從單片機實驗改革探討關于高校實踐教學模式改革

張橙　吳韡

【摘 要】本文探討實踐教學改革的途徑，以單片機實踐教學為例，討論在單片機實驗中如何調動學生的積極性、調整和改進教學內容和方法、改革考核方式、改進實驗室管理等一系列的措施，通過提高單片機實驗的效果，使得學生在理論水平和實踐能力上得到全面發展。

【關鍵詞】單片機；實踐教學；設計；創新

高校實行綜合化改革以后，教育模式從“精英化”向“大眾化”轉移，高校的綜合化和社會對人才的專業化之間產生矛盾日益突出。在現階段的教育模式下，如何培養出社會需求的專業化人才和具有創新能力的高素質實用型人才，成了目前高校教學改革的主要目標[1]。

本文著重探討高校在實踐性教學環節上存在的問題，以單片機實踐性教學環節為例，闡述該課程存在的問題，提出一種更能適應學生需求和社會需求的實踐性教學環節新思路和新方法。

1 目前存在的問題

1.1 對實踐教學重視不夠

具體說，高校在培養方案設置上依然是先理論后實踐，過分重視理論教學，把實踐課當成理論課的附屬，實驗的重心不在于培養學生創新動手能力，而是簡單的驗證理論定理[2]。在課程安排上，往往是規定一門理論課需要完成幾個實驗，每個實驗結合課堂教學適時的穿插進行。表面上看，實踐和理論結合在一起了，但從實際教學來看，往往是一本指導書、一個實驗箱，按照既定的要求條件，機械的完成步驟，最后觀察結果，根本不關心其中涉及到的原理和理論。學生從頭到尾都只是模仿照搬，沒有一點自己的設計在里面。

首先，實驗課時偏少，不能滿足現代的教學要求。一般一個實驗安排為3個課時，單片機原理、DSP、嵌入式系統等稍微復雜一點的實驗項目根本無法在一次課程內調試完成[3]，結果為了完成教學任務，只能降低實驗難度，甚至把程序給學生，只是讓他們驗證一下結果，從而犧牲了學生設計創新的應用能力。其次，學校實驗設備老化也是一個重要原因。一套設備的招標采購往往需要花費很長的時間，而電子產品更新換代非常快，經常學校采購進來的新設備，沒用兩年就無法跟上時代的需求了。而且，在實驗教學中，由于學生操作不當或者人為損壞導致設備故障，因為學校實驗場地緊張沒有及時維修，經常是上一個班做完下一個班馬上進場，使得損壞設備往往到實驗全部結束時才能得到維修，這樣大大降低了設備的使用率，學生的實驗效果也大大減弱。

1.2 理論和實踐教學脫節

單片機實際上是一門實用性很強的專業課，教學的主要目的應該是讓學生能夠熟練應用芯片編程，因此教學的重點應該放在芯片的應用上。但現在很多高校對于單片機理論課依然從匯編語言講起，實驗課程也是要求用匯編語言編寫程序。真正廣泛應用的東西往往因為課時不夠，而輕輕帶過，這就導致了實驗與實際的脫節。這樣學生學的往往是過時的內容，大部分已經被淘汰了，使得學生有一種無所謂的心態，認為反正是用不上的東西，隨便應付一下就可以了。其次，在實驗教學中，因為內容的限定，讓學生不能自主能動性的設計實驗，規定要求完成的實驗一定要做完，導致學生的動手能力和創造性得不到鍛煉。最后，有部分同學理論課內容沒有掌握，在實驗中完全不理解步驟，只知道機械照搬書上的步驟。

2 改革舉措

2.1 增加實踐性教學環節的內容，重視實踐教學

首先，要使得學生在思想上重視實踐教學。拿單片機為例，單片機廣泛應用于各個領域，是生產生活必不可少的原件。學生對單片機掌握的程度，決定了他們畢業后的工作，從這一點上讓學生明白要經過大量的實踐，才能熟練掌握單片機。

其次，在實驗課中重視學生的參與，增加設計性的實驗內容，鼓勵學生自己設計實驗系統，不僅可以鍛煉學生的動手能力，也很好的解決了設備老化故障的問題。比如流水燈實驗，要學生自己用單片機最小系統外加一些電阻和發光二極管組成一個最簡單的流水燈平臺，再利用自己做的這個平臺編寫流水燈程序，這樣學生會更有興趣，學習的熱情也明顯提高了。在教學實驗中，鼓勵學生在上課前查閱資料，自己編寫程序，遇到問題，相互交流討論，共同解決問題，通過這樣的學習方式，學生能更好的掌握單片機硬件系統和接口關系，對程序的編寫也更加得心應手[4]。

對于實驗和實際的脫節，我們采取修改實驗內容和表現形式的方法，充分利用聲、光效果，增強實驗的趣味性和直觀性，將所學和所做的東西，與現實應用聯系起來，從基礎到提高，每一步都對學生提出詳細要求。例如流水燈的實驗，我們要求每個學生都要編程實現3種變換效果；較高的目標，實現用按鍵控制流水燈的效果切換；最后要求利用更多的流水燈實現陣列顯示效果，這樣通過不同的要求可以很好的掌握學生學習的情況。

