實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?nèi)容、原理及實(shí)驗(yàn)步驟，學(xué)生在規(guī)定的時間內(nèi)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書上預(yù)先設(shè)計(jì)好的實(shí)驗(yàn)，按照對應(yīng)電路與步驟，連接電路，輸入程序后進(jìn)行運(yùn)行與驗(yàn)證，用一樣的實(shí)驗(yàn)方式和步驟完成實(shí)驗(yàn)，教學(xué)模式單一，實(shí)驗(yàn)方式陳舊落后［4］。另外，實(shí)驗(yàn)教學(xué)中一般都采用的實(shí)驗(yàn)設(shè)備是硬件實(shí)驗(yàn)箱，其特點(diǎn)是高度集成化、模塊化和電路資源不夠，實(shí)驗(yàn)過程中可自主設(shè)計(jì)部分較少，實(shí)驗(yàn)時只需進(jìn)行簡單連線即可，造成學(xué)生主動思考不夠，動手操作能力不足，不能滿足綜合性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)的需要。2.在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)置上，基本上以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，比如單片機(jī)I/O口控制、鍵盤與顯示、定時/計(jì)數(shù)器、中斷實(shí)驗(yàn)等。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)過多，綜合性、啟發(fā)性實(shí)驗(yàn)不夠，缺少大型設(shè)計(jì)性和綜合性實(shí)驗(yàn)［5］，對于單片機(jī)這門課程來說，這種方式培養(yǎng)的學(xué)生缺少系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用能力，不利于應(yīng)用型人才的培養(yǎng)。3.實(shí)驗(yàn)考核方式上也有不足。一般單片機(jī)實(shí)驗(yàn)是依附于理論教學(xué)的，沒有獨(dú)立設(shè)課，實(shí)驗(yàn)無獨(dú)立學(xué)分，學(xué)生對實(shí)驗(yàn)重視度不夠，只注重于期末的考試，實(shí)驗(yàn)過程、數(shù)據(jù)記錄和報告應(yīng)付性完成，影響了教師對學(xué)生的量化考核，也影響學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

除了以上幾點(diǎn)，單片機(jī)實(shí)驗(yàn)設(shè)備不能完全滿足實(shí)驗(yàn)教學(xué)需求。存在實(shí)驗(yàn)設(shè)備更新慢、設(shè)備陳舊和數(shù)量不足問題。在課程體系與專業(yè)人才培養(yǎng)方案上，也存在不足。比如部分專業(yè)上單片機(jī)技術(shù)課程時，還未開設(shè)過數(shù)字電路、未開設(shè)匯編語言程序設(shè)計(jì)與C語言程序設(shè)計(jì)等課程，這些課程的開設(shè)為單片機(jī)課程的進(jìn)行打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，否則無法進(jìn)行電路分析設(shè)計(jì)、程序編寫。除此之外，院系對實(shí)驗(yàn)重視程度不夠，存在單片機(jī)實(shí)驗(yàn)學(xué)時不足，如理論授課與實(shí)驗(yàn)學(xué)時比為48：16，無法進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)等內(nèi)容的開展。

三、改革措施

對單片機(jī)技術(shù)等硬件課程實(shí)驗(yàn)來說，對硬件設(shè)備依賴度很高，必須保證硬件設(shè)備及時更新替換，并且有足夠數(shù)量可供學(xué)生實(shí)驗(yàn)。在課程教學(xué)體系安排合理的情況下，必須要提高對硬件實(shí)驗(yàn)的重視程度，對初學(xué)者來說，單片機(jī)實(shí)驗(yàn)涉及軟硬件設(shè)計(jì)和編程能力，相對難度較大，必須要增加實(shí)驗(yàn)學(xué)時，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，以便進(jìn)行綜合實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)，提高學(xué)生動手與綜合應(yīng)用能力。更重要的是，單片機(jī)實(shí)驗(yàn)要在以下三方面進(jìn)行重點(diǎn)改革。

