通過單片機實驗教學改進淺析高校實驗教學的改革

西安理工大學 機械與精密儀器工程學院 陜西 西安 710048

0 引言

實驗室是高校人才培養的重要陣地，實驗教學能力直接體現學校教學水平與質量。實驗教學是高校專業課程教學中非常重要的環節，它直接關系到學生實際掌握課程知識的廣度及深度，以及學生學習興趣和創造力的提升[1]，所以怎樣提高實驗教學能力，提高實驗教學效果成為高校專業課程教學質量提升的重要突破。

單片機原理及應用課程是一門實踐性、應用性很強的課程，所以課程的實驗教學極其重要[2]。學生要想掌握好單片機原理及其應用技術，則必須通過實驗的途徑來實現。為了更好促進該課程獲得好的教學效果，需要完善的實驗教學環節來支撐[3]。

1 單片機課程實驗教學存在的問題

通過幾年機械專業學生單片機實驗教學及調研總結，實驗教學環節主要存在兩方面的問題：教學形式的不嚴謹和教學內容的不合理。

1.1 教學形式存在的問題 教學形式主要體現在實驗運作體系上，在高校實驗教學運作過程中，由于一些運作形式的弊端導致學生對實驗教學不重視，從一開始就導致學生被動應付的結果。這種弊端主要存在以下幾方面：

1.1.1 選課形式 實驗課的選修不像理論課那樣，提前讓學生在教學系統里選，或者事先有教學安排和教材，而是在上這門課時才通知學生有實驗，事先學生也不知道做哪些實驗，沒有可參考的指導資料。實驗老師確定好時間臨時通知給學生，讓學生沒有主動參與的意識[4]。

1.1.2 授課形式 在做實驗的過程中沒有以任務驅動分小組完成，一組或者整班一起來做同一個實驗。大家一起做，有沒有達到實驗目的要求都一樣，不利學生發揮個人積極主動性。課前不做大量的資料學習，僅課堂上老師幾十分鐘的講解，實驗過程及目的不明確，只能依照實驗指導書步驟生搬硬套的完成實驗，不能體現學生的個人成就，所以學生感到沒意思，失去興趣[5]。

1.1.3 考核形式 學生的課程考核成績主要是理論課的筆試成績，實驗成績占考核成績的比重小。實驗成績的給定主要依據實驗報告，而實驗報告學生大都不能認真整理總結，因為實驗結果不是學生自己努力實現的，幾乎千篇一律，反應不出來學生水平和能力。實驗考核制度很難嚴格而細化起來，因為法不責眾，面對大多數學生似懂非懂的進行著流程式實驗過程，對現象結果與問題很難做深入與詳細的分析[6]。所以成績沒辦法量化和細化給出。

1.2 實驗時間短 專業課程設置多，每科教學課時少，實驗課時更少，所以課程實驗大都安排幾個驗證性實驗，設計綜合實驗少，不能保證教學效果，特別對于機械專業的學生，由于前期的電子方面基礎課程的薄弱，使得抽象、枯燥的單片機課程更難激發學生的學習積極性與主動性，實驗課堂教學沒有很好發揮出有效促進教學的目的。開放實驗室又有很多困難。學生應付課堂提不起興趣。

1.3 教學方式方法單一 單一的課內實驗教學方式受學時的限制，綜合應用性實驗根本就不能安排在必修實驗項目，只能以選修的內容列入實驗指導書中，而整個實驗周期短，開放實驗室沒有相應管理體系支撐，所以實際這類綜合性的實驗是難以開展的，只是停留在指導書上的書面資料[7]。

單片機的內部結構比較復雜，學生對其沒有感性的認識，更看不到各部件間的聯系，理論知識很難理解，學生很容易隨大流的被動應付[7]，嚴重影響該課程的學習效果。

1.4 教學內容存在的問題 實驗內容的設置非常關鍵，它直接引導學生如何及在多深廣的程度掌握課程知識體系，單片機課程知識點更是很龐雜，但又是可以以具體應用為綱來串接的，而單片機的應用是很容易引入到實踐教學的，所以實驗內容應以項目為驅動，由淺到深，從點到面，從基礎到創新設計，使學生在完成實驗項目的過程中建立起單片機系統完整的概念。學生做完實驗對單片機課程沒有系統性知識體系，當然也就不能自如應用于工程實際。

2 對教學存在問題的改進

在沒有改進之前，學生每個實驗課時內來實驗室完成實驗任務效果不理想，雖然要求課下必須預習，但學生還是對知識點掌握不好，實驗基本不能獨立完成，甚至做完實驗還不清楚原理。根本原因是沒勝任感，沒興趣。為了提高教學質量，應用了以下改進措施：

2.1 規范實驗運作形式 好的實驗管理體系及運作模式能很好的引導學生學習，指揮學生如何系統掌握課程知識，并給學生學習過程中全方位、最有效的指導[8]。

與教研室代課老師協商溝通，將實驗項目細化分解的任務提前分配給學生，讓他們一開始就有任務感，而不是簡單的去上下課。同時發布學習資料，學生預習、學習。對實驗成績考核方法朝著充分調動學生學習積極性的方向改進。

