单片机实验教学改革（精选十篇）
单片机实验教学改革 篇1
1.优化实验内容
传统单片机实验课程通常作为理论课程的延续, 课时有限,内容不够丰富;实验结构不合理,大多为验证型实验,而设计、创新和综合型实验较少甚至没有;有些高校常年使用同一本实验教材,内容陈旧,不能适应当前的科学技术发展,这些都造成学生对本就理论枯燥难懂的单片机课程失去兴趣,不利于提高学生的实践能力。
单片机的实验教学内容应遵循先简单后复杂、先基础后综合、最后到独立设计创新应用的学习规律设计。因此,在实验课程前期以认识基本硬件和软件,了解基本指令、熟悉设计语言为主,通过教师在课堂上做示范性讲解,巩固学生理论知识,消化课堂内容。在实验课程中期以综合实验为主,参照实验任务书,让学生自主完成硬件接线、软件编程并进行调试验证,最后通过观察实验结果完成实验报告,最终掌握单片机的基本知识。在实验课程后期则以创新型实践、开放实验为主,学生应在课下自主学习,结合兴趣小组、与企业合作或参与科研课题,通过相关教师的辅导,对自己感兴趣的单片机应用内容进行设计、编程、调试和运行,甚至制作出能够实现功能的电路板,该环节可大大提高学生的实践和创新能力。通过合理设计实验结构,优化实验内容,最终培养学生的学习主动性,提高解决实际问题的能力。
2.完 善实验条件
2.1硬 件条件
很多高校的单片机实验硬件采用体积较大的实验箱,训练模块固定且需要固定的使用场地, 这在一定程度上限制了学生的创新能力培养,也给学生造成了“不能随时验证编程结果”的不便,尤其随着单片机技术日新月异的发展,固定实验箱的实验内容必然无法顺应时代需求, 因此购置先进的仪器设备,如便携式的实验箱,或者同指导教师一同改造设计实验平台,不失为改善单片机实验硬件条件的好方法。此外,若条件允许,则可以在实验室配备很多媒体教学设备,专业书籍,设置讨论区,供学生学习与交流。
2.2软 件条件
过去单片机实验的软件环境多使用汇编语言, 但由于汇编语言不易移植等缺点已逐步被C语言取代,因此对于单片机的开发和应用应采用C语言程序设计。此外,在实验条件有限的情况下,学生通过电脑,利用虚拟仿真软件即可进行实验,例如Proteus、Keil、Protel等常用的 电子仿真 软件的使 用或整合,能使初学者尽快掌握单片机的程序开发,减少耗材的同时不需要考虑电路问题,此后进行实物制作将事半功倍。
3.改 革实验方法
3.1以学生为主体
传统的实验教学方法多以老师为主, 学生处于被动接受位置,学生的主观能动性很难得到激发,这样既缺乏对学生动手能力的培养,更不利于发展其独立创新能力,最终不能学以致用。改革后应以学生为主体,例如把学生分成若干个实验小组,老师在教授完必要的基础知识和实验引导后,就可以让各小组学生通过学习、实践、交流和讨论完成实验,最后由学生制作PPT进行汇报,这样可以大大提高学生的自学能力并培养他们的团队合作精神。
3.2以项目为 载 体
以项目为载体,就是在参与项目的过程中实验学习,例如把单片机课程分解成若干个训练项目, 每个项目又分为基础知识部分、操作练习部分及思考练习部分。通过这三个部分满足不同学生的学习要求, 基础知识和操作训练主要是打牢学生的基础和培养学生的基本操作能力, 思考与练习主要是培养学生的创新能力和动手能力。能力较突出的学生,可以通过业余时间参与大学生研究训练计划等活动, 申报参加与单片机相关的研究项目,通过专业老师的指导,达到熟练应用单片机的目的,同时进一步提高他们的创新创业能力。
3.3实 验 室 开放
由于单片机实验课程的课时有限, 往往不能满足一些对单片机有浓厚兴趣的学生的学习要求, 因此在条件允许的情况下,在课外时间适当地开放实验室,提供给学生一个更加开放和便于随时进行动手操作的实验环境, 能够使学有余力的学生有更多收获。
3.4校 企 结合
单片机课程是一门应用性很强的课程, 我们培养的学生很多都会进入各企事业单位的一线进行现场工作, 因此要适应市场需求,培养才有针对性。校企结合最主要的目的是使学生能够在处理现实问题中,提高技能,适应社会。校企结合的形式是多样的, 例如把企业中的成功案例作为单片机实验课程的训练项目, 聘请企业中有经验的技术人员作为兼职教师指导学生,建立校企联合实验室,使学生们在接触学习到企业案例的同时能解决企业中面临的问题,等等。学生既能从中得到解决问题的成就感,又能提高对单片机的兴趣。
4.调 整考核模式
实验的考核是保证实验质量的重要手段, 以往单片机实验多从学生们的动手能力、实验结果和实验报告等方面进行考核,但由于实验课程时间有限,既对实验过程进行考核又对实验结果进行考核的方式往往流于形式, 导致在教学中不能从学生实际出发,没有人性化的教学设计,最后应付了事。本文提倡以过程考核为主,弱化理论考试。改革的方向是应该因人而异,充分发挥每个人的主观能动性。教师应更注重实验过程,培养和提高学生分析问题和解决问题的能力,而不是仅盯着实验是否成功,更重要的是从不成功的实验中找出问题,帮助学生解决问题,注重调动学生求知的积极性。科学本来就是在不断的失败中寻找成功的方向, 只要有良好的学习和互动过程,那么结果自然就水到渠成了。
5.注 重教师培养
实验教学本身对教师的动手能力就有较高要求, 结合综上对单片机实验教学改革的探讨, 对教师的综合素质提出了更高要求。过去培养教师的途径主要有通过老教师对新教师的传帮带或参与科研项目带动教学成果, 增加专业教师企业实践经历与时间,强化创新意识与能力等,本文提出对于理工科教师应注重人文精神的培养, 因为我们培养学生的目的并不是完全以就业为导向, 更应该以提高学生专业兴趣和科学探究能力为主。
6.结 语
单片机实验教学是单片机教学中的一个重要环节, 通过以上实验教学改革方法,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。
摘要：针对传统单片机实验教学的不足,文章从优化实验内容、完善实验条件、改革实验方法、调整考核模式、注重教师培养五个方面探讨单片机实验教学的改革措施,以提高实验教学质量。
单片机实验教学改革 篇2
