單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探索

摘 要：?jiǎn)纹瑱C(jī)原理及其應(yīng)用是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，實(shí)踐分析、設(shè)計(jì)和動(dòng)手能力反映出學(xué)生對(duì)該課程的掌握程度，單片機(jī)原理及其應(yīng)用實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革對(duì)學(xué)生的實(shí)踐設(shè)計(jì)和創(chuàng)新能力培養(yǎng)和訓(xùn)練有著非常重要的作用。本文提出的單片機(jī)原理及其應(yīng)用實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革方法，能夠有效提高學(xué)生的單片機(jī)實(shí)踐能力，也將逐步提高該課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)水平，達(dá)到良好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī);實(shí)驗(yàn)教學(xué);改革

基金項(xiàng)目：西北民族大學(xué)2016年校級(jí)教改項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：2016XJJG-29）。

單片機(jī)原理及其應(yīng)用是計(jì)算機(jī)應(yīng)用、電氣工程及其自動(dòng)化、電子信息工程、通信工程、自動(dòng)化、機(jī)械工程和物聯(lián)網(wǎng)等專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，是理論和實(shí)際緊密結(jié)合的應(yīng)用性很強(qiáng)的一門(mén)課程，實(shí)踐教學(xué)占有很重要的位置。在理論學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，通過(guò)實(shí)踐使學(xué)生掌握單片機(jī)程序設(shè)計(jì)和接口應(yīng)用的基本方法，能綜合運(yùn)用單片機(jī)的軟、硬件技術(shù)分析實(shí)際問(wèn)題，為后續(xù)課程、創(chuàng)新活動(dòng)、畢業(yè)設(shè)計(jì)以及今后的工作提供專(zhuān)業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能，也為工業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究和實(shí)驗(yàn)設(shè)備等領(lǐng)域的單片機(jī)應(yīng)用和開(kāi)發(fā)打下良好的基礎(chǔ)。

1 單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀分析

首先，單片機(jī)實(shí)踐教學(xué)中實(shí)驗(yàn)內(nèi)容通常是理論知識(shí)的驗(yàn)證，往往是預(yù)先由教師設(shè)計(jì)好相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)題目，然后由學(xué)生照本宣科地重復(fù)，完成教學(xué)大綱所規(guī)定的實(shí)驗(yàn)。這種實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法不利于培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和工程應(yīng)用能力，同時(shí)也不能進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主觀能動(dòng)性，甚至出現(xiàn)了學(xué)生抄襲程序和實(shí)驗(yàn)報(bào)告的不良現(xiàn)象。

其次，單片機(jī)實(shí)驗(yàn)設(shè)備高度集成化。目前做單片機(jī)實(shí)驗(yàn)時(shí)，實(shí)驗(yàn)設(shè)備大多為高度集成的實(shí)驗(yàn)箱。學(xué)生每次實(shí)驗(yàn)只用到實(shí)驗(yàn)箱上很少的器件，并且單片機(jī)的輔助電路以及擴(kuò)展等電路基本已經(jīng)分配好，學(xué)生做實(shí)驗(yàn)時(shí)只需要連接幾根導(dǎo)線。在這樣的實(shí)驗(yàn)箱上做實(shí)驗(yàn)，效果不好，不能提高學(xué)生的動(dòng)手能力和解決問(wèn)題的能力。

再次，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)置不合理。基本以驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)為主，較少涉及運(yùn)用理論知識(shí)去解決實(shí)際問(wèn)題的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。這樣不利于發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性，也不利于培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力。

最后，實(shí)驗(yàn)考核方式陳舊。以往的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)考核采用在做過(guò)的幾個(gè)實(shí)驗(yàn)中抽考一個(gè)，不能很好地反映學(xué)生真實(shí)的實(shí)踐能力，平時(shí)動(dòng)手能力差的學(xué)生通過(guò)死記硬背也能考個(gè)好成績(jī)，這對(duì)于動(dòng)手能力強(qiáng)的學(xué)生不公平，體現(xiàn)不出他們的真正能力。實(shí)驗(yàn)考核成績(jī)區(qū)分度很低，說(shuō)明考試方式存在問(wèn)題，需要進(jìn)行改革。

