單片機課程實踐教學(xué)模式探索

李 莎

(湖北第二師范學(xué)院 a.物理與機電工程學(xué)院；b.湖北省太赫茲技術(shù)與光電子學(xué)專家工作站，武漢430205)

目前，單片機課程是各高等院校電子電氣類、計算機類、控制類等專業(yè)必修的專業(yè)課程[1]。該課程具有很強的實踐性、應(yīng)用性和綜合性，它強調(diào)軟、硬件技術(shù)的結(jié)合，是一門涉及電子技術(shù)、控制編程、傳感器、驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)等多門課程的綜合性應(yīng)用技術(shù)課程[2]。

單片機課程的特點決定了實踐教學(xué)對本課程的重要性，實踐教學(xué)效果的好壞直接關(guān)系到該課程整體的教學(xué)效果。本文從實踐教學(xué)的目標出發(fā)，分析當(dāng)前單片機課程的實踐教學(xué)現(xiàn)狀，探索實踐教學(xué)體系的構(gòu)建思路，為提高本課程的實踐教學(xué)效果提供一種可行的參考方案。

1 實踐教學(xué)目標

實踐教學(xué)是鞏固理論知識和加深理論認識的有效途徑，是培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識的高素質(zhì)工程技術(shù)人員的重要環(huán)節(jié)，是理論聯(lián)系實際、培養(yǎng)學(xué)生掌握科學(xué)方法和提高動手能力的重要平臺。通過實踐，一方面可使學(xué)生對單片機的工作原理及特性形成直觀、完整、系統(tǒng)的認識，加深學(xué)生對課程內(nèi)容的理解，使其更好地掌握單片機結(jié)構(gòu)及應(yīng)用技術(shù)；另一方面通過綜合性的實踐項目訓(xùn)練，可以培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用多種技能的能力，包括元器件應(yīng)用能力、電路設(shè)計能力、傳感器應(yīng)用能力、執(zhí)行機構(gòu)應(yīng)用能力、控制編程能力等。

2 單片機實踐教學(xué)現(xiàn)狀

實踐教學(xué)是單片機課程教學(xué)必不可少的環(huán)節(jié)。然而，目前本課程的實踐教學(xué)在實驗條件、教學(xué)內(nèi)容、方式、實踐結(jié)構(gòu)等方面普遍存在一些問題[3]-[6]。

2.1 實驗設(shè)備落后

經(jīng)過前幾年的高校擴招，學(xué)生數(shù)量急劇增加，部分學(xué)校尤其是一些地方高校的實驗經(jīng)費有限，致使實驗設(shè)備并沒有成比增添，配套嚴重不足。同時，由于電子元器件老化、損壞，設(shè)備更新不及時，導(dǎo)致實驗條件無法滿足課程實踐的需要，影響了相關(guān)實驗的開設(shè)。

2.2 教學(xué)內(nèi)容陳舊

單片機課程實驗內(nèi)容常常連續(xù)好幾年都沒有變化、更新，沒有隨著市場需求和技術(shù)的發(fā)展進行調(diào)整。實驗類型仍以驗證型、演示型實驗為主，缺少設(shè)計型、綜合型實驗，前者主要訓(xùn)練學(xué)生的操作技能，而后者主要培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計、綜合應(yīng)用能力。

2.3 教學(xué)方式老套

大多數(shù)單片機實驗設(shè)備以固化的實驗箱為主，而此種基于中小規(guī)模集成電路及元器件搭建的實驗箱，往往開放性不夠，可供設(shè)計與開發(fā)的空間受限，不利于學(xué)生綜合設(shè)計能力的培養(yǎng)，也不利于學(xué)生對整個單片機系統(tǒng)的認識。此外，學(xué)生進行實驗時，常常在教師設(shè)置好的設(shè)備和儀器的前提下，按照實驗指導(dǎo)書上的步驟進行操作。這種被動的實踐形式大大抑制了學(xué)生思考和解決問題的主動性，更無法培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識。

2.4 實踐結(jié)構(gòu)體系不合理

傳統(tǒng)的單片機實踐多以實驗為主。實驗往往依托理論課程開設(shè)，由于課程總學(xué)時的限制，實驗學(xué)時往往不足。一些高校開設(shè)獨立于課程之外的實訓(xùn)或課程設(shè)計以提高實踐的難度和綜合性，但此環(huán)節(jié)往往學(xué)時較少，不能充分培養(yǎng)學(xué)生的綜合設(shè)計能力。

3 實踐教學(xué)體系構(gòu)建

3.1 實踐教學(xué)框架

單片機課程是一門應(yīng)用性極強的綜合性課程，單片機應(yīng)用技術(shù)涉及多門專業(yè)課程技能且在社會諸多領(lǐng)域應(yīng)用廣泛[7]。為了培養(yǎng)具有創(chuàng)新思維的應(yīng)用型人才，必須改革傳統(tǒng)的單薄的實踐教學(xué)體系，建立合理的實踐教學(xué)框架[8]。如表1所示，單片機課程實踐教學(xué)體系可分為三個階段，由易到難分別為實驗、實訓(xùn)和課外實踐活動，對應(yīng)的設(shè)計性、綜合性也逐漸提高。

