《單片機原理與應用》課程實驗教學改革研究

張鑫+朱丹峰+曾碧新

摘 要： 《單片機原理與應用》課程是一門實踐性較強的專業基礎課，通過分析該課程實驗教學現狀，對該課程實驗教學方法進行探討，在實驗項目、實驗教學模式、實驗教學環境及實驗考核方式上進行改革研究，具體實施表現為：對實驗項目進行分類，改變單一的教學模式，創造寬松的實驗教學環境，引入自我關注度作為考核依據。實踐證明，這些改革措施可以增強實驗教學效果。

關鍵詞： 《單片機原理與應用》 實驗教學改革 創新性實驗

《單片機原理與應用》課程是一門理論和實驗結合非常緊密、突出動手能力的課程。實驗教學是其中一個重要環節，既是聯系理論教學的橋梁，又是培養學生實踐、創新能力的重要手段[1-3]。但是在實驗教學中會出現學生理論與實驗脫節、實驗課效果不理想、學生實驗課積極性不高等問題，因此《單片機原理與應用》課程實驗教學改革就成為許多學校非常重視的一項教改課題。

1.《單片機原理與應用》課程實驗教學現狀分析

1.1課程自身特點

1.1.1跨越性。《單片機原理與應用》課程是一門軟硬件相結合、強調實踐性和應用性的課程。學習這門課程的學生需要經歷從電子技術基礎、電路原理、C語言編程等基礎知識向以微處理器為核心、通過軟件編程來實現系統功能的思想轉變過程，這種思想跨越轉變過程對初次接觸該課程的學生來講具有一定難度。

1.1.2橋梁性。《單片機原理與應用》課程是后續嵌入式系統課程、DSP課程、EDA課程及畢業設計等的基礎，具有課程橋梁的重要作用。

1.1.3綜合性及抽象性。《單片機原理與應用》課程涉及的內容較廣泛，包括單片機的硬件組成和功能、軟件編程思想、匯編語言的語句及結構等。并且軟件編程涉及的匯編語言需要和硬件的配置情況有關，內容抽象，不易理解。

由于該課程具有自身特性，因此需要教師在實驗教學中進行改革嘗試，幫助學生更好地適應學習這一類課程的方法，增強學生對該課程的理解性，從而提高他們的實際操作及應用能力。

1.2學生對課程的切身感受及認識

通過調研得知，相當一部分學生渴望將這門課程更好地融于自己的專業發展中，牢固掌握課程基本理論和實踐知識。調研結果表明，問題主要集中在兩個方面：（1）在學習該課程之初，學生在沒有大量實驗操作機會的情況下，表現出的是對程序的編寫問題及對整個課程的困惑，大部分學生對該課程主要應用在哪里沒有概念。（2）對于給予大量實驗操作機會的學生，他們表現出對單片機的極大興趣，他們的問題主要集中為：如何設計具有較好功能的源程序，源程序結構的優化，硬件搭建的合理性等。

因此，良好的實驗教學可以幫助學生理解課程內容，掌握核心知識，從而提高學生的學習積極性和學習效率。

1.3實驗教學中出現的待解決問題

1.3.1實驗項目內容設置不夠完善，不利于調動學生的實驗積極性。各個實驗項目獨立性強，幾乎沒有考慮知識的前后貫穿和最后應用系統的設計，這容易使學生學了后面的忘了前面的，自己設計簡單的應用系統更是無從下手，非常不利于培養學生的實驗積極性。

1.3.2教學模式單一，傳統的實驗教學偏重于驗證性與演示性實驗[4-6]。學生在實驗過程中按實驗講義逐步進行，分析思考問題的機會比較少，只是機械化地驗證實驗內容。學生的注意力主要集中在編程及調試上，忽略了實驗電路原理的重要性。不清楚系統設計流程，當需要自行設計系統時，學生就會感覺困難無從下手。實驗教學沒能起到真正推動學生對單片機原理、模擬電路、數字電路等理論知識理解的作用。單一的實驗教學模式制約對學生創新能力及分析解決實際問題能力的培養，降低學生的學習興趣，影響教學效果。

1.3.3學生實驗中實際發揮空間有限。在實踐教學中，教師經常把主要的實驗步驟、程序代碼都提供給學生，造成實驗教學中學生動手機會少、思考不全面、發揮空間有限的缺點。

2.《單片機原理與應用》課程實驗教學改革研究

針對《單片機原理與應用》課程實驗教學現狀，對該課程實驗教學方法進行探討，在實驗項目、實驗教學模式、實驗教學環境及實驗考核方式上進行改革研究，以提高該課程的實驗教學質量，為學生的課程實驗、課程實訓、畢業設計及相關實踐提供優質的基礎。該課程實驗教學改革方法的研究對提高實驗課堂教學質量、促進人才培養和就業都有著深遠的影響。

2.1實驗項目改革研究

《單片機原理與應用》課程比較側重于學生動手能力的培養，所以針對該課程的實驗項目很多，那么如何根據本學校的學生層次及特點進行實驗項目的分類是改革中需要研究和分析的問題。筆者以溫州醫科大學實際授課實例為例進行闡述。溫州醫科大學針對生物醫學工程專業和電子信息工程專業學生開設該課程。針對學生的專業特點及實驗學時的安排，將實驗項目教學內容分成四部分，可以根據各專業學生層次特點選擇合適的實驗項目。具體實施方法為：