2 具體改革措施

2.1 改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法

單片機(jī)原理及其應(yīng)用實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)只給出實(shí)驗(yàn)的任務(wù)、要求以及原理性說(shuō)明，學(xué)生必須根據(jù)實(shí)驗(yàn)的目的和要求，獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的硬件電路和程序，在Proteus仿真軟件里首先調(diào)試通過(guò);調(diào)試通過(guò)后，依據(jù)原理圖，在單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱或單片機(jī)開(kāi)發(fā)板上搭建實(shí)際的硬件實(shí)驗(yàn)電路，對(duì)軟硬件進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試。鼓勵(lì)學(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，鍛煉解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力。

2.2 改進(jìn)單片機(jī)實(shí)驗(yàn)設(shè)備

在現(xiàn)有單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱的基礎(chǔ)上，增加或更新單片機(jī)實(shí)驗(yàn)設(shè)備。原來(lái)的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱可以進(jìn)行一些驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)操作，對(duì)于設(shè)計(jì)性和綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，因其高度集成化和有限的外圍電路，其實(shí)驗(yàn)資源很少對(duì)學(xué)生完全開(kāi)放，實(shí)現(xiàn)起來(lái)非常困難，并且其實(shí)驗(yàn)操作性質(zhì)還是利用仿真器進(jìn)行仿真，達(dá)不到鍛煉學(xué)生進(jìn)行工程設(shè)計(jì)的能力。針對(duì)這種情況，考慮采用單片機(jī)開(kāi)發(fā)板來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，它的開(kāi)放性設(shè)計(jì)可以把單片機(jī)及其外圍電路完全提供給用戶，而且硬件資源非常豐富，學(xué)生可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目自主選用開(kāi)發(fā)板上的資源。同時(shí)，單片機(jī)開(kāi)發(fā)板的實(shí)驗(yàn)操作完全是工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和實(shí)施過(guò)程，能夠鍛煉學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)單片機(jī)的興趣及學(xué)習(xí)主觀能動(dòng)性，提高學(xué)生科研能力和創(chuàng)新能力。

2.3 修改單片機(jī)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

對(duì)單片機(jī)原理及其應(yīng)用課程教學(xué)大綱中的實(shí)驗(yàn)部分進(jìn)行分析和修改，減少驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，增加設(shè)計(jì)性和綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。新版的專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)方案取消了單片機(jī)原理及其應(yīng)用課程設(shè)計(jì)，而改為專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)。因此，修改教學(xué)大綱的實(shí)驗(yàn)部分時(shí)，可以考慮增加一些簡(jiǎn)單的實(shí)際應(yīng)用設(shè)計(jì)和綜合性項(xiàng)目，這可能需要較長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)，但因?yàn)椴捎脝纹瑱C(jī)開(kāi)發(fā)板進(jìn)行設(shè)計(jì)和調(diào)試，一些沒(méi)有完成的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容可以在課后繼續(xù)，使得實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步延伸，也增加了學(xué)生的課外學(xué)習(xí)興趣。

2.4 改革單片機(jī)實(shí)驗(yàn)考核方式

原來(lái)的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)考核采用在做過(guò)的幾個(gè)實(shí)驗(yàn)中抽考一個(gè)，不能很好地反映學(xué)生真實(shí)的實(shí)踐能力，實(shí)驗(yàn)考核成績(jī)區(qū)分度很低。結(jié)合前幾項(xiàng)改革內(nèi)容，可以考慮采用綜合能力考核的方式。可以采用單片機(jī)課程設(shè)計(jì)的形式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)考核，提前給出設(shè)計(jì)課題，讓學(xué)生自行設(shè)計(jì)硬件電路和編程，在單片機(jī)開(kāi)發(fā)板上進(jìn)行調(diào)試，撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

