獨(dú)立設(shè)課的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與探索

丁保華+陳軍+孟凡喜

摘 要 單片機(jī)是對(duì)實(shí)踐性要求很強(qiáng)的課程，傳統(tǒng)的理論和實(shí)驗(yàn)混編課程形式難以滿足單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的要求。本文提出了獨(dú)立設(shè)置單片機(jī)實(shí)驗(yàn)課程的實(shí)驗(yàn)課程改革方法并進(jìn)行了實(shí)踐探索。豐富了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，提高了單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的地位和學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的興趣和能力，促進(jìn)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的進(jìn)一步改革。

關(guān)鍵詞 獨(dú)立實(shí)驗(yàn)課 單片機(jī) 實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Experimental Teaching Reform and Exploration on

Independent Experiment Course of MCU

DING Baohua， CHEN Jun， MENG Fanxi

（School of Mechanical and Electronic Engineering， China University of Mining and Technology， Xuzhou Jiangsu 221116）

Abstract The course of MCU is strong requirement to practices， and the traditional course form with theory and experiment is difficult to meet experimental teaching of MCU. In the paper experimental reform method by independent experiment course of MCU is presented and has explored the practices， which enriches the experimental contents， improves the position of MCU experiment and students interest and ability to take part in the experiments， promotes the deep reform of experimental teaching.

Key words independent experiment course； MCU； experimental teaching reform

單片機(jī)課程是工科院校機(jī)電相關(guān)多專業(yè)的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課程，也是后續(xù)課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)的重要基礎(chǔ)。主要培養(yǎng)學(xué)生掌握單片機(jī)軟硬件的基礎(chǔ)知識(shí)和設(shè)計(jì)開發(fā)單片機(jī)實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)的初步能力，是對(duì)實(shí)踐性要求較高的課程。單片機(jī)課程教學(xué)不僅要重視理論教學(xué)模式和方法，更要重視加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容及實(shí)驗(yàn)方式方法的改革，更有利于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力、綜合思維能力。

1 單片機(jī)理論與實(shí)驗(yàn)混編課程教學(xué)模式

在高等院校創(chuàng)新性人才培養(yǎng)改革的實(shí)踐過(guò)程中，課程實(shí)驗(yàn)等環(huán)節(jié)越來(lái)越得到加強(qiáng)和重視，但是受傳統(tǒng)觀念的固有影響，重視理論教學(xué)而輕視實(shí)踐的狀況沒有得到根本的轉(zhuǎn)變，實(shí)驗(yàn)教學(xué)一般是作為課堂理論教學(xué)的驗(yàn)證而設(shè)立的。從課程教學(xué)編排上，課堂理論與實(shí)驗(yàn)教學(xué)混編課程仍是最常見的一種教學(xué)模式。這種模式下，一門課程劃分為理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)兩部分，課程成績(jī)統(tǒng)一評(píng)定，實(shí)驗(yàn)的成績(jī)占到課程總成績(jī)一部分。隨著高教改革的深入，實(shí)踐能力的培養(yǎng)越來(lái)越受到重視，這種混編課程教學(xué)模式，對(duì)于單片機(jī)這類實(shí)踐性要求較高的課程越發(fā)表現(xiàn)出不足。主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

首先，實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)不足且難以擴(kuò)充。單片機(jī)課程的總學(xué)時(shí)是確定的，實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)也只能占到其一少部分，如在原來(lái)的教學(xué)計(jì)劃中單片機(jī)總學(xué)時(shí)為48學(xué)時(shí)，安排有10個(gè)學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)，這對(duì)于課內(nèi)實(shí)驗(yàn)來(lái)說(shuō)已經(jīng)是比較多的學(xué)時(shí)安排了，但這對(duì)于進(jìn)行單片機(jī)較全面的實(shí)驗(yàn)是遠(yuǎn)不夠的，如果要增加實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)，理論課時(shí)就要相應(yīng)較少，協(xié)調(diào)起來(lái)比較困難。其次，實(shí)驗(yàn)的時(shí)間跨度受到較大限制。由于單片機(jī)的課堂理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)是要作為一門課給出成績(jī)的，基本上是課堂教學(xué)結(jié)束，相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)也基本上應(yīng)該結(jié)束，然后再統(tǒng)一安排考試及成績(jī)的評(píng)定，這樣就造成了實(shí)驗(yàn)要相對(duì)集中地安排，實(shí)驗(yàn)室在這個(gè)時(shí)間段內(nèi)負(fù)荷非常高，實(shí)驗(yàn)的周期較短，實(shí)驗(yàn)時(shí)間的靈活性受到很大的限制，甚至影響正常的實(shí)驗(yàn)質(zhì)量。第三，設(shè)計(jì)性和綜合性多學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)開展困難。由于實(shí)驗(yàn)的學(xué)時(shí)數(shù)少，而單片機(jī)諸如存儲(chǔ)器、中斷、定時(shí)器、鍵盤顯示等等需要實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練的項(xiàng)目?jī)?nèi)容又比較多，只能安排學(xué)時(shí)數(shù)比較少的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，且實(shí)驗(yàn)過(guò)程中主要是在教師的主導(dǎo)下進(jìn)行，學(xué)生一般是被動(dòng)地接受，這樣雖然可以縮短實(shí)驗(yàn)的時(shí)間，但學(xué)生的獨(dú)立思考能力、實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力得不到有效的鍛煉。學(xué)生普遍感到學(xué)完該課程后，并沒有真正掌握單片機(jī)系統(tǒng)完整的知識(shí)。

