應用型本科院校單片機實驗教學改革研究*

葉宗海（福建師范大學閩南科技學院，福建 泉州 362332）

?

應用型本科院校單片機實驗教學改革研究*

葉宗海
（福建師范大學閩南科技學院，福建 泉州 362332）

摘要：單片機技術課程是本科院校普遍開設的一門課程，實驗教學是該課程的重要環節，影響著學生應用和創新能力的培養。針對當前單片機實驗教學現狀，從教學方式和方法、實驗考核、課程體系等角度進行了分析，結合本院單片機課程實驗教學情況，提出相應的改革措施，以促進和提高教學質量。

關鍵詞：單片機實驗；改革；教學內容；教學方式；考核方式

一、概述

應用型本科院校，有別于傳統的學術型大學，也區別于高等職業技術院校。其主要任務在于實施應用性本科教育，培養應用型創新人才。其教學模式上靈活多樣，既有理論學習，又有實踐教學，且更加注重通過實驗教學來培養解決問題的能力。單片機技術是一門專業性、實踐性很強的課程，也是各類高校工科學生普遍學習的專業基礎課程［1］。這門課程注重理論與實踐相結合，而單片機實驗在整個課程的教學中起著相當重要的作用，通過實驗環節可以激發學生的學習興趣，鞏固理論知識，培養把理論知識轉變為工程實踐應用的能力［2］。為適應我院應用型人才的培養，針對當前現狀及存在問題，結合自身多年硬件課程實驗教學經驗，談談對單片機實驗教學改革的看法。

二、單片機實驗教學現狀

單片機實驗教學的目的是通過實驗教學，使學生掌握單片機的原理，掌握單片機系統的設計方法，為學生今后從事硬件相關工作打下基礎［3］。傳統的單片機實驗教學的現狀，主要表現在以下幾個方面：1.實驗教學以教師為中心，由教師講述實驗目的、內容、原理及實驗步驟，學生在規定的時間內，根據實驗指導書上預先設計好的實驗，按照對應電路與步驟，連接電路，輸入程序后進行運行與驗證，用一樣的實驗方式和步驟完成實驗，教學模式單一，實驗方式陳舊落后［4］。另外，實驗教學中一般都采用的實驗設備是硬件實驗箱，其特點是高度集成化、模塊化和電路資源不夠，實驗過程中可自主設計部分較少，實驗時只需進行簡單連線即可，造成學生主動思考不夠，動手操作能力不足，不能滿足綜合性、創新性實驗的需要。2.在實驗內容設置上，基本上以驗證性實驗為主，比如單片機I/O口控制、鍵盤與顯示、定時/計數器、中斷實驗等。驗證性實驗過多，綜合性、啟發性實驗不夠，缺少大型設計性和綜合性實驗［5］，對于單片機這門課程來說，這種方式培養的學生缺少系統設計與應用能力，不利于應用型人才的培養。3.實驗考核方式上也有不足。一般單片機實驗是依附于理論教學的，沒有獨立設課，實驗無獨立學分，學生對實驗重視度不夠，只注重于期末的考試，實驗過程、數據記錄和報告應付性完成，影響了教師對學生的量化考核，也影響學生學習的積極性。

除了以上幾點，單片機實驗設備不能完全滿足實驗教學需求。存在實驗設備更新慢、設備陳舊和數量不足問題。在課程體系與專業人才培養方案上，也存在不足。比如部分專業上單片機技術課程時，還未開設過數字電路、未開設匯編語言程序設計與C語言程序設計等課程，這些課程的開設為單片機課程的進行打下堅實基礎，否則無法進行電路分析設計、程序編寫。除此之外，院系對實驗重視程度不夠，存在單片機實驗學時不足，如理論授課與實驗學時比為48：16，無法進行綜合設計性實驗和課程設計等內容的開展。

三、改革措施

對單片機技術等硬件課程實驗來說，對硬件設備依賴度很高，必須保證硬件設備及時更新替換，并且有足夠數量可供學生實驗。在課程教學體系安排合理的情況下，必須要提高對硬件實驗的重視程度，對初學者來說，單片機實驗涉及軟硬件設計和編程能力，相對難度較大，必須要增加實驗學時，加強實驗環節，以便進行綜合實驗和課程設計，提高學生動手與綜合應用能力。更重要的是，單片機實驗要在以下三方面進行重點改革。

（一）教學內容改革

根據單片機課程特點，結合經典的51單片機進行教學，將實驗內容分為基礎實驗、進階實驗、綜合實驗和創新應用實驗，從基礎到創新應用，層層深入，充分培養學生動手實踐與應用能力［2］。基礎實驗內容主要有熟悉實驗系統、I/O口控制、鍵盤、八段數碼管顯示、中斷、定時/計數器、I/O口擴展等。目前單片機程序開發可以采用匯編語言和C語言進行，由于匯編語言屬于低級程序語言，可讀性較差，特別是程序代碼較長的情況下。C語言具有可讀性強、結構化好的優點，而單片機C51語言由C語言繼承而來，可在單片機平臺運行，因此51單片機編程采用C51編程語言。另外，實驗時要特別注重學生C51編程習慣和能力培養。基礎實驗，讓學生了解和熟悉單片機系統工作原理與編程控制。進階實驗內容有AD轉換、I2C總線，UART總線、IC卡、液晶顯示屏、LED廣告屏顯示等實驗，軟硬件設計方面相對難度更高，目的是讓學生熟悉常用器件與單片機接口，學習對這些器件的軟硬件設計與控制，培養學生基本應用設計能力。綜合實驗需要結合各種器件與電路進行系統設計，綜合性較強。如紅外報警系統設計、直流電機轉速測量與控制、多功能時鐘設計等實驗，培養學生對單片機應用系統設計與綜合運用能力。創新應用實驗，學生結合自已的創意，自行設計電路和選擇設備器件進行，充分發揮學生創造力、培養應用設計與解決實際問題能力。鼓勵學生結合TI、合泰HT公司等系列新型單片機，進行智能化系統設計，如設計智能太能陽路燈、MP3播放器等系統。在實驗學時足夠的情況下，創新應用實驗內容可以采用課程設計方式進行，教師提供題目，讓學生自行選擇，根據題目系統的大小，采用一人或多人合作的方式進行，以此鍛煉學生獨立解決問題與團隊協作能力。