【摘要】《单片机原理及应用》是一门综合性、实践性都非常强的专业课程，改文主要结合自己的教学经验，针对《单片机原理与接口技术》课程的实验教学现状和传统教学存在的弊端，以提高学生的实践能力，自主学习能力和协作学习为目的，阐述了实验教学设计的思路和方法，从而使学生具备一定的创新能力。
【关键词】实验教学，实践能力，单片机实验
1引言
在单片机理论学习过程中，实验是必不可少的重要实践环节。学生可以通过实验对单片机的工作原理及特性形成直观、完整、系统的认识；令一方面，可以加深学生对课程内容的理解，使其更好地掌握单片机的原理及应用技术。
由于该课程是一门理论和实践应用性都很强的课程。要较好地掌握单片机，除了具有单片机、电子技术的基本知识外，更重要的是通过实践过程，真正掌握单片机软、硬件的有机结合和应用能力。那么如何在有限的课时之内尽可能提高单片机实验教学效果、加深学生对单片机技术原理的认识并提高学生的动手能力和创新能力，是一个大家普遍关注的事情。
2单片机实验教学的基本思路
《单片机原理与接口技术》是电子类学科中实践性较强的一门课程，扎实的理论教学必须以丰富的实验教学为依托。教学设计的出发点是学生，它所设计的教学目标要考虑教学过程这一系统的要求，又要考虑学生在认知、社会、个性等方面的特点和状况。
传统的实验教学，忽视学生通过什么样的方法和策略来学习，一知半解、死记硬背，出现低分低能甚至“高分”低能，掩盖了学生学习中存在的问题，致使学生的学习缺陷、知识缺陷暴露在往后的就业和工作中。因此，这种教学方法由于忽视了对学生的动手能力和创新思维的培养，若不加以改进，很难培养出适合社会需要的高精尖人才。
3单片机实验教学的改进与创新
3.1增强基础型实验，为提高打下基础。由于刚刚接触本课程的学生，绝大多数的理论基础还是比较薄弱，因此对于基础型实验，注重提高实验教学的理论层次，让学生掌握单片机原理实验中的基本概念、基本电路和基本方法，建立起综合运用各种实验调试方法与技能的自信心。每次实验课，学生以小组为单位，每组成员独立完成实验电路图设计、导线连接、程序的调试与实验报告的书写，实验完成后每位学生都必须分析程序并递交实验报告。在课程结束之前，安排一定的设计性实验进行实验考核，作为实验成绩的评定标准。
3.2增加设计性实验，提高学生的综合设计能力。在挑选实验项目的过程中，要做到因材施教。由于每一位同学理论学习的接受能力以及动手能力都存在差异，实验教师要根据各种层次的同学，在实验项目的难易选择上要有梯度。修订实验教学大纲，增加综合性设计性实验，培养学生自主学习、独立操作的综合实验能力。组织专家进行论证，及时调整实验项目，使实验内容更加符合综合性、设计性实验的要求。逐步增加含综合性、设计性实验课程的比例，逐步增加综合性、设计性实验的项目数。
在教师层面上，应当坚持以“能力为本位”的原则组织实验教学，注重实验方法的改进，充分发挥学生学习的积极性和主体作用，强调因材施教，追求实效。
3.3积极参加单片机竞赛活动。学习的目的在于应用。目前，国家对在校大学生实践实战能力培养的力度在逐年加大，这体现在全国各地举办越来越多的单片机技术技能大赛以及电子设计类竞赛。诸如，全国大学生电子设计竞赛、机器人大赛、智能车大赛、空中机器人大赛等等。目前，我校参加并举办的大赛有电子设计竞赛、智能车大赛等，许多同学在大赛中取得了优异的成绩。这些大赛不仅开阔了学生的视野，拓宽了他们的知识面，而且使他们建立起竞争的意识，更重要的是为各个高校间提供了相互学习借鉴的机会。
3.4建立综合实验成绩给定机制。实验成绩从一个方面也可以激发学生的学习兴趣，所以如何对学生的实验成绩给出合理的答案，也是一个重要的问题。这里，采用平时操作+实验报告+上机测试，相结合 的方法来给定最终的成绩。同时实验指导教师在学生实验课期间对学生具体的实验理论掌握情况进行随机抽查，并作为实验成绩的参考。
3.5增设开放性实训实习基地。实行开放式实验教学，建立开放性实训基地是正常单片机实验教学的有力补充，其目的是让学生在掌握有关知识和技能的同时，获得较高的创新意识和创新能力。在这些实验室里，学生利用现有的实验设备，自选实验课目，自己选择和组合实验仪器设备，自己确定实验方法和步骤，进行课本知识以外的实验，大大拓宽了自身的知识面。近些年来，我院实验室增加了以电子设计、单片机应用为目的的实习实训基地，这些基地为学生课下进行自我提高提供了良好的物质基础。通过长期的积累，这些同学往往会在各类电子竞赛上取得优异的成绩。
4结束语
实践证明，开放性创新实验教学已取得良好的效果。在各项教学评估中深受专家和领导的好评，成为我系的教学改革亮点，也为学院赢得了良好的教学声誉。为全院的实验教学、理论教学及素质教育改革提供了宝贵的经验。因此掌握科学的实验方法和培养学生严谨的科学态度是关键，才能更好地适应时代发展的需要。
参考文献：
[1]于殿泓，王新年.单片机原理与程序设计实验教程[M].西安：西安电子科技大学出版社，2007.12-23
[2]尹民.实践教学思维方式特征与教学方法改革[J].实验技术与管理，2006（3）： 98-99.[3]张晴，刘为.单片机实验教学改革[J].实验室研究与探索，2003，22（4）：27-29
基金项目：本课题受到河北省自然科学基金（F2014501055），河北省高等学校科学技术研究项目（ZD20132003）资助
单片机实验教学改革 篇3
关键词：单片机原理；实验教学；教学改革
“单片机原理及应用”课程侧重于单片机在汽车领域的应用，其理论性和实践性都很强。要使学生真正掌握好本课程，必须做到理论教学与实验教学并重，用实验教学带动理论教学。[1，2]在实验教学过程中，要强调学生的主体地位，提高学生的动手能力与创新能力。
一、实验教学现状
1.实验学时少
以前的“单片机原理及应用”课程总学时为64学时，实验学时只有8学时，占总学时的12.5%，实验学时不足。为了在有限的实验学时内让学生尽可能多的完成实验内容，教师只能安排一些简单的验证性实验。在实验教学过程中基本上是“学生看教师做实验”，学生处于被动地位，达不到实验教学的最终目的。
2.实验教学内容陈旧、模式单一