（一）教學(xué)內(nèi)容改革

根據(jù)單片機(jī)課程特點(diǎn)，結(jié)合經(jīng)典的51單片機(jī)進(jìn)行教學(xué)，將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分為基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、進(jìn)階實(shí)驗(yàn)、綜合實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，從基礎(chǔ)到創(chuàng)新應(yīng)用，層層深入，充分培養(yǎng)學(xué)生動手實(shí)踐與應(yīng)用能力［2］。基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要有熟悉實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、I/O口控制、鍵盤、八段數(shù)碼管顯示、中斷、定時/計(jì)數(shù)器、I/O口擴(kuò)展等。目前單片機(jī)程序開發(fā)可以采用匯編語言和C語言進(jìn)行，由于匯編語言屬于低級程序語言，可讀性較差，特別是程序代碼較長的情況下。C語言具有可讀性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)化好的優(yōu)點(diǎn)，而單片機(jī)C51語言由C語言繼承而來，可在單片機(jī)平臺運(yùn)行，因此51單片機(jī)編程采用C51編程語言。另外，實(shí)驗(yàn)時要特別注重學(xué)生C51編程習(xí)慣和能力培養(yǎng)?；A(chǔ)實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生了解和熟悉單片機(jī)系統(tǒng)工作原理與編程控制。進(jìn)階實(shí)驗(yàn)內(nèi)容有AD轉(zhuǎn)換、I2C總線，UART總線、IC卡、液晶顯示屏、LED廣告屏顯示等實(shí)驗(yàn)，軟硬件設(shè)計(jì)方面相對難度更高，目的是讓學(xué)生熟悉常用器件與單片機(jī)接口，學(xué)習(xí)對這些器件的軟硬件設(shè)計(jì)與控制，培養(yǎng)學(xué)生基本應(yīng)用設(shè)計(jì)能力。綜合實(shí)驗(yàn)需要結(jié)合各種器件與電路進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，綜合性較強(qiáng)。如紅外報警系統(tǒng)設(shè)計(jì)、直流電機(jī)轉(zhuǎn)速測量與控制、多功能時鐘設(shè)計(jì)等實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生對單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與綜合運(yùn)用能力。創(chuàng)新應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，學(xué)生結(jié)合自已的創(chuàng)意，自行設(shè)計(jì)電路和選擇設(shè)備器件進(jìn)行，充分發(fā)揮學(xué)生創(chuàng)造力、培養(yǎng)應(yīng)用設(shè)計(jì)與解決實(shí)際問題能力。鼓勵學(xué)生結(jié)合TI、合泰HT公司等系列新型單片機(jī)，進(jìn)行智能化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，如設(shè)計(jì)智能太能陽路燈、MP3播放器等系統(tǒng)。在實(shí)驗(yàn)學(xué)時足夠的情況下，創(chuàng)新應(yīng)用實(shí)驗(yàn)內(nèi)容可以采用課程設(shè)計(jì)方式進(jìn)行，教師提供題目，讓學(xué)生自行選擇，根據(jù)題目系統(tǒng)的大小，采用一人或多人合作的方式進(jìn)行，以此鍛煉學(xué)生獨(dú)立解決問題與團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。

（二）教學(xué)方法改革

學(xué)好單片機(jī)技術(shù)，要注重單片機(jī)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。除了進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容改革之外，也需要在教學(xué)方法上進(jìn)行改革。由于實(shí)驗(yàn)學(xué)時相對較少，且需要完成多個實(shí)驗(yàn)，每次實(shí)驗(yàn)可能需要完成一至兩個實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)時還要進(jìn)行軟硬件設(shè)計(jì)、編程調(diào)試等工作。為了保障在有限的實(shí)驗(yàn)時間內(nèi)高質(zhì)量高效率完成，要求學(xué)生實(shí)驗(yàn)前進(jìn)行預(yù)習(xí)。教師提前布置實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，學(xué)生在課余時間，根據(jù)要求，結(jié)合實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)相關(guān)內(nèi)容和編程，做到實(shí)驗(yàn)前預(yù)習(xí)整個實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)［4］。實(shí)驗(yàn)時，教師講解實(shí)驗(yàn)工作原理，現(xiàn)場演示實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與系統(tǒng)，這很關(guān)鍵，能讓學(xué)生直觀的看到實(shí)驗(yàn)運(yùn)行結(jié)果，引發(fā)思維碰撞。實(shí)驗(yàn)時學(xué)生驗(yàn)證自已設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，通過對比了解實(shí)驗(yàn)錯誤所在、哪些方面需要改進(jìn)與完善，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。另外，在適當(dāng)?shù)臅r候，教師將實(shí)驗(yàn)電路與程序共享，供未完成實(shí)驗(yàn)的學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)論證，以建立學(xué)習(xí)的自信心。實(shí)驗(yàn)完成后，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)總結(jié)，在課余時間完成實(shí)驗(yàn)報告。在激發(fā)學(xué)習(xí)單片機(jī)技術(shù)的積極性和創(chuàng)新性方面，鼓勵學(xué)生參與校內(nèi)外電子設(shè)計(jì)比賽、電子作品展覽、全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽、省大學(xué)生合泰杯單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)競賽等活動，提升單片機(jī)應(yīng)用水平。在有條件的情況下，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室開放，讓學(xué)生有更多的時間進(jìn)行單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、開發(fā)和實(shí)驗(yàn)，這種方式，提高了實(shí)驗(yàn)室利用率，也為學(xué)生學(xué)習(xí)單片機(jī)提供了實(shí)驗(yàn)條件。另外，在實(shí)驗(yàn)設(shè)備上，可以采用虛擬仿真軟件與硬件實(shí)驗(yàn)箱相結(jié)合方式。由于硬件實(shí)驗(yàn)箱可能存在硬件電路或芯片等方面不足，不能完全滿足于實(shí)驗(yàn)，安裝虛擬仿真軟件進(jìn)行，如安裝使用PROTUES仿真軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。以彌補(bǔ)硬件實(shí)驗(yàn)箱的短板，真正做到能實(shí)不虛、虛實(shí)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。也可以充分利用單片機(jī)廠家贈送的實(shí)驗(yàn)板或共建的實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)行創(chuàng)新應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，如合泰單片機(jī)實(shí)驗(yàn)板、TI單片機(jī)實(shí)驗(yàn)板等。讓學(xué)生除了學(xué)會使用基礎(chǔ)的51系列單片機(jī)，也可以對當(dāng)前主流單片機(jī)進(jìn)行開發(fā)應(yīng)用，提高創(chuàng)新應(yīng)用能力。

