《单片机原理与应用》课程实验教学改革研究

张鑫+朱丹峰+曾碧新

摘 要： 《单片机原理与应用》课程是一门实践性较强的专业基础课，通过分析该课程实验教学现状，对该课程实验教学方法进行探讨，在实验项目、实验教学模式、实验教学环境及实验考核方式上进行改革研究，具体实施表现为：对实验项目进行分类，改变单一的教学模式，创造宽松的实验教学环境，引入自我关注度作为考核依据。实践证明，这些改革措施可以增强实验教学效果。

关键词： 《单片机原理与应用》 实验教学改革 创新性实验

《单片机原理与应用》课程是一门理论和实验结合非常紧密、突出动手能力的课程。实验教学是其中一个重要环节，既是联系理论教学的桥梁，又是培养学生实践、创新能力的重要手段[1-3]。但是在实验教学中会出现学生理论与实验脱节、实验课效果不理想、学生实验课积极性不高等问题，因此《单片机原理与应用》课程实验教学改革就成为许多学校非常重视的一项教改课题。

1.《单片机原理与应用》课程实验教学现状分析

1.1课程自身特点

1.1.1跨越性。《单片机原理与应用》课程是一门软硬件相结合、强调实践性和应用性的课程。学习这门课程的学生需要经历从电子技术基础、电路原理、C语言编程等基础知识向以微处理器为核心、通过软件编程来实现系统功能的思想转变过程，这种思想跨越转变过程对初次接触该课程的学生来讲具有一定难度。

1.1.2桥梁性。《单片机原理与应用》课程是后续嵌入式系统课程、DSP课程、EDA课程及毕业设计等的基础，具有课程桥梁的重要作用。

1.1.3综合性及抽象性。《单片机原理与应用》课程涉及的内容较广泛，包括单片机的硬件组成和功能、软件编程思想、汇编语言的语句及结构等。并且软件编程涉及的汇编语言需要和硬件的配置情况有关，内容抽象，不易理解。

由于该课程具有自身特性，因此需要教师在实验教学中进行改革尝试，帮助学生更好地适应学习这一类课程的方法，增强学生对该课程的理解性，从而提高他们的实际操作及应用能力。

1.2学生对课程的切身感受及认识

通过调研得知，相当一部分学生渴望将这门课程更好地融于自己的专业发展中，牢固掌握课程基本理论和实践知识。调研结果表明，问题主要集中在两个方面：（1）在学习该课程之初，学生在没有大量实验操作机会的情况下，表现出的是对程序的编写问题及对整个课程的困惑，大部分学生对该课程主要应用在哪里没有概念。（2）对于给予大量实验操作机会的学生，他们表现出对单片机的极大兴趣，他们的问题主要集中为：如何设计具有较好功能的源程序，源程序结构的优化，硬件搭建的合理性等。

因此，良好的实验教学可以帮助学生理解课程内容，掌握核心知识，从而提高学生的学习积极性和学习效率。

1.3实验教学中出现的待解决问题

1.3.1实验项目内容设置不够完善，不利于调动学生的实验积极性。各个实验项目独立性强，几乎没有考虑知识的前后贯穿和最后应用系统的设计，这容易使学生学了后面的忘了前面的，自己设计简单的应用系统更是无从下手，非常不利于培养学生的实验积极性。

1.3.2教学模式单一，传统的实验教学偏重于验证性与演示性实验[4-6]。学生在实验过程中按实验讲义逐步进行，分析思考问题的机会比较少，只是机械化地验证实验内容。学生的注意力主要集中在编程及调试上，忽略了实验电路原理的重要性。不清楚系统设计流程，当需要自行设计系统时，学生就会感觉困难无从下手。实验教学没能起到真正推动学生对单片机原理、模拟电路、数字电路等理论知识理解的作用。单一的实验教学模式制约对学生创新能力及分析解决实际问题能力的培养，降低学生的学习兴趣，影响教学效果。

1.3.3学生实验中实际发挥空间有限。在实践教学中，教师经常把主要的实验步骤、程序代码都提供给学生，造成实验教学中学生动手机会少、思考不全面、发挥空间有限的缺点。

2.《单片机原理与应用》课程实验教学改革研究

针对《单片机原理与应用》课程实验教学现状，对该课程实验教学方法进行探讨，在实验项目、实验教学模式、实验教学环境及实验考核方式上进行改革研究，以提高该课程的实验教学质量，为学生的课程实验、课程实训、毕业设计及相关实践提供优质的基础。该课程实验教学改革方法的研究对提高实验课堂教学质量、促进人才培养和就业都有着深远的影响。

2.1实验项目改革研究

《单片机原理与应用》课程比较侧重于学生动手能力的培养，所以针对该课程的实验项目很多，那么如何根据本学校的学生层次及特点进行实验项目的分类是改革中需要研究和分析的问题。笔者以温州医科大学实际授课实例为例进行阐述。温州医科大学针对生物医学工程专业和电子信息工程专业学生开设该课程。针对学生的专业特点及实验学时的安排，将实验项目教学内容分成四部分，可以根据各专业学生层次特点选择合适的实验项目。具体实施方法为：

第一部分为软件模拟实验，主要目的是熟悉Keil软件、Proteus软件等的操作及汇编语言指令的熟练应用，让学生对整个操作软件的使用及汇编语言的使用有一个全面了解，为以后的实验打下坚实的基础。针对软件模拟实验，主要开设的实验项目包括两类：基础类实验及综合应用类实验。基础类实验主要包括数据传送实验、拆字和拼字实验、数据加法实验、查表实验等；综合应用类实验主要包括模拟交通灯、投篮计分及病房呼叫模拟实验等。

