單片機實驗教學(xué)改革探索

摘 要：單片機原理及其應(yīng)用是一門實踐性很強的課程，實踐分析、設(shè)計和動手能力反映出學(xué)生對該課程的掌握程度，單片機原理及其應(yīng)用實驗教學(xué)改革對學(xué)生的實踐設(shè)計和創(chuàng)新能力培養(yǎng)和訓(xùn)練有著非常重要的作用。本文提出的單片機原理及其應(yīng)用實驗教學(xué)改革方法，能夠有效提高學(xué)生的單片機實踐能力，也將逐步提高該課程的實驗教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)水平，達到良好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：單片機;實驗教學(xué);改革

基金項目：西北民族大學(xué)2016年校級教改項目（項目編號：2016XJJG-29）。

單片機原理及其應(yīng)用是計算機應(yīng)用、電氣工程及其自動化、電子信息工程、通信工程、自動化、機械工程和物聯(lián)網(wǎng)等專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，是理論和實際緊密結(jié)合的應(yīng)用性很強的一門課程，實踐教學(xué)占有很重要的位置。在理論學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，通過實踐使學(xué)生掌握單片機程序設(shè)計和接口應(yīng)用的基本方法，能綜合運用單片機的軟、硬件技術(shù)分析實際問題，為后續(xù)課程、創(chuàng)新活動、畢業(yè)設(shè)計以及今后的工作提供專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)知識和基本技能，也為工業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究和實驗設(shè)備等領(lǐng)域的單片機應(yīng)用和開發(fā)打下良好的基礎(chǔ)。

1 單片機實驗教學(xué)現(xiàn)狀分析

首先，單片機實踐教學(xué)中實驗內(nèi)容通常是理論知識的驗證，往往是預(yù)先由教師設(shè)計好相應(yīng)的實驗題目，然后由學(xué)生照本宣科地重復(fù)，完成教學(xué)大綱所規(guī)定的實驗。這種實驗教學(xué)方法不利于培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和工程應(yīng)用能力，同時也不能進一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主觀能動性，甚至出現(xiàn)了學(xué)生抄襲程序和實驗報告的不良現(xiàn)象。

其次，單片機實驗設(shè)備高度集成化。目前做單片機實驗時，實驗設(shè)備大多為高度集成的實驗箱。學(xué)生每次實驗只用到實驗箱上很少的器件，并且單片機的輔助電路以及擴展等電路基本已經(jīng)分配好，學(xué)生做實驗時只需要連接幾根導(dǎo)線。在這樣的實驗箱上做實驗，效果不好，不能提高學(xué)生的動手能力和解決問題的能力。

再次，實驗內(nèi)容設(shè)置不合理?；疽则炞C性的實驗為主，較少涉及運用理論知識去解決實際問題的實驗項目。這樣不利于發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性，也不利于培養(yǎng)學(xué)生動手應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力。

最后，實驗考核方式陳舊。以往的單片機實驗考核采用在做過的幾個實驗中抽考一個，不能很好地反映學(xué)生真實的實踐能力，平時動手能力差的學(xué)生通過死記硬背也能考個好成績，這對于動手能力強的學(xué)生不公平，體現(xiàn)不出他們的真正能力。實驗考核成績區(qū)分度很低，說明考試方式存在問題，需要進行改革。

2 具體改革措施

2.1 改革實驗教學(xué)方法

單片機原理及其應(yīng)用實驗指導(dǎo)書只給出實驗的任務(wù)、要求以及原理性說明，學(xué)生必須根據(jù)實驗的目的和要求，獨立設(shè)計實驗的硬件電路和程序，在Proteus仿真軟件里首先調(diào)試通過;調(diào)試通過后，依據(jù)原理圖，在單片機實驗箱或單片機開發(fā)板上搭建實際的硬件實驗電路，對軟硬件進行聯(lián)機調(diào)試。鼓勵學(xué)生自行設(shè)計實驗，鍛煉解決實際工程問題的能力。

2.2 改進單片機實驗設(shè)備

在現(xiàn)有單片機實驗箱的基礎(chǔ)上，增加或更新單片機實驗設(shè)備。原來的單片機實驗箱可以進行一些驗證性實驗操作，對于設(shè)計性和綜合性實驗項目，因其高度集成化和有限的外圍電路，其實驗資源很少對學(xué)生完全開放，實現(xiàn)起來非常困難，并且其實驗操作性質(zhì)還是利用仿真器進行仿真，達不到鍛煉學(xué)生進行工程設(shè)計的能力。針對這種情況，考慮采用單片機開發(fā)板來進行實驗，它的開放性設(shè)計可以把單片機及其外圍電路完全提供給用戶，而且硬件資源非常豐富，學(xué)生可以根據(jù)實驗項目自主選用開發(fā)板上的資源。同時，單片機開發(fā)板的實驗操作完全是工程項目的設(shè)計和實施過程，能夠鍛煉學(xué)生的動手實踐能力，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)單片機的興趣及學(xué)習(xí)主觀能動性，提高學(xué)生科研能力和創(chuàng)新能力。