第一部分為軟件模擬實驗，主要目的是熟悉Keil軟件、Proteus軟件等的操作及匯編語言指令的熟練應用，讓學生對整個操作軟件的使用及匯編語言的使用有一個全面了解，為以后的實驗打下堅實的基礎。針對軟件模擬實驗，主要開設的實驗項目包括兩類：基礎類實驗及綜合應用類實驗。基礎類實驗主要包括數據傳送實驗、拆字和拼字實驗、數據加法實驗、查表實驗等；綜合應用類實驗主要包括模擬交通燈、投籃計分及病房呼叫模擬實驗等。

第二部分為基本端口實驗，主要目的是讓學生認識單片機系統的基本硬件。實驗項目主要有端口輸出實驗、定時計數器實驗、按鍵中斷實驗、A/D轉換實驗、多位數碼管顯示實驗、串口通信實驗等。

第三部分為綜合設計性實驗，目的是幫助學生全面掌握所學內容，提高學生綜合運用知識的能力。主要有用定時器設計時鐘實驗、鍵盤結合LCD液晶顯示實驗、利用外部中斷設計流水燈實驗、溫度檢測實驗等。

第四部分為創新性實驗，主要針對那些對單片機有興趣的學生，鍛煉學生的創新能力、動手能力和解決實際問題的能力等，該部分實驗在課下進行，可結合教師的科研項目和各類大學生電子設計大賽，如教師科研課題中的控制系統及大學生電子設計競賽、智能車設計大賽、機電產品創新設計大賽等。

2.2實驗教學模式改革研究

《單片機原理與應用》課程實驗教學模式改革中將PBL教學法與TBL教學法相結合，針對該門課程授課學生專業不同，將實驗分成三個層次：基本實驗、綜合實驗和自選實驗。針對不同層次實驗各自特點和難易程度進行教學方法的選擇和綜合應用。

2.2.1基本實驗主要考核學生基礎知識的掌握，內容較為簡單，可以只采用PBL教學法。教師只需要給出實驗設計的問題，由學生獨立完成，不需要進行分組，培養學生的自主動手能力。

2.2.2綜合實驗不再是單一的知識點、單一的學科，考核的知識可能是跨學科多個知識點，教師只需給出實驗的要求和技術指標，學生自主選擇決定學習哪些知識解決問題，體現典型的PBL教學法的應用優勢。具體實驗過程中主要采用分組討論，單人完成或按組匯報兩種方式。

2.2.3自選實驗在三個實驗層次是難度最高的，學生幾乎不可能單獨完成，同時教師要給予一定的指導，給出明確的學習目標及知識點，適合采用TBL教學法分組討論，按組匯報。設計性實驗往往都是給出一個需要解決的實際問題，實施方法不是唯一的，這是PBL教學法應用最適合的情況。因此，對于設計性實驗最好采用兩種方法綜合應用。

2.3實驗教學環境的改革研究

根據學生的實際情況和要求，為學生創造寬松的實驗環境。

2.3.1對學生實驗中用到的硬件實驗仿真平臺可以根據學生的特點及基礎進行針對性選擇及操作。對于大多數學生，可以選用基礎開發板與仿真器的硬件仿真平臺在實驗課堂中完成相應的實驗項目設計，對于能力較強的學生，可以鼓勵學生自己做單片機最小系統板或者選用高級開發板與仿真器結合的硬件仿真平臺，對于積極性較高的學生，可以建議大家在實驗課業余時間選用開發板自己燒寫程序在實驗課堂之外對實驗感興趣的內容進行仿真學習，為學生創造寬松的實驗環境，使學生可以不拘束于課上時間進行實驗。

2.3.2對于軟件仿真平臺，學生可以用匯編語言完成簡單程序的設計，能夠用C51語言完成簡單和復雜程序的設計，學生的前序課程中學過C語言，這樣大大降低學生學習的難度，同時學生從對比中加深對匯編語言和C51語言的理解。

2.4實驗考核方式改革研究

傳統的單片機實驗課程不單獨考核，評價方式主要以實驗報告為依據。這種評價方式使學生對實驗教學環節不重視，很難調動起學生在實驗教學環節中的積極性。本次改革項目將實驗考核方式分為四個部分：把學生每次實驗課堂的態度及積極操作的自我關注程度作為實驗平時成績的考核依據，占實驗成績的20%；平時實驗報告占實驗成績的20%；綜合實驗項目考核占實驗成績的50%；自選實驗項目占實驗成績的10%。

3.結語

為了提高《單片機原理與應用》課程的實驗教學質量，給學生的課程實驗、課程實訓、畢業設計及相關實踐提供優質的基礎，提高學生的實際應用和創新能力，本課題結合學校各專業學生實驗教學的實際情況，對該課程實驗教學方面的教學方法進行探討與改革。經在實際實驗教學中的改革實踐表明，通過對實驗項目的合理設計，可以培養學生的實驗積極性和主觀能動性。通過對實驗教學模式的改革，激發學生的實驗興趣。通過對實驗教學環境的改造及考核方式的改變，可以引導學生重視自身實驗技能的培養。從本校學生畢業設計過程及實習過程中可以看出，學生在實際工程應用項目的開發數量和質量都有較大程度的提高。隨著實驗教學改革的不斷深入和完善，該課程會取得更良好的實驗教學效果，使學生的綜合設計能力及創新能力有明顯的提高。

參考文獻：

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