第二部分为基本端口实验，主要目的是让学生认识單片机系统的基本硬件。实验项目主要有端口输出实验、定时计数器实验、按键中断实验、A/D转换实验、多位数码管显示实验、串口通信实验等。

第三部分为综合设计性实验，目的是帮助学生全面掌握所学内容，提高学生综合运用知识的能力。主要有用定时器设计时钟实验、键盘结合LCD液晶显示实验、利用外部中断设计流水灯实验、温度检测实验等。

第四部分为创新性实验，主要针对那些对单片机有兴趣的学生，锻炼学生的创新能力、动手能力和解决实际问题的能力等，该部分实验在课下进行，可结合教师的科研项目和各类大学生电子设计大赛，如教师科研课题中的控制系统及大学生电子设计竞赛、智能车设计大赛、机电产品创新设计大赛等。

2.2实验教学模式改革研究

《单片机原理与应用》课程实验教学模式改革中将PBL教学法与TBL教学法相结合，针对该门课程授课学生专业不同，将实验分成三个层次：基本实验、综合实验和自选实验。针对不同层次实验各自特点和难易程度进行教学方法的选择和综合应用。

2.2.1基本实验主要考核学生基础知识的掌握，内容较为简单，可以只采用PBL教学法。教师只需要给出实验设计的问题，由学生独立完成，不需要进行分组，培养学生的自主动手能力。

2.2.2综合实验不再是单一的知识点、单一的学科，考核的知识可能是跨学科多个知识点，教师只需给出实验的要求和技术指标，学生自主选择决定学习哪些知识解决问题，体现典型的PBL教学法的应用优势。具体实验过程中主要采用分组讨论，单人完成或按组汇报两种方式。

2.2.3自选实验在三个实验层次是难度最高的，学生几乎不可能单独完成，同时教师要给予一定的指导，给出明确的学习目标及知识点，适合采用TBL教学法分组讨论，按组汇报。设计性实验往往都是给出一个需要解决的实际问题，实施方法不是唯一的，这是PBL教学法应用最适合的情况。因此，对于设计性实验最好采用两种方法综合应用。

2.3实验教学环境的改革研究

根据学生的实际情况和要求，为学生创造宽松的实验环境。

2.3.1对学生实验中用到的硬件实验仿真平台可以根据学生的特点及基础进行针对性选择及操作。对于大多数学生，可以选用基础开发板与仿真器的硬件仿真平台在实验课堂中完成相应的实验项目设计，对于能力较强的学生，可以鼓励学生自己做单片机最小系统板或者选用高级开发板与仿真器结合的硬件仿真平台，对于积极性较高的学生，可以建议大家在实验课业余时间选用开发板自己烧写程序在实验课堂之外对实验感兴趣的内容进行仿真学习，为学生创造宽松的实验环境，使学生可以不拘束于课上时间进行实验。

2.3.2对于软件仿真平台，学生可以用汇编语言完成简单程序的设计，能够用C51语言完成简单和复杂程序的设计，学生的前序课程中学过C语言，这样大大降低学生学习的难度，同时学生从对比中加深对汇编语言和C51语言的理解。

2.4实验考核方式改革研究

传统的单片机实验课程不单独考核，评价方式主要以实验报告为依据。这种评价方式使学生对实验教学环节不重视，很难调动起学生在实验教学环节中的积极性。本次改革项目将实验考核方式分为四个部分：把学生每次实验课堂的态度及积极操作的自我关注程度作为实验平时成绩的考核依据，占实验成绩的20%；平时实验报告占实验成绩的20%；综合实验项目考核占实验成绩的50%；自选实验项目占实验成绩的10%。

3.结语

为了提高《单片机原理与应用》课程的实验教学质量，给学生的课程实验、课程实训、毕业设计及相关实践提供优质的基础，提高学生的实际应用和创新能力，本课题结合学校各专业学生实验教学的实际情况，对该课程实验教学方面的教学方法进行探讨与改革。经在实际实验教学中的改革实践表明，通过对实验项目的合理设计，可以培养学生的实验积极性和主观能动性。通过对实验教学模式的改革，激发学生的实验兴趣。通过对实验教学环境的改造及考核方式的改变，可以引导学生重视自身实验技能的培养。从本校学生毕业设计过程及实习过程中可以看出，学生在实际工程应用项目的开发数量和质量都有较大程度的提高。随着实验教学改革的不断深入和完善，该课程会取得更良好的实验教学效果，使学生的综合设计能力及创新能力有明显的提高。

参考文献：

[1]李有光，闻新，南英.本科生AVR单片机实验教学探索与研究[J].实验室研究与探索，2015，34（9）：216-218.

[2]祖一康，徐妙婧.单片机教学改革实践研究[J].湖北理工学院学报，2015，31（5）：67-70.

[3]金国华，滕君华，马宝山，张大力.单片机课程设计中应用能力的分层培养[J].中国现代教育装备，2015，11：81-83.

[4]刘喜双，姚健.单片机课程实践教学改革探索[J].教育探索，2013，8：31-32.

[5]王娜.基于翻轉课堂的单片机教学改革研究[J].通化师范学院学报，2015，36（6）：90-93.

[6]冯洋.基于实践创新能力培养的单片机原理及应用课程改革与实践研究[J].高教学刊，2015，15：87-88.