以单片机实验教学改革探大学生实践与创新能力培养模式

李 萍

北京信息科技大学 北京 100192

以单片机实验教学改革探大学生实践与创新能力培养模式

李 萍

北京信息科技大学 北京 100192

实践与创新能力的培养是我国21世纪高等院校实验教学改革的方向与目标。单片机课程是高等院校工科电类专业的一门实践性很强的专业基础课程。为提高大学生的实践能力，增强其创新意识，进行了单片机实验教学改革，建立了系列化、阶梯式实验教学模式，改进了实验教学内容、教学手段、考核评价标准，形成较完善的实验教学体系。

单片机实验教学改革；开放实验；实践与创新能力

Abstract: Cultivation of practice and innovation ability is direction and goal of experimental teaching reform in domestic universities and colleges in 21 century. Singlechip course is a specialized basic course with strong practicality in general colleges and universities. In order to improve practice ability and enhance innovation consciousness of college students, a more perfect system of experimental teaching is constructed by reformed content of experimental teaching, teaching methods and criteria of assessment.

Key words: singlechip experimental teaching reform; opening experiment; practice and innovation ability

体积小、价格低、易于产品化的单片机广泛地应用于智能仪器仪表、机电一体化、实时工业控制、家用电器等领域。单片机课程是高等院校工科电类专业一门很重要的专业基础课，是把汇编语言、微机接口、通信技术等知识综合在一起，理论与实践性均很强的学科。高等工科类院校培养和输送的人才适应企业发展要求是高校教学改革的方向，追求与时俱进，不断探索，不断更新，保证向社会输送创新能力强、综合素质高的科技人才是教学改革的目标[1]。高校实验室是培养学生创新能力、独立实践能力的主要基地。实验教学是高等院校理工学科的关键环节。它不仅培养学生动手能力和创造能力，同时也培养学生科学求实的态度、严谨周密的工作作风和团结协作的精神。

目前，高校对实验教学的重视绝大部分都表现在口头上，教学主管部门、教师和学生重理论、轻实践的现象仍然普遍存在。高校的实验教学还依附在理论教学之中，实验多为验证性内容，实验教学的目的仅仅是为了巩固已经学过的理论知识。

在明确了单片机实验教学改革目标、方向的基础上，研究构建系列化实验教学模式、优化实验教学内容、推进设计型和综合型实验建设、采用多样化教学手段、科学考核标准，形成该门实验课程教学体系，每一个教学环节的改革举措都围绕着提高实践与创新能力这一核心主旨。

1 实验教学改革—健全实验教学体系与实践、创新能力培养

1.1 建立系列化、阶梯式实验教学模式

要具备实践与创新能力，不是通过做几个实验就能达到的，而是不断积累与长期训练的结果，因此单片机实验教学活动是以单片机为核心开展的系列化、阶梯式教学模式。系统的培养计划包括课内实验、开放实验、科技竞赛、科研项目、企业实习等，能够为企业提供创新型的人才储备，缩短企业用人培训时间。

1.1.1 课内实验教学

单片机课程在模拟、数字电子技术以及微机原理课程之后开设，实验教学同步进行，安排课内实验教学，实验内容设置要求学生掌握基本原理、实验设计方法和调试方法。

1.1.2 开放实验教学

开放实验可同步于课内实验进行或略滞后于课内实验，便于学生通过一段时间的学习，较好领悟单片机原理，吸引有兴趣的学生进一步提高。

1.1.3 科技竞赛

经过课内理论讲授、课内实验训练、开放实验训练，学生对单片机经历了认识与实践多次反复过程，知识结构趋于全面，在设计能力上逐步提高，具有一定的理论知识基础和动手能力。但是，由于所学各门课程相对独立，学生普遍缺乏面对实际工程、设计制作较大规模应用电路的工作经验。可以鼓励学生参加智能车、机器人、电子设计等相关方面的科技竞赛，由此把多门课程有机结合并拓展，进一步提高实践能力、设计能力、理论水平，增强创新意识。

1.1.4 科研活动

对于学习成绩突出、具有创新潜质的学生，可尽早参与到教师科研项目中，或在教师指导下申请大学生创新科研基金，给他们提供一个发挥创造才能的空间。引导学生早期进行科学实验和课题研究是提高创新能力的有效途径。

1.1.5 企业学校联合培养

进入大四阶段，学生有机会进入企业参加实习，企业与高校共同培养，使学生适应能力增强，开阔眼界，实践能力进一步提高，有助于学生就业。

1.2 优化实验教学内容

1.2.1 课内实验内容的优化

合理选择课内实验内容，精心设计实验题目，开发设计型实验项目，改变原有实验指导内容、实验任务形式、实验方式等。根据本课程特点、实验学时等因素，合理安排软件实验与软硬件实验的比重。遵循的原则是：涵盖知识点全、设计内容实用性强、突出关键技术训练、实施层次化教学、具有一定专业特色。实验目的是：加强对理论的理解和知识的灵活运用，开拓思路，规范操作，具备基本设计能力，为创新思维奠定基础。

