從單片機(jī)實(shí)驗(yàn)改革探討關(guān)于高校實(shí)踐教學(xué)模式改革

張橙　吳韡

【摘 要】本文探討實(shí)踐教學(xué)改革的途徑，以單片機(jī)實(shí)踐教學(xué)為例，討論在單片機(jī)實(shí)驗(yàn)中如何調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性、調(diào)整和改進(jìn)教學(xué)內(nèi)容和方法、改革考核方式、改進(jìn)實(shí)驗(yàn)室管理等一系列的措施，通過提高單片機(jī)實(shí)驗(yàn)的效果，使得學(xué)生在理論水平和實(shí)踐能力上得到全面發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】單片機(jī)；實(shí)踐教學(xué)；設(shè)計(jì)；創(chuàng)新

高校實(shí)行綜合化改革以后，教育模式從“精英化”向“大眾化”轉(zhuǎn)移，高校的綜合化和社會(huì)對人才的專業(yè)化之間產(chǎn)生矛盾日益突出。在現(xiàn)階段的教育模式下，如何培養(yǎng)出社會(huì)需求的專業(yè)化人才和具有創(chuàng)新能力的高素質(zhì)實(shí)用型人才，成了目前高校教學(xué)改革的主要目標(biāo)[1]。

本文著重探討高校在實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)上存在的問題，以單片機(jī)實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)為例，闡述該課程存在的問題，提出一種更能適應(yīng)學(xué)生需求和社會(huì)需求的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)新思路和新方法。

1 目前存在的問題

1.1 對實(shí)踐教學(xué)重視不夠

具體說，高校在培養(yǎng)方案設(shè)置上依然是先理論后實(shí)踐，過分重視理論教學(xué)，把實(shí)踐課當(dāng)成理論課的附屬，實(shí)驗(yàn)的重心不在于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新動(dòng)手能力，而是簡單的驗(yàn)證理論定理[2]。在課程安排上，往往是規(guī)定一門理論課需要完成幾個(gè)實(shí)驗(yàn)，每個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)合課堂教學(xué)適時(shí)的穿插進(jìn)行。表面上看，實(shí)踐和理論結(jié)合在一起了，但從實(shí)際教學(xué)來看，往往是一本指導(dǎo)書、一個(gè)實(shí)驗(yàn)箱，按照既定的要求條件，機(jī)械的完成步驟，最后觀察結(jié)果，根本不關(guān)心其中涉及到的原理和理論。學(xué)生從頭到尾都只是模仿照搬，沒有一點(diǎn)自己的設(shè)計(jì)在里面。

首先，實(shí)驗(yàn)課時(shí)偏少，不能滿足現(xiàn)代的教學(xué)要求。一般一個(gè)實(shí)驗(yàn)安排為3個(gè)課時(shí)，單片機(jī)原理、DSP、嵌入式系統(tǒng)等稍微復(fù)雜一點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目根本無法在一次課程內(nèi)調(diào)試完成[3]，結(jié)果為了完成教學(xué)任務(wù)，只能降低實(shí)驗(yàn)難度，甚至把程序給學(xué)生，只是讓他們驗(yàn)證一下結(jié)果，從而犧牲了學(xué)生設(shè)計(jì)創(chuàng)新的應(yīng)用能力。其次，學(xué)校實(shí)驗(yàn)設(shè)備老化也是一個(gè)重要原因。一套設(shè)備的招標(biāo)采購?fù)枰ㄙM(fèi)很長的時(shí)間，而電子產(chǎn)品更新?lián)Q代非常快，經(jīng)常學(xué)校采購進(jìn)來的新設(shè)備，沒用兩年就無法跟上時(shí)代的需求了。而且，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，由于學(xué)生操作不當(dāng)或者人為損壞導(dǎo)致設(shè)備故障，因?yàn)閷W(xué)校實(shí)驗(yàn)場地緊張沒有及時(shí)維修，經(jīng)常是上一個(gè)班做完下一個(gè)班馬上進(jìn)場，使得損壞設(shè)備往往到實(shí)驗(yàn)全部結(jié)束時(shí)才能得到維修，這樣大大降低了設(shè)備的使用率，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)效果也大大減弱。

1.2 理論和實(shí)踐教學(xué)脫節(jié)

