單片機課程在開放性實驗教學模式中的探索

【摘要】根據傳統單片機實驗課程的特點，提出在教學過程中應當逐步開放實驗室，培養學生的創新精神，提高學生的創新能力。本文結合華夏理工學院機電工程實驗中心在開放性實驗教學方面的實踐，探討分析了開放單片機實驗室的重要性，論證了開放性實驗對教學、科研和人才培養等方面的意義。

【關鍵詞】單片機 開放性實驗 創新 實踐

【中圖分類號】G64 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2017）11-0246-02

0.引言

單片機作為機械和電子專業的核心課程，注重對學生動手和實踐能力的培養，要求學生理論聯系實踐，在掌握基本的程序編寫和硬件電路搭建方法后，能夠自己動手搭建單片機的最小系統實現特定功能。單片機實驗室的建設和合理利用有利于培養學生的創新意識，提高學生的動手實踐能力，增強學生分析問題和解決問題的能力。然而現行的常規教學模式通常將理論和實踐教學分開，缺乏足夠的動手實踐環節來鞏固理論學習并進行創新能力的培養。在開放性實驗教學模式中，學生活學活用，充分利用自由時間到實驗室中進行創新設計，有效的彌補傳統教學模式的缺憾。因此，探索開放性實驗教學模式在單片機教學中的應用勢在必行，是單片機實驗教學的發展方向。

1.傳統單片機教學的弊端

傳統的單片機實驗大部分為驗證性實驗，主要用于加強學生對課堂理論知識的理解，缺乏用于培養學生分析問題和解決問題能力的綜合設計性實驗。在傳統的單片機實驗指導書中，實驗內容單一，項目設置有較多的局限性。實驗過程中老師詳細講解實驗設備的使用和實驗的操作步驟，學生只需要根據實驗步驟連線、編程程序便可以完成實驗。實驗結束后，學生難以理解單片機程序編寫的思路過程和系統設計的難點，甚至不知道單片機的實際應用場合。學生只有在有限的6到8個實驗學時內才有機會進入實驗室，時間短，任務重，沒有足夠的時間去分析和解決問題，不利于學生創造性思維和動手能力的培養。針對以上問題，可以將開放性實驗教學模式應用在單片機的教學過程中，讓學生走出課堂，走進實驗室，調動學生的積極性，培養學生的創新能力。

2.開放單片機實驗室的作用和意義

單片機實驗室的建設不僅需要為學生課內實驗提供場所，更需要為創新設計實驗、畢業設計、綜合實訓和電子設計競賽提供一個開放性的實驗場所。開放單片機實驗室，提供一些必備的實驗設備，電子元器件和編程軟件，因材施教，針對學生的現有學習程度進行分層教學。這種教學模式的實施提倡以學生為主體，提高學生的學習興趣，培養學生的創新和探索精神。

通過開放實驗室，學生可以根據自身的理解程度預約實驗，打破原有的滿堂灌、一刀切的實驗現狀。在實驗過程中，學生針對自己的學習情況進行練習，查缺補漏，有的放矢補充課堂上的學習內容，避免囫圇吞棗。改變原有的實驗教學模式，增加綜合設計性實驗，可以將理論課上分離的軟硬件知識綜合應用在實驗項目中，同時將多個知識點串聯起來，有利于學生從實際應用的角度去認識單片機，鞏固理論知識的學習。對廣大教師和學生開放實驗室，歡迎學生走進實驗室進行畢業設計，綜合實訓和電子設計創新大賽，有利于提高學生的實踐操作能力，讓學生有更大的自由選擇空間，自由選題，選擇自己感興趣的設計方案進行多次調試，增加設計的靈活性和學生的求知欲。

