应用型本科院校单片机实验教学改革研究*

叶宗海（福建师范大学闽南科技学院，福建 泉州 362332）



应用型本科院校单片机实验教学改革研究*

叶宗海
（福建师范大学闽南科技学院，福建 泉州 362332）

摘要：单片机技术课程是本科院校普遍开设的一门课程，实验教学是该课程的重要环节，影响着学生应用和创新能力的培养。针对当前单片机实验教学现状，从教学方式和方法、实验考核、课程体系等角度进行了分析，结合本院单片机课程实验教学情况，提出相应的改革措施，以促进和提高教学质量。

关键词：单片机实验；改革；教学内容；教学方式；考核方式

一、概述

应用型本科院校，有别于传统的学术型大学，也区别于高等职业技术院校。其主要任务在于实施应用性本科教育，培养应用型创新人才。其教学模式上灵活多样，既有理论学习，又有实践教学，且更加注重通过实验教学来培养解决问题的能力。单片机技术是一门专业性、实践性很强的课程，也是各类高校工科学生普遍学习的专业基础课程［1］。这门课程注重理论与实践相结合，而单片机实验在整个课程的教学中起着相当重要的作用，通过实验环节可以激发学生的学习兴趣，巩固理论知识，培养把理论知识转变为工程实践应用的能力［2］。为适应我院应用型人才的培养，针对当前现状及存在问题，结合自身多年硬件课程实验教学经验，谈谈对单片机实验教学改革的看法。

二、单片机实验教学现状

单片机实验教学的目的是通过实验教学，使学生掌握单片机的原理，掌握单片机系统的设计方法，为学生今后从事硬件相关工作打下基础［3］。传统的单片机实验教学的现状，主要表现在以下几个方面：1.实验教学以教师为中心，由教师讲述实验目的、内容、原理及实验步骤，学生在规定的时间内，根据实验指导书上预先设计好的实验，按照对应电路与步骤，连接电路，输入程序后进行运行与验证，用一样的实验方式和步骤完成实验，教学模式单一，实验方式陈旧落后［4］。另外，实验教学中一般都采用的实验设备是硬件实验箱，其特点是高度集成化、模块化和电路资源不够，实验过程中可自主设计部分较少，实验时只需进行简单连线即可，造成学生主动思考不够，动手操作能力不足，不能满足综合性、创新性实验的需要。2.在实验内容设置上，基本上以验证性实验为主，比如单片机I/O口控制、键盘与显示、定时/计数器、中断实验等。验证性实验过多，综合性、启发性实验不够，缺少大型设计性和综合性实验［5］，对于单片机这门课程来说，这种方式培养的学生缺少系统设计与应用能力，不利于应用型人才的培养。3.实验考核方式上也有不足。一般单片机实验是依附于理论教学的，没有独立设课，实验无独立学分，学生对实验重视度不够，只注重于期末的考试，实验过程、数据记录和报告应付性完成，影响了教师对学生的量化考核，也影响学生学习的积极性。

除了以上几点，单片机实验设备不能完全满足实验教学需求。存在实验设备更新慢、设备陈旧和数量不足问题。在课程体系与专业人才培养方案上，也存在不足。比如部分专业上单片机技术课程时，还未开设过数字电路、未开设汇编语言程序设计与C语言程序设计等课程，这些课程的开设为单片机课程的进行打下坚实基础，否则无法进行电路分析设计、程序编写。除此之外，院系对实验重视程度不够，存在单片机实验学时不足，如理论授课与实验学时比为48：16，无法进行综合设计性实验和课程设计等内容的开展。

三、改革措施

对单片机技术等硬件课程实验来说，对硬件设备依赖度很高，必须保证硬件设备及时更新替换，并且有足够数量可供学生实验。在课程教学体系安排合理的情况下，必须要提高对硬件实验的重视程度，对初学者来说，单片机实验涉及软硬件设计和编程能力，相对难度较大，必须要增加实验学时，加强实验环节，以便进行综合实验和课程设计，提高学生动手与综合应用能力。更重要的是，单片机实验要在以下三方面进行重点改革。

（一）教学内容改革

根据单片机课程特点，结合经典的51单片机进行教学，将实验内容分为基础实验、进阶实验、综合实验和创新应用实验，从基础到创新应用，层层深入，充分培养学生动手实践与应用能力［2］。基础实验内容主要有熟悉实验系统、I/O口控制、键盘、八段数码管显示、中断、定时/计数器、I/O口扩展等。目前单片机程序开发可以采用汇编语言和C语言进行，由于汇编语言属于低级程序语言，可读性较差，特别是程序代码较长的情况下。C语言具有可读性强、结构化好的优点，而单片机C51语言由C语言继承而来，可在单片机平台运行，因此51单片机编程采用C51编程语言。另外，实验时要特别注重学生C51编程习惯和能力培养。基础实验，让学生了解和熟悉单片机系统工作原理与编程控制。进阶实验内容有AD转换、I2C总线，UART总线、IC卡、液晶显示屏、LED广告屏显示等实验，软硬件设计方面相对难度更高，目的是让学生熟悉常用器件与单片机接口，学习对这些器件的软硬件设计与控制，培养学生基本应用设计能力。综合实验需要结合各种器件与电路进行系统设计，综合性较强。如红外报警系统设计、直流电机转速测量与控制、多功能时钟设计等实验，培养学生对单片机应用系统设计与综合运用能力。创新应用实验，学生结合自已的创意，自行设计电路和选择设备器件进行，充分发挥学生创造力、培养应用设计与解决实际问题能力。鼓励学生结合TI、合泰HT公司等系列新型单片机，进行智能化系统设计，如设计智能太能阳路灯、MP3播放器等系统。在实验学时足够的情况下，创新应用实验内容可以采用课程设计方式进行，教师提供题目，让学生自行选择，根据题目系统的大小，采用一人或多人合作的方式进行，以此锻炼学生独立解决问题与团队协作能力。

