基于创新能力培养实践教学项目的设计

龙世瑜，许　棠，梁启文

(岭南师范学院　信息科学与技术学院，广东　湛江　524048)



·实习与实训·

基于创新能力培养实践教学项目的设计

龙世瑜，许棠，梁启文

(岭南师范学院信息科学与技术学院，广东湛江524048)

为了培养学生的创新意识与思维，增加学生的实践与创新机会，该文提出了设计创新性教学项目教学改革的措施。以单片机课程为例介绍了对实验教学项目设计改革的探索，每次实验均采用验证性、设计性与综合性实验三者相结合的方式，每个实验由浅到深、由验证到设计，循序渐进式地进行，每个实验都是上一次实验的进一步的提高或扩展。实践表明，新的实验教学项目能充分调动学生的学习积极性和创造性，有助于学生工程实践能力和创新能力的培养。

单片机；实验教学项目；实践；创新

随着世界知识经济的迅猛发展，培养高素质的创新型人才已被确定为我国高等教育发展的根本目标。单片机课程已成为高校电气类、电子信息类、计算机类和机电一体化类等专业的重要基础课程，该课程的实验教学成为培养学生的实践和创新能力的一个良好的载体[1-2]。该文以单片机课程为例探讨基于实践和创新能力培养的实验教学改革。

1　单片机课程实践教学问题

针对单片机课程实验容易出现的问题，众多高校对实验内容和实验方法进行了研究，期间虽然进行过改革，但也仅仅是针对实验项目内容少、实验学时少的问题进行了调整，比如增加实验学时，增加设计性、综合性、创新性实验项目等实验内容。现在单片机课程的实践教学将实验项目简单分为验证性、设计性和综合性3类，课程实验内容相互独立、脱节、不系统，与工程实践脱节，基本上都是虚拟题目。学生不能自主地编写电路设计程序，缺少了主动研究和学习过程，不能灵活运用积累的经验，不利于学生的工程能力培养[3-5]。

单片机实验教学应让学生掌握单片机的内部结构、指令系统编程方法及外部扩展等内容，并具有较强的实验开发能力。单片机实验教学内容分散、知识点多，难理解、难掌握，且技术性、工程性、实践性都非常强[6-8]。为了让学生掌握知识，并将所学的知识有机结合起来，将软件与硬件相结合，达到工程实践应用能力，我校从实验教学项目设计等方面进行了研究和探索。

2　创新性实践教学项目的改革思路和设计

我校对单片机课程的实践教学项目的改革思路是：1)每个实验均使用验证性、设计性与综合性实验3者相结合的方式，每个实验内容由浅到深、由验证到设计，循序渐进式地进行，这样充分调动了学生的积极性和主动性，每个实验都是对上次掌握的知识点的进一步的提高、扩展和综合；2)每个实验都是一个微型项目，将课程知识点融入微型项目，将课程所有知识点贯通，指导学生循序渐进地完成项目，项目就是一个实用的产品，有利于提高学生的学习兴趣，增强学生的创新精神和实践能力。

为此，设计了一个数字时钟和电压表二合一的项目，将单片机的并口和开发环境、中断系统、内部定时/计数器、串口通信、键盘扫描、LCD显示及可编程外设(A/D)、课程设计等课程知识点贯穿，每个知识点就是一个微型项目，将知识点不断提升和综合。每个微型项目首先给出一个例程，实验要求使用Proteus、Keil调试验证，然后在例程基础上改写、设计、调试程序，在实验箱上连线并下载程序完成实验。

2.1单片机的并口和开发环境

以单片机的并口和开发环境设计单片机的最小系统。P1口连接流水灯，P2口连接LED，实验指导书给出用软件定时控制流水灯和LED循环显示的C51例程，实验要求：1)使用Proteus、Keil调试验证C51例程；2)在C51例程基础上使用Proteus、Keil编写调试程序，改变流水灯和LED循环显示的样式和软件定时的时间；3)在实验箱连线并下载程序。

2.2中断系统

在单片机的并口和开发环境项目基础上增加2个按键，按键的一端分别串接P3.2(外部中断0)和P3.3(外部中断1)；另一端接地。实验指导书给出C51例程并要求验证，验证内容是：其中一个按键用外部中断方式实现控制流水灯和LED循环显示。实验设计要求：在例程基础上改写程序，使用2个外部中断，其中一个为高优先级，另一个为低优先级，实现用2个按键控制流水灯和LED循环显示的2个不同样式。

2.3内部定时/计数器

实验指导书给出C51例程并要求验证，验证内容是：CPU运行定时中断方式，实现每500MS输出状态发生一次反转，即发光二极管500MS亮一次。流水灯撤掉连P1口，实验设计要求：1)在例程基础上使用定时器定时设计LED数字秒钟；2)综合实验项目2的外部中断知识，一个按键实现计时的启动，另一个按键实现计时的停止；3)定义2个按键优先级别。

2.4串口通信

在内部定时/计数器项目基础上，将单片机的RXD和TXD脚，分别接到用Proteus虚拟终端的RXD和TXD脚，实验指导书给出C51例程并要求验证，验证内容是：用Proteus虚拟终端和PC超级终端(串口调试助手)实现单片机与PC机串行通信。实验设计要求：综合内部定时/计数器项目的知识点，通过串口调试助手PC向单片机发送指令启动秒计时，并可在PC超级终端和LED同时显示秒的时间。