传统的单片机实验教学内容中基础性、验证性实验多，综合性、设计性实验少，培养学生操作能力的实验多，培养学生创新能力的实验少。实验教学要求学生在规定的时间内按照步骤完成相同的实验，实验过程中教师教接线、给程序，学生在实验板上调试。在这种实验教学模式下，学生简单模仿，只用动手不用动脑，很难培养学生的创新能力和综合能力。
3.实验教学考核体系不完善
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，而且实验成绩占总成绩的比例低。这种评价方式使学生对实验教学环节也不重视，很难调动起学生在实验教学环节中的积极性。
二、单片机原理实验教学改革内容
传统的实验教学无法达到培养学生创新能力和综合应用能力的要求，需要进行改革。“汽车单片机原理与应用”课程实验教学改革主要从以下几个方面入手：
1.实验室建设
目前NEC单片机在汽车电子领域市场份额较大，[2]而山东理工大学交通与车辆工程学院开设的“单片机原理与应用”课程却侧重于单片机在汽车领域中的应用。为此，山东理工大学交通与车辆工程学院对单片机课程的教学内容进行了调整，从原来的INTEL公司的8051系列单片机调整为NEC公司的78K0KF系列单片机。同时在原有实验设备的基础上，山东理工大学交通与车辆工程学院与NEC公司合作，建立了NEC单片机开放实验室。目前实验室拥有汽车电子嵌入式开发系统、NEC单片机综合仿真实验仪、NEC单片机开发系统等多套设备，计算机60台，能实现几乎全部单片机教学的软、硬件实验，为实验教学的改革打下了良好的基础。
2.增加实验学时
“单片机原理及应用”课程比较抽象，学生要真正掌握该课程，需要有充分的实验教学环节作保障，因此增加了实验学时，由原来的8学时增加到现在的20学时。实验学时的增加，既可以安排更多的实验教学内容，使其更加系统和全面，又可以灵活地安排实验内容，为课程实验教学改革的实施创造了条件。
3.更新、调整实验教学内容
针对78K0系列单片机，NEC公司开发了一系列齐备的开发工具，包括Applilet（驱动代码生成工具）、PMplus（编译工具）、SM + for78K0_Kx2（软件仿真工具）、ID78K0 for MINICUBE（硬件仿真工具）。[3]78K0系列单片机支持片上调试，可以由仿真器直接下载程序到芯片，也可以利用SM+进行软件仿真，丰富了实验内容。
在原有的实验项目的基础上，增加了综合性、设计性的实验内容，并对实验项目进行了分析，精选1/2的实验项目作为基础实验，要求学生必须完成，其余1/2的实验项目作为综合性、设计性实验项目，学生可以根据自己的爱好选做。这样既保证了基本的教学内容，又激发了学生的学习热情和积极参与的主动性。根据实验学时的安排和课程特点，将实验教学内容分成了四部分：
第一部分为软件模拟实验，主要目的是熟悉Applilet软件、SM+软件、PM PLUS软件等操作软件，让学生对整个系统有一个初步了解，为以后的实验打下了坚实的基础。实验项目包括用软件模拟十字路口交通灯等。
第二部分为基本端口实验，主要目的是让学生认识单片机系统的基本硬件。实验项目主要有端口输出实验、H0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、直流电机控制实验、步进电机控制实验等。
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TM00定时器设计秒表实验、用A/D转换值控制步进电机和直流电机转速实验、键盘结合LCD液晶显示实验、利用外部中断设计流水灯实验、直流电机转速测量实验等。
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、数据采集系统以及全国大学生电子设计竞赛（NUEDC）、全国智能车设计大赛、机器人设计大赛、机电产品创新设计大赛等。
4.完善实验考核体系
实验教学的主要目的是为了让学生进一步掌握单片机的原理及应用，培养学生的动手能力、创新能力和解决问题的能力，传统的以实验报告评价实验成绩的实验考核方法很难调动学生做实验的积极性，达不到实验教学的目的。为了改变这一状况，改革了实验成绩的评定方法。为引起学生对单片机实验教学的重视，把实验成绩占总成绩的比例提高到40%～50%。实验成绩的评定根据每次实验的成绩，结合实验报告给出，实验报告占实验成绩的比例较低。对每次实验现场打分，每次实验前都给学生布置两个实验内容，其中一个为基本实验，另一个为综合性强的实验，完成基本实验得60分，完成本次全部实验才能得满分。这种做法极大地调动了学生的实验积极性，表现在上课时认真听课，实验前积极准备，实验中相互讨论等。
三、实验教学改革的成效
从2009年开始在车辆工程、交通运输、热能与动力工程三个专业进行实验教学改革，约有1000名学生接受了新的实验内容。通过实验教学改革，激发了学生在实验教学中的主动性与积极性，通过实验教学又带动了课堂教学，提高了学生的动手能力，培养了学生的创新能力和综合应用能力，加强了学生对汽车单片机原理的理解与应用能力。具体成效表现在学生在实验中的积极性明显提高，主动思考，实验完成率达到100%。在三年的期末考试中学生的卷面成绩较以前学生的成绩有了较大提高，卷面不及格率降到了5%，学生在课程设计和毕业设计中使用单片机系统的上手速度逐年加快，设计能力、编程能力大大提高。学生利用单片机参加电子类大赛获奖的等级和人数逐年提高，2010～2011年，在全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛、“潍柴动力杯”山东省大学生汽车技术创新设计大赛、山东省大学生智能车竞赛等赛事中获奖20余项。2012年在全国大学生瑞萨超级模型车大赛上共有2支队伍荣获全国二等奖，在全国大学生智能汽车竞赛山东赛区中获得二等奖5项、三等奖1项。山东理工大学交通与车辆工程学院在第九届“泰汽新能源杯”山东省大学生机电产品创新设计竞赛中荣获省一等奖等。
参考文献：
[1]李洁，李卫兵，等.《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，（4）：92-94.