2 獨(dú)立設(shè)課的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)

針對(duì)單片機(jī)課程特點(diǎn)，加強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手及實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ嵘龑?shí)驗(yàn)教學(xué)的地位及提高單片機(jī)教學(xué)質(zhì)量，對(duì)單片機(jī)的課程進(jìn)行了較全面的改革。將單片機(jī)教學(xué)改為理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)兩門獨(dú)立課程，從單片機(jī)整體系統(tǒng)出發(fā)對(duì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目及內(nèi)容重新進(jìn)行規(guī)劃、整合及擴(kuò)充，將單片機(jī)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)提升一門獨(dú)立的實(shí)踐類課程，與理論課堂教學(xué)并行開設(shè)。這樣從根本上改變了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的附屬地位，不但實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)得到充分加強(qiáng)，而且在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的安排上更具有全面性、系統(tǒng)性和靈活性。

首先，單片機(jī)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容大大擴(kuò)展了。在單片機(jī)理論與實(shí)驗(yàn)混編的課程教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)只有10個(gè)學(xué)時(shí)，而獨(dú)立設(shè)置單片機(jī)實(shí)驗(yàn)課程后，必修實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)擴(kuò)充到了24學(xué)時(shí)，而且還擴(kuò)充了大量的選修實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以從單片機(jī)整體系統(tǒng)的概念出發(fā)，對(duì)單片機(jī)的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)、程序編寫、計(jì)數(shù)器和中斷應(yīng)用、通訊方式、A/D和D/A轉(zhuǎn)換、鍵盤和顯示等主要構(gòu)成等方面得到較為全面的實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練。

第二，單片機(jī)實(shí)驗(yàn)時(shí)間更加靈活了。作為獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)課程，不再完全服從于課堂理論教學(xué)的時(shí)間安排，選擇實(shí)驗(yàn)的時(shí)間上具有很大的靈活性，有利于實(shí)驗(yàn)室的真正開放和開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開展。實(shí)驗(yàn)時(shí)間跨度貫穿整個(gè)學(xué)期，也避免了實(shí)驗(yàn)室在一段時(shí)間內(nèi)超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的不合理的情況。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中除了單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)的使用以及基本的指令結(jié)構(gòu)程序?qū)嶒?yàn)由老師集中安排輔導(dǎo)之外，多數(shù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目由學(xué)生以實(shí)驗(yàn)小組的形式自由與實(shí)驗(yàn)室聯(lián)系，自主地決定實(shí)驗(yàn)的時(shí)間和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。也不再以嚴(yán)格的課堂學(xué)時(shí)數(shù)限定實(shí)驗(yàn)時(shí)間，而是按上午、下午和晚上三個(gè)單元進(jìn)行，以保障學(xué)生有充分的實(shí)驗(yàn)時(shí)間和適應(yīng)于不同層次學(xué)生的情況。endprint

第三，選做實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目得到有效實(shí)施。不論是混編課程中的實(shí)驗(yàn)，還是獨(dú)立實(shí)驗(yàn)課程實(shí)驗(yàn)，都有作為教學(xué)指導(dǎo)性規(guī)范文件的實(shí)驗(yàn)大綱。在大綱中除了有必做的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，還安排了大量的選修實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，其目的就是給學(xué)生充分的實(shí)驗(yàn)機(jī)會(huì)和個(gè)性的發(fā)揮。但混編課程的實(shí)驗(yàn)，在相對(duì)時(shí)間內(nèi)實(shí)驗(yàn)的時(shí)間緊，任務(wù)重，基本上是教師集中指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)，從頭到尾所有學(xué)生在相同時(shí)間做同樣的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，學(xué)生自己選做實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)幾乎沒有，不利于學(xué)生實(shí)驗(yàn)的興趣的提高和個(gè)性特點(diǎn)的發(fā)揮。獨(dú)立設(shè)置實(shí)驗(yàn)課程后，實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容大大豐富了，給學(xué)生更多的選修實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)。如規(guī)定了必修實(shí)驗(yàn)內(nèi)容占實(shí)驗(yàn)總學(xué)時(shí)的50%左右，以培養(yǎng)學(xué)生掌握單片機(jī)的基本內(nèi)容；另外50%學(xué)時(shí)作為選修內(nèi)容，學(xué)生可以從選做的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中選擇，同時(shí)規(guī)定了設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和綜合性實(shí)驗(yàn)的選擇比例。這樣既保障了學(xué)生對(duì)單片機(jī)各部分的基礎(chǔ)訓(xùn)練，也可以使學(xué)生不同的興趣特點(diǎn)得到發(fā)揮，例如在A/D轉(zhuǎn)換的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中就有三個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容供學(xué)生選擇：常規(guī)溫度的采樣計(jì)算，應(yīng)變片稱重的力信號(hào)的采樣計(jì)算以及電阻位移傳感器的線性位移測(cè)量，學(xué)生選做一項(xiàng)就可以，這樣學(xué)生既掌握了A/D轉(zhuǎn)換器的基本使用，又體現(xiàn)了不同物理量的處理上的差異性，有利于培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手和探究的興趣。