（二）教学方法改革

学好单片机技术，要注重单片机的实验教学。除了进行教学内容改革之外，也需要在教学方法上进行改革。由于实验学时相对较少，且需要完成多个实验，每次实验可能需要完成一至两个实验内容，实验时还要进行软硬件设计、编程调试等工作。为了保障在有限的实验时间内高质量高效率完成，要求学生实验前进行预习。教师提前布置实验内容，学生在课余时间，根据要求，结合实验指导书，预习实验相关内容和编程，做到实验前预习整个实验环节［4］。实验时，教师讲解实验工作原理，现场演示实验内容与系统，这很关键，能让学生直观的看到实验运行结果，引发思维碰撞。实验时学生验证自已设计的系统，通过对比了解实验错误所在、哪些方面需要改进与完善，激发学习兴趣。另外，在适当的时候，教师将实验电路与程序共享，供未完成实验的学生进行实验论证，以建立学习的自信心。实验完成后，进行实验总结，在课余时间完成实验报告。在激发学习单片机技术的积极性和创新性方面，鼓励学生参与校内外电子设计比赛、电子作品展览、全国大学生电子设计大赛、省大学生合泰杯单片机应用设计竞赛等活动，提升单片机应用水平。在有条件的情况下，进行实验室开放，让学生有更多的时间进行单片机系统设计、开发和实验，这种方式，提高了实验室利用率，也为学生学习单片机提供了实验条件。另外，在实验设备上，可以采用虚拟仿真软件与硬件实验箱相结合方式。由于硬件实验箱可能存在硬件电路或芯片等方面不足，不能完全满足于实验，安装虚拟仿真软件进行，如安装使用PROTUES仿真软件进行实验。以弥补硬件实验箱的短板，真正做到能实不虚、虚实结合的实验环境。也可以充分利用单片机厂家赠送的实验板或共建的实验室，进行创新应用实验，如合泰单片机实验板、TI单片机实验板等。让学生除了学会使用基础的51系列单片机，也可以对当前主流单片机进行开发应用，提高创新应用能力。

（三）考核方式改革

单片机实验在内容与方法改革之外，还要对实验考核机制进行改革，引起学生对单片机实验的重视，提高学习积极性。适当增加实验学时，让学生在学习理论知识后，有时间在硬件实验室完成实验，也可以让教师更好的进行实验成绩综合评定。实验成绩由平时实验成绩、实验报告成绩和实验考核成绩组成［6］，为了实验成绩评定的公平性，实验时要求每位学生独立完成实验与报告，教师根据完成情况，给予客观评分，综合计算后做为课程平时成绩。若单片机实验安排有课程设计环节，则需要安排课程答辨，根据系统完成程度以及学生的答辩情况，给予评分。此分数可以做为课程期末成绩，也可以做为实验考核成绩。通过考核方式的改革，让学生认真对待每次实验，以此激励他们学好单片机课程。

四、结束语

单片机是一门技术性、应用性很强的课程，学好该课程，能够提高学生动手实践和创新能力，增加就业途径，符合应用型本科院校的人才培养方向。另外，单片机实验教学效果，还受多种因素影响，比如教师授课水平、学生素质、教学计划等。以上仅从教学内容、方式、考核等几个方面做了探讨，具体实行还需要根据单片机课程发展形式，结合院校自身教学特点与方式，不断改革与实践，以提高单片机实验教学质量。

参考文献

［1］王咏梅，王印松.单片机实验教学改革的探索与实践［J］.实验室科学，2012，15（4）：25.

［2］刘伟.单片机实验教学改革与实践［J］.中国现代教育装备，2011（19）：81-82.

［3］张志杰，赵旭.单片机实验教学改革初探［J］.实验科学与技术，2008（2）：87.

［4］李莉.单片机实验教学改革与创新能力的培养［J］.电脑与电信，2008（4）：71-72.

［5］刘辉，王新辉，张文希.从电子设计竞赛看单片机实验教学的改革与创新［J］.长沙大学学报，2006，20（5）：98-99.

［6］朱月秀，尤佳.单片机实验教学改革的探索［J］.实验室研究与探索，2002，21（4）：18.

中图分类号：G642

文献标志码：A

文章编号：2096-000X（2016）13-0128-02

*基金项目：福建师范大学闽南科技学院“本科教学工程”项目基金（编号：MKJG-2015-013）

作者简介：叶宗海（1980-），男，福建省屏南县人，福建师范大学闽南科技学院实验师，本科，研究方向：计算机硬件实验教学、单片机技术与网络安全研究。

Abstract：The single-chip microcomputer technology course is a course that is generally set up in undergraduate colleges.Experimental teaching is an important practice link of the course，which affects the cultivation of students'application and innovation ability.In view of the current situation of the experimental teaching of SCM，combined with the SCM experimental situation in MSTI，this paper puts forward corresponding reform measures to promote and improve the quality of teaching from analyzing on teaching way and method，assessment and curriculum system.

Keywords：single-chip microcomputer experiment；reform；teaching content；teaching method；assessment