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单片机实验教学改革与实践 篇4
单片机这门课程注重理论与实践相结合,所以单片机实验在整个课程的教学中起着相当重要的作用,通过实验环节可以激发学生的学习兴趣,巩固理论知识,培养把理论知识转变为工程实践应用的能力。为适应我院应用型人才的培养,针对目前存在的问题,本文对单片机实验教学环节提出了几点教学改革措施。
1 实验内容的改革与实践
单片机实验过程是巩固理论知识,培养学生动手实践能力和创新设计能力的重要环节。但是,目前单片机实验大部分是传统的验证性实验,缺乏创新应用型的综合实验。学生只要根据实验指导书的步骤进行简单的接线,把代码输入计算机编译下载,基本上就可以完成,整个实验环节中学生缺乏思考的过程,更不用说创新设计了。以往的实验内容体系已经不再适应新形势下的培养方案,于是我们根据课程的特点和培养学生能力的要求,调整实验内容。把实验内容分为基础性实验、进阶性实验和综合性实验,从基础到综合,层层深入,充分挖掘学生的应用创新潜力。
基础性实验的内容主要有基本I/O口、中断、定时/计数器、I/O口扩展、A/D转换等。实验过程中学生根据实验步骤完成第一步,然后再根据后面的要求和问题修改程序,达到预期的效果。目的是让学生了解单片机最小系统的设计理念和单片机基本寄存器的设置和编程思想。
进阶性实验内容有常用的接口实验,如串行外设接口SPI,I2C总线和UART总线等。目的是让学生巩固各种接口的理论知识,并学会应用这些接口进行硬件设计和软件设计,完成基本的设备驱动程序编写和调试,培养学生的应用设计能力。
综合性实验内容主要是应用型和创新型实验,如MP3播放器、数据采集与无线传输等。这部分通常结合课程设计来完成,学生根据自己的创意,自行选择相关的接口模块和设备器件,设计并测试方案,鼓励学生创新突破,充分发挥自己的想法。综合性实验的目的就是充分挖掘学生的创新能力,培养他们的综合应用设计能力以及解决工程实践问题的能力。
2 实验设备的改造与构建
实验内容的改革和实践,必须要有相应实验设备的配合才能达到预期的效果。传统的实验设备陈旧,只能满足一些验证性实验,因此,我们针对实验内容的改革,自行设计了实验教学平台。该实验平台采用模块化结构思想,紧紧围绕配套的实验指导书进行设计,可以自由组合各功能模块,符合从基础到综合,层层深入的指导思想。
我们选用的单片机是ATMEL公司AVR系列中的Atmeag16。该单片机功能齐全,包含丰富的外围设备接口,硬件资源非常丰富,如片内Flash,EEPROM,SRAM以及带PWM的定时器和8路10位的AD转换器等。在平台的设计中,我们充分利用其优势,对其硬件进行全面的创新设计,硬件资源与实验内容设置见表1。
在实验设备的硬件设计与实验内容设置时,我们加入了大量的工程实践案例,让学生完成实验后知道这些知识能用在哪些方面,引导他们完成实验内容后进行思考,充分调动他们学习的兴趣。例如,在A/D转换实验中,我们可以结合数码管显示,完成一个简单的数字电压表的设计;在完成DS18B20的驱动程序后,可以完成一个简易的数字温度计等。通过引入这些案例,将理论知识与实际应用相结合。
3 实验平台的开放
实验室开放教学充分体现以人为本的教学理念,具有较强的综合性和实践性,给学生提供了较大的创新思维的空间,培养了学生的创新精神与实践能力。因此,为了让学生能够在课外时间展开学习,我们开放专业实验室。学生可以继续完成在课内没有完成的内容,也可以根据自己的兴趣和想法,自己设计课题来进行实验,整个过程主要由学生自己完成,教师只负责相关难点的辅导工作。通过这种形式,学生能够充分发挥自己的聪明才智,提高自己的动手能力,学会单片机应用设计,同时激发了他们的学习兴趣和动力。
4 考核方式的改革和实践
以前每做完一个实验,学生根据实验内容提交一份实验报告作为考核的内容。这种方式容易造成学生提交上来的报告内容雷同,不能很好地体现学生对实验掌握的实际情况,因此我们提出了过程考核与实验报告相结合的思想。
过程考核的形式是:每次实验前,教师提出实验的第一个要求,这是最基础的部分,基本上每个学生都能完成,占考核的50%,在有学生完成第一个要求后,教师再针对学生完成第一个要求的先后顺序提出不同的第二个要求,占考核的10%～30%。也就是说,第一个要求是相同的,第二个要求大部分学生是不一样的,但是难度系数相同,这里有10%～30%的浮动,在越短的时间完成得到的成绩就越高,越到后面完成的成绩越低。这样做可以有效地防止有的学生抄袭别人的代码,10%～30%比例的浮动给学生一定的压力和竞争的思想。通过这种考核方式的改革,学生的学习兴趣和主动性明显提高,实验的效果也明显提高。
5 结束语
通过一系列的改革措施,学生的学习兴趣和动手能力有了明显提高,课程设计和毕业设计的质量都有明显提升,取得了一定的成效。当然,随着改革的不断深入,在以后的教学中还有大量的问题需要不断跟大家一起探索。
摘要：单片机实验在整个课程的教学中起着相当重要的作用,针对在单片机实验教学中存在的问题,从实验内容改革、实验设备改造、实验平台开放、考核方式改革等多方面进行了探索与实践。
关键词：单片机实验,教学改革,考核方式
参考文献
[1]马潮.AVR单片机嵌入式系统原理与应用实践[M].北京:北京航空航天大学出版社,2007
单片机实验教学改革 篇5
【摘要】本文分析了综合性实验项目设计课程的作用和特点。以中等职业学校单片机课程实践教学为例，对于如何充分发挥综合性实验项目设计课程的作用进行一些分析和探讨，提出了几点看法和意见。
【关键词】单片机，综合性实验，项目设计
综合性实验项目设计课程一般作为职业学校高年级的专业课中所设置的一个重要的教学环节，也有一些学校不开设综合性实验项目，而是直接以最后的毕业设计来取代。然而综合性项目设计课程本身对于专业课教学来说具有重要的价值，它的作用不容忽视。如果教学计划安排合理，教师指导适度，那么综合性项目设计课程完全可以大有作为。本文以中等职业学校单片机课程教学为例，对于如何充分发挥综合性实验项目设计课程的作用进行一些分析和探讨。
一、职业学校的单片机专业课教学现状分析
职业教育是以就业为导向的，其人才培养的特殊性不同于普通教育。中等职业学校的单片机学科的教学也不同于其他学科教学，由于单片机目前被广泛应用在工业自动化控制，具有广泛的市场需求和重要的实用价值，在教学上不仅要培养学生扎实的理论基础知识，更应注意学生动手、创新能力的培养，所以必须突出教学过程中的实践教学。
综合性实验项目设计课程是单片机教学中的重要环节，但是在过去的实践中，由于种种原因，它的作用往往得不到充分发挥。在传统的教学思想和方法引导下，存在对单片机实践教学的“轻视性”。比如，反映到对学生学习的评价上，以学生理论学习的考试成绩作为衡量标准，因而常常出现“高分低能”现象。这种评价体系造就不少教师和学生对实践环节的轻视心理，往往就会在课程安排、在教与学的过程等各个方面导致理论与实践的脱节，而综合性实验项目设计这一原本可以在学生实践综合能力训练方面发挥重要作用的教学环节，更是难以得到落实和充分利用。
重视理论学习，可使学生系统掌握知识体系结构，本无可厚非，但是当前中等职业学校不能再以学历为导向，而是以市场、就业为导向，各个用工单位着重于考察学生的动手操作等实践能力，从近年的就业形势上明显看到这一点。
中职类学校的生源普遍存在缺乏自信心，纪律涣散，思想上不求上进，知识基础薄弱、学习积极性低甚至厌学情况严重等问题，面对有相当难度的单片机课程，他们当中很多人无所适从。而单纯的理论知识灌输，可能只会使学生增加厌学情绪，而不能较好地掌握实际技能，所以在单片机实践教学改革方面十分值得探讨。要改变这样的现状，不仅仅要求教师具备较强的专业应用能力，关键是要根据学生特点在教学上采取行之有效的好方法。
二、综合性实验项目设计的定位
类似毕业设计，综合性实验项目设计课程要求学生在一段时间内，在占用较多课时的情况下，完成覆盖多门专业课程知识的综合性设计课题，从而有机整合自己的专业知识，培养并提高自己的综合实践能力。综合性实验项目不可能像毕业设计题目一样让学生有充分的时间对大量的新知识、新理论进行资料收集和分析消化。所以，在设计题目时要立足于对学生已有理论知识的综合和应用，适当加入一些新的相关知识，锻炼学生的学习能力；同时
（二）培养学生的动手、创新能力，形成自主学习的好习惯。通过综合性实验项目设计，将学生的依赖、被动学习转化为主动学习。当课程任务布置后，教师适当进行提示和指引，讲授一些简单的方法，其余问题学生通过和同学讨论，给学生一定的时间和空间，让他们自己去感受，分析，思考，独立提出解决问题的方案，从而摆脱对教师的依赖性。
另一方面，对于同一个问题不止一种解决办法，不同的人其思维方式不一样，会出现各种各样的方法，有些是预料之中，有些可能不在预料之中，其中也不乏有教师甚至不知道的方法，学生的动手创新能力从而得以提高、锻炼。
（三）帮助学生树立自信心，培养学生的竞争参与意识和协作精神 当今社会是竞争的社会，关键就是人才的竞争，培养学生的竞争参与意识，我们不同责无旁贷，只有这样，才能充分产生主动性，只有这样才能最大的发挥学生的潜能，使其全身心投入到学习中来，从而起到事半功倍的效果。
现在职业学校有一部分学生由于基础差，在学习方面也容易产生自卑心理，缺乏竞争参与意识，例如很多知识没掌握好，也不问同学、老师，学习方面很懒散。针对这样的情况，我们可通过综合性实验项目设计，从简单的题目入手，让学生展示自己的特长，体会成功的喜悦，以此增强学生的自信心，从而主动参与到实践设计中来，形成良性循环。
单片机实验教学改革 篇6
關键词：实验教学；创新能力；教学改革；教学模式
中图分类号：G642 文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2011) 15-0000-01
MCU Principles and Applications Experimental Teaching Reform Study Based on the Innovative Capacity Building
Cao Wangcheng
(Mudanjiang Normal College of Computer Science and Technology,Mudanjiang157012,China)
Abstract:Experimental teaching is to develop students ability to innovate and improve the ability of students an important part of traditional experimental teaching,there are still many areas incompatible with innovative education to enhance the teaching of experimental teaching reform without delay.Combination of Mudanjiang Normal College,"Microcontroller Theory and Applications"course of the actual situation,to strengthen the organization and management of experimental teaching,to explore a teaching experiment carried out by innovative education teaching.