單片機(jī)實(shí)際上是一門實(shí)用性很強(qiáng)的專業(yè)課，教學(xué)的主要目的應(yīng)該是讓學(xué)生能夠熟練應(yīng)用芯片編程，因此教學(xué)的重點(diǎn)應(yīng)該放在芯片的應(yīng)用上。但現(xiàn)在很多高校對于單片機(jī)理論課依然從匯編語言講起，實(shí)驗(yàn)課程也是要求用匯編語言編寫程序。真正廣泛應(yīng)用的東西往往因?yàn)檎n時(shí)不夠，而輕輕帶過，這就導(dǎo)致了實(shí)驗(yàn)與實(shí)際的脫節(jié)。這樣學(xué)生學(xué)的往往是過時(shí)的內(nèi)容，大部分已經(jīng)被淘汰了，使得學(xué)生有一種無所謂的心態(tài)，認(rèn)為反正是用不上的東西，隨便應(yīng)付一下就可以了。其次，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，因?yàn)閮?nèi)容的限定，讓學(xué)生不能自主能動(dòng)性的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，規(guī)定要求完成的實(shí)驗(yàn)一定要做完，導(dǎo)致學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)造性得不到鍛煉。最后，有部分同學(xué)理論課內(nèi)容沒有掌握，在實(shí)驗(yàn)中完全不理解步驟，只知道機(jī)械照搬書上的步驟。

2 改革舉措

2.1 增加實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)的內(nèi)容，重視實(shí)踐教學(xué)

首先，要使得學(xué)生在思想上重視實(shí)踐教學(xué)。拿單片機(jī)為例，單片機(jī)廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，是生產(chǎn)生活必不可少的原件。學(xué)生對單片機(jī)掌握的程度，決定了他們畢業(yè)后的工作，從這一點(diǎn)上讓學(xué)生明白要經(jīng)過大量的實(shí)踐，才能熟練掌握單片機(jī)。

其次，在實(shí)驗(yàn)課中重視學(xué)生的參與，增加設(shè)計(jì)性的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，鼓勵(lì)學(xué)生自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，不僅可以鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力，也很好的解決了設(shè)備老化故障的問題。比如流水燈實(shí)驗(yàn)，要學(xué)生自己用單片機(jī)最小系統(tǒng)外加一些電阻和發(fā)光二極管組成一個(gè)最簡單的流水燈平臺，再利用自己做的這個(gè)平臺編寫流水燈程序，這樣學(xué)生會(huì)更有興趣，學(xué)習(xí)的熱情也明顯提高了。在教學(xué)實(shí)驗(yàn)中，鼓勵(lì)學(xué)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(xué)習(xí)方式，學(xué)生能更好的掌握單片機(jī)硬件系統(tǒng)和接口關(guān)系，對程序的編寫也更加得心應(yīng)手[4]。

對于實(shí)驗(yàn)和實(shí)際的脫節(jié)，我們采取修改實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和表現(xiàn)形式的方法，充分利用聲、光效果，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的趣味性和直觀性，將所學(xué)和所做的東西，與現(xiàn)實(shí)應(yīng)用聯(lián)系起來，從基礎(chǔ)到提高，每一步都對學(xué)生提出詳細(xì)要求。例如流水燈的實(shí)驗(yàn)，我們要求每個(gè)學(xué)生都要編程實(shí)現(xiàn)3種變換效果；較高的目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)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(shí)現(xiàn)陣列顯示效果，這樣通過不同的要求可以很好的掌握學(xué)生學(xué)習(xí)的情況。

2.2 理論課重點(diǎn)分明，針對實(shí)驗(yàn)有過渡性和連貫性

單片機(jī)這門課程是一門應(yīng)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(xué)生理解例程，模仿例程從而達(dá)到學(xué)習(xí)編程的目的。在授課方式上，可以分為5個(gè)步驟：介紹單片機(jī)的背景和硬件結(jié)構(gòu)，軟件的介紹及應(yīng)用，例程的講解說明，學(xué)生自己設(shè)計(jì)和模仿編程，考核[5]，如圖1所示。

我們從最基礎(chǔ)的流水燈實(shí)例開始，其中涉及到了I/O口、延時(shí)子程序等內(nèi)容的講解，然后帶著理論課上的內(nèi)容進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)中提出對流水燈時(shí)間控制的問題，再回到課堂上講解定時(shí)/計(jì)數(shù)器的內(nèi)容。這樣由理論開始，實(shí)驗(yàn)提出問題，再由理論解決的方法，可以讓學(xué)生整個(gè)學(xué)習(xí)過程持續(xù)深入，同時(shí)也起到了理論和實(shí)際相輔相成的作用。

