单片机实验教学改革探索

摘 要：单片机原理及其应用是一门实践性很强的课程，实践分析、设计和动手能力反映出学生对该课程的掌握程度，单片机原理及其应用实验教学改革对学生的实践设计和创新能力培养和训练有着非常重要的作用。本文提出的单片机原理及其应用实验教学改革方法，能够有效提高学生的单片机实践能力，也将逐步提高该课程的实验教学质量和教学水平，达到良好的教学效果。

关键词：单片机;实验教学;改革

基金项目：西北民族大学2016年校级教改项目（项目编号：2016XJJG-29）。

单片机原理及其应用是计算机应用、电气工程及其自动化、电子信息工程、通信工程、自动化、机械工程和物联网等专业的专业基础课，是理论和实际紧密结合的应用性很强的一门课程，实践教学占有很重要的位置。在理论学习的基础上，通过实践使学生掌握单片机程序设计和接口应用的基本方法，能综合运用单片机的软、硬件技术分析实际问题，为后续课程、创新活动、毕业设计以及今后的工作提供专业技术基础知识和基本技能，也为工业生产、科学研究和实验设备等领域的单片机应用和开发打下良好的基础。

1 单片机实验教学现状分析

首先，单片机实践教学中实验内容通常是理论知识的验证，往往是预先由教师设计好相应的实验题目，然后由学生照本宣科地重复，完成教学大纲所规定的实验。这种实验教学方法不利于培养学生的动手能力和工程应用能力，同时也不能进一步激发学生的学习兴趣和主观能动性，甚至出现了学生抄袭程序和实验报告的不良现象。

其次，单片机实验设备高度集成化。目前做单片机实验时，实验设备大多为高度集成的实验箱。学生每次实验只用到实验箱上很少的器件，并且单片机的辅助电路以及扩展等电路基本已经分配好，学生做实验时只需要连接几根导线。在这样的实验箱上做实验，效果不好，不能提高学生的动手能力和解决问题的能力。

再次，实验内容设置不合理。基本以验证性的实验为主，较少涉及运用理论知识去解决实际问题的实验项目。这样不利于发挥学生学习的主动性和积极性，也不利于培养学生动手应用能力和创新能力。

最后，实验考核方式陈旧。以往的单片机实验考核采用在做过的几个实验中抽考一个，不能很好地反映学生真实的实践能力，平时动手能力差的学生通过死记硬背也能考个好成绩，这对于动手能力强的学生不公平，体现不出他们的真正能力。实验考核成绩区分度很低，说明考试方式存在问题，需要进行改革。

2 具体改革措施

2.1 改革实验教学方法

单片机原理及其应用实验指导书只给出实验的任务、要求以及原理性说明，学生必须根据实验的目的和要求，独立设计实验的硬件电路和程序，在Proteus仿真软件里首先调试通过;调试通过后，依据原理图，在单片机实验箱或单片机开发板上搭建实际的硬件实验电路，对软硬件进行联机调试。鼓励学生自行设计实验，锻炼解决实际工程问题的能力。

2.2 改进单片机实验设备

在现有单片机实验箱的基础上，增加或更新单片机实验设备。原来的单片机实验箱可以进行一些验证性实验操作，对于设计性和综合性实验项目，因其高度集成化和有限的外围电路，其实验资源很少对学生完全开放，实现起来非常困难，并且其实验操作性质还是利用仿真器进行仿真，达不到锻炼学生进行工程设计的能力。针对这种情况，考虑采用单片机开发板来进行实验，它的开放性设计可以把单片机及其外围电路完全提供给用户，而且硬件资源非常丰富，学生可以根据实验项目自主选用开发板上的资源。同时，单片机开发板的实验操作完全是工程项目的设计和实施过程，能够锻炼学生的动手实践能力，激发学生学习单片机的兴趣及学习主观能动性，提高学生科研能力和创新能力。