3.開放單片機實驗室的實踐

單片機實驗室的開放由實驗中心提供具體的開放時間、開放方式和具體的預約制度，在保證正常的教學工作前提下進行。實驗室開放的對象主要有三類：1）青年教師：針對青年教師理論知識較豐富缺乏實踐的特點，他們可以利用開放的實驗室提高自身教學水平。2）機械電子類學生：這類學生開設有單片機課程，但是由于學時數有限，自身的興趣、理解程度、學習能力的不同導致實驗的完成情況不同。學生可以利用開放的實驗室根據自身需求調整學習進度，學有余力的同學可以預約深層次的綜合設計性實驗，為課程設計、畢業設計和電子設計大賽做準備。3）非機電類學生：其他專業學生沒有開設單片機這門專業課程，但自身對單片機系統設計感興趣也可以進行預約學習。

根據單片機實驗的特點，結合實驗室現有的實驗設備，開設三類實驗項目：驗證性實驗、綜合設計性實驗、創新實驗。

基本的驗證性實驗主要用于鞏固課堂學習，學生在掌握單片機的基本理論知識后，熟悉單片機最小系統的搭建方法進行基本的實驗練習，盡可能的增加動手機會，掌握單片機系統設計的方法。這類項目主要有流水燈實驗、順序控制實驗、IO擴展實驗、8255擴展實驗和數碼顯示實驗等。這類基本實驗主要為了讓學生對單片機的使用有一個基本的認識和了解，熟悉各個IO口的使用方法，學會用編程語言進行簡單的程序設計。學生通過實驗現象的直觀顯現進行不斷的調試，實驗過程不用受學時和教師講解實驗進度的限制，可以最大限度的讓學生體會到動手的樂趣。

綜合設計性實驗則是在基本實驗的基礎上匯總多個知識點進行項目的設定，主要是為了加強學生的綜合設計能力。這些實驗項目可以應用在課程設計、畢業設計和綜合實訓中，目前我們開設的實驗項目主要有小車運動控制實驗、頻率計的設計實驗、交直流電機減速控制實驗、溫度傳感器采集實驗、動態顯示屏設計實驗等。這些實驗項目主要是為了提高學生的綜合應用能力，開闊學生的眼界，寓學于用，學會用單片機控制外圍驅動電路實現特定的功能并應用在生產實踐中，加深對課堂理論知識的理解。

創新實驗主要針對一些興趣濃厚、學有余力有志于從事單片機開發的同學。這類實驗主要分兩個方面，一方面，實驗中心提供5臺物料分揀和機械手裝置模擬工業生產流水線的生產過程，其工作原理涉及單片機、液壓傳動、機械原理、傳感器、PLC等多個學科的知識，學生可以在原有裝置基礎上進行改造做一些創新設計實驗，有利于學科融合；另一方面學生可以根據個人興趣開發單片機系統，實驗室提供必要的設備和耗材，有助于學生參加各種創新設計大賽。

4.開放單片機實驗室的效果

實驗室開放以后，學生積極報名預約實驗，從基本實驗到綜合創新實驗都收到了很好的效果。傳統教學方式中學生普遍反映單片機課程難以理解，掛科率高，實踐脫離理論，遇到問題無從下手；在開放性的實驗教學模式中，學生通過不斷的查閱資料、調試系統，實踐能力得到顯著提高，能夠獨立的設計一個硬件系統并根據設計需求編寫控制程序。學生對單片機的理解不再僅限于課本上的硬件知識和一堆代碼，而是一個完整的控制系統。實驗過程中學生的耐心和學習與創新的積極性都得到了很好的鍛煉。

5.結語

開放性實驗不僅提高了學校設備的利用率，更提高了學校的教學質量，激發了學生的學習興趣。探索單片機課程在開放性實驗教學模式的應用，有助于學生學科競賽能力的培養和學生科研活動的開展，增強了學生對單片機課程的學習興趣，激發了學生的創造性思維，對學校的教科研和人才培養至關重要。

參考文獻：

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作者簡介：

左艷迪，女，武漢華夏理工學院機電工程系實驗中心實驗員。