单片机课程实验教学的改革与实践

戴丽佼

(南京航空航天大学 金城学院，南京 211156)

单片机课程实验教学的改革与实践

戴丽佼

(南京航空航天大学 金城学院，南京 211156)

实验教学是单片机课程教学中的重要环节。南京航空航天大学针对目前实验教学中存在的一系列问题，从丰富教学方法、调整实验内容和完善考核制度等方面进行了改革的探讨。目的是改变学生轻视实验的观念，重视动手能力的训练，激发学生的学习热情。实践表明学生广泛参与了实验室开放及创新活动，电路设计能力得到普遍提高。为更好地适应社会需要、提高竞争能力打下良好的基础。

单片机;实验教学;教学改革;实验设备；改革

单片机原理及应用是高校电气、自动化及机械等专业学生必修的一门课程。该课程理论性、逻辑性和应用性较强，其实验教学目的是培养学生的动手实践能力、创新能力、综合思维能力，为学生后续进行的专业内容，如自动检测与控制系统以及智能化产品的设计等打下良好基础，以便适应社会对应用型人才的需求[1]。

1 实验教学现状分析

1.1 实验学时较少

1.2 实验内容结构不合理

实验教学内容是验证性实验较多，综合提高性实验相对较少[3]。开设有汇编语言的程序设计实验、I/O口控制实验及中断实验：在实验过程中学生通常只关注实验注意事项和结果，对涉及的理论知识点往往一知半解；配套的实验指导书过于详细[4]，缺少启发性，学生只要在实验箱上按部就班地接线、在计算机端运行给定的程序即可观察到实验现象；实验内容枯燥、单一，无法激发学生的学习兴趣和热情。这使学生在进行毕业设计等综合性系统设计时，学生常常感到吃力，无从下手。

1.3 实验设备陈旧、维修不及时

单片机实验室配备的实验设备有实验箱、计算机、万用表和示波器等。不同专业开课时间相对比较集中，几乎每天都有3～4个班的学生进行实验，实验室处于高负荷的运作中。在实验过程中学生的带电插拔导线、接错线等操作不当行为造成的芯片烧坏或引脚损坏，再加上仪器旋钮的松动、设备的老化，若不及时维修，势必影响实验效果，降低学生对实验的兴趣[5]。而实验箱使用时间长，许多功能模块上的芯片已经被淘汰，如A/D、D/A转换实验中用到的AD0809和DA0832芯片，继续让学生在陈旧老套的设备上进行实验，无疑与社会脱节，不利于学生能力的提高。

2 实验教学改革

针对实验教学中存在的一些弊端，我们总结多年的实验教学经验及教训，提出以下几点教学改革方案。

2.1 增加实验学时数

为突出实验环节的重要性，将单片机实验课程开设为独立授课模式，学生在课程考察结束后将取得独立的实验成绩，不计入理论成绩中。学时数由原来的10学时增加到16～20学时，这就促使学生对实验态度发生根本转变；实验内容安排也更为灵活、多样，提高了学生的积极性和主动性。

2.2 教学方法、手段多样化

纯粹的理论教学内容抽象、枯燥无味，学生容易产生厌倦感，削弱学习兴趣。而在实验教学中穿插讲授理论知识，利用多媒体课件，将实验过程、实验原理及实验结果更丰富形象的展示出来，学生边学边做，实验过程轻松有趣，在愉悦的气氛中更好地掌握相关理论知识。教学方法侧重于提问式、启发式教学，突出“教师为主导、学生为主体”的教学模式，引导学生通过实验现象发现问题，总结规律[6]，提高学生分析问题、解决问题的能力。在教学过程中，采用Proteus虚拟仿真工具及Keil编译工具相结合进行教学[7]，通过Keil软件完成程序的编译，利用Proteus仿真工具实现系统电路的虚拟仿真，现象直观，操作方便。学生在课余时间随时可仿真实验过程，提高学习兴趣。在预习时对实验电路进行模拟仿真，课堂上再动手实践操作，从而达到事半功倍的效果。

2.3 实验内容层次分明、安排合理

实验内容分为三部分：基础性实验、提高性实验和综合性实验。可设计2～3个基础性实验，如流水灯实验、蜂鸣器驱动实验及继电器控制实验等，通过更直观的实验现象引导学生掌握单片机设计开发流程。这类实验对学生的理论知识要求不高，学生更容易动手实践，可在实验箱上完成或在面包板上自行搭建电路实现。

提高性实验项目有外部中断、定时器中断、RS232串行口通信、TLC549串行A/D转换实验等。这部分实验要求学生具备扎实的理论基础，通过实验现象加深对原理的理解，学生应做到举一反三。

每次实验结束应提出相应的思考题，引导学生深入思考。如对于外部中断实验，可提问中断方式和查询方式有何区别？如何用查询方式修改程序？如何设计电路实现外部中断方式控制流水灯的亮灭？

最后设计3～4个综合性实验，实验项目包括16×16点阵显示屏的控制实验、PCF8563电子万年历实验，DS18B20温度传感器实验等[8]。这部分实验实用性较强，可在开发板或实验箱上完成，目的是培养学生相关知识综合运用能力。实验内容在安排上可提供详细的内容说明、完整的电路介绍及程序清单。课堂教学时利用Proteus仿真软件演示实验现象，解释电路工作原理及程序说明，最后提出思考问题，让学生独立思考解决问题。

