單片機接口實驗教學改革探討

摘要：針對碩士研究生單片機接口實驗教學中存在的學生單片機基礎參差不齊、課時少、實驗內容多等諸多矛盾，分別在教學內容、教學形式、考核方式上進行了相應改革。實踐證明，采用新的教學方法后，課堂氣氛更加活躍，學生的學習積極性得到了提高，整體教學效果得到了很大改善。

關鍵詞：單片機接口實驗；碩士研究生教學；教學改革

作者簡介：閆景富（1978-），男，山西平遙人，中國石油大學（北京）信息學院，講師；錢步仁（1964-），男，江蘇泰州人，中國石油大學（北京）信息學院，副教授。（北京 102249）

基金項目：本文系中國石油大學（北京）2012年度“研究生教育質量與創新工程”項目的研究成果。

中圖分類號：G642.423 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）03-0136-01

電類專業的學生在本科階段已經學過類似于“單片機原理及應用”的課程，對單片機結構和工作原理以及利用匯編語言或C語言進行程序開發都具備了一定基礎。然而，通過以往對學生的調研發現，好多學校在本科開設單片機課程時，采用proteus仿真軟件來代替實際硬件電路進行課堂實驗，這對初學者而言有一定好處，可以將學生的主要精力放在單片機程序開發上，而不必過多考慮電路相關問題。但另一方面，這也造成了學生不能從電路層面真正了解單片機接口電路的開發，甚至影響了學生對某些編程細節的理解。此外，本科階段的單片機課程基本處于培養計劃中有關MCU、MPU及EDA課程體系的最開始階段，學這門課的學生首先需要經歷一個從電子技術基礎、C語言編程等基礎知識向以微處理器為核心、通過軟件編程實現系統功能的思想跨越，這一思想轉變對初學者來講有一定難度，再加上當時課時又比較緊張，因此除了在課外競賽或本科畢設中用到過單片機的同學外，多數同學對單片機掌握的情況其實并不理想。而到了研究生階段，基于微處理器的C語言編程幾乎是每個學生應該具備的一項基本技能。為了讓學生能更快提高自己這方面的能力，更好地融入到科研項目當中，筆者所在學校面向碩士研究生開設了單片機接口實驗課程。盡管學生已經有了相關知識基礎，但課堂面臨著學生基礎參差不齊、課時少、實驗內容多等問題，為了解決好以上矛盾，筆者在教學方法上進行了改革嘗試，取得了明顯效果。

一、轉變指導思想，優化教學內容

在以往的教學過程中發現，選課學生的單片機基礎不盡相同，多數學生對學過的內容遺忘了很多，甚至有極少數學生以前沒有接觸過單片機，為了更好地幫助學生回憶知識，讓所有學生都能跟上課堂進度，往往要花6～8個學時給學生講解單片機的結構、片上資源及其工作原理以及單片機C語言等相關知識，即便這樣教學效果還不是很理想，在后續的實驗課上仍然發現不少同學沒能真正消化課堂上所講的內容。6～8個學時相對課程總的32學時來講已經算是占用了不少課時，但要想讓學生用這么短時間就把之前學的知識完全撿起來，客觀來講確實有一定難度。而且在教學過程中還發現，有些學生盡管單片機知識掌握了，但到編程的時候還是不知道該如何下手，反映出學生對編程的生疏。

針對以上問題，筆者經過認真思考，認為解決問題的辦法應該是設法提高學生的主觀能動性，讓學生利用課外時間通過自學去彌補單片機知識上的不足，而老師在課堂上應更多地以簡單實例進行示范性講解，使學生對編程有足夠的認知，對編程別再那么生疏，比如：通過GPIO口控制LED燈亮滅的跑馬燈實驗，控制七段數碼管的靜態、動態顯示實驗，輸出固定頻率的PWM信號等等。盡管實驗內容很簡單，但結合完整的程序，通過逐字逐句的解釋，學生可以從這些示例中學到很多編程的細節或應該注意的問題。課程初期學生一旦能夠順利融入課程，隨著課堂的進行、編程能力的提高，后面較為復雜的實驗自然水到渠成。反觀以前的教學中，讓學生自學單片機的內容，學生覺得很枯燥，而且自學以后還是存在無法解決編程的問題，教學效果受到了影響。

通過調整課程初期的教學內容，幫助學生解決真正棘手的問題，實現從以往以教師為中心的知識講解向以學生自學為主、教師示范指導為輔的教學模式的轉變，不僅節省了課時，同時還提高了學生學習主動性，收到了好的教學效果。