2.3 修改单片机实验项目

对单片机原理及其应用课程教学大纲中的实验部分进行分析和修改，减少验证性实验项目，增加设计性和综合性实验项目。新版的专业培养方案取消了单片机原理及其应用课程设计，而改为专业设计。因此，修改教学大纲的实验部分时，可以考虑增加一些简单的实际应用设计和综合性项目，这可能需要较长的实验学时，但因为采用单片机开发板进行设计和调试，一些没有完成的实验内容可以在课后继续，使得实验进一步延伸，也增加了学生的课外学习兴趣。

2.4 改革单片机实验考核方式

原来的单片机实验考核采用在做過的几个实验中抽考一个，不能很好地反映学生真实的实践能力，实验考核成绩区分度很低。结合前几项改革内容，可以考虑采用综合能力考核的方式。可以采用单片机课程设计的形式进行实验考核，提前给出设计课题，让学生自行设计硬件电路和编程，在单片机开发板上进行调试，撰写实验报告。

3 单片机实验教学改革效果

首先，实验教学过程引入Protues仿真软件，结合以前采用的Keil软件，整个实验过程从硬件电路设计、源程序编辑，到实物仿真调试，观察现象，原理清楚，过程清晰，更有助于学生学习单片机内容及其应用，激发学生学习单片机的兴趣。Proteus所提供的软件库中，大部分可以直接用于接口电路的搭建，同时该软件所提供的仪表，不管在数量还是在质量上都是可靠和经济的。如果在实验教学中投入这样的真实仪器仪表，仅仪表的维护来讲，其工作量也是比较大的。实验过程中损耗小，基本没有元器件的损耗问题。因此采用软件的方式进行教学，其经济优势是比较明显的。采用仿真软件后，对于实际工程问题的研究，可以先在软件环境中模拟通过，再进行硬件投入。这样处理，不仅省时省力，还可以节省因方案不正确所造成的硬件投入的浪费。

其次，实验报告的撰写内容教师给予学生的部分越来越少了。以前的实验指导书，从实验目的到实验步骤、实验结果都有详细的介绍，导致学生撰写的实验报告千篇一律，存在严重的抄袭现象。项目实施期间，除了实验的任务、要求以及原理性说明外，教师基本上不给学生实验指导书，学生必须根据实验的目的和要求，独立设计实验的硬件电路和源程序，先用Proteus进行仿真，然后在单片机开发板上搭建实际的硬件实验电路，对软硬件进行联机调试。不但很好地杜绝了学生相互抄袭实验报告，还能鼓励学生自行设计实验，增加学习自信心，锻炼解决实际工程问题的能力。

最后，实验设备更新后，采用单片机开发板进行实验大幅改变了实验项目，其完全开放的硬件资源，可以支撑教师大胆增加设计性和综合性实验项目，改进实验教学方法和实验考核方式。其丰富的设计样例和配套的开发套件，为学生进行课后学习和训练提供了非常便利的条件，提高学生自主学习能力。

4 结束语

单片机实验教学是单片机教学中的一个重要环节，通过以上实验教学方法改革，能够有效提高学生的学习积极性，促进学生创新能力的提高，培养学生的实践能力和团队精神，从而保证教学质量，总之，我们要切实从培养学生的角度出发，跟上单片机技术的迅猛发展，通过多种途径，不断探索研究单片机实验教学改进，推动单片机实验教学发展，使学生的综合素质得到切实提高，为其以后在更高层次的应用打下扎实基础。

参考文献

[1]陈桂友.单片微型计算机原理及接口技术[M].北京：高等教育出版社，2012，4.

[2]朱清慧，张凤蕊，翟天嵩，王志奎.Proteus教程——电子线路、制版与仿真[M].北京：清华大学出版社，2008，9.

作者简介

马惠兰（1969-），女，回族，甘肃康乐县人，副教授，研究方向：嵌入式系统及其应用。