2.2 理論課重點分明，針對實驗有過渡性和連貫性

單片機這門課程是一門應用型課程，對于這種課程我們采取在課堂上由老師提供簡單的例程，讓學生理解例程，模仿例程從而達到學習編程的目的。在授課方式上，可以分為5個步驟：介紹單片機的背景和硬件結構，軟件的介紹及應用，例程的講解說明，學生自己設計和模仿編程，考核[5]，如圖1所示。

我們從最基礎的流水燈實例開始，其中涉及到了I/O口、延時子程序等內容的講解，然后帶著理論課上的內容進行實驗，在實驗中提出對流水燈時間控制的問題，再回到課堂上講解定時/計數器的內容。這樣由理論開始，實驗提出問題，再由理論解決的方法，可以讓學生整個學習過程持續深入，同時也起到了理論和實際相輔相成的作用。

2.3 考核方式的改變

有了前面的教學改革，我們對學生實驗成績的考核方式也有所改變。我們著重考核學生單步執行、斷點調試及變量觀察三種調試手段的使用，看重學生自主調試程序及排除編程錯誤的能力。嘗試用團隊合作的方式，讓學生自由組合，相互幫助完成復雜程序的調試，使得每一個同學都可以在實驗中驗證所學，有所收獲。

2.4 嘗試多功能開放平臺

目前實驗室常用的單片機系統平臺是以驗證性實驗為主，優點是采用了可靠的成品硬件，減少實驗中硬件的錯誤和硬件的損耗，有助于學生對系統整體的把握。但缺點也很明顯，器件固定搭配限制了學生的思維，在綜合性、創新性實驗中幾乎起不到作用[6]。因此我們選擇了一個合適的開發平臺，在前期采用Proteus虛擬實驗平臺作為單片機學習的基本平臺，后期有選擇的進行硬件搭建的方法來對傳統實驗平臺進行改進。

通過對實驗平臺的改革，用較少的費用就能提供給學生自主、創新的實驗環境，學生在實驗過程中也不再擔心儀器的損壞，這樣可以最大程度的調動學生學習的主動性和積極性。

3 初步取得的成績和預期的效果

經過實踐驗證，單片機實驗課程的改革取得了較好的效果。學生對實驗有了很大的積極性，愿意自己動手嘗試做不同的內容，在一定程度上激發了學習單片機的興趣。興趣帶動積極性，很多同學自己在網上購買單片機學習板，進行更加深入的研究和學習，多次參加課外競賽活動，也都取得了很好的成績。圖2是“I/O口輸入輸出實驗”，學生自己設計了多種流水燈的效果。

3.1 學會團隊合作，大致了解產品流程

這種實驗教學的改革，在某種程度上和企業的研究方式類似，以這種方式切入，通過團體項目研究為主的體驗教學課程，讓學生個體研究—參與團隊談論—整體項目調試—團體項目匯報的模式成為實驗教學的主流，對學生個體實踐能力的提高，自我定位的認同感以及熟悉團隊合作的模式都有很大的幫助，縮短學生從學校走向社會的培訓時間。

3.2 對于常用的編程語言有所了解和涉及

學生在這種新的實驗模式下，可以自己選擇熟悉的編程語言，而且更多的可以參考網上不同的語言例程，對同一個程序進行不同的語言編寫，這樣可以大大的提高學生的編程水平。這種新的模式，不僅保證了多數學生學習效果的提高，同時也采取對部分能力較強的學生實現了拔高培養。

3.3 鍛煉了學生自學和自己解決問題的能力

新模式下的實驗課程，沒有了現成的程序，一切都需要學生自己動手操作，不僅可以提高他們的動手能力，也是一種經驗的累積。如果在校期間，能夠根據需要自己動手設計出一些較為實用的應用產品，那么今后走入社會，這些具體的作品比起一張簡歷無疑更能吸引用人單位。

本文提出的教學改革方法有利于發揮教師和學生的主觀能動性，實現了教師和學生的良好互動，從心理和能力兩個層面幫助學生感受成功、感受快樂，值得同類專業實驗教學的借鑒。

【參考文獻】

[1]朱敏杰，羅衍，余亞東.改革單片機教學培養應用型人才[J].實驗室研究與探索，2012，31（2）：144-147.

[2]劉喜雙，等.單片機課程實踐教學改革探索[J].教育探索，2013（8）.

[3]蔡苗，蔡紅娟.信息類專業平臺課程實驗教學體系改革的探索和實踐[J].實驗室研究與探索，2012，31（9）：144-146.

[4]楊琳，高宏亮.以提高學生興趣為導向的單片機實驗課改革[J].實驗室科學，2013，16（2）：95-98.

[5]劉健，羅三強.單片機實驗實訓教學模式改革的探索[J].教改縱橫，2007，14（3）：45-47.

[6]邊琰，耿麗清，趙麗.單片機實驗教學改革之探索[J].教育教學論壇，2014，15（2）：234-237.

[責任編輯：田吉捷]