2.3 考核方式的改變

有了前面的教學(xué)改革，我們對學(xué)生實(shí)驗(yàn)成績的考核方式也有所改變。我們著重考核學(xué)生單步執(zhí)行、斷點(diǎn)調(diào)試及變量觀察三種調(diào)試手段的使用，看重學(xué)生自主調(diào)試程序及排除編程錯(cuò)誤的能力。嘗試用團(tuán)隊(duì)合作的方式，讓學(xué)生自由組合，相互幫助完成復(fù)雜程序的調(diào)試，使得每一個(gè)同學(xué)都可以在實(shí)驗(yàn)中驗(yàn)證所學(xué)，有所收獲。

2.4 嘗試多功能開放平臺

目前實(shí)驗(yàn)室常用的單片機(jī)系統(tǒng)平臺是以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，優(yōu)點(diǎn)是采用了可靠的成品硬件，減少實(shí)驗(yàn)中硬件的錯(cuò)誤和硬件的損耗，有助于學(xué)生對系統(tǒng)整體的把握。但缺點(diǎn)也很明顯，器件固定搭配限制了學(xué)生的思維，在綜合性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)中幾乎起不到作用[6]。因此我們選擇了一個(gè)合適的開發(fā)平臺，在前期采用Proteus虛擬實(shí)驗(yàn)平臺作為單片機(jī)學(xué)習(xí)的基本平臺，后期有選擇的進(jìn)行硬件搭建的方法來對傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺進(jìn)行改進(jìn)。

通過對實(shí)驗(yàn)平臺的改革，用較少的費(fèi)用就能提供給學(xué)生自主、創(chuàng)新的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中也不再擔(dān)心儀器的損壞，這樣可以最大程度的調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性。

3 初步取得的成績和預(yù)期的效果

經(jīng)過實(shí)踐驗(yàn)證，單片機(jī)實(shí)驗(yàn)課程的改革取得了較好的效果。學(xué)生對實(shí)驗(yàn)有了很大的積極性，愿意自己動(dòng)手嘗試做不同的內(nèi)容，在一定程度上激發(fā)了學(xué)習(xí)單片機(jī)的興趣。興趣帶動(dòng)積極性，很多同學(xué)自己在網(wǎng)上購買單片機(jī)學(xué)習(xí)板，進(jìn)行更加深入的研究和學(xué)習(xí)，多次參加課外競賽活動(dòng)，也都取得了很好的成績。圖2是“I/O口輸入輸出實(shí)驗(yàn)”，學(xué)生自己設(shè)計(jì)了多種流水燈的效果。

3.1 學(xué)會(huì)團(tuán)隊(duì)合作，大致了解產(chǎn)品流程

這種實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革，在某種程度上和企業(yè)的研究方式類似，以這種方式切入，通過團(tuán)體項(xiàng)目研究為主的體驗(yàn)教學(xué)課程，讓學(xué)生個(gè)體研究—參與團(tuán)隊(duì)談?wù)摗w項(xiàng)目調(diào)試—團(tuán)體項(xiàng)目匯報(bào)的模式成為實(shí)驗(yàn)教學(xué)的主流，對學(xué)生個(gè)體實(shí)踐能力的提高，自我定位的認(rèn)同感以及熟悉團(tuán)隊(duì)合作的模式都有很大的幫助，縮短學(xué)生從學(xué)校走向社會(huì)的培訓(xùn)時(shí)間。

3.2 對于常用的編程語言有所了解和涉及

學(xué)生在這種新的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ较拢梢宰约哼x擇熟悉的編程語言，而且更多的可以參考網(wǎng)上不同的語言例程，對同一個(gè)程序進(jìn)行不同的語言編寫，這樣可以大大的提高學(xué)生的編程水平。這種新的模式，不僅保證了多數(shù)學(xué)生學(xué)習(xí)效果的提高，同時(shí)也采取對部分能力較強(qiáng)的學(xué)生實(shí)現(xiàn)了拔高培養(yǎng)。

3.3 鍛煉了學(xué)生自學(xué)和自己解決問題的能力

新模式下的實(shí)驗(yàn)課程，沒有了現(xiàn)成的程序，一切都需要學(xué)生自己動(dòng)手操作，不僅可以提高他們的動(dòng)手能力，也是一種經(jīng)驗(yàn)的累積。如果在校期間，能夠根據(jù)需要自己動(dòng)手設(shè)計(jì)出一些較為實(shí)用的應(yīng)用產(chǎn)品，那么今后走入社會(huì)，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(xué)改革方法有利于發(fā)揮教師和學(xué)生的主觀能動(dòng)性，實(shí)現(xiàn)了教師和學(xué)生的良好互動(dòng)，從心理和能力兩個(gè)層面幫助學(xué)生感受成功、感受快樂，值得同類專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的借鑒。

【參考文獻(xiàn)】

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[責(zé)任編輯：田吉捷]