Keywords:Experimental teaching;Innovation;Teaching reform;Teaching mode
一、传统实验教学体系存在的共性问题
（一）重理论、轻实践，对实验教学环节重视不足。
（二）实验项目设置不尽合理，缺乏对学生系统设计能力的培养。
（三）教学方法缺乏创新，缺乏综合性的实验项目，学生的创新能力发挥受限。
二、转变传统教育观念
传统实验教学是以教师为中心的，着重强调教师的“教”，全部的教学设计都要围绕“教”而展开，学生的“学”限定在教师的“教”之内。虽然也强调实验能力的培养，但这种实验能力是被当作技能并以“知识”的形式来加以传授的，学生的创新意识、创新思维、创新能力的发展无疑是非常有限的。
实验教学，就是在教师的指导下，学生通过实验的方法进行学习的一种教学形式。实验方法，是人们根据研究课题规定的任务，利用专门的仪器和设备对研究对象进行积极的干预，人为地变革、控制或模拟研究对象，以便在最有利的条件下对其进行观察，从而获得经验事实的一种方法。
从实验教学和实验方法的概念可以看出，实验教学是一种非常有利于促进学生学习及培养创造力的教学形式：实验教学中需要学生自己主动去探索、去发现，自己去建构知识的意义；实验教学中学生要主动搜集并分析有关的信息及资料，对所学的问题提出各种假设并努力加以验证；实验教学中学生要把当前学习内容与已有的知识相联系，并对这种联系加以认真的思考；实验教学中学生需要充分地与教师和学习伙伴进行交流、讨论，主动接受教师的指导及伙伴的协作学习。由于实验教学天然具备有促进学生学习及培养学生创造力的教学因素，这决定了它在高等院校实施创新教育中的重要地位。因此，在教学实践中应当明确地提出“通过实验教学进行创新学习”。所有的实验教学活动都应当围绕着提高学生创新能力培养展开，而不是围绕教师的教学展开。
实验教学的改革应从创新性、开放性、互动性和实用性4个方面着手。创新包括2个方面：一是要激发学生内在的创新思维；二是实验的设计要有所创新，要符合新思维、新观念，要让学生在真实的问题情境中产生学习的欲望。
三、探索有效教学模式，优化实验教学内容
根据课程的实际情况，采用适合实验教学的讨论式教学法、网络教学法和分组实验法。
单片机应用技术所涉及到的实验环节较多，硬件投入较大，在具体的科研实验、工程实践中，若因为方案有误而进行相应的开发设计，会浪费大量的时间和经费。单片机虚拟实验室的建立很好地解决了这些问题。以Proteus电子电路仿真软件为核心，与Keil编程软件结合建立起来的单片机虚拟实验室，在很大程度上弥补了科研实验和工程实践间脱节的矛盾和现象。
整个教学活动以十个单独的实验和四个综合性案例为主。实验一：集成开发调试环境的使用；实验二：算术运算类程序设计；实验三：控制转移类及查表程序设计；实验四：外部中断及定时程序设计；实验五：RAM扩展；实验六：显示器和单片机的接口；实验七：键盘与单片机的接口；实验八：A/D转换器接口；实验九：D/A转换器接口；实验十：定时器/计数器综合实验。案例1：模拟电压测试电路的设计；案例2：应用单片机实现简易电子琴电路；案例3：应用单片机实现多模式驱动LED工作电路；案例4：应用单片机实现模拟电子密码锁。
四、考核方法改革
实验考核是保证实验教学质量的有效手段，是一种综合性考核。重点考察学生对实验问题的分析能力，把学生对实验原理的理解作为考核学生实验报告的重点，鼓励学生对实验提出自己的设想，对实验现象发表自己的见解。在评定成绩时，注意了解学生在实验中是否有敏锐观察现象、深入思考问题的能力，对有独到的见解和对书本内容认识上有创新的学生，给予鼓励和较好的成绩。
五、结束语
在强调能力培养、重视素质教育的今天，进行这种教学改革显得尤为重要，我们将不断完善实验教学体系，在实践中探索、改革、提高，以培养出更多适应社会发展的综合型人才。
参考文献：
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[基金项目]牡丹江师范学院教育教学改革工程项目（10-XY01058）
单片机实验教学改革 篇7
1 ATM单片机实验教学现状
单片机作为一门实践性非常强的课堂,传统的以讲授为主的教学模式,在实际实验教学过程中收效甚微,学生普遍出现理论知识理解不够、实际动手能力不强等问题。教师使用的教材也相对落后,主流的教材都偏向于理论性的知识,不利于中职学生的学习。在单片机实验教学中, 中职学生由于学习习惯和思想等原因,难以适应应用性较强的课程,对实验课堂也提不起兴趣。由于实验条件的限制,传统的单片机试验箱笨重且不易携带,学生也看不见其内部的电路组成,学起来十分困难。
2单片机教学实验板的设计
前面提到当前单片机教学存在的问题,那么单片机教学实验板在设计时必须要注意以下几个问题。1)既要满足学生进行实践学习的需要,又要满足单片机课堂教学的需要;2)典型的元器件要用双面印刷,便于检测也便于学生学习;3)教学实验板体积要小,便于学生随时随地进行试验
基于上述目的,结合多年的教学经验,设计出了一款成本较低、功能较全的单片机教学实验板。该实验板包括键盘、 蜂鸣器、走马灯、四位数码管、串口下载电路等。
(1)单片机
本实验板采用国产的单片机设计,价格较低且与51单片机完全兼容,性能也较可靠,运行起来稳定。在单片机实验教学过程中,要将提前编译好的程序下载到目标板上,进行运行调试,利用简单的下载电路将程序从单片机串行口直接下载到单片机内部。SCF-V1单片机教学板的接口资源丰富、电气特性优良,完全可以满足教学实验要求。
(2)键盘与LED走马灯
作为单片机学习的入门实验,键盘和LED走马灯显示器在单片机教学实验中图一SFC51-V1单片机教学实验板占有重要地位。本实验板键盘采用4*4矩形电路,设计了独立中断中的键盘作为输入设备。而显示和控制电路设计则包含了进行单片机初级教学实验需要用到的蜂鸣器、继电器控制电路、8个走马灯、四位数码管电路。在学生编写单片机的简单控制程序时难度较低,输出效果好,不会影响学生的学习兴趣。
(3)通信接口和显示接口