2.2 理實相長 理論知識教學與實驗相結合，互補互長。在課程教材發放的同時，將實驗課下用于培養興趣的小開發板一同發給學生，配備有手把手的教學資源，學生在邊學理論知識的同時，可以用開發板來自己驗證，達到現學現用，活學活用的目的，學以致用。經與理論授課教師溝通協調，教師在保證大綱要求教學內容的基礎上，以實驗項目為導引來設置教學環節。這樣既加深了知識點的掌握，又激發了學習不斷深入學習的興趣。

2.3 任務驅動 在實驗進展之前將實驗項目以任務的形式分配給學生，并且任務細化分解。改進后實驗過程教學中，在不改變實驗大綱要求的內容和需要達到的實驗目的前提下，以完成一個實際應用的項目為目標，將項目分解為一個個貫穿教學知識點的小任務，要求學生完成，以促進課時內實驗內容的完成[9]。全程以任務為驅動，逐層遞進式完成實驗內容。

2.4 靈活多變的教學方式并用 課內、課外實驗內容同時要求，線上，線下教學并用互補，虛擬仿真與實踐相結合等多種教學形式并用。課外實驗內容體現逐層遞進式安排，以全面吸引學生的興趣，體現學生勝任感與能力為目標來選擇和分解，并可以促進課內實驗項目的完成。

在互聯網，手機APP廣泛應用的今天，實驗教學同樣可以走進網絡，進行線上輔導，創建教學網絡群，學生可在這個網絡平臺上相互交流，教師也可方便隨時輔導，有問題及時解決，而且就某一問題學生可以展開討論，不斷深化知識運用。同時學生可以展現自己創作的成績，激勵大家深入持續的學習，用平臺促進學生的學習[10]。

2.5 合理的考評機制建立 細化的課外實驗任務從淺入深，全方位的輔導體系保證每個學生都能完成，所以根據學生每次完成情況打分，擺脫以前僅靠平時考勤和實驗報告決定的不合理機制，因為這兩項根本不能體現學生學習的態度及能力。在以上調整的教學方式下，學生來實驗課時做實驗，實質是他們學習結果的體現，每次根據完成情況對結果進行打分，每個學生最終的實驗成績是幾次實驗完成成績的總和。這樣既對他們的學習水平給予合理的評價，又激勵了學生，從成績中看到自己成果的認可。

3 高校實驗教學的改革

高校實驗教學是高校人才培養體系的重要組成部分，是提高大學生創新應用能力的突破口，但實驗教學能力與水平受觀念、政策導向、師資、管理等因素制約，導致實驗教學效果不好，雖然國內高校在實驗教學方面已經做了很多的工作，但是仍然存在著一些問題，束縛著實驗教學本身的健康發展。

3.1 全面調動學習 高校專業課程教學完成體系考慮以全面調動，閉環教學的模式展開，實驗過程管理以任務驅動，實驗項目分解細化，課內、課外并行要求，課外實驗內容以輔助課內實驗內容完成為前提，又意在引導學生自主深入學習為目的。線上、線下全方位的交流，讓學生完成項目任務過程中都能發揮個人能動性。做到全面調動學生學習，更需要合理、高效、完善的實驗管理平臺的支撐。主要包括以下幾方面：

3.1.1 信息化管理的實驗室 實現實驗教學和實驗室儀器設備管理網絡化、信息化、數字化、智能化綜合管理平臺。該平臺集設備共享與管理、儀器預約、開放實驗室預約等功能一體。不僅實現學生選擇實驗項目、實驗時間、實驗考勤、提交實驗報告等一系列的實驗管理，還實現一系列信息資源和其他優質資源的有效利用，滿足了各類實驗教學的自主要求。學生可方便在平臺上進行答疑、交流、討論、共同促進學習。

3.1.2 實驗室開放管理 學生也可根據自身不同情況和需要，選擇隨時進實驗室時間，做到人性化管理，實驗室還可根據學生的不同水平和實驗能力，進行了分層開放管理模式。總之全程做到讓每個學生學習不留困惑，想研究隨時有條件進實驗室。

3.1.3 實驗教學考核方式 學生進實驗室研究成果，參考學生提交的實驗報告、文獻綜述、學習總結等文字材料，對學生給出一個客觀、綜合的成績評定。這種考核方式廣泛調動了學生學習的積極性

3.2 持續的學習能力 持續學習的能力決定一個人能夠走多遠。而持續的學習能力要依賴興趣和熱情來維持，興趣和熱情是勝任感和自我價值感的產物，所以課程體系考慮培養學生學習的勝任感和提升自我價值感來設置。

為了激發學生持續學習的愿望，可走校企共建實驗室路線。高校與專業實踐基地共建實驗室，對校企可以起到優勢互補資源互用的作用。這樣對于學生老說可讓所學轉化為直接應用，讓他們有自己能力解決問題的體驗，從而產生興趣和創新的熱情。

3.3 專業素養的培養 專業課的學習目標不再是考高分，而是知識體系及真知的掌握，以實驗項目為綱，引領學生全面深入的學習。教學效果以提升學生的專業素養為目標，而不是零散的考試高分。這就需要高校對實驗室建設和管理有統籌規劃的戰略。實驗設備及運作可突破院系之間、學校之間、校企之間的界限，做到讓學生擁有系統、完備知識體系學習的實驗設備，使得學生可進行深入、全面、系統的專業學習實踐。