面向计算机专业的单片机课程实验教学探索

周汝雁 冯国富 易丛琴 周旭

摘要：单片机课程是计算机专业的核心课程。本文针对计算机专业的特点，在单片机实验课程教学中，增加了实验教学内容中的设计创新部分，进行了实验教学项目、实验教学地点和实验教学时间三个方面的教学拓展，对提高计算机专业学生的硬件设计能力、动手能力和单片机应用系统设计能力方面起到了良好的效果。

关键词：单片机;实验教学;教学拓展

中图分类号：G642.423     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2019）12-0269-02

一、引言

单片机课程是高校测控技术与仪器专业的必修课，也是当前高校机电一体化、电气类、自动化、计算机和电子信息类等专业的重要基础课程。但根据专业需求不同，教学的侧重点不同，教学模式也各不相同。另外，各个高校由于硬件实验条件不同，实验教学模式更是各不相同。本文针对计算机专业需求和学生的特点，进行了单片机课程实验教学的探索和实践。

二、单片机课程实验教学现状

实验教学在单片机课程的教学中起着非常重要的作用，通过实验不仅可以课堂教学中学到的理论知识进行巩固和加以应用，可以很好地培养学生的实际动手能力和解决工程问题的能力。目前高校计算机专业大多数都比较偏重于数据处理和数值计算，学生的学习也都偏重于软件设计，硬件设计能力欠缺，因此单片机课程中硬件设计部分的学习难度较大，这就要求計算机专业的单片机实验课程中的项目设计既要考虑到本专业学生的特点，又要在有限的实验课程时间内让学生掌握单片机的基本原理和单片机应用系统的设计。

三、单片机课程实验教学探索

（一）实验教学内容设计

实验教学内容设计为两大部分，一部分为每个章节理论课后对相关知识的理解巩固和实际应用而设置的章节实验，另一部分为具备基础实验知识和方法后而设置的综合实验。

1.章节实验：通常章节实验都为验证性实验，主要包括单片机I/O口的输入输出实验、外部中断实验、定时器/计数器实验、串口通信实验、键盘实验、数码管和LCD显示实验、I/O扩展实验和电机控制实验实验等，为了提高学生的参与性和主动性，培养学生的创新能力，章节实验也设计为既有验证性实验也有创新设计性的实验。以最简单的1个LED灯闪烁为例，该实验是I/O口的基础实验，通常为验证性实验，学生只需要在试验箱或实验平台上进行验证，甚至不需要进行线路的连接就可以完成，学生的参与度、设计性较低，但可以在验证性实验的基础上增加如下实验要求：设计并制作让LED灯显示出一段摩斯密码，如显示出SOS信号，实验平台显示成功后，制作成面包板电路系统进行演示。增加的实验内容具备了设计性和趣味性，增加了学生的参与度，首先，计算机专业的学生会将程序设计学习过程中学到的密码翻译的知识应用到其中，为了展示自己的独创性，大多数同学会选择一段独特的摩斯密码信号用LED灯显示出来。另外，本实验是单片机实验中最简单的，可以用简单的几个电子器件和单片机芯片完成一个单片机系统，制作成面包板的成功率很高，实验的成功对初学单片机的同学的鼓励作用非常大，对学生动手能力的培养也是一个很好的开始，为后续复杂电路的设计和制作打下了很好的基础。

2.综合实验：综合实验项目是为了考察学生对单片机总体掌握情况和综合应用能力。为了兼顾学生学习程度的差别和兴趣偏好，以及软硬件的擅长，每个综合实验都设计成可以自行选择组合的模块化实验项目，实验项目为小组协作完成项目，学生可以根据软件和硬件的偏好和擅长，以及动手能力和编程能力的强弱，合理搭档自由组合形成项目小组，每个小组可以根据兴趣选择项目内容，小组成员还可以根据组内成员各自的特点分工协作完成所选的综合项目。以温度测量显示及报警实验为例，实验要求如下。项目要求：利用单片机进行温度测量及超限报警，设置温度上下限，当测量得到的温度不在设置范围内时，利用扬声器自动发出报警信号。设计要求：其中温度测量部分，可以采用DS18B20作为温度监测元件，也可以采用热电阻加AD转换进行温度测量，温度测试点可以为1个，也可以是多个;显示部分可采用数码管显示，也可利用LCD显示实时数据。