通信接口包含下载电路和收发电路, 两部分电路的结构都比较简单。实验板还设计了显示接口,增加了学生的学习兴趣,方便学生进行课后自主学习。
3基于教学实验板的ATM单片机实验教学实例分析
当前教学使用的单片机教材主要是以单片机的结构为主要思路,按照单片机的硬件结构、各指令功能、相关软件编程知识、单片机系统的扩展方法、列举应用实例的顺序讲述。长期按此教学,学生会觉得该课程较难,产生畏惧心理,最后只有很少的学生能坚持学下去,实际教学效果并不好。
实例探究作为有实用价值的、学生感兴趣的教学方式,教师应该有效地指导学生进行自主探究,理解实例的设计原理、 工作原理,逐步深入展开实验教学课程内容。在整个实验教学过程中教师应把握 “以学生为主体,以教师为主导,以实例为主线”的核心教学思想,有效地提高实验教学效果。
教师首先应对课本内容进行相关讲解,如在讲解单片机的基本结构和指令时,可充分利用教学实验板,让学生对课本知识有更加深入的理解。具体来说,在进行实验教学实例时,应注意以下问题:
(1)改变教学思想
在单片机实验教学实例讲解中,教师应摒弃传统的传授、灌注知识等落后思想,由讲台上的“独角戏”变成在实际操作中与学生交流、探讨和学习,建立平等、民主、合作的师生关系。由于中职学生的文化素质有限,学习过程中难免会遇到各种问题,这时教师应适当地进行点拨,引导和鼓励学生,培养学生的自主学习能力。
(2)明确教学目的
教师在进行单片机实验教学时,应明确“学生不是为实例而学,老师不是为实例而教”的教学理念,清楚自己的教学目的。除了要让学生掌握教学实验实例中硬件的工作原理和相关程序的编写特点外, 还要尽量让学生对实例提出不同的改进方法,比如让电路的功能如何更加强大、 结构更加合理等,让学生真正做到举一反三、触类旁通。如在进行LED走马灯控制实例时,不仅要让学生掌握实例中的硬件和软件知识,还要让学生修改程序使灯的变化样式更多。这样既让学生掌握了电路程序知识,又不会使学生感到枯燥无味。
(3)改善教学方法
对于单片机实验教学来说,不少章节可以采用“先感性,再理性”的教学方法, 让课本上的“死”理论变成“活”应用。比如在进行电路中断系统和定时器教学内容时,学生一般难以理解。这时可先让学生提出自己的看法,再通过改变交通灯控制电路、改写程序变为定时器中断等手段, 让学生对电路功能上的区别有较直观的认识,这样学生学起来也会更加容易。
4结束语
单片机实验教学改革 篇8
根据高职教育的特点和国家对高职教育的要求，理论教学的内容以“必需、够用”为原则，强调“实用、适度”。因此需要加强单片机课程学习的针对性和目的性，使其学而知其用，减少大量的理论学习，提高课程的实效性、时效性，增加新知识、新技术。
实验实践教学对高职院校学生掌握所学课程的内容和灵活运用所学知识解决实际问题的能力至关重要，对于单片机原理与控制技术课程更是如此。高职院校的课程应当让学生及时了解该领域的先进技术，以及这些技术在行业中的应用和市场情况，应该让学生多走出校门，到社会上体验先进控制技术的重要性。这样有助于提高学生学习兴趣和社会适应能力，为此应该建立一个完善的开放性(设计性)的实验室，实验项目应由浅入深，让学生自主设计，提高他们的兴趣，培养他们的动手能力和创新能力。
为了提高教学效果和学生技能，本课程应该大力尝试“实验周”教学模式，将原来分散在一学期内的实验课程集中在学期开始和学期结束最后的几周内完成，当然如果学校实验条件允许，可以让部分理论课程和实验课程都在实验室条件下进行，这样可以收到更好的效果。利用“实验周”，利用“任务驱动”，构建“实践—理论—再实践”的课程教学模式，保证课程教学高效。
由于新知识的不断增加、教学时间的相对减少，传统的教学方法已难以适应新形势的需要，所以需要对实验课程体系和实验教学方法进行改革，实行新的实验教学模式，让理论和实践有机结合，实施“实践—理论—再实践”的教学模式。在教学过程中对实验课程安排和实验教学方法进行改革，采用先进的教学手段和理论与实践相结合的教学方法，以解决传统教学过程中存在的缺陷，真正实施“实践—理论—再实践”教学模式。这样不仅能解决缺乏连贯性和理论学习过于抽象枯燥的问题，而且能将实践与理论有机地结合。
在教学过程中，首先要打破以往的先进行理论教学而后进行实践教学的教学模式，在课程开设之初就先让学生参加实践，就是先让学生观察设备和熟悉设备、教师做些简单的演示实验或让学生亲自动手实验，以增加感性认识，同时还能激发学生对学习本课程的积极性和兴趣。其次，理论教学要充分利用现代化教学设备和现代化的教学手段，如：多媒体和网络资源教学平台等。要充分利用课堂时间进行理论学习，让学生由感性认识上升到理性认识，即由实践上升到理论。部分理论教学的内容还可以到实验室中进行，边学边做，让学生对理论知识有更加深刻的理解。最后，再实践教学就是学生学习完理论知识之后，再到实验室中去完成相应的实验实践项目，通过对实验项目的设计和完成，让学生亲自动手动脑进行操作或故障排除，在完成实验实践项目的同时对理论知识有更为感性的理解和认识，从而更好地掌握理论知识和应用理论知识，以达到理论与实践的完美结合。
通过实验周实施“实践—理论—再实践”这样的教学模式，不仅符合学生的认识和认知的规律，同时既能突出学生的操作技能训练，又能使学生学到与职业技能有关的理论知识，不仅能培养学生的一专多能，还能培养学生的分析问题和解决问题的综合能力和创新能力。这样的教学模式让实践始终贯穿于整个教学过程中，达到最优化的教学目标，为学生学习后续的专业课程奠定了扎实的基础。
另外，还应该通过建立用人单位人才需求反馈机制，及时从企业、医院等单位和毕业学生那里发现教学内容的缺陷和不足，通过这些反馈的意见和建议，及时进行改进和完善;同时通过本专业的专业指导委员会对课程改革方案进行可行性论证，进行课程大纲和课程标准的调整和优化，使之始终能动态地适应人才培养的需要，为学生的就业提供更好的保障。
总之，高职院校的教育应以培养学生的动手操作能力为中心，作为单片机课程的教师，在实验实践教学中要充分发挥学生的主观能动性，做到真正意义的素质教育和职业能力培养。