2.3 修改單片機實驗項目

對單片機原理及其應(yīng)用課程教學(xué)大綱中的實驗部分進行分析和修改，減少驗證性實驗項目，增加設(shè)計性和綜合性實驗項目。新版的專業(yè)培養(yǎng)方案取消了單片機原理及其應(yīng)用課程設(shè)計，而改為專業(yè)設(shè)計。因此，修改教學(xué)大綱的實驗部分時，可以考慮增加一些簡單的實際應(yīng)用設(shè)計和綜合性項目，這可能需要較長的實驗學(xué)時，但因為采用單片機開發(fā)板進行設(shè)計和調(diào)試，一些沒有完成的實驗內(nèi)容可以在課后繼續(xù)，使得實驗進一步延伸，也增加了學(xué)生的課外學(xué)習(xí)興趣。

2.4 改革單片機實驗考核方式

原來的單片機實驗考核采用在做過的幾個實驗中抽考一個，不能很好地反映學(xué)生真實的實踐能力，實驗考核成績區(qū)分度很低。結(jié)合前幾項改革內(nèi)容，可以考慮采用綜合能力考核的方式?？梢圆捎脝纹瑱C課程設(shè)計的形式進行實驗考核，提前給出設(shè)計課題，讓學(xué)生自行設(shè)計硬件電路和編程，在單片機開發(fā)板上進行調(diào)試，撰寫實驗報告。

3 單片機實驗教學(xué)改革效果

首先，實驗教學(xué)過程引入Protues仿真軟件，結(jié)合以前采用的Keil軟件，整個實驗過程從硬件電路設(shè)計、源程序編輯，到實物仿真調(diào)試，觀察現(xiàn)象，原理清楚，過程清晰，更有助于學(xué)生學(xué)習(xí)單片機內(nèi)容及其應(yīng)用，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)單片機的興趣。Proteus所提供的軟件庫中，大部分可以直接用于接口電路的搭建，同時該軟件所提供的儀表，不管在數(shù)量還是在質(zhì)量上都是可靠和經(jīng)濟的。如果在實驗教學(xué)中投入這樣的真實儀器儀表，僅儀表的維護來講，其工作量也是比較大的。實驗過程中損耗小，基本沒有元器件的損耗問題。因此采用軟件的方式進行教學(xué)，其經(jīng)濟優(yōu)勢是比較明顯的。采用仿真軟件后，對于實際工程問題的研究，可以先在軟件環(huán)境中模擬通過，再進行硬件投入。這樣處理，不僅省時省力，還可以節(jié)省因方案不正確所造成的硬件投入的浪費。

其次，實驗報告的撰寫內(nèi)容教師給予學(xué)生的部分越來越少了。以前的實驗指導(dǎo)書，從實驗?zāi)康牡綄嶒灢襟E、實驗結(jié)果都有詳細的介紹，導(dǎo)致學(xué)生撰寫的實驗報告千篇一律，存在嚴重的抄襲現(xiàn)象。項目實施期間，除了實驗的任務(wù)、要求以及原理性說明外，教師基本上不給學(xué)生實驗指導(dǎo)書，學(xué)生必須根據(jù)實驗的目的和要求，獨立設(shè)計實驗的硬件電路和源程序，先用Proteus進行仿真，然后在單片機開發(fā)板上搭建實際的硬件實驗電路，對軟硬件進行聯(lián)機調(diào)試。不但很好地杜絕了學(xué)生相互抄襲實驗報告，還能鼓勵學(xué)生自行設(shè)計實驗，增加學(xué)習(xí)自信心，鍛煉解決實際工程問題的能力。

最后，實驗設(shè)備更新后，采用單片機開發(fā)板進行實驗大幅改變了實驗項目，其完全開放的硬件資源，可以支撐教師大膽增加設(shè)計性和綜合性實驗項目，改進實驗教學(xué)方法和實驗考核方式。其豐富的設(shè)計樣例和配套的開發(fā)套件，為學(xué)生進行課后學(xué)習(xí)和訓(xùn)練提供了非常便利的條件，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力。

4 結(jié)束語

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)，通過以上實驗教學(xué)方法改革，能夠有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，促進學(xué)生創(chuàng)新能力的提高，培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力和團隊精神，從而保證教學(xué)質(zhì)量，總之，我們要切實從培養(yǎng)學(xué)生的角度出發(fā)，跟上單片機技術(shù)的迅猛發(fā)展，通過多種途徑，不斷探索研究單片機實驗教學(xué)改進，推動單片機實驗教學(xué)發(fā)展，使學(xué)生的綜合素質(zhì)得到切實提高，為其以后在更高層次的應(yīng)用打下扎實基礎(chǔ)。

參考文獻

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[2]朱清慧，張鳳蕊，翟天嵩，王志奎.Proteus教程——電子線路、制版與仿真[M].北京：清華大學(xué)出版社，2008，9.

作者簡介

馬惠蘭（1969-），女，回族，甘肅康樂縣人，副教授，研究方向：嵌入式系統(tǒng)及其應(yīng)用。