设计路线有以下3种可以自由选择：采用仿真工具Proteus完成;设计成面包板电路;采用万能板实现项目要求。针对这种模块化、可选择的实验要求，学生可以根据自己的兴趣爱好和偏好特长进行项目的设计和完成，也可以根据小组成员的特点进行选择和分工协作。在学生学习了单片机基本的理论知识，掌握了课程中最基础的软件资源和硬件资源的使用方法后，就开始布置综合实验项目。对于理解能力强，学习进度较快的学生可以较早地进入综合实验项目的设计和完成。通过具有创新型章节实验和模块化综合实验的设计，单片机实验教学的效果有了明显的提高，学生完成实验的积极性、主动性、自主性有了大幅提升。特别是综合实验项目可以很好提升学生硬件设计能力、动手能力、自主学习能力，对培养学生创新能力和团队协作开发能力起到了很大的推动作用。

（二）实验教学过程拓展

针对单片机教学过程中实验教学课时少，实验指导教师少的现状，对实验教学过程进行了拓展，拓展包括实验教学项目拓展、实验教学地点拓展和实验教学时间拓展三部分。

1.实验教学项目拓展：实验项目除了包括章节实验和综合实验中较为固定的实验教学项目之外，还鼓励学生参加涉及单片机设计和应用的大学生创新项目、各类创新大赛、实训项目、课程实践，还拓展到参与教师科研项目、毕业设计、实习企业需求的单片机开发项目，这些拓展项目的完成都可以在单片机实验室进行，或由实验指导教师给予指导协助完成，时间上可以在单片机课程开设的学期，也可以在之后的任何时间进行，在课程开设的同时进行的可以作为综合实验计入实验成绩。实验项目的拓展对学生巩固课堂所学内容，丰富实验项目，密切关注社会需求，并进一步进行单片机应用系统的设计开发有非常好的辅助作用。

2.实验教学地点拓展：在综合实验发布后，学生可以利用自己的电脑，小型试验盒进行简单系统的设计，并利用面包板搭建相应电路进行系统的实现，实验的调试和完成可以在课后自主进行，地点不必再局限于实验室，实现了实验教学地点的拓展。

3.实验教学时间拓展：每一门课程在课堂上或实验室学习的时间都是有限的，单片课程也是同样，为了鼓励学生课后能自主支配实验的学习时间和有更多的动手能力培养的时间，单片机实验室采用了开放实验室模式，只要实验室没有教师授课，学生就可以在实验室进行实验，开放实验室模式加上实验教学地点的拓展，以及实验教学项目拓展模式，很好地实现了实验教学的时间拓展，使学生可以机动灵活地安排自己的时间进行实验的设计调试。

四、结论

本文结合计算机专业单片机课程的特点，对单片机实验课程教学进行了探索和实践，增加了实验教学内容中的設计创新部分，对实验教学过程进行了实验教学项目、实验教学地点和实验教学时间三个方面进行了教学拓展，在单片机实验教学工作中，取得了很好的教学效果，得到了学生的一致好评，也得到学校的认可，被学校评为优秀实验项目。

参考文献：

[1]龙世瑜，许棠，梁启文.基于创新能力培养实践教学项目的设计[J].实验科学与技术，2016，14（4）：186-187.

[2]高艳芬，蔡恒.基于Proteus仿真与实验板结合的单片机实验教学改革探讨[J].教育教学论坛，2015，41（10）：138-139.

[3]张江印.高校单片机教学模式的研究[J].实验室研究与探索，2011，30（9），103-106.

Exploration on the Experimental Teaching of Single-chip Microcontroller in the Computer Science and Technology Specialty

ZHOU Ru-yan，FENG Guo-fu，YI Cong-qin，ZHOU Xu

（College of Information Technology，Shanghai Ocean University，Shanghai 201306，China）

Abstract：MCU （Microcontroller Unit） course is an important course in the major of computer science and technology.This article introduced that more design innovation content is given in experimental teaching.Teaching expansion is performed in experimental teaching projects，location，and time.As a result，it is suitable for improving students' hardware ability and practical ability.More satisfactory results have been achieved on MCU application system design ability.

Key words：MCU;experiment teaching;teaching expansion