摘要：在单片机原理与控制技术课程的实验教学中要积极探索新思路、新方法, 让部分理论课程和实验课程全部在实验室条件下进行, 利用“实验周”和“任务驱动”, 构建“实践—理论—再实践”的实验教学模式, 保证实验教学的合理性。
单片机实验教学改革 篇9
针对独立学院三本学生的实际情况, 大部分学生理论研究水平较二本学生和研究生相对弱点, 在教学过程中特别是实验课程应该以提高学生的实践动手能力为主, 加强实践教学环节, 提高学生的实际动手能力, 培养学生的创新能力和解决问题的能力。
传统的单片机原理与应用实验课程一般都是16学时, 在实验室实验箱上编写程序, 基本上不需要完成硬件的连线。各个学校实验箱有限, 而且实验室课程比较满, 很少有时间开放给学生自己做实验。从而导致学生自主学习能力下降, 编程能力很难提高。
1 改革教学方法
传统的教学方法是通过实验箱编写程序完成某个实验内容的完成, 由于实验课程课时一般不多, 学生在实验室做实验的次数非常少。再加上实验课程上面的一些实验都是验证性的实验, 有参考程序, 学生就真正独立设计的机会比较少, 达不到设计的目的。
基于以上原因, 我们做以下几点改革。
(1) 根据单片机实验箱要求做的几个单片机实验在proteus仿真软件设计一个电路图, 每个实验都可以在这个仿真电路图上运行调试。以满足学生在宿舍也可以编写程序调试电路。
(2) 上单片机实验课的时候, 在教学生编写软件程序之前先教学生在proteus仿真软件上如何设计单片机硬件电路, 让学生在编写软件程序之前先了解好硬件电路实现的功能, 对编写程序有很大帮助。
(3) 采用合一教学, 每讲一个知识点, 就让学生动手操作完成内容。不懂的问题当场解决。对软件使用或者比较难编写的程序采用一步步现场教的方法, 让学生更加容易掌握并消化。
2 学生考核方式的改革
传统单片机原理与应用实验都是采用闭卷考试, 学生往往要花很多时间去记一些编程语句, 而在独立设计上面花的时间就很少了, 针对这一特点, 我们对学生成绩的考核采用多样化, 主要包括以下几个内容。
(1) 平时成绩:占20%, 把平时成绩提高起来督促平时学生认真学好每一节课程。平时每次实验都要验收一个成绩, 最后把每次实验的验收情况综合打一个分, 这样可以让学生把学习重在平时过程, 也培养学生遵守课堂纪律和自我管理能力。
(2) 上机考核成绩:占40%, 利用实验室将过去的闭卷考试改革为开卷上机编程考核, 要求学生在规定时间内完成一个小任务设计比如说按一个按键实现8个发光二极管左移流水灯功能, 再按一下暂停, 按另外一个按键实现8个发光二极管右移流水灯功能, 再按一下暂停, 对有创新思路设计的学生成绩有加分, 激发学生的创新潜能。
(3) 课后制作成绩:占40%, 每学习完一个实验内容知识点后出一些小型题目让学生独立设计制作, 因为是用proteus仿真软件设计的, 所以学生们在宿舍也可以进行编写程序并调试。解决了只有去实验室上单片机实验箱才能调试程序的缺点。当整个单片机实验课程学习完毕后出一些综合型的小项目让学生选择适合自己的题目制作, 比如数字钟, 抢答器, 交通灯, 液晶显示等。
通过这种考核方式的改革, 使学生把被动的学习编程转为主动的编写程序。从易到难, 从小到大。使学生从单片机编程刚入门到会做大型电路的编程。
3 举行课程电子设计竞赛培养学生的创新能力
针对单片机实验课程, 每个班级实行电子设计竞赛方式促进他们更好的学习掌握单片机原理实验这门课程, 每次课程快结束的时候布置一些综合些的单片机赛题, 把单片机原理与应用实训结合进来一起进行。要求学生在proteus仿真软件上绘制硬件电路图, 然后编写程序进行仿真设计, 知道任务要求完成了, 再制作硬件电路板, 下载调试好的程序。
我院定期举办单片机电子设计竞赛以及电子制作入门比赛, 各种各样的赛事提高了学生们的动手实践能力和创新能力以及培养他们的团队精神。学生利用课余时间查找资料、方案论证、电路设计、编写程序及最后对电路仿真调试并进行硬件制作。学生把所学的知识真正的应用到实际项目中, 提高了学生项目的开发能力, 激发了学生的创新实践能力。
4 结语
通过这几年的教学情况来看, 这种教学方法很受学生欢迎, 学生们每次来实验室上课的时候都有一个自己预习好的并且已经调试过的程序, 在课堂上面调试起来就非常方便。充分提高了学生的学生兴趣并且提高学生的动手实践能力和创新应用能力, 每年都有学生参加各种电子设计竞赛都获得好成绩。从大四的毕业生做毕业设计情况来看, 也发现单片机proteus仿真软件的作用是非常巨大的。
参考文献
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单片机实验教学改革 篇10
一、传统单片机实验教学方法的不足及改进
目前在单片机实验教学中, 广泛采用的是实验箱操作模式。试验箱教学是一种优秀的教学学习模式, 可以让学习者在较短时间内了解系统的基本开发过程。但其集成性强、开放性不足的特点, 也会让学生在学习中产生“黑盒子效应”, 对内部模块的工作过程不求甚解, 认识不深入。在实践过程中教师按操作步骤逐步进行, 留给学生分析思考的余地很少, 学生基本上都将操作程序化, 当作一种任务来完成, 即测量、记录所需的数据并形成报告就算完成设计。从某种意义上讲, 学生将“单片机设计”当成了传统的“实验课”来实施, 实验只是对前人知识的验证、重复和再现, 对锻炼学生的动手能力, 以及加深原理理解有一定的作用, 但对于培养学生综合分析问题和解决实际问题的能力方面是远远不够的[1]。
