單片機課程實踐教學模式探索

李 莎

(湖北第二師范學院 a.物理與機電工程學院；b.湖北省太赫茲技術與光電子學專家工作站，武漢430205)

目前，單片機課程是各高等院校電子電氣類、計算機類、控制類等專業必修的專業課程[1]。該課程具有很強的實踐性、應用性和綜合性，它強調軟、硬件技術的結合，是一門涉及電子技術、控制編程、傳感器、驅動執行機構等多門課程的綜合性應用技術課程[2]。

單片機課程的特點決定了實踐教學對本課程的重要性，實踐教學效果的好壞直接關系到該課程整體的教學效果。本文從實踐教學的目標出發，分析當前單片機課程的實踐教學現狀，探索實踐教學體系的構建思路，為提高本課程的實踐教學效果提供一種可行的參考方案。

1 實踐教學目標

實踐教學是鞏固理論知識和加深理論認識的有效途徑，是培養具有創新意識的高素質工程技術人員的重要環節，是理論聯系實際、培養學生掌握科學方法和提高動手能力的重要平臺。通過實踐，一方面可使學生對單片機的工作原理及特性形成直觀、完整、系統的認識，加深學生對課程內容的理解，使其更好地掌握單片機結構及應用技術；另一方面通過綜合性的實踐項目訓練，可以培養學生應用多種技能的能力，包括元器件應用能力、電路設計能力、傳感器應用能力、執行機構應用能力、控制編程能力等。

2 單片機實踐教學現狀

實踐教學是單片機課程教學必不可少的環節。然而，目前本課程的實踐教學在實驗條件、教學內容、方式、實踐結構等方面普遍存在一些問題[3]-[6]。

2.1 實驗設備落后

經過前幾年的高校擴招，學生數量急劇增加，部分學校尤其是一些地方高校的實驗經費有限，致使實驗設備并沒有成比增添，配套嚴重不足。同時，由于電子元器件老化、損壞，設備更新不及時，導致實驗條件無法滿足課程實踐的需要，影響了相關實驗的開設。

2.2 教學內容陳舊

單片機課程實驗內容常常連續好幾年都沒有變化、更新，沒有隨著市場需求和技術的發展進行調整。實驗類型仍以驗證型、演示型實驗為主，缺少設計型、綜合型實驗，前者主要訓練學生的操作技能，而后者主要培養學生的設計、綜合應用能力。

2.3 教學方式老套

大多數單片機實驗設備以固化的實驗箱為主，而此種基于中小規模集成電路及元器件搭建的實驗箱，往往開放性不夠，可供設計與開發的空間受限，不利于學生綜合設計能力的培養，也不利于學生對整個單片機系統的認識。此外，學生進行實驗時，常常在教師設置好的設備和儀器的前提下，按照實驗指導書上的步驟進行操作。這種被動的實踐形式大大抑制了學生思考和解決問題的主動性，更無法培養學生的創新意識。

2.4 實踐結構體系不合理

傳統的單片機實踐多以實驗為主。實驗往往依托理論課程開設，由于課程總學時的限制，實驗學時往往不足。一些高校開設獨立于課程之外的實訓或課程設計以提高實踐的難度和綜合性，但此環節往往學時較少，不能充分培養學生的綜合設計能力。

3 實踐教學體系構建

3.1 實踐教學框架

單片機課程是一門應用性極強的綜合性課程，單片機應用技術涉及多門專業課程技能且在社會諸多領域應用廣泛[7]。為了培養具有創新思維的應用型人才，必須改革傳統的單薄的實踐教學體系，建立合理的實踐教學框架[8]。如表1所示，單片機課程實踐教學體系可分為三個階段，由易到難分別為實驗、實訓和課外實踐活動，對應的設計性、綜合性也逐漸提高。

表1 單片機課程實踐教學框架

3.2 實驗教學

傳統的單片機課程實驗依照理論教學內容和進度進行安排，且往往有實驗指導書(或實驗教材)給出實驗步驟、電路原理圖及參考程序，學生只要按部就班進行操作即可。在這種實驗方式下，學生對單片機技術往往知其然不知其所以然，即對單片機的部分功能停留在驗證性的認識層面，而沒有掌握對該功能的應用方法。有效的實驗教學模式應該將學生被動的訓練轉化為主動的思考，除少量的演示驗證性實驗之外，更多開設針對某項特定功能的設計性實驗，并在必修實驗基礎上增加擴展性實驗，適當提高實驗難度，開拓學生思維，具體設計見表2。同時，教師進行實驗教學過程中，只需提前介紹實驗的目的和功能要求，對實驗的關鍵部分適當給予提示，無需大包大攬給出軟硬件全部設計，這樣可以為學生主動思考留下足夠的空間和時間。實驗成績根據學生的實驗表現、實驗結果及完成的實驗報告核定，并按比例計入該課程的總成績中。

表2 單片機課程實驗教學內容設計

3.3 實訓教學

實訓也是實踐教學的重要形式，一般在課程基本結束或已完成后單獨開設，時間持續1-2周。由于學生已具備基本的理論和操作技能，且實訓時間相對集中、連續，所以實訓項目更具綜合性、系統性，旨在培養學生對于簡單單片機應用系統的開發能力及團隊合作精神。實訓內容可參考表3。單片機應用實訓只給出課題功能描述，由學生以小組為單位自行提出解決方案并加以實現。小組成員需分工配合依次完成電路原理圖設計、程序設計、系統仿真、電路板焊接及系統調試，并最終提交實訓作品，教師只對每一個階段進行監控和指導[9]。這樣，實訓過程充分體現了學生為主體，教師為輔助的教學模式。

由于單片機應用實訓獨立于課程設置，應單獨占用1學分，且實訓成績的評定也應綜合考核。鑒于實訓過程中環環相扣，組員之間相互合作，技能綜合程度相對較高，實訓成績應根據該小組的設計思路、操作規范、作品完成程度、團隊協作情況進行綜合評價。同時，為了防止少數學生依賴成績較優秀的學生而偷懶，學生個人成績還應根據該生在小組中的分工和表現進行調整。

表3 單片機應用實訓課題舉例

3.4 課外實踐活動

實驗和實訓是必修的課內實踐環節，其內容和難度需考慮學生的整體水平來設置。但學生對知識的掌握和應用程度參差不齊，一些成績較好的學生有意愿也有精力通過課外實踐進一步提高自己的動手能力。開展課外實踐活動可采用兩種形式，其一由學生自行組成研究小組獨立立項，在規定的時間內(一般不超過一年)完成項目；其二吸引學生參加教師的科研項目。前者由學生為主導，自己提出設計思路和解決方案，自己把握研究進度，指導教師只提供技術支持和參考建議。后者由項目中的老師指導，引導學生參與團隊的交流討論，或直接從事課題中的某一方面工作，使學生接觸到本行業的新技術、新技能，鍛煉其處理生產現場實際問題的能力。為了提升學生課外實踐的積極性，可為此項環節設置學分，充抵選修課學分，該項成績由指導教師根據學生的項目表現評定。

4 結語

實踐教學是單片機課程教學的重要環節，本文從實驗條件、教學內容、教學方式、結構體系等方面分析了當前單片機課程實踐教學存在的問題，并結合自身的教學經驗分實驗、實訓和課外實踐三個階段建立實踐教學體系，為鍛煉學生的動手能力、培養應用型人才提供了一個有效的途徑。