面向計算機專業的單片機課程實驗教學探索

周汝雁 馮國富 易叢琴 周旭

摘要：單片機課程是計算機專業的核心課程。本文針對計算機專業的特點，在單片機實驗課程教學中，增加了實驗教學內容中的設計創新部分，進行了實驗教學項目、實驗教學地點和實驗教學時間三個方面的教學拓展，對提高計算機專業學生的硬件設計能力、動手能力和單片機應用系統設計能力方面起到了良好的效果。

關鍵詞：單片機;實驗教學;教學拓展

中圖分類號：G642.423? ? ?文獻標志碼：A? ? ?文章編號：1674-9324（2019）12-0269-02

一、引言

單片機課程是高校測控技術與儀器專業的必修課，也是當前高校機電一體化、電氣類、自動化、計算機和電子信息類等專業的重要基礎課程。但根據專業需求不同，教學的側重點不同，教學模式也各不相同。另外，各個高校由于硬件實驗條件不同，實驗教學模式更是各不相同。本文針對計算機專業需求和學生的特點，進行了單片機課程實驗教學的探索和實踐。

二、單片機課程實驗教學現狀

實驗教學在單片機課程的教學中起著非常重要的作用，通過實驗不僅可以課堂教學中學到的理論知識進行鞏固和加以應用，可以很好地培養學生的實際動手能力和解決工程問題的能力。目前高校計算機專業大多數都比較偏重于數據處理和數值計算，學生的學習也都偏重于軟件設計，硬件設計能力欠缺，因此單片機課程中硬件設計部分的學習難度較大，這就要求計算機專業的單片機實驗課程中的項目設計既要考慮到本專業學生的特點，又要在有限的實驗課程時間內讓學生掌握單片機的基本原理和單片機應用系統的設計。

三、單片機課程實驗教學探索

（一）實驗教學內容設計

實驗教學內容設計為兩大部分，一部分為每個章節理論課后對相關知識的理解鞏固和實際應用而設置的章節實驗，另一部分為具備基礎實驗知識和方法后而設置的綜合實驗。

1.章節實驗：通常章節實驗都為驗證性實驗，主要包括單片機I/O口的輸入輸出實驗、外部中斷實驗、定時器/計數器實驗、串口通信實驗、鍵盤實驗、數碼管和LCD顯示實驗、I/O擴展實驗和電機控制實驗實驗等，為了提高學生的參與性和主動性，培養學生的創新能力，章節實驗也設計為既有驗證性實驗也有創新設計性的實驗。以最簡單的1個LED燈閃爍為例，該實驗是I/O口的基礎實驗，通常為驗證性實驗，學生只需要在試驗箱或實驗平臺上進行驗證，甚至不需要進行線路的連接就可以完成，學生的參與度、設計性較低，但可以在驗證性實驗的基礎上增加如下實驗要求：設計并制作讓LED燈顯示出一段摩斯密碼，如顯示出SOS信號，實驗平臺顯示成功后，制作成面包板電路系統進行演示。增加的實驗內容具備了設計性和趣味性，增加了學生的參與度，首先，計算機專業的學生會將程序設計學習過程中學到的密碼翻譯的知識應用到其中，為了展示自己的獨創性，大多數同學會選擇一段獨特的摩斯密碼信號用LED燈顯示出來。另外，本實驗是單片機實驗中最簡單的，可以用簡單的幾個電子器件和單片機芯片完成一個單片機系統，制作成面包板的成功率很高，實驗的成功對初學單片機的同學的鼓勵作用非常大，對學生動手能力的培養也是一個很好的開始，為后續復雜電路的設計和制作打下了很好的基礎。

2.綜合實驗：綜合實驗項目是為了考察學生對單片機總體掌握情況和綜合應用能力。為了兼顧學生學習程度的差別和興趣偏好，以及軟硬件的擅長，每個綜合實驗都設計成可以自行選擇組合的模塊化實驗項目，實驗項目為小組協作完成項目，學生可以根據軟件和硬件的偏好和擅長，以及動手能力和編程能力的強弱，合理搭檔自由組合形成項目小組，每個小組可以根據興趣選擇項目內容，小組成員還可以根據組內成員各自的特點分工協作完成所選的綜合項目。以溫度測量顯示及報警實驗為例，實驗要求如下。項目要求：利用單片機進行溫度測量及超限報警，設置溫度上下限，當測量得到的溫度不在設置范圍內時，利用揚聲器自動發出報警信號。設計要求：其中溫度測量部分，可以采用DS18B20作為溫度監測元件，也可以采用熱電阻加AD轉換進行溫度測量，溫度測試點可以為1個，也可以是多個;顯示部分可采用數碼管顯示，也可利用LCD顯示實時數據。