模块课程最早见于20世纪50~70年代的职业技术教育课程, 即将内在逻辑联系紧密、学习方式要求和教学目标相近的教学内容整合在一起, 构成小型化的模块课程。实施模块教学的首要工作是对教学内容的改革, 而教学内容的确立最终应归结于课程体系的建立。因此, 实施模块教学的重点是建立模块课程体系。模块课程体系就是打破原有学科课程体系, 以实用能力和必备素质为培养目标, 采用模块教材形式, 改进原有学科内容的编排方式, 综合原有相关学科内容, 而形成的各个全新课程的集合。模块化教学多见于大学课程, 是按照程序模块化的构想和原则来设计教学内容的一整套教学体系, 采用模块化思想, 构建一个单片机模块化设计平台, 学生可以采用提供的模块, 根据要求, 自己动手独立完成一个完整的单片机设计题目。通过这样的实验教学模式, 学生可以摆脱试验箱固有模式对设计思想的束缚, 采用类似搭积木的方式构建硬件连接, 从而把更多的精力放在创造性的设计上来;采用模块化方式构建硬件架构, 围绕单片机核心, 学生可以在后期的专业设计中, 采用扩展模块的方式, 自主选择各种功能模块, 并添加进自己的电路中, 大大丰富了应用层面的内容, 加强了其他专业课和单片机课之间的联系, 无论对单片机内容的学习, 还是相关专业内容的学习, 都起到了强有力的推动作用;模块化式的硬件平台构建模式中所有的功能模块是可以被替换和增加的, 可以很方便在不舍弃其他功能模块的基础上, 将新芯片融合到已有的设计中去, 不仅能够加快对新芯片的消化过程, 而且不再另外增加硬件成本。
二、实验教学内容设置
CDIO是基于项目教育和学习的新型教学模式, 它以工程项目从研发到运行的生命周期为载体, 让学生主动获取知识, 培养学生的工程能力、硬件设计和软件设计技能;注重知识与多种能力的关联, 培养学生运用知识解决问题的能力、终生学习能力、交流能力和大系统掌控能力[4]。
根据CDIO工程教育理念, 将实验环节与产品开发生命周期———构思、设计、实现和运作紧密结合起来, 实验课程体系可分解为4个层次:基础性实验、设计性实验、综合性实验和专业创新性实验[5。
在此设计理念指导下, 总体设计思路是以完整的系统设计内容为主线, 在4个层次的实验内容分配中, 先易后难, 先基础后综合, 通过该系统完整功能的实现将实验的主要内容贯穿起来, 使实验内容成为一个整体, 形成进阶式的学习模式, 提高学生的学习兴趣。具体的实施时, 先将该系统进行模块分解, 然后将分解后的模块按照系统的设计进程, 贯穿到整个实验中, 每个模块是相关的, 前一次实验是后一次实验实施基础[6]。教师在设计课程时, 也必须考虑到如下问题:教学过程中所有成分都要能体现在课程内容中;所选的内容和题目要遵循教学论的基本原理;内容的设置要考虑到教学目的、设计的可行性, 教学任务、内容的统一, 以及教学的组织形式;在选择课程内容设置时充分考虑到每一步的教学手段与方法的不足之处;在体现教学方法多样化的时候, 不可贪多求繁;课程内容的设置要有发展的眼光, 具体的设计方法和题目要随着技术的发展而变, 随着教学对象的变化而变化。
以激光器驱动源的设计为例, 该设计是本专业学生在后续专业课学习中经常要用到的基本设计。按照设计进程, 将内容拆解, 第一次实验内容是基本编译环境构建和IO口的编程控制, 可以用IO口控制LED实现指示灯亮灭, 以便于后续作状态显示;第二次实验进行外围扩展接口的调试, 如AD和DA, 为后续实现开环和闭环控制做准备;第三次实验进行中断系统的调试, 采用按键通断触发控制外部中断, 以便于实现人机交互;第四次实验在压控恒流源的基础上, 通过按键加减改变DA输出, 控制恒流源电流大小。前两次课内容属于基础性实验, 只有少量的设计性实验内容, 后两次课就开始增加了设计性实验内容的比重。最后两次课属于综合设计内容和在此基础上的专业创新性实验, 可以利用AD采样实现恒流源电流采样, 并通过负反馈实现驱动电流的闭环控制, 对于进度较快的同学, 可以引入负反馈控制算法的改进探讨。这样, 学生每一次实验都必须是在前一次实验完成的情况下进行, 并且实验内容可以很好的结合专业方向的应用, 对学生更有吸引力。进阶式的连续设计也使得学生在不知不觉中从难道易, 逐步掌握了单片相关的实验内容。同时由于实验内容的设计导致每一次实验课都是下一次实验课的延续, 如果没有上次实验课的实现, 下次的实验课也无法继续进行, 这样也就迫使学生克服危难情绪, 勇于去面对实践中碰到的问题, 这样在每次成功后的成就感也会鼓励学生继续自主学习。
类似这样的设计例子有很多, 基本都可以按照同样的思路进行模块化分解, 同时所选的设计内容可以灵活结合专业特点。
三、实验课程实施
实验课实施环节是课程内容达到预期效果的保证。“做中学”是CDIO的一个显著的特点。在实验实施过程中, 教师通过提出设计要求, 让学生根据要求, 查找相应地资料, 跟同学交流探讨。所有的实验软硬件平台的构建和调试都是由学生主动来完成, 教师只是设计一些问题, 引导学生自己从互联网查找资料, 积极思考, 学生独立分析项目实施过程的每个步骤, 独立解决项目过程出现的问题, 培养学生解决问题的能力。
综合性设计实验以个人为单位进行, 可以避免部分学生“搭顺风车”的思想。以前试验箱教学方法由于条件限制, 需要将学生以小组形式进行实验, 每个组基本统一一个成绩, 这样甚至会出现一个做、其他人看的局面, 无法保证整体的学习效果。而采用模块化教学, 每个学生都将领到一套实验课中需要用到的器件, 不仅能锻炼学生的独立学习能力, 同时在实践过程中, 也会驱使学生主动去跟其他同学沟通、学习, 解决自己碰到的问题。
四、结论
单片机的实验教学内容对于整个“单片机”课程而言, 是非常重要的一个部分, 在教学过程中合理的教学内容设置, 可以有效的提高教学效果。采用模块化教学模式, 将专业设计中一些经典的设计实例进行分解, 按照先易后难, 先基础后综合的方式, 合理分配基础性实验、设计性实验、综合性实验和专业创新性实验四个层次实验内容的比重, 形成进阶式学习进度控制。同时由于设计内容更贴近学生的专业, 可以更好地提高学生的学习兴趣, 并为后续专业课设计打好基础。这样的教学改革与实践笔者已经实施了三年, 可以明显看到, 学生在学习内容后, 在后期的课程设计以及毕业设计中能够主动将本课程内容与各自的具体研究课题相结合, 熟练应用本课程学到的实验技能, 提高了实践应用能力。
参考文献
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