2.4 编写合适的实验教材

目前实验指导书的每个实验项目编写模式都包括实验目的、内容、电路原理图、步骤及程序清单，造成学生对实验指导书的完全依赖性。因此、实验指导书的编写应富有一定的启发性，给学生留有思考的空间。在部分程序清单中列出汇编语言和C语言两种程序对照。对于基础性及提高性实验，程序清单以填空的形式给出，引导学生分析、思考程序。学生必须在理解电路原理，读懂程序的基础上，才能正确写出所缺程序语句。能够模拟仿真的电路原理图可由Proteus仿真结果图替代。在每个实验项目中附上2～3个思考题，启发学生思考、鼓励学生利用实验室开放时间完成思考题的实验。

2.5 重视课设环节的训练

单片机课程设计是提高学生系统综合设计能力的重要环节，通常安排一周的时间来完成。以往的教学模式中学生主要任务是根据课题内容编写程序、在实验箱上接线并调试，偏重于程序的编写而忽略了硬件电路的搭建过程。学生容易眼高手低，在独立设计系统时不知如何下手，甚至连最小的系统都不清楚。因此，在进行课设时必须摆脱实验箱，要求学生独立完成系统的设计和调试。课程设计题目多样化，开设如DS1302实现数字钟的设计、超声波测距仪的设计、基于ISD4004的录放系统设计等课题供学生选择。合理安排任务进度，首先介绍课题的要求、难点及注意事项，学生自行设计系统电路。其次检查并分析电路存在问题，配发所需元器件、导线及面包板等，学生动手在面包板上搭建电路，编程并进行硬件调试。最后进行课设的验收，学生不仅要按要求完成课题，有正确的现象显示，而且程序也要最优化，养成良好的编程习惯。验收时可进行随机提问，了解学生的掌握情况，也可安排开卷考试，对主要知识点进行考查。

整个过程让学生体会到系统设计的开发流程：首先设计电路原理图，其次编写程序，然后搭建电路，最后调试程序完成要求。通过搭建实物学生认识了元器件，如三极管的e、b、c三个引脚如何区分；学会了硬件电路的布局；掌握了一些芯片的使用方法等。

2.6 完善考核机制

2.7 丰富实验设备、科学管理实验室

为每个实验箱配置一块面包板，将实验箱和面包板结合起来使用，既可在实验箱上进行一些基础的常规性实验，也可在面包板上进行较为新颖的应用性实验，能够开展的实验项目更为灵活、丰富。单片机实验室的仪器设备、元器件等多而杂，只有科学、合理地管理实验室，才能高效地利用这些设备。实验所需的元器件分类编号放在器件盒里，导线统一放在实验桌的抽屉里。每次实验结束后，让学生及时反馈登记实验设备中的问题，收拾整理实验设备后方可离开实验室。通过查询学生的登记记录，可掌握整个实验室的设备使用情况，维修更为方便、快速。实验教师既要指导学生实验，又要维护实验设备，时间和精力有限，造成不能及时更换损坏的芯片，设备得不到及时维修的现象。因此，可组织部分学生管理和维护实验室，维护工作包括检查测试芯片的好坏，补齐器件盒中缺失的元器件，更换实验箱上的芯片等。这些工作可让学生提高正确操作意识、积累经验教训、提高实践能力。

3 结束语

实验教学的改革重点是学生能力的培养，改革的目标应符合社会对应用型人才的要求。我们通过对“单片机实验”课程不断地改革与探索，逐步完善了教学方法、实验内容和考核机制，提高了学生的学习兴趣。学生广泛参与了开放实验和创新实验活动，课程设计和毕业设计的质量有明显提高，为进一步的学习嵌入式等其他专业课程打下了良好的基础。

[1]丁保华,张有忠,陈军,等.单片机原理与接口技术实验教学改革与实践[J].实验技术与管理,2010，27(1):117-119.

[2]李洁,李卫兵,杜玉杰.《单片机原理及应用》实验教学改革与实践[J].实验科学与技术,2012，10(4):92-94.

[3]孟建,刘瑞祥,刘永启.“单片机原理及应用”实验教学改革研究[J].中国电力教育,2013(11):97-98.

[4]黄云峰,程启明,刘 刚,等.“MCS-51单片机原理”课程实验教学的现状及改革[J].中国电力教育,2011(19):124-125.

[5]常淑俊,黄杰勇.单片机实验教学的探讨[J].实验科学与技术,2013,11(2):82-83.

[6]曹建树,代峰燕,俞建荣,等.应用型工科院校单片机课程教学改革与实践[J].实验室研究与探索,2012，31(3):129-132.

[7]王海燕,杨艳华.Proteus和Keil软件在单片机实验教学中的应用[J].实验室研究与探索,2012,31(5):88-91.

[8]邓鹏.单片机课程实验教学改革的探索与实践[J].工业控制计算机,2012,25(11):108-109.

[9]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.

Teaching Reform and Practices of Single-Chip Microprocessor Experiment

DAI Lijiao

(Jincheng College，Nanjing Aeronautics and Astronautics University, Nanjing 211156, China)

Experiment teaching is the important link of single chip microprocessor course.According to the current problems in the teaching of experiment course, reform measure has been discussed on the enriching teaching methods, adjusting experimental content, perfecting evaluation methods and so on.The purpose is to change the student’s concept that experiment has been despised in mind, to value students’practical ability and motivate their enthusiasm.Practice has proved that students take part in activities of lab opening and innovation.Their ability of circuit design has been improved.The foundation has been built well to meet the needs of the society and improve their competition ability.

single chip microprocessor; experiment teaching; teaching reform; experimental equipment

2014-07-16；修改日期:2014-19-19

戴丽佼(1983-)，女，硕士，讲师，主要从事单片机实验教学及研究工作。

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2015.06.035