3 完善實(shí)驗(yàn)過(guò)程管理與評(píng)價(jià)

實(shí)驗(yàn)管理是實(shí)驗(yàn)教學(xué)能夠正常開展的保障，是實(shí)驗(yàn)教學(xué)深化改革的重要方面。單片機(jī)獨(dú)立實(shí)驗(yàn)課的開展，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容以及實(shí)驗(yàn)時(shí)間的靈活性大大增加了，指導(dǎo)教師的地位和角色也應(yīng)該適應(yīng)這種變化和要求。

首先，實(shí)驗(yàn)室應(yīng)該逐步實(shí)現(xiàn)真正的開放運(yùn)行，包括時(shí)間上開放和內(nèi)容的開放。對(duì)單片機(jī)的必修實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容實(shí)行時(shí)間上的開放，學(xué)生以班級(jí)的形式與實(shí)驗(yàn)室協(xié)商實(shí)驗(yàn)時(shí)間，統(tǒng)一組織實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生盡快熟悉單片機(jī)實(shí)驗(yàn)開發(fā)系統(tǒng)和單片機(jī)的基本功能；而對(duì)于另外50%的選修實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，學(xué)生以小組的形式進(jìn)行，實(shí)行時(shí)間及內(nèi)容的開放。

第二，要轉(zhuǎn)變實(shí)驗(yàn)教學(xué)的指導(dǎo)方式。受傳統(tǒng)觀念的長(zhǎng)期影響，實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)大多仍采用的是課堂理論教學(xué)的方法，教師把內(nèi)容、步驟等詳細(xì)講授一遍，學(xué)生按部就班重復(fù)一遍，老師處于中心主導(dǎo)地位，學(xué)生雖然可以盡快完成實(shí)驗(yàn)，但動(dòng)手創(chuàng)新能力被大大壓制了。轉(zhuǎn)變指導(dǎo)方式就是要把學(xué)生作為主體地位，教師則是輔導(dǎo)者和討論的參與者，使學(xué)生處在自主的實(shí)驗(yàn)環(huán)境當(dāng)中，甚至可以讓學(xué)生經(jīng)歷些失敗，在失敗的過(guò)程中掌握知識(shí)、積累經(jīng)驗(yàn)和再學(xué)習(xí)，在一定的壓力下激發(fā)學(xué)生實(shí)驗(yàn)的興趣、主動(dòng)性及探究知識(shí)的熱情。

第三，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)過(guò)程評(píng)價(jià)。以往的實(shí)驗(yàn)主要以學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告來(lái)評(píng)價(jià)，過(guò)于重視結(jié)果而輕視過(guò)程。對(duì)學(xué)生實(shí)踐訓(xùn)練來(lái)說(shuō)實(shí)驗(yàn)結(jié)果固然重要，但過(guò)程更重要，這也對(duì)指導(dǎo)教師提出了更高的要求。教師需掌握學(xué)生從實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、方案討論、實(shí)際操作過(guò)程及結(jié)果、總結(jié)報(bào)告等全面情況，才能給出合理公正的評(píng)價(jià)。也不再進(jìn)行單獨(dú)的實(shí)驗(yàn)考試，而是對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行考察，避免片面性和偶然性的發(fā)生，也有利于培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)態(tài)度。

4 結(jié)束語(yǔ)

單片機(jī)實(shí)驗(yàn)無(wú)論是實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的改革，還是實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理體系的改革，其目的是要切實(shí)提高單片機(jī)實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量， 豐富和完善單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，使學(xué)生能真正產(chǎn)生濃厚的興趣，變被動(dòng)性的實(shí)驗(yàn)為主動(dòng)性的實(shí)驗(yàn)，從而掌握單片機(jī)的本質(zhì)內(nèi)容，提高單片機(jī)的實(shí)際應(yīng)用能力。當(dāng)然，單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革也只是做了一定的嘗試，得到了學(xué)生的肯定，學(xué)生實(shí)驗(yàn)的主動(dòng)性明顯提高，并取得了較好的效果。今后需進(jìn)一步加強(qiáng)單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)的系統(tǒng)實(shí)踐，使課程實(shí)驗(yàn)與專業(yè)實(shí)踐，乃至畢業(yè)設(shè)計(jì)做到有機(jī)聯(lián)系和銜接，實(shí)行真正的開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)，深化實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革。

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