“單片機(jī)原理及應(yīng)用”實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革研究

摘要：實(shí)驗(yàn)教學(xué)是“單片機(jī)原理及應(yīng)用”課程教學(xué)過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)。針對(duì)“單片機(jī)原理及應(yīng)用”課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問(wèn)題，從實(shí)驗(yàn)室建設(shè)、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容調(diào)整和完善實(shí)驗(yàn)考核體系等方面進(jìn)行了探索與改革。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)原理；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；教學(xué)改革

“單片機(jī)原理及應(yīng)用”課程側(cè)重于單片機(jī)在汽車(chē)領(lǐng)域的應(yīng)用，其理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)。要使學(xué)生真正掌握好本課程，必須做到理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)并重，用實(shí)驗(yàn)教學(xué)帶動(dòng)理論教學(xué)。[1，2]在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，要強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主體地位，提高學(xué)生的動(dòng)手能力與創(chuàng)新能力。

一、實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀

1.實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)少

以前的“單片機(jī)原理及應(yīng)用”課程總學(xué)時(shí)為64學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)只有8學(xué)時(shí)，占總學(xué)時(shí)的12.5%，實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)不足。為了在有限的實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)內(nèi)讓學(xué)生盡可能多的完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，教師只能安排一些簡(jiǎn)單的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中基本上是“學(xué)生看教師做實(shí)驗(yàn)”，學(xué)生處于被動(dòng)地位，達(dá)不到實(shí)驗(yàn)教學(xué)的最終目的。

2.實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容陳舊、模式單一

傳統(tǒng)的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容中基礎(chǔ)性、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)多，綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)少，培養(yǎng)學(xué)生操作能力的實(shí)驗(yàn)多，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的實(shí)驗(yàn)少。實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求學(xué)生在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)按照步驟完成相同的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中教師教接線(xiàn)、給程序，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)板上調(diào)試。在這種實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式下，學(xué)生簡(jiǎn)單模仿，只用動(dòng)手不用動(dòng)腦，很難培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和綜合能力。

3.實(shí)驗(yàn)教學(xué)考核體系不完善

傳統(tǒng)的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)課程不單獨(dú)考核，評(píng)價(jià)方式主要以實(shí)驗(yàn)報(bào)告為依據(jù)，而且實(shí)驗(yàn)成績(jī)占總成績(jī)的比例低。這種評(píng)價(jià)方式使學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)也不重視，很難調(diào)動(dòng)起學(xué)生在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中的積極性。

二、單片機(jī)原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革內(nèi)容

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)無(wú)法達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和綜合應(yīng)用能力的要求，需要進(jìn)行改革。“汽車(chē)單片機(jī)原理與應(yīng)用”課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革主要從以下幾個(gè)方面入手：

1.實(shí)驗(yàn)室建設(shè)

目前NEC單片機(jī)在汽車(chē)電子領(lǐng)域市場(chǎng)份額較大，[2]而山東理工大學(xué)交通與車(chē)輛工程學(xué)院開(kāi)設(shè)的“單片機(jī)原理與應(yīng)用”課程卻側(cè)重于單片機(jī)在汽車(chē)領(lǐng)域中的應(yīng)用。為此，山東理工大學(xué)交通與車(chē)輛工程學(xué)院對(duì)單片機(jī)課程的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了調(diào)整，從原來(lái)的INTEL公司的8051系列單片機(jī)調(diào)整為NEC公司的78K0KF系列單片機(jī)。同時(shí)在原有實(shí)驗(yàn)設(shè)備的基礎(chǔ)上，山東理工大學(xué)交通與車(chē)輛工程學(xué)院與NEC公司合作，建立了NEC單片機(jī)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室。目前實(shí)驗(yàn)室擁有汽車(chē)電子嵌入式開(kāi)發(fā)系統(tǒng)、NEC單片機(jī)綜合仿真實(shí)驗(yàn)儀、NEC單片機(jī)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)等多套設(shè)備，計(jì)算機(jī)60臺(tái)，能實(shí)現(xiàn)幾乎全部單片機(jī)教學(xué)的軟、硬件實(shí)驗(yàn)，為實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革打下了良好的基礎(chǔ)。