2.5键盘扫描

在串口通信项目基础上，P1口接行列键盘，实验指导书给出一个C51例程并要求验证，验证用键盘设定LED的数值。实验设计要求：综合串口通信项目的知识点；用键盘设定LED和PC超级终端的时间数值；通过串口调试助手PC向单片机发送指令启动秒计时。

2.6LCD显示

P2口撤掉连LED，P0口接1602LCD的数据线，P3口的未使用的3个脚连接1602LCD的控制线，实验指导书给出C51例程并要求验证，验证内容是：用I/O控制LCD1602液晶显示字符。实验设计要求：用键盘设定LCD和PC超级终端的时、分、秒数值，通过串口调试助手PC向单片机发送指令或连接外部中断引脚的按键启动计时，PC超级终端和LCD同时显示时间。

2.7可编程外设(A/D)

撤掉行列键盘，ADC0808的数据口线接P1口，ADC0808地址线接地，ADC0808ALE和START连接到P2.0、时钟信号CLOCK连接到P2.1、EOC连接到P2.2、输出控制信号OE连接到P2.3、IN1接可变电位器的中心抽头(0～5V)，实验指导书给出一个A/D的C51例程并要求验证。实验设计要求：LCD和PC超级终端显示IN1输入的电压值。

课程综合设计要求在7个实验项目基础上，设计数字时钟和电压表二合一的项目，LCD和PC超级终端显示电压或时间。软件设计要求：单独设计

LCD显示和A/D两个模块.C文件，用头文件引用模块文件。硬件设计要求利用P2的4个空闲引脚串接4个独立按键落地，4个独立按键分别定义为时间设定+、时间设定、时间设定移位、时间电压显示转换[9-10]。

3　结束语

通过对实验项目设计的探索，进行实验教学改革，我校单片机课程取得了较好的教学效果。学生的学习态度发生了根本性的转变，许多学生主动与教师共同探讨课程中所学知识的应用，教改措施大大提高了学生的实践和创新能力。有许多学生通过单片机课程的学习与实践，参加国家级、省级竞赛，屡创佳绩。毕业生适应社会、适应工作岗位的能力显著增强，就业岗位层次比以往有很大提升。

[1]张兰红，陆广平．我校“单片机"课程的教学改革[J].电气电子教学学报，2014，1(2)：32-33.

[2] 朱向庆，胡均万，曾辉，等.CDIO工程教育模式的微型项目驱动教学法研究[J].实验技术与管理，2012，29(11)：159-162.

[3] 金红，蒋存波．单片机课程教学的探索与实践[J].电气电子教学学报， 2013，35(2)：44-46.

[4] 郑梁，胡冀，徐平原，等．单片机课程设计的创新教育模式研究与实践[J]．电气电子教学学报，2009，31(S1)：99-101.

[5]王登贵．项目教学法在单片机课程教学中的应用实践[J].实验科学与技术，2014，1(2)：105-106.

[6] 林国汉，李晓秀，王迎旭．CDIO模式下的单片机原理课程教学方法探讨[J]．湖南工程学院学报(社会科学版)，2014，24(2)：101-104.

[7]嵇 萍，徐香梅．面向创新能力培养的单片机课程教学改革探索[J]．苏州市职业大学学报，2014(1)：82-83.

[8]刘琪芳，杨怀卿，刘振宇．农业院校单片机课程的实践教学改革[J].电气电子教学学报，2013，35(4)：117-120.

[9] 张齐，朱宁西.单片机应用系统设计技术-基于C51的Proteus仿真[M].3版.北京：电子工业出版社，2013：7-11.

[10]张齐，朱宁西.单片机应用系统设计技术-基于C51的Proteus仿真(实验、题库、题解)[M].3版.北京：电子工业出版社，2013：8-10.

Design of the Practice Teaching Project Based Creativity Ability Cultivation

LONG Shiyu，XU Tang，LIANG Qiwen

(InformationScienceandTechnologySchool，LingnanNormalUniversity，Zhanjiang524048，China)

Thispaperfocusesoncultivatingstudents’innovativeconsciousnessandthought，increasingstudents’practicalandinnovativeopportunity，putsforwardreformmeasuresofdesigninginnovativeteachingprojects.AnexplorationofthepracticalteachingprojectdesignofSingleChipMicrocomputercourseareintroduced，thereformmeasuresaimingateachexperimentisperformedusingthecombinationofthethreewaysofverification，designandcomprehensive.Thecontentofeachexperimentisfromshallowtodeep，fromverificationtodesign，stepbystep.Eachexperimentisfurtherenhancedorexpanded.Practiceshowsthatnewpracticeteachingprojectcanfullymobilizestudentslearningenthusiasmandcreativity，soastoimprovestudentsprojectpracticeabilityandinnovationability.

singlechipcomputer；practiceteachingproject；practice；creativity

2015-05-13；修改日期: 2016-06-21

广东省高等学校教学质量与教学改革工程实验教学示范中心——电工电子实验教学示范中心建设项目(粤教高函(2013)113号)。

龙世瑜(1967-)，男，硕士，高级实验师，主要从事单片机方面的教学与研究。

G642.0

Adoi:10.3969/j.issn.1672-4550.2016.04.054