从单片机实验改革探讨关于高校实践教学模式改革

【摘 要】本文探讨实践教学改革的途径，以单片机实践教学为例，讨论在单片机实验中如何调动学生的积极性、调整和改进教学内容和方法、改革考核方式、改进实验室管理等一系列的措施，通过提高单片机实验的效果，使得学生在理论水平和实践能力上得到全面发展。

【关键词】单片机；实践教学；设计；创新

高校实行综合化改革以后，教育模式从“精英化”向“大众化”转移，高校的综合化和社会对人才的专业化之间产生矛盾日益突出。在现阶段的教育模式下，如何培养出社会需求的专业化人才和具有创新能力的高素质实用型人才，成了目前高校教学改革的主要目标[1]。

本文着重探讨高校在实践性教学环节上存在的问题，以单片机实践性教学环节为例，阐述该课程存在的问题，提出一种更能适应学生需求和社会需求的实践性教学环节新思路和新方法。

1 目前存在的问题

1.1 对实践教学重视不够

具体说，高校在培养方案设置上依然是先理论后实践，过分重视理论教学，把实践课当成理论课的附属，实验的重心不在于培养学生创新动手能力，而是简单的验证理论定理[2]。在课程安排上，往往是规定一门理论课需要完成几个实验，每个实验结合课堂教学适时的穿行。表面上看，实践和理论结合在一起了，但从实际教学来看，往往是一本指导书、一个实验箱，按照既定的要求条件，机械的完成步骤，最后观察结果，根本不关心其中涉及到的原理和理论。学生从头到尾都只是模仿照搬，没有一点自己的设计在里面。

首先，实验课时偏少，不能满足现代的教学要求。一般一个实验安排为3个课时，单片机原理、DSP、嵌入式系统等稍微复杂一点的实验项目根本无法在一次课程内调试完成[3]，结果为了完成教学任务，只能降低实验难度，甚至把程序给学生，只是让他们验证一下结果，从而牺牲了学生设计创新的应用能力。其次，学校实验设备老化也是一个重要原因。一套设备的招标采购往往需要花费很长的时间，而电子产品更新换代非常快，经常学校采购进来的新设备，没用两年就无法跟上时代的需求了。而且，在实验教学中，由于学生操作不当或者人为损坏导致设备故障，因为学校实验场地紧张没有及时维修，经常是上一个班做完下一个班马上进场，使得损坏设备往往到实验全部结束时才能得到维修，这样大大降低了设备的使用率，学生的实验效果也大大减弱。

1.2 理论和实践教学脱节

单片机实际上是一门实用性很强的专业课，教学的主要目的应该是让学生能够熟练应用芯片编程，因此教学的重点应该放在芯片的应用上。但现在很多高校对于单片机理论课依然从汇编语言讲起，实验课程也是要求用汇编语言编写程序。真正广泛应用的东西往往因为课时不够，而轻轻带过，这就导致了实验与实际的脱节。这样学生学的往往是过时的内容，大部分已经被淘汰了，使得学生有一种无所谓的心态，认为反正是用不上的东西，随便应付一下就可以了。其次，在实验教学中，因为内容的限定，让学生不能自主能动性的设计实验，规定要求完成的实验一定要做完，导致学生的动手能力和创造性得不到锻炼。最后，有部分同学理论课内容没有掌握，在实验中完全不理解步骤，只知道机械照搬书上的步骤。

2 改革举措

2.1 增加实践性教学环节的内容，重视实践教学

首先，要使得学生在思想上重视实践教学。拿单片机为例，单片机广泛应用于各个领域，是生产生活必不可少的原件。学生对单片机掌握的程度，决定了他们毕业后的工作，从这一点上让学生明白要经过大量的实践，才能熟练掌握单片机。

其次，在实验课中重视学生的参与，增加设计性的实验内容，鼓励学生自己设计实验系统，不仅可以锻炼学生的动手能力，也很好的解决了设备老化故障的问题。比如流水灯实验，要学生自己用单片机最小系统外加一些电阻和发光二极管组成一个最简单的流水灯平台，再利用自己做的这个平台编写流水灯程序，这样学生会更有兴趣，学习的热情也明显提高了。在教学实验中，鼓励学生在上课前查阅资料，自己编写程序，遇到问题，相互交流讨论，共同解决问题，通过这样的学习方式，学生能更好的掌握单片机硬件系统和接口关系，对程序的编写也更加得心应手[4]。

对于实验和实际的脱节，我们采取修改实验内容和表现形式的方法，充分利用声、光效果，增强实验的趣味性和直观性，将所学和所做的东西，与现实应用联系起来，从基础到提高，每一步都对学生提出详细要求。例如流水灯的实验，我们要求每个学生都要编程实现3种变换效果；较高的目标，实现用按键控制流水灯的效果切换；最后要求利用更多的流水灯实现阵列显示效果，这样通过不同的要求可以很好的掌握学生学习的情况。