設計路線有以下3種可以自由選擇：采用仿真工具Proteus完成;設計成面包板電路;采用萬能板實現項目要求。針對這種模塊化、可選擇的實驗要求，學生可以根據自己的興趣愛好和偏好特長進行項目的設計和完成，也可以根據小組成員的特點進行選擇和分工協作。在學生學習了單片機基本的理論知識，掌握了課程中最基礎的軟件資源和硬件資源的使用方法后，就開始布置綜合實驗項目。對于理解能力強，學習進度較快的學生可以較早地進入綜合實驗項目的設計和完成。通過具有創新型章節實驗和模塊化綜合實驗的設計，單片機實驗教學的效果有了明顯的提高，學生完成實驗的積極性、主動性、自主性有了大幅提升。特別是綜合實驗項目可以很好提升學生硬件設計能力、動手能力、自主學習能力，對培養學生創新能力和團隊協作開發能力起到了很大的推動作用。

（二）實驗教學過程拓展

針對單片機教學過程中實驗教學課時少，實驗指導教師少的現狀，對實驗教學過程進行了拓展，拓展包括實驗教學項目拓展、實驗教學地點拓展和實驗教學時間拓展三部分。

1.實驗教學項目拓展：實驗項目除了包括章節實驗和綜合實驗中較為固定的實驗教學項目之外，還鼓勵學生參加涉及單片機設計和應用的大學生創新項目、各類創新大賽、實訓項目、課程實踐，還拓展到參與教師科研項目、畢業設計、實習企業需求的單片機開發項目，這些拓展項目的完成都可以在單片機實驗室進行，或由實驗指導教師給予指導協助完成，時間上可以在單片機課程開設的學期，也可以在之后的任何時間進行，在課程開設的同時進行的可以作為綜合實驗計入實驗成績。實驗項目的拓展對學生鞏固課堂所學內容，豐富實驗項目，密切關注社會需求，并進一步進行單片機應用系統的設計開發有非常好的輔助作用。

2.實驗教學地點拓展：在綜合實驗發布后，學生可以利用自己的電腦，小型試驗盒進行簡單系統的設計，并利用面包板搭建相應電路進行系統的實現，實驗的調試和完成可以在課后自主進行，地點不必再局限于實驗室，實現了實驗教學地點的拓展。

3.實驗教學時間拓展：每一門課程在課堂上或實驗室學習的時間都是有限的，單片課程也是同樣，為了鼓勵學生課后能自主支配實驗的學習時間和有更多的動手能力培養的時間，單片機實驗室采用了開放實驗室模式，只要實驗室沒有教師授課，學生就可以在實驗室進行實驗，開放實驗室模式加上實驗教學地點的拓展，以及實驗教學項目拓展模式，很好地實現了實驗教學的時間拓展，使學生可以機動靈活地安排自己的時間進行實驗的設計調試。

四、結論

本文結合計算機專業單片機課程的特點，對單片機實驗課程教學進行了探索和實踐，增加了實驗教學內容中的設計創新部分，對實驗教學過程進行了實驗教學項目、實驗教學地點和實驗教學時間三個方面進行了教學拓展，在單片機實驗教學工作中，取得了很好的教學效果，得到了學生的一致好評，也得到學校的認可，被學校評為優秀實驗項目。

參考文獻：

[1]龍世瑜，許棠，梁啟文.基于創新能力培養實踐教學項目的設計[J].實驗科學與技術，2016，14（4）：186-187.

[2]高艷芬，蔡恒.基于Proteus仿真與實驗板結合的單片機實驗教學改革探討[J].教育教學論壇，2015，41（10）：138-139.

[3]張江印.高校單片機教學模式的研究[J].實驗室研究與探索，2011，30（9），103-106.

Exploration on the Experimental Teaching of Single-chip Microcontroller in the Computer Science and Technology Specialty

ZHOU Ru-yan，FENG Guo-fu，YI Cong-qin，ZHOU Xu

（College of Information Technology，Shanghai Ocean University，Shanghai 201306，China）

Abstract：MCU （Microcontroller Unit） course is an important course in the major of computer science and technology.This article introduced that more design innovation content is given in experimental teaching.Teaching expansion is performed in experimental teaching projects，location，and time.As a result，it is suitable for improving students' hardware ability and practical ability.More satisfactory results have been achieved on MCU application system design ability.

Key words：MCU;experiment teaching;teaching expansion