2.增加實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)

“單片機(jī)原理及應(yīng)用”課程比較抽象，學(xué)生要真正掌握該課程，需要有充分的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)作保障，因此增加了實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)，由原來(lái)的8學(xué)時(shí)增加到現(xiàn)在的20學(xué)時(shí)。實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)的增加，既可以安排更多的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，使其更加系統(tǒng)和全面，又可以靈活地安排實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，為課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的實(shí)施創(chuàng)造了條件。

3.更新、調(diào)整實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容

針對(duì)78K0系列單片機(jī)，NEC公司開(kāi)發(fā)了一系列齊備的開(kāi)發(fā)工具，包括Applilet（驅(qū)動(dòng)代碼生成工具）、PMplus（編譯工具）、SM + for78K0_Kx2（軟件仿真工具）、ID78K0 for MINICUBE（硬件仿真工具）。[3]78K0系列單片機(jī)支持片上調(diào)試，可以由仿真器直接下載程序到芯片，也可以利用SM+進(jìn)行軟件仿真，豐富了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

在原有的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的基礎(chǔ)上，增加了綜合性、設(shè)計(jì)性的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，并對(duì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行了分析，精選1/2的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目作為基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，要求學(xué)生必須完成，其余1/2的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目作為綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，學(xué)生可以根據(jù)自己的愛(ài)好選做。這樣既保證了基本的教學(xué)內(nèi)容，又激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和積極參與的主動(dòng)性。根據(jù)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)的安排和課程特點(diǎn)，將實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容分成了四部分：

第一部分為軟件模擬實(shí)驗(yàn)，主要目的是熟悉Applilet軟件、SM+軟件、PM PLUS軟件等操作軟件，讓學(xué)生對(duì)整個(gè)系統(tǒng)有一個(gè)初步了解，為以后的實(shí)驗(yàn)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目包括用軟件模擬十字路口交通燈等。

第二部分為基本端口實(shí)驗(yàn)，主要目的是讓學(xué)生認(rèn)識(shí)單片機(jī)系統(tǒng)的基本硬件。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目主要有端口輸出實(shí)驗(yàn)、H0定時(shí)計(jì)數(shù)器實(shí)驗(yàn)、按鍵中斷實(shí)驗(yàn)、A/D轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)、多位數(shù)碼管顯示實(shí)驗(yàn)、直流電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)、步進(jìn)電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)等。

第三部分為綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，目的是幫助學(xué)生全面掌握所學(xué)內(nèi)容，提高學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)的能力。主要有用TM00定時(shí)器設(shè)計(jì)秒表實(shí)驗(yàn)、用A/D轉(zhuǎn)換值控制步進(jìn)電機(jī)和直流電機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)驗(yàn)、鍵盤(pán)結(jié)合LCD液晶顯示實(shí)驗(yàn)、利用外部中斷設(shè)計(jì)流水燈實(shí)驗(yàn)、直流電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量實(shí)驗(yàn)等。

第四部分為創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，主要針對(duì)那些對(duì)單片機(jī)有興趣的學(xué)生，鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新能力、動(dòng)手能力和解決實(shí)際問(wèn)題的能力等，該部分實(shí)驗(yàn)在課下進(jìn)行，可結(jié)合教師的科研項(xiàng)目和各類(lèi)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽，如教師科研課題中的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以及全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽（NUEDC）、全國(guó)智能車(chē)設(shè)計(jì)大賽、機(jī)器人設(shè)計(jì)大賽、機(jī)電產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽等。

