“独立学院”单片机实验教学的探索与实践

邹静

[摘要]随着科学技术的发展，社会对高级专门人才的需求量越来越大，而大学的其中一项职能就是培养高级专门人才。“独立学院”是近些年来新兴起来的，属于三类批次的本科院校，从这些学院毕业的大学生们要想与一类或二类院校的学子们共同竞争且脱颖而出，必须全方位地武装自己，即要加强理论知识的学习，更要加强实践技能的锻炼。这就要求其所在的“独立院校”提供合适的平台，否则只能是空谈。在此主要从实验内容的设计、教学进度的设计和考核方案的制定等三个方面展开陈述，针对单片机课程提出一种与传统的实验教学不同的“单片机应用系统实验教学法”，供大家共同探讨研究。

[关键词]独立学院 单片机 实验教学

引言

目前，单片机在我国的各行各业得到了广泛应用，众多院校均开设了单片机原理与应用方面的课程，这是一门技术性和实践性很强的学科，必须通过一系列的软硬件实验、理论联系实际，才能学好、学懂，取得较好的学习效果。因此，单片机实验教学是单片机原理及应用课程中必不可少一部分[1]。而独立本科院校的学生要想在众多的大学生中具有更强的竞争力，必须在掌握理论知识的基础上，更加注重实践动手能力的训练，这样将来踏上社会，应聘且从事与本技术相关的工作时，才能脱颖而出。

传统的单片机课程的实验教学仍然是利用现有的实验设备以验证型实验为主，各实验之间相互独立，联系不紧密，在实验课上学生仅仅需要将现成的软件和硬件进行验证，就完成了一次实验任务。由于教学设备是成品，线路大多在实验箱或者实验电路板中已经设计好了，从外部根本看不到电路是如何连接的，且生产商很少配备完整的电路原理图，学生在做实验时，要求连的线很少，很难参与到电路设计的细节中，动手能力也就很难在实验课程中得到训练和提高，导致学生缺乏整体设计能力，动手能力普遍较差[2]。因此在这类实验课中学生既不能得到有关硬件设计的训练，也不能得到软件编程的训练，这样学生不能充分的发挥他们的主观能动性和创新能力，教师的课堂教学效果也不够理想。针对以上传统的实验课教学中出现的弊端，笔者凭借多年从事“单片机”课程的教学经验，积极认真地对“单片机”的实验教学方法进行探索和尝试，发现一种行之有效的方法——单片机应用系统实验教学法。这种方法需要教师提前设计一个单片机应用系统，然后将系统分解，按照实际的教学周分步骤，按照相关的理论教学内容分层次来安排教学顺序，这样安排的实验课就为学生提供了一定的设计平台。

在此，以“4×4矩阵式键盘计算器”这个单片机应用系统为例，从实验任务的设计、教学安排的设计及考核方案的制定等三个方面对“单片机应用系统实验教学法”进行陈述。

一、实验任务的设计

当有按键按下时，将其键值显示出来，同时有按键按下时发出蜂鸣。在按键上有+1键，可实现当前数值加1，并通过数码管显示；在按键上有-1键，可实现当前数值减1，并通过数码管显示。P1口使用灌电流方式驱动一个共阳级8段数码管，P2口则以行列扫描的方法连接16个按键，为了能在有按键按下时发出声音提示，使用P0.0引脚通过NPN三极管驱动一个蜂鸣器。图1所示为“4×4矩阵式键盘计算器”系统原理图。系统包含单片机最小系统、4×4矩阵式键盘、蜂鸣器输出和数码管显示模块。

图1：单片机应用系统原理图

二、教学进度的设计

根据以上对整个实验任务的描述，可以使学生明确最终的设计目标。按照整个系统的功能，对该系统进行分解，并结合单片机教材的理论内容整理出一份详细的教学进度安排表，认真设计每一次实验课的内容及要求，引导学生进行思考和实践，这样可以较大地调动学生学习单片机的兴趣，如表1所示。表1是根据实验学时为16课时的教学计划给出的针对单片机原理课程的课内实验，要求每周安排2课时的实验课，因此根据理论课程的进度大致安排从每学期的第9周开始进行，至第16周结束，共计8周。

表1：“4×4矩阵式键盘计算器应用系统教学进度安排表”

建议采用“单片机应用系统实验教学法”的教师在制定教学计划时，可以根据不同的教学要求设计出一个或多个“单片机应用系统实验教学进度安排表”。在整个实验教学过程中，教师可以对一个班级进行分组，由教师指定按照2～5人为一个小组，这样在锻炼动手能力的同时，又培养了学生的团队协作能力。学生在实验的每个阶段都必须与教师充分地交流和探讨，这对于教师来说，虽然增加了辅导的工作量，但可以及时地把握学生对课程的理解程度、掌握程度、学习水平和完成情况等，也可以为今后对不同学习层次的学生进行更有针对性的辅导打下基础，另外也保证了绝大多数学生完成的进度。

三、制定考核方案

为了更全面、客观、公平地反映出学生实验的实际水平，尤其是学生的实验动手能力和分析、解决问题的能力，可以根据实验教学的安排，对学生的单片机实验过程进行量化评分，如表2所示，为“4×4矩阵式键盘计算器应用系统”的实验成绩考核量化表。以小组为单位，对每个阶段的进展情况进行评价，在最后一个阶段对成果进行验收，检查是否满足设计要求，并以答辩的形式对每位学生进行考核，要求每位学生展示和讲解设计内容，并回答至少2个有关该系统的硬件、软件、仿真、制作等方面的问题，最后由教师根据以上完成情况进行成绩评定。按照此类考核方案对学生进行打分，可以确保从各方面对学生的实验综合能力的考察。教师还可以针对每个阶段的特点制定出更为详尽的评分细则。

表2：考核量化表

四、结束语

由于单片机技术的迅速发展，社会上对此类人才的要求也越来越高，大学生更加渴望在踏入社会之前就能掌握这些本领，这无疑给教师提出了更高的要求，因此，教师应该更加重视实践教学环节，合理地设计实验内容，让学生学有所成。本论文提出的单片机应用系统实验教学法给学生提供了一个自主学习单片机、进行系统设计和创新的平台，能够在很大程度上激发学生的学习兴趣，也为学生创建了一个锻炼团队协作能力的机会，能够使学生在专业能力、社交能力、团队合作和自信心等诸多方面得以锻炼，教学效果非常明显。

[参考文献]

[1]王鹏峰.项目式单片机实验教学模式的研究.时代教育[J].2013.7

[2]刘燎原，孙秋波.Proteus软件在单片机项目教学中的应用[J].徐州建筑职业技术学院学报，2009 （2）：63-65.

[3]刘孝赵，周文.基于单片机实训教学工作过程项目化设计研究.

（作者单位：武昌工学院信息工程学院 湖北省武汉市）