表1 單片機課程實踐教學(xué)框架

3.2 實驗教學(xué)

傳統(tǒng)的單片機課程實驗依照理論教學(xué)內(nèi)容和進度進行安排，且往往有實驗指導(dǎo)書(或?qū)嶒灲滩?給出實驗步驟、電路原理圖及參考程序，學(xué)生只要按部就班進行操作即可。在這種實驗方式下，學(xué)生對單片機技術(shù)往往知其然不知其所以然，即對單片機的部分功能停留在驗證性的認識層面，而沒有掌握對該功能的應(yīng)用方法。有效的實驗教學(xué)模式應(yīng)該將學(xué)生被動的訓(xùn)練轉(zhuǎn)化為主動的思考，除少量的演示驗證性實驗之外，更多開設(shè)針對某項特定功能的設(shè)計性實驗，并在必修實驗基礎(chǔ)上增加擴展性實驗，適當(dāng)提高實驗難度，開拓學(xué)生思維，具體設(shè)計見表2。同時，教師進行實驗教學(xué)過程中，只需提前介紹實驗的目的和功能要求，對實驗的關(guān)鍵部分適當(dāng)給予提示，無需大包大攬給出軟硬件全部設(shè)計，這樣可以為學(xué)生主動思考留下足夠的空間和時間。實驗成績根據(jù)學(xué)生的實驗表現(xiàn)、實驗結(jié)果及完成的實驗報告核定，并按比例計入該課程的總成績中。

表2 單片機課程實驗教學(xué)內(nèi)容設(shè)計

3.3 實訓(xùn)教學(xué)

實訓(xùn)也是實踐教學(xué)的重要形式，一般在課程基本結(jié)束或已完成后單獨開設(shè)，時間持續(xù)1-2周。由于學(xué)生已具備基本的理論和操作技能，且實訓(xùn)時間相對集中、連續(xù)，所以實訓(xùn)項目更具綜合性、系統(tǒng)性，旨在培養(yǎng)學(xué)生對于簡單單片機應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)能力及團隊合作精神。實訓(xùn)內(nèi)容可參考表3。單片機應(yīng)用實訓(xùn)只給出課題功能描述，由學(xué)生以小組為單位自行提出解決方案并加以實現(xiàn)。小組成員需分工配合依次完成電路原理圖設(shè)計、程序設(shè)計、系統(tǒng)仿真、電路板焊接及系統(tǒng)調(diào)試，并最終提交實訓(xùn)作品，教師只對每一個階段進行監(jiān)控和指導(dǎo)[9]。這樣，實訓(xùn)過程充分體現(xiàn)了學(xué)生為主體，教師為輔助的教學(xué)模式。

由于單片機應(yīng)用實訓(xùn)獨立于課程設(shè)置，應(yīng)單獨占用1學(xué)分，且實訓(xùn)成績的評定也應(yīng)綜合考核。鑒于實訓(xùn)過程中環(huán)環(huán)相扣，組員之間相互合作，技能綜合程度相對較高，實訓(xùn)成績應(yīng)根據(jù)該小組的設(shè)計思路、操作規(guī)范、作品完成程度、團隊協(xié)作情況進行綜合評價。同時，為了防止少數(shù)學(xué)生依賴成績較優(yōu)秀的學(xué)生而偷懶，學(xué)生個人成績還應(yīng)根據(jù)該生在小組中的分工和表現(xiàn)進行調(diào)整。

表3 單片機應(yīng)用實訓(xùn)課題舉例

3.4 課外實踐活動

實驗和實訓(xùn)是必修的課內(nèi)實踐環(huán)節(jié)，其內(nèi)容和難度需考慮學(xué)生的整體水平來設(shè)置。但學(xué)生對知識的掌握和應(yīng)用程度參差不齊，一些成績較好的學(xué)生有意愿也有精力通過課外實踐進一步提高自己的動手能力。開展課外實踐活動可采用兩種形式，其一由學(xué)生自行組成研究小組獨立立項，在規(guī)定的時間內(nèi)(一般不超過一年)完成項目；其二吸引學(xué)生參加教師的科研項目。前者由學(xué)生為主導(dǎo)，自己提出設(shè)計思路和解決方案，自己把握研究進度，指導(dǎo)教師只提供技術(shù)支持和參考建議。后者由項目中的老師指導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生參與團隊的交流討論，或直接從事課題中的某一方面工作，使學(xué)生接觸到本行業(yè)的新技術(shù)、新技能，鍛煉其處理生產(chǎn)現(xiàn)場實際問題的能力。為了提升學(xué)生課外實踐的積極性，可為此項環(huán)節(jié)設(shè)置學(xué)分，充抵選修課學(xué)分，該項成績由指導(dǎo)教師根據(jù)學(xué)生的項目表現(xiàn)評定。

4 結(jié)語

實踐教學(xué)是單片機課程教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，本文從實驗條件、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式、結(jié)構(gòu)體系等方面分析了當(dāng)前單片機課程實踐教學(xué)存在的問題，并結(jié)合自身的教學(xué)經(jīng)驗分實驗、實訓(xùn)和課外實踐三個階段建立實踐教學(xué)體系，為鍛煉學(xué)生的動手能力、培養(yǎng)應(yīng)用型人才提供了一個有效的途徑。