单片机课程实践教学模式探索

李 莎

(湖北第二师范学院 a.物理与机电工程学院；b.湖北省太赫兹技术与光电子学专家工作站，武汉430205)

目前，单片机课程是各高等院校电子电气类、计算机类、控制类等专业必修的专业课程[1]。该课程具有很强的实践性、应用性和综合性，它强调软、硬件技术的结合，是一门涉及电子技术、控制编程、传感器、驱动执行机构等多门课程的综合性应用技术课程[2]。

单片机课程的特点决定了实践教学对本课程的重要性，实践教学效果的好坏直接关系到该课程整体的教学效果。本文从实践教学的目标出发，分析当前单片机课程的实践教学现状，探索实践教学体系的构建思路，为提高本课程的实践教学效果提供一种可行的参考方案。

1 实践教学目标

实践教学是巩固理论知识和加深理论认识的有效途径，是培养具有创新意识的高素质工程技术人员的重要环节，是理论联系实际、培养学生掌握科学方法和提高动手能力的重要平台。通过实践，一方面可使学生对单片机的工作原理及特性形成直观、完整、系统的认识，加深学生对课程内容的理解，使其更好地掌握单片机结构及应用技术；另一方面通过综合性的实践项目训练，可以培养学生应用多种技能的能力，包括元器件应用能力、电路设计能力、传感器应用能力、执行机构应用能力、控制编程能力等。

2 单片机实践教学现状

实践教学是单片机课程教学必不可少的环节。然而，目前本课程的实践教学在实验条件、教学内容、方式、实践结构等方面普遍存在一些问题[3]-[6]。

2.1 实验设备落后

经过前几年的高校扩招，学生数量急剧增加，部分学校尤其是一些地方高校的实验经费有限，致使实验设备并没有成比增添，配套严重不足。同时，由于电子元器件老化、损坏，设备更新不及时，导致实验条件无法满足课程实践的需要，影响了相关实验的开设。

2.2 教学内容陈旧

单片机课程实验内容常常连续好几年都没有变化、更新，没有随着市场需求和技术的发展进行调整。实验类型仍以验证型、演示型实验为主，缺少设计型、综合型实验，前者主要训练学生的操作技能，而后者主要培养学生的设计、综合应用能力。

2.3 教学方式老套

大多数单片机实验设备以固化的实验箱为主，而此种基于中小规模集成电路及元器件搭建的实验箱，往往开放性不够，可供设计与开发的空间受限，不利于学生综合设计能力的培养，也不利于学生对整个单片机系统的认识。此外，学生进行实验时，常常在教师设置好的设备和仪器的前提下，按照实验指导书上的步骤进行操作。这种被动的实践形式大大抑制了学生思考和解决问题的主动性，更无法培养学生的创新意识。

2.4 实践结构体系不合理

传统的单片机实践多以实验为主。实验往往依托理论课程开设，由于课程总学时的限制，实验学时往往不足。一些高校开设独立于课程之外的实训或课程设计以提高实践的难度和综合性，但此环节往往学时较少，不能充分培养学生的综合设计能力。

3 实践教学体系构建

3.1 实践教学框架

单片机课程是一门应用性极强的综合性课程，单片机应用技术涉及多门专业课程技能且在社会诸多领域应用广泛[7]。为了培养具有创新思维的应用型人才，必须改革传统的单薄的实践教学体系，建立合理的实践教学框架[8]。如表1所示，单片机课程实践教学体系可分为三个阶段，由易到难分别为实验、实训和课外实践活动，对应的设计性、综合性也逐渐提高。

表1 单片机课程实践教学框架

3.2 实验教学

传统的单片机课程实验依照理论教学内容和进度进行安排，且往往有实验指导书(或实验教材)给出实验步骤、电路原理图及参考程序，学生只要按部就班进行操作即可。在这种实验方式下，学生对单片机技术往往知其然不知其所以然，即对单片机的部分功能停留在验证性的认识层面，而没有掌握对该功能的应用方法。有效的实验教学模式应该将学生被动的训练转化为主动的思考，除少量的演示验证性实验之外，更多开设针对某项特定功能的设计性实验，并在必修实验基础上增加扩展性实验，适当提高实验难度，开拓学生思维，具体设计见表2。同时，教师进行实验教学过程中，只需提前介绍实验的目的和功能要求，对实验的关键部分适当给予提示，无需大包大揽给出软硬件全部设计，这样可以为学生主动思考留下足够的空间和时间。实验成绩根据学生的实验表现、实验结果及完成的实验报告核定，并按比例计入该课程的总成绩中。

表2 单片机课程实验教学内容设计

3.3 实训教学

实训也是实践教学的重要形式，一般在课程基本结束或已完成后单独开设，时间持续1-2周。由于学生已具备基本的理论和操作技能，且实训时间相对集中、连续，所以实训项目更具综合性、系统性，旨在培养学生对于简单单片机应用系统的开发能力及团队合作精神。实训内容可参考表3。单片机应用实训只给出课题功能描述，由学生以小组为单位自行提出解决方案并加以实现。小组成员需分工配合依次完成电路原理图设计、程序设计、系统仿真、电路板焊接及系统调试，并最终提交实训作品，教师只对每一个阶段进行监控和指导[9]。这样，实训过程充分体现了学生为主体，教师为辅助的教学模式。

由于单片机应用实训独立于课程设置，应单独占用1学分，且实训成绩的评定也应综合考核。鉴于实训过程中环环相扣，组员之间相互合作，技能综合程度相对较高，实训成绩应根据该小组的设计思路、操作规范、作品完成程度、团队协作情况进行综合评价。同时，为了防止少数学生依赖成绩较优秀的学生而偷懒，学生个人成绩还应根据该生在小组中的分工和表现进行调整。

表3 单片机应用实训课题举例

3.4 课外实践活动

实验和实训是必修的课内实践环节，其内容和难度需考虑学生的整体水平来设置。但学生对知识的掌握和应用程度参差不齐，一些成绩较好的学生有意愿也有精力通过课外实践进一步提高自己的动手能力。开展课外实践活动可采用两种形式，其一由学生自行组成研究小组独立立项，在规定的时间内(一般不超过一年)完成项目；其二吸引学生参加教师的科研项目。前者由学生为主导，自己提出设计思路和解决方案，自己把握研究进度，指导教师只提供技术支持和参考建议。后者由项目中的老师指导，引导学生参与团队的交流讨论，或直接从事课题中的某一方面工作，使学生接触到本行业的新技术、新技能，锻炼其处理生产现场实际问题的能力。为了提升学生课外实践的积极性，可为此项环节设置学分，充抵选修课学分，该项成绩由指导教师根据学生的项目表现评定。

4 结语

实践教学是单片机课程教学的重要环节，本文从实验条件、教学内容、教学方式、结构体系等方面分析了当前单片机课程实践教学存在的问题，并结合自身的教学经验分实验、实训和课外实践三个阶段建立实践教学体系，为锻炼学生的动手能力、培养应用型人才提供了一个有效的途径。