（二）教學方法改革

學好單片機技術，要注重單片機的實驗教學。除了進行教學內容改革之外，也需要在教學方法上進行改革。由于實驗學時相對較少，且需要完成多個實驗，每次實驗可能需要完成一至兩個實驗內容，實驗時還要進行軟硬件設計、編程調試等工作。為了保障在有限的實驗時間內高質量高效率完成，要求學生實驗前進行預習。教師提前布置實驗內容，學生在課余時間，根據要求，結合實驗指導書，預習實驗相關內容和編程，做到實驗前預習整個實驗環節［4］。實驗時，教師講解實驗工作原理，現場演示實驗內容與系統，這很關鍵，能讓學生直觀的看到實驗運行結果，引發思維碰撞。實驗時學生驗證自已設計的系統，通過對比了解實驗錯誤所在、哪些方面需要改進與完善，激發學習興趣。另外，在適當的時候，教師將實驗電路與程序共享，供未完成實驗的學生進行實驗論證，以建立學習的自信心。實驗完成后，進行實驗總結，在課余時間完成實驗報告。在激發學習單片機技術的積極性和創新性方面，鼓勵學生參與校內外電子設計比賽、電子作品展覽、全國大學生電子設計大賽、省大學生合泰杯單片機應用設計競賽等活動，提升單片機應用水平。在有條件的情況下，進行實驗室開放，讓學生有更多的時間進行單片機系統設計、開發和實驗，這種方式，提高了實驗室利用率，也為學生學習單片機提供了實驗條件。另外，在實驗設備上，可以采用虛擬仿真軟件與硬件實驗箱相結合方式。由于硬件實驗箱可能存在硬件電路或芯片等方面不足，不能完全滿足于實驗，安裝虛擬仿真軟件進行，如安裝使用PROTUES仿真軟件進行實驗。以彌補硬件實驗箱的短板，真正做到能實不虛、虛實結合的實驗環境。也可以充分利用單片機廠家贈送的實驗板或共建的實驗室，進行創新應用實驗，如合泰單片機實驗板、TI單片機實驗板等。讓學生除了學會使用基礎的51系列單片機，也可以對當前主流單片機進行開發應用，提高創新應用能力。

（三）考核方式改革

單片機實驗在內容與方法改革之外，還要對實驗考核機制進行改革，引起學生對單片機實驗的重視，提高學習積極性。適當增加實驗學時，讓學生在學習理論知識后，有時間在硬件實驗室完成實驗，也可以讓教師更好的進行實驗成績綜合評定。實驗成績由平時實驗成績、實驗報告成績和實驗考核成績組成［6］，為了實驗成績評定的公平性，實驗時要求每位學生獨立完成實驗與報告，教師根據完成情況，給予客觀評分，綜合計算后做為課程平時成績。若單片機實驗安排有課程設計環節，則需要安排課程答辨，根據系統完成程度以及學生的答辯情況，給予評分。此分數可以做為課程期末成績，也可以做為實驗考核成績。通過考核方式的改革，讓學生認真對待每次實驗，以此激勵他們學好單片機課程。

四、結束語

單片機是一門技術性、應用性很強的課程，學好該課程，能夠提高學生動手實踐和創新能力，增加就業途徑，符合應用型本科院校的人才培養方向。另外，單片機實驗教學效果，還受多種因素影響，比如教師授課水平、學生素質、教學計劃等。以上僅從教學內容、方式、考核等幾個方面做了探討，具體實行還需要根據單片機課程發展形式，結合院校自身教學特點與方式，不斷改革與實踐，以提高單片機實驗教學質量。

參考文獻

［1］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，2012，15（4）：25.

［2］劉偉.單片機實驗教學改革與實踐［J］.中國現代教育裝備，2011（19）：81-82.

［3］張志杰，趙旭.單片機實驗教學改革初探［J］.實驗科學與技術，2008（2）：87.

［4］李莉.單片機實驗教學改革與創新能力的培養［J］.電腦與電信，2008（4）：71-72.

［5］劉輝，王新輝，張文希.從電子設計競賽看單片機實驗教學的改革與創新［J］.長沙大學學報，2006，20（5）：98-99.

［6］朱月秀，尤佳.單片機實驗教學改革的探索［J］.實驗室研究與探索，2002，21（4）：18.

中圖分類號：G642

文獻標志碼：A

文章編號：2096-000X（2016）13-0128-02

*基金項目：福建師范大學閩南科技學院“本科教學工程”項目基金（編號：MKJG-2015-013）

作者簡介：葉宗海（1980-），男，福建省屏南縣人，福建師范大學閩南科技學院實驗師，本科，研究方向：計算機硬件實驗教學、單片機技術與網絡安全研究。

Abstract：The single-chip microcomputer technology course is a course that is generally set up in undergraduate colleges.Experimental teaching is an important practice link of the course，which affects the cultivation of students'application and innovation ability.In view of the current situation of the experimental teaching of SCM，combined with the SCM experimental situation in MSTI，this paper puts forward corresponding reform measures to promote and improve the quality of teaching from analyzing on teaching way and method，assessment and curriculum system.

Keywords：single-chip microcomputer experiment；reform；teaching content；teaching method；assessment