（三）考核方式改革

單片機(jī)實(shí)驗(yàn)在內(nèi)容與方法改革之外，還要對實(shí)驗(yàn)考核機(jī)制進(jìn)行改革，引起學(xué)生對單片機(jī)實(shí)驗(yàn)的重視，提高學(xué)習(xí)積極性。適當(dāng)增加實(shí)驗(yàn)學(xué)時，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)理論知識后，有時間在硬件實(shí)驗(yàn)室完成實(shí)驗(yàn)，也可以讓教師更好的進(jìn)行實(shí)驗(yàn)成績綜合評定。實(shí)驗(yàn)成績由平時實(shí)驗(yàn)成績、實(shí)驗(yàn)報告成績和實(shí)驗(yàn)考核成績組成［6］，為了實(shí)驗(yàn)成績評定的公平性，實(shí)驗(yàn)時要求每位學(xué)生獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)與報告，教師根據(jù)完成情況，給予客觀評分，綜合計(jì)算后做為課程平時成績。若單片機(jī)實(shí)驗(yàn)安排有課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，則需要安排課程答辨，根據(jù)系統(tǒng)完成程度以及學(xué)生的答辯情況，給予評分。此分?jǐn)?shù)可以做為課程期末成績，也可以做為實(shí)驗(yàn)考核成績。通過考核方式的改革，讓學(xué)生認(rèn)真對待每次實(shí)驗(yàn)，以此激勵他們學(xué)好單片機(jī)課程。

四、結(jié)束語

單片機(jī)是一門技術(shù)性、應(yīng)用性很強(qiáng)的課程，學(xué)好該課程，能夠提高學(xué)生動手實(shí)踐和創(chuàng)新能力，增加就業(yè)途徑，符合應(yīng)用型本科院校的人才培養(yǎng)方向。另外，單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，還受多種因素影響，比如教師授課水平、學(xué)生素質(zhì)、教學(xué)計(jì)劃等。以上僅從教學(xué)內(nèi)容、方式、考核等幾個方面做了探討，具體實(shí)行還需要根據(jù)單片機(jī)課程發(fā)展形式，結(jié)合院校自身教學(xué)特點(diǎn)與方式，不斷改革與實(shí)踐，以提高單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

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中圖分類號：G642

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：2096-000X（2016）13-0128-02

*基金項(xiàng)目：福建師范大學(xué)閩南科技學(xué)院“本科教學(xué)工程”項(xiàng)目基金（編號：MKJG-2015-013）

作者簡介：葉宗海（1980-），男，福建省屏南縣人，福建師范大學(xué)閩南科技學(xué)院實(shí)驗(yàn)師，本科，研究方向：計(jì)算機(jī)硬件實(shí)驗(yàn)教學(xué)、單片機(jī)技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)安全研究。

Abstract：The single-chip microcomputer technology course is a course that is generally set up in undergraduate colleges.Experimental teaching is an important practice link of the course，which affects the cultivation of students'application and innovation ability.In view of the current situation of the experimental teaching of SCM，combined with the SCM experimental situation in MSTI，this paper puts forward corresponding reform measures to promote and improve the quality of teaching from analyzing on teaching way and method，assessment and curriculum system.

Keywords：single-chip microcomputer experiment；reform；teaching content；teaching method；assessment