4.完善實(shí)驗(yàn)考核體系

實(shí)驗(yàn)教學(xué)的主要目的是為了讓學(xué)生進(jìn)一步掌握單片機(jī)的原理及應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力和解決問(wèn)題的能力，傳統(tǒng)的以實(shí)驗(yàn)報(bào)告評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)成績(jī)的實(shí)驗(yàn)考核方法很難調(diào)動(dòng)學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的積極性，達(dá)不到實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的。為了改變這一狀況，改革了實(shí)驗(yàn)成績(jī)的評(píng)定方法。為引起學(xué)生對(duì)單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重視，把實(shí)驗(yàn)成績(jī)占總成績(jī)的比例提高到40%～50%。實(shí)驗(yàn)成績(jī)的評(píng)定根據(jù)每次實(shí)驗(yàn)的成績(jī)，結(jié)合實(shí)驗(yàn)報(bào)告給出，實(shí)驗(yàn)報(bào)告占實(shí)驗(yàn)成績(jī)的比例較低。對(duì)每次實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)打分，每次實(shí)驗(yàn)前都給學(xué)生布置兩個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，其中一個(gè)為基本實(shí)驗(yàn)，另一個(gè)為綜合性強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)，完成基本實(shí)驗(yàn)得60分，完成本次全部實(shí)驗(yàn)才能得滿(mǎn)分。這種做法極大地調(diào)動(dòng)了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)積極性，表現(xiàn)在上課時(shí)認(rèn)真聽(tīng)課，實(shí)驗(yàn)前積極準(zhǔn)備，實(shí)驗(yàn)中相互討論等。

三、實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的成效

從2009年開(kāi)始在車(chē)輛工程、交通運(yùn)輸、熱能與動(dòng)力工程三個(gè)專(zhuān)業(yè)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，約有1000名學(xué)生接受了新的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，激發(fā)了學(xué)生在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的主動(dòng)性與積極性，通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)又帶動(dòng)了課堂教學(xué)，提高了學(xué)生的動(dòng)手能力，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力和綜合應(yīng)用能力，加強(qiáng)了學(xué)生對(duì)汽車(chē)單片機(jī)原理的理解與應(yīng)用能力。具體成效表現(xiàn)在學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中的積極性明顯提高，主動(dòng)思考，實(shí)驗(yàn)完成率達(dá)到100%。在三年的期末考試中學(xué)生的卷面成績(jī)較以前學(xué)生的成績(jī)有了較大提高，卷面不及格率降到了5%，學(xué)生在課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)中使用單片機(jī)系統(tǒng)的上手速度逐年加快，設(shè)計(jì)能力、編程能力大大提高。學(xué)生利用單片機(jī)參加電子類(lèi)大賽獲獎(jiǎng)的等級(jí)和人數(shù)逐年提高，2010～2011年，在全國(guó)大學(xué)生“飛思卡爾”杯智能汽車(chē)競(jìng)賽、“濰柴動(dòng)力杯”山東省大學(xué)生汽車(chē)技術(shù)創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽、山東省大學(xué)生智能車(chē)競(jìng)賽等賽事中獲獎(jiǎng)20余項(xiàng)。2012年在全國(guó)大學(xué)生瑞薩超級(jí)模型車(chē)大賽上共有2支隊(duì)伍榮獲全國(guó)二等獎(jiǎng)，在全國(guó)大學(xué)生智能汽車(chē)競(jìng)賽山東賽區(qū)中獲得二等獎(jiǎng)5項(xiàng)、三等獎(jiǎng)1項(xiàng)。山東理工大學(xué)交通與車(chē)輛工程學(xué)院在第九屆“泰汽新能源杯”山東省大學(xué)生機(jī)電產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)競(jìng)賽中榮獲省一等獎(jiǎng)等。

參考文獻(xiàn)：

[1]李潔，李衛(wèi)兵，等.《單片機(jī)原理及應(yīng)用》實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2012，（4）：92-94.

[2]肖靜，馬臨.單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革與探索[J].南昌高專(zhuān)學(xué)報(bào)，

2007，（4）：101-105.

[3]郭曉河，牛強(qiáng)，高原.開(kāi)設(shè)NEC單片機(jī)實(shí)驗(yàn)課程的探索[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2007，（3）：54-56.

（責(zé)任編輯：孫晴）