软件实验内容涵盖数值转换和算术运算两大部分，每部分题目设计抓住典型应用，要求学生掌握多种编程方法，巩固指令功能，提高编程技巧。软硬件实验内容涵盖单片机基本资源的运用，如中断、定时/计数器、串行口以及运用接口电路实现功能扩展，如A/D，RAM，8255A等。还可以结合专业特色实现某些控制功能，如电气专业可设置步进电机、直流电机的控制，检测专业可设置温度、压力、红外检测等。每项实验内容围绕单片机的某项功能可设置2～4个实验题目，采用任选方式或基本题目与提高题目结合的方式，题目由浅入深、由易到难、由单一任务到综合任务，一方面便于学生全面掌握技能，另一方面便于实施分层次教学。例如外部中断实验项目设置了4个实验题目。前2个为基本内容，后2个为提高内容。基本内容要求学生掌握中断响应过程，学会完整地编写含中断处理的程序，每个题目分别突出关键技术点，题目1重点掌握外部中断响应条件及响应特点，题目2重点掌握现场保护。提高内容题目3要求学生掌握中断嵌套三原则，并灵活运用，题目4是在多任务情况下不同中断类型嵌套处理问题等。4个实验题目设计完成后，学生将较全面地掌握了外部中断，可以设计较复杂的中断控制系统。实验题目设置也考虑到充分利用实验仪器中提供的电路模块，可以完成模拟霓虹灯变化控制以及交通信号灯应急控制，具有一定的实用价值。

1.2.2 开放实验内容设置

设置与课内实验相辅相成的开放实验项目，包括课内实验中综合性强、难度较大的拓展提高内容，以及独立设置的实验项目，主要是课内不涉及但在应用中使用较广泛的内容，例如LCD显示、EEPROM读写、键盘扫描、I2C、SPI等功能扩展，可以采用课堂教授的单片机机型，也可以采用工业领域中普遍应用的机型。实验室开放有利于学生充分利用实验室的设备资源进行实践活动，可以为不同水平和能力的学生提供自主实验的环境，对提高学生独立思考、独立操作能力及提升实验的兴趣，发挥个人潜能大有裨益。在这种环境下进行实践活动，能够激发学生的主观能动性，调动学生积极性，潜移默化地提高学生分析问题、解决问题的能力，培养创新意识和创新能力[2]。

1.3 实验手段多样化

实验过程中，不仅仅采用传统的实验方式，还可以通过多种实验手段，不受时间、空间限制。例如A/D转换实验内容，要求学生课下预习实验，设计实验电路，利用Proteus仿真软件实现模拟量转化为数字量，并通过8255A驱动发光二极管将转化的数字量反映出来。进入实验室后，再利用实验箱搭建实验电路，调试并运行程序实现该功能。通过仿真软件提供的实验平台，具有直观性、精度高、低成本等优点，并不受时间、空间、实验仪器数量的限制，能完成一些复杂的实验项目；易与理论相结合，强化理论知识和实验基础。这种实验形式适合不同年级进行巩固理论、创新设计等需要。对于高年级或进入开放实验室的学生提供必要的资金支持，辅导学生自主学习、应用制图软件Protel，掌握画电路原理图、PCB布局、布线等技术。学生自主设计电路板，完成给定实验项目或自主开发实验项目。

1.4 健全实验考核标准

考核方法的改革是推动实验教学改革的有力措施，建立有利于学生发挥创造性能力的考核体系，对学生进行多方面、多角度、多形式、多层次的综合评价，更符合创新教育的要求[3]。传统的实验考核，主要通过实验结果、实验报告进行考核，形式过于单一，大部分实验报告千篇一律，抄袭严重，难以提高学生的积极性。因此，对实验成绩的评定不能简单地看实验结果是否准确，而要以实验预习、实验过程、分析和处理问题的思路、实验操作规范程度和实验报告书写内容等来综合评价实验成绩。鼓励学生自主设计，自行实验，独立完成实验方案和实验报告。对通过查阅资料、独立思考并解决实验中问题、有新颖设计方法的学生，从实验成绩上给予肯定。

2 结束语

阐述单片机课程实验教学改革，形成了完整的实验教学体系，包括系列化的实验教学内容：课内实验与开放实验相互补充，打下良好基础，培养兴趣；科技竞赛活动和科研项目进一步再认识与再实践，实践能力不断提高，播种创新意识；与企业联合共同培养，激发、锻炼创新潜能；各种现代虚拟实验教学手段，以及立体、多层次的科学评价考核方法，激发学生的求知欲望和勇于创新的积极性。通过单片机的实验教改，探索出了较为系统的大学生实践能力与创新能力培养模式，为其他课程实验教改提供一定的参考价值。

[1] 王蕴华,晏祥慧,王志新,王鸿祥,陈一思.以培养学生创新精神和实践能力为目标的实验教学改革[J].实验技术与管理,2008,25(3):20-23.

[2] 陈宁宁.高校工科实验室的开放与实验教学模式的改革[J].实验技术与管理,2006,23(4):110-112.

[3] 杨俊年,肖国生,胡廷章.深化实验教学改革着重培养创新能力[J].黑龙江教育,2009,11:89-90.

Research on cultivation model of college students' practice and innovation ability by reform in experimental teaching of singlechip course

Li Ping
Beijing information science and technology university, Beijing, 100192, China

2012-02-14

李萍，硕士，高级实验师。

北京信息科技大学教改项目资助(编号：2010JG14)。