單片機實驗教學探索

摘要：針對傳統(tǒng)單片機實驗教學的弊端和實際教學過程中遇到的問題，對單片機實驗教學進行了探索，提出實現(xiàn)實驗設備多樣化、重視課外時間、更新實驗內(nèi)容、注意課程知識聯(lián)系、建立合理的考核評價體系等實驗教學改進方法。

關鍵詞：單片機；實驗；教學

作者簡介：章華幸（1976-），男，浙江蒼南人，浙江農(nóng)林大學信息工程學院，講師。（浙江 臨安 311300）

基金項目：本文系浙江農(nóng)林大學校發(fā)展基金資助項目（項目編號：2006FK24）、基于STR710的USB驅(qū)動程序研究的研究成果。

中圖分類號：G642.423 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）05-0184-02

“單片機原理及接口技術”是電子信息類的一門主要專業(yè)基礎課，與生產(chǎn)生活結(jié)合密切，實踐性很強。其以數(shù)電、模電為先修課程，以嵌入式等為后續(xù)課程，在課程體系中起到了承上啟下的作用。而單片機實驗教學是其中一個很重要的環(huán)節(jié)，但不被傳統(tǒng)教學所重視。近年來，教學管理人員和從教人員開始意識到這個問題，也提出了一些改進的辦法，[1-3]但效果并不明顯，基于此，提出了單片機實驗教學的改進思路。

一、單片機實驗教學現(xiàn)狀

1.實驗手段單一

高校里傳統(tǒng)的單片機實驗課教學通常采用實驗箱或?qū)嶒炁_等設備，[4]硬件部分僅需簡單的連線即可，實驗手段非常簡單。學生只是簡單地模仿，簡單的編程驗證即可，有的學生甚至要求教師提供參考程序，僅需簡單的修改就可運行，導致創(chuàng)新能力被嚴重傷害。這種教學方法只使學生懂得了一些程序。

2.內(nèi)容陳舊

傳統(tǒng)的教學內(nèi)容陳舊，教科書內(nèi)容與實際脫節(jié)嚴重，而根據(jù)教材內(nèi)容設計的實驗箱或?qū)嶒炁_內(nèi)容一樣落后。另外，與教材相比，依賴于硬件設備的實驗內(nèi)容更加難以更新，導致很多屆學生做的實驗完全一樣。整個班級的學生做同樣的實驗，且實驗以驗證性為主，編寫簡單的程序或簡單地修改現(xiàn)成的例程就能完成，缺少深度和廣度，與實際應用相去甚遠。單片機技術日新月異，而陳舊的教學內(nèi)容會極大地限制學生的視野。

3.學生被動接受

在實驗教學中，傳統(tǒng)的方法以教師為主體，學生處于被動地接受地位，發(fā)揮不了其積極性和創(chuàng)新能力，甚至培養(yǎng)不了興趣。由于被動接受，缺少深入的鉆研，學生做完實驗之后還不明白是怎么一回事，導致教學效果很差。

二、單片機實驗教學改進

1.實現(xiàn)實驗設備多樣化

針對實驗箱或?qū)嶒炁_模式固定，硬件電路不能改動，實驗內(nèi)容老舊，難以適應技術的發(fā)展等問題，自制實驗板以作為重要的補充。文獻[5]和文獻[6]提出了自制實驗板。實驗板小巧、靈活，攜帶、使用都很方便，可以在實驗室、教室、寢室等地方使用，成本低。文獻[7]提出將Protues和Keil結(jié)合的仿真軟件用于實驗教學，可以脫離實驗箱限制等。但這些設備、手段單獨使用均有不足之處，僅有實驗板功能還不夠完善。仿真工具不能完全代替實物，但可以在預習階段或者課后總結(jié)時使用。

如圖1所示，各種實驗設備或軟件可以取長補短，結(jié)合實際情況合理選用。把實驗箱或?qū)嶒炁_當做基礎平臺，結(jié)合仿真手段，根據(jù)需要自制實驗板和實驗模塊，將新型芯片及其相關電路做成實驗模塊，作為實驗設備的重要補充，以保證實驗內(nèi)容跟上單片機技術的發(fā)展，實現(xiàn)實驗設備的多樣化。

2.重視課外時間

任何一門課程，都需要大量的課外時間作補充。單片機的實驗課需要重視課外時間，實驗前的預習環(huán)節(jié)是重點。學生的實驗過程如圖2所示。

實驗前教師布置任務，列出預習的具體要求，要求學生做好預習工作、寫好預習報告。沒有完成預習工作的學生，不允許做實驗。在預習階段，允許學生自由發(fā)揮，教師參照指導書里的實驗內(nèi)容給出實驗方向和準則，讓學生查閱資料，設計實驗方案，進行論證，畫出電路圖，詳細說明實驗原理和步驟，列出預期結(jié)果并做仿真調(diào)試。由學生自行決定使用何種實驗設備，符合實驗的方向和準則即可。這種實驗方法，學生必須在課外時間查閱大量的資料，獲取很多的信息，變被動為主動，充分調(diào)動自身積極性。當然，該過程也需要適當?shù)目己朔绞絹肀ＷC。為從源頭上杜絕抄襲的情況，同班級的學生在同一次實驗里所做內(nèi)容應各不相同。