2.2 理论课重点分明，针对实验有过渡性和连贯性

单片机这门课程是一门应用型课程，对于这种课程我们采取在课堂上由老师提供简单的例程，让学生理解例程，模仿例程从而达到学习编程的目的。在授n方式上，可以分为5个步骤：介绍单片机的背景和硬件结构，软件的介绍及应用，例程的讲解说明，学生自己设计和模仿编程，考核[5]，如图1所示。

我们从最基础的流水灯实例开始，其中涉及到了I/O口、延时子程序等内容的讲解，然后带着理论课上的内容进行实验，在实验中提出对流水灯时间控制的问题，再回到课堂上讲解定时/计数器的内容。这样由理论开始，实验提出问题，再由理论解决的方法，可以让学生整个学习过程持续深入，同时也起到了理论和实际相辅相成的作用。

2.3 考核方式的改变

有了前面的教学改革，我们对学生实验成绩的考核方式也有所改变。我们着重考核学生单步执行、断点调试及变量观察三种调试手段的使用，看重学生自主调试程序及排除编程错误的能力。尝试用团队合作的方式，让学生自由组合，相互帮助完成复杂程序的调试，使得每一个同学都可以在实验中验证所学，有所收获。

2.4 尝试多功能开放平台

目前实验室常用的单片机系统平台是以验证性实验为主，优点是采用了可靠的成品硬件，减少实验中硬件的错误和硬件的损耗，有助于学生对系统整体的把握。但缺点也很明显，器件固定搭配限制了学生的思维，在综合性、创新性实验中几乎起不到作用[6]。因此我们选择了一个合适的开发平台，在前期采用Proteus虚拟实验平台作为单片机学习的基本平台，后期有选择的进行硬件搭建的方法来对传统实验平台进行改进。

通过对实验平台的改革，用较少的费用就能提供给学生自主、创新的实验环境，学生在实验过程中也不再担心仪器的损坏，这样可以最大程度的调动学生学习的主动性和积极性。

3 初步取得的成绩和预期的效果

经过实践验证，单片机实验课程的改革取得了较好的效果。学生对实验有了很大的积极性，愿意自己动手尝试做不同的内容，在一定程度上激发了学习单片机的兴趣。兴趣带动积极性，很多同学自己在网上购买单片机学习板，进行更加深入的研究和学习，多次参加课外竞赛活动，也都取得了很好的成绩。图2是“I/O口输入输出实验”，学生自己设计了多种流水灯的效果。

3.1 学会团队合作，大致了解产品流程

这种实验教学的改革，在某种程度上和企业的研究方式类似，以这种方式切入，通过团体项目研究为主的体验教学课程，让学生个体研究―参与团队谈论―整体项目调试―团体项目汇报的模式成为实验教学的主流，对学生个体实践能力的提高，自我定位的认同感以及熟悉团队合作的模式都有很大的帮助，缩短学生从学校走向社会的培训时间。

3.2 对于常用的编程语言有所了解和涉及

学生在这种新的实验模式下，可以自己选择熟悉的编程语言，而且更多的可以参考网上不同的语言例程，对同一个程序进行不同的语言编写，这样可以大大的提高学生的编程水平。这种新的模式，不仅保证了多数学生学习效果的提高，同时也采取对部分能力较强的学生实现了拔高培养。

3.3 锻炼了学生自学和自己解决问题的能力

新模式下的实验课程，没有了现成的程序，一切都需要学生自己动手操作，不仅可以提高他们的动手能力，也是一种经验的累积。如果在校期间，能够根据需要自己动手设计出一些较为实用的应用产品，那么今后走入社会，这些具体的作品比起一张简历无疑更能吸引用人单位。

本文提出的教学改革方法有利于发挥教师和学生的主观能动性，实现了教师和学生的良好互动，从心理和能力两个层面帮助学生感受成功、感受快乐，值得同类专业实验教学的借鉴。

【参考文献】

[1]朱敏杰，罗衍，余亚东.改革单片机教学培养应用型人才[J].实验室研究与探索，2012，31（2）：144-147.

[2]刘喜双，等.单片机课程实践教学改革探索[J].教育探索，2013（8）.

[3]蔡苗，蔡红娟.信息类专业平台课程实验教学w系改革的探索和实践[J].实验室研究与探索，2012，31（9）：144-146.

[4]杨琳，高宏亮.以提高学生兴趣为导向的单片机实验课改革[J].实验室科学，2013，16（2）：95-98.

[5]刘健，罗三强.单片机实验实训教学模式改革的探索[J].教改纵横，2007，14（3）：45-47.

[6]边琰，耿丽清，赵丽.单片机实验教学改革之探索[J].教育教学论坛，2014，15（2）：234-237.