3 單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革效果

首先，實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程引入Protues仿真軟件，結(jié)合以前采用的Keil軟件，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程從硬件電路設(shè)計(jì)、源程序編輯，到實(shí)物仿真調(diào)試，觀察現(xiàn)象，原理清楚，過(guò)程清晰，更有助于學(xué)生學(xué)習(xí)單片機(jī)內(nèi)容及其應(yīng)用，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)單片機(jī)的興趣。Proteus所提供的軟件庫(kù)中，大部分可以直接用于接口電路的搭建，同時(shí)該軟件所提供的儀表，不管在數(shù)量還是在質(zhì)量上都是可靠和經(jīng)濟(jì)的。如果在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中投入這樣的真實(shí)儀器儀表，僅儀表的維護(hù)來(lái)講，其工作量也是比較大的。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中損耗小，基本沒(méi)有元器件的損耗問(wèn)題。因此采用軟件的方式進(jìn)行教學(xué)，其經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)是比較明顯的。采用仿真軟件后，對(duì)于實(shí)際工程問(wèn)題的研究，可以先在軟件環(huán)境中模擬通過(guò)，再進(jìn)行硬件投入。這樣處理，不僅省時(shí)省力，還可以節(jié)省因方案不正確所造成的硬件投入的浪費(fèi)。

其次，實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫(xiě)內(nèi)容教師給予學(xué)生的部分越來(lái)越少了。以前的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)，從實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡綄?shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)結(jié)果都有詳細(xì)的介紹，導(dǎo)致學(xué)生撰寫(xiě)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告千篇一律，存在嚴(yán)重的抄襲現(xiàn)象。項(xiàng)目實(shí)施期間，除了實(shí)驗(yàn)的任務(wù)、要求以及原理性說(shuō)明外，教師基本上不給學(xué)生實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)，學(xué)生必須根據(jù)實(shí)驗(yàn)的目的和要求，獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的硬件電路和源程序，先用Proteus進(jìn)行仿真，然后在單片機(jī)開(kāi)發(fā)板上搭建實(shí)際的硬件實(shí)驗(yàn)電路，對(duì)軟硬件進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試。不但很好地杜絕了學(xué)生相互抄襲實(shí)驗(yàn)報(bào)告，還能鼓勵(lì)學(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，增加學(xué)習(xí)自信心，鍛煉解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力。

最后，實(shí)驗(yàn)設(shè)備更新后，采用單片機(jī)開(kāi)發(fā)板進(jìn)行實(shí)驗(yàn)大幅改變了實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，其完全開(kāi)放的硬件資源，可以支撐教師大膽增加設(shè)計(jì)性和綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法和實(shí)驗(yàn)考核方式。其豐富的設(shè)計(jì)樣例和配套的開(kāi)發(fā)套件，為學(xué)生進(jìn)行課后學(xué)習(xí)和訓(xùn)練提供了非常便利的條件，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力。

4 結(jié)束語(yǔ)

單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是單片機(jī)教學(xué)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，通過(guò)以上實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法改革，能夠有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新能力的提高，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和團(tuán)隊(duì)精神，從而保證教學(xué)質(zhì)量，總之，我們要切實(shí)從培養(yǎng)學(xué)生的角度出發(fā)，跟上單片機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，通過(guò)多種途徑，不斷探索研究單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改進(jìn)，推動(dòng)單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)展，使學(xué)生的綜合素質(zhì)得到切實(shí)提高，為其以后在更高層次的應(yīng)用打下扎實(shí)基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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[2]朱清慧，張鳳蕊，翟天嵩，王志奎.Proteus教程——電子線路、制版與仿真[M].北京：清華大學(xué)出版社，2008，9.

作者簡(jiǎn)介

馬惠蘭（1969-），女，回族，甘肅康樂(lè)縣人，副教授，研究方向：嵌入式系統(tǒng)及其應(yīng)用。