3.更新實驗內(nèi)容

實驗內(nèi)容的設計關系到知識點，是關鍵。傳統(tǒng)的實驗內(nèi)容是依據(jù)實驗箱或?qū)嶒炁_的硬件電路編制的，而這些內(nèi)容往往是生產(chǎn)廠家提供的，與實際脫節(jié)嚴重。可以在此基礎上拓寬選材途徑，例如從理論教學、學生競賽、教師科研、企業(yè)案例中選擇，精心設計，貫穿知識點，特別要結(jié)合新發(fā)展的技術。例如D/A轉(zhuǎn)換實驗，實驗箱提供的往往是DAC0832電路模塊，但實際應用很少，在設計D/A轉(zhuǎn)換實驗時可以增加較常用的串行多通道10位以上的D/A轉(zhuǎn)換實驗，通過兩種轉(zhuǎn)換器的比較，加深學生的理解，提高學生在應用場合選擇芯片和設計電路的能力。或者指定實驗的內(nèi)容為D/A轉(zhuǎn)換、電壓輸出，具體的方案由學生自行設計、自由發(fā)揮。

4.注意課程知識的聯(lián)系

單片機是一門綜合性很強的課程，需要用到電子、計算機、數(shù)學等學科的知識。模電、數(shù)電和C語言程序設計是其先修課程，先修課程的基礎對單片機課程的學習影響很大，容易拉大學生的學習差距。由于實驗學時的限制，先修課程的知識點無法在課堂上重新講解，需要學生平時自行完成相關學習。針對這種情況，為加強各門課程之間的聯(lián)系，編寫了一本實驗指導書補充手冊，將實驗中用到的單片機課程以外的知識要點和原理列出來，以供學生查閱參考。例如實驗中用到了運算放大器，這是模電課程的知識，但在單片機應用里卻不可缺少，學生若是不能理解，極有可能影響到整個實驗的完成。這種情況要在手冊中注明，以供學生預習時查閱。

5.建立合理的考核評價體系

考核評價體系需要公平合理的體現(xiàn)學生在整個實驗中的工作量、發(fā)揮和創(chuàng)新，杜絕抄襲現(xiàn)象，因此設計考核方式需要科學、合理。實驗的考核可以分成預習報告、實驗操作、實驗報告、發(fā)揮創(chuàng)新幾部分。預習報告主要在于實驗原理的描述，包括電路連接原理、芯片工作原理、程序設計原理、實驗效果原理等部分。預習報告要求學生自行查閱資料、自學實驗中用到的其他課程知識、清楚實驗的原理和步驟以及要得到的數(shù)據(jù)與結(jié)果等。整個實驗的情況為：實驗操作部分的考核著重在規(guī)定的時間內(nèi)實驗完成的結(jié)果和質(zhì)量；實驗報告體現(xiàn)學生的實驗結(jié)果，在實驗過程中遇到的問題和解決方法，以及對本實驗的心得體會及改進意見等，這部分可以考查學生分析問題、解決問題的能力，改進和創(chuàng)新的能力；發(fā)揮和創(chuàng)新部分著重激勵學生不拘泥于所做的實驗、突破慣性思維的限制、大膽創(chuàng)新，鼓勵學生深入并廣泛的探索，或者自行設計類似的實驗、設定要驗證的內(nèi)容等。實驗的成績構(gòu)成及比例如下所示：

總分=預習報告（占20%）+實驗操作（占20%）+實驗總結(jié)報告（占20%）+實驗答辯（占20%）+發(fā)揮（占20%）。每一項還可以細分成幾個小項。

三、結(jié)束語

總之，單片機實驗教學是單片機教學中的一個重要環(huán)節(jié)，需要切實從培養(yǎng)學生動手和創(chuàng)新能力的角度出發(fā)，跟上單片機技術的發(fā)展，從實驗內(nèi)容設計、實驗設備多樣化、重視課程知識體系間的聯(lián)系、充分利用學生課外時間、完善考核評價體系等方面著手，進行實驗教學改進，推動單片機實驗教學的發(fā)展。

參考文獻：

[1]孟建，劉瑞祥，劉永啟.“單片機原理及應用”實驗教學改革研究[J].中國電力教育，2013，（11）.

[2]周家婕，安長俊.淺談優(yōu)化單片機實驗教學提高實驗教學質(zhì)量[J].計算機光盤軟件與應用，2012，（13）.

[3]王詠梅，王印松.單片機實驗教學改革的探索與實踐[J].實驗室科學，2012，（4）.

[4]唐續(xù)，趙芳斌，王嘉.EDA與單片機及SOPC一體化實驗教學平臺研制[J].實驗技術與管理，2013，（1）.

[5]陸中宏.工學結(jié)合模式下的單片機實驗板的設計與應用[J].制造業(yè)自動化，2011，（4）.

[6]朱向慶，胡均萬，陳宏華，等.多功能單片機實驗系統(tǒng)的研制[J].實驗室研究與探索，2012，（4）.

[7]王海燕，楊艷華.Proteus和Keil軟件在單片機實驗教學中的應用[J].實驗室研究與探索，2012，（5）.

（責任編輯：孫晴）