二、更換實驗設備，改變教學形式

對于實驗課程，實驗設備是課堂開展的平臺和載體，設備的選取至關重要。以往教學中實驗設備采用體積較大的實驗箱，實驗內容豐富，從簡單的有關并行IO口控制的按鍵、LED燈實驗到中等難度的A/D、D/A接口實驗，一直到復雜的液晶顯示、USB接口等實驗，可以循序漸進地培養學生的編程能力，但同時也存在一個弊端，那就是由于實驗箱體積較大，只能將其固定放在專業實驗室，這在一定程度上給學生帶來不便。盡管該實驗室是開放的，但難免實驗室安排有課或者其他活動，學生對實驗箱很難做到“長時間零距離”接觸，而這一點在課程初期很重要。上面已經提及，一方面學生已經有了相關知識基礎，另一方面課程學時又很緊張，因此從教師角度而言，當然是希望學生能越早下手編程越好，課程的目的是通過大量從簡到繁的實驗直接培養學生對微處理器常見接口的開發能力，而不希望學生由于接觸實驗箱的時間得不到保障而影響了學習的進度。

為了能讓學生更方便地使用實驗設備，我們購買了體積小的實驗箱，長、寬、高尺寸僅為200（mm）×150（mm）×60（mm），而且做到人手一個，在整個開課期間由學生自己保管。由于攜帶方便，所以無論在實驗室還是宿舍，學生只要編好一段程序便可很方便地在實驗箱上進行調試和驗證，這在某種程度上也提高了學生學習的積極性。盡管實驗箱體積小，但是支持的實驗內容同樣很豐富，這主要歸功于實驗箱上的元器件均采用貼片的小體積封裝，大大節省了電路板面積；此外，很多模塊并沒有直接出現在實驗箱上，而是以接線口的形式預留出來，實驗箱中再配以一個個獨立的功能模塊，從而有效減小了實驗箱的尺寸。

通過更換實驗設備使學生更能方便地驗證所編寫的程序，提高了學習的連貫性。以往課程的進度基本以課堂為主線，比如一次課或兩次課做一個實驗，未完成的同學再利用課后時間將實驗做完，但由于這種可調節的時間彈性范圍較小，再加上學生之間在單片機基礎和編程能力上存在較明顯的差別，老師有時難以把握課程進度。更新實驗箱以后，學生可調配的用來做實驗的時間更加充足，學有余力的學生可以走在課堂前面做一些較綜合的實驗，而基礎相對薄弱的學生，可以課外多花一些時間練習編程并隨時通過實驗箱進行功能驗證。整個學習過程中，學生具有更大的獨立性、自主性、探索性，[1]這對培養研究生的專業技能和整體素質都是非常有益的。

三、豐富試題內容，調整考核方式

為了能夠對學生整個學習過程和學習效果作出合理評價，學生成績的評定主要源于平時課堂實驗的表現和期末大作業的完成情況，兩者各占50%的比例。課堂實驗涉及的內容較多，其完成情況可以直接反映出學生對知識和編程的熟悉程度以及思考問題、解決問題的能力。為了圓滿完成課堂實驗，學生的積極性也會相應提高，學生之間經常就編程思路、調試中遇到的問題展開討論，課堂氣氛活躍。[2]老師在和學生討論的過程中，有時也能被激發出靈感，甚至從學生那里學到一些巧妙的解決問題的方法。總之，課堂氛圍好了，大家對課程的興趣就更加濃厚，能力提高也就更快。

期末大作業都是綜合性的實驗，通過一個完整的題目，將平時實驗中的至少三四個實驗內容聯系到一起，培養學生工程化、系統化思維，并且在作品提交時要進行簡單答辯，這樣可以敦促學生更深入地思考問題。大作業的題目要做到動態更新，參考各類競賽以及教師科研中遇到的實際問題，經提煉形成合適題目后隨時加入到試題庫中。這些題目不僅可以培養學生分析問題的能力，還可以讓學生了解教師的科研內容和目前科學研究的現狀與發展。[3]如果有的實驗模塊實驗箱上不具備，可以讓學生自行研制或者采用別的資源更豐富的實驗箱。

通過加大對學生平時表現的考核比重，豐富期末大作業題目內容，在一定程度上減少了以往少數學生散漫、學習不積極的現象，使得討論成為了課堂的主旋律，學生的創新思維和綜合能力在討論中得到培養與提高。

四、結論

實驗類課程不同于理論課，需要在熟悉理論知識的前提下進行，然而對于我校面向碩士研究生開設的單片機接口實驗課程而言，相關理論知識的學習已經過去一兩年，而且每個人的基礎也不盡相同，因此在以往的教學中面臨著諸多困難。通過在教學內容、教學形式、考核方式等多方面的改革，課堂氣氛得以改善，學生學習的積極性得以提高，教學質量得到了保證。

參考文獻：

[1]宋國利，蓋功琪，蘇冬妹.開放式實驗教學模式的研究與實踐[J].實驗室研究與探索，29（2）：91-93.

[2]段華洽，王朔柏.深化教學改革，創新教學模式[J].中國大學教學，2009，（4）：35-37.

[3]歐陽津，申秀民，趙云嶺，等.改革實驗教學模式，培養創新性人才[J].中國大學教學，2008，（2）：79-80.

（責任編輯：王祝萍）