单片机实验教学探索

摘要：针对传统单片机实验教学的弊端和实际教学过程中遇到的问题，对单片机实验教学进行了探索，提出实现实验设备多样化、重视课外时间、更新实验内容、注意课程知识联系、建立合理的考核评价体系等实验教学改进方法。

关键词：单片机；实验；教学

作者简介：章华幸（1976-），男，浙江苍南人，浙江农林大学信息工程学院，讲师。（浙江 临安 311300）

基金项目：本文系浙江农林大学校发展基金资助项目（项目编号：2006FK24）、基于STR710的USB驱动程序研究的研究成果。

中图分类号：G642.423 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）05-0184-02

“单片机原理及接口技术”是电子信息类的一门主要专业基础课，与生产生活结合密切，实践性很强。其以数电、模电为先修课程，以嵌入式等为后续课程，在课程体系中起到了承上启下的作用。而单片机实验教学是其中一个很重要的环节，但不被传统教学所重视。近年来，教学管理人员和从教人员开始意识到这个问题，也提出了一些改进的办法，[1-3]但效果并不明显，基于此，提出了单片机实验教学的改进思路。

一、单片机实验教学现状

1.实验手段单一

高校里传统的单片机实验课教学通常采用实验箱或实验台等设备，[4]硬件部分仅需简单的连线即可，实验手段非常简单。学生只是简单地模仿，简单的编程验证即可，有的学生甚至要求教师提供参考程序，仅需简单的修改就可运行，导致创新能力被严重伤害。这种教学方法只使学生懂得了一些程序。

2.内容陈旧

传统的教学内容陈旧，教科书内容与实际脱节严重，而根据教材内容设计的实验箱或实验台内容一样落后。另外，与教材相比，依赖于硬件设备的实验内容更加难以更新，导致很多届学生做的实验完全一样。整个班级的学生做同样的实验，且实验以验证性为主，编写简单的程序或简单地修改现成的例程就能完成，缺少深度和广度，与实际应用相去甚远。单片机技术日新月异，而陈旧的教学内容会极大地限制学生的视野。

3.学生被动接受

在实验教学中，传统的方法以教师为主体，学生处于被动地接受地位，发挥不了其积极性和创新能力，甚至培养不了兴趣。由于被动接受，缺少深入的钻研，学生做完实验之后还不明白是怎么一回事，导致教学效果很差。

二、单片机实验教学改进

1.实现实验设备多样化

针对实验箱或实验台模式固定，硬件电路不能改动，实验内容老旧，难以适应技术的发展等问题，自制实验板以作为重要的补充。文献[5]和文献[6]提出了自制实验板。实验板小巧、灵活，携带、使用都很方便，可以在实验室、教室、寝室等地方使用，成本低。文献[7]提出将Protues和Keil结合的仿真软件用于实验教学，可以脱离实验箱限制等。但这些设备、手段单独使用均有不足之处，仅有实验板功能还不够完善。仿真工具不能完全代替实物，但可以在预习阶段或者课后总结时使用。

如图1所示，各种实验设备或软件可以取长补短，结合实际情况合理选用。把实验箱或实验台当做基础平台，结合仿真手段，根据需要自制实验板和实验模块，将新型芯片及其相关电路做成实验模块，作为实验设备的重要补充，以保证实验内容跟上单片机技术的发展，实现实验设备的多样化。

2.重视课外时间

任何一门课程，都需要大量的课外时间作补充。单片机的实验课需要重视课外时间，实验前的预习环节是重点。学生的实验过程如图2所示。

实验前教师布置任务，列出预习的具体要求，要求学生做好预习工作、写好预习报告。没有完成预习工作的学生，不允许做实验。在预习阶段，允许学生自由发挥，教师参照指导书里的实验内容给出实验方向和准则，让学生查阅资料，设计实验方案，进行论证，画出电路图，详细说明实验原理和步骤，列出预期结果并做仿真调试。由学生自行决定使用何种实验设备，符合实验的方向和准则即可。这种实验方法，学生必须在课外时间查阅大量的资料，获取很多的信息，变被动为主动，充分调动自身积极性。当然，该过程也需要适当的考核方式来保证。为从源头上杜绝抄袭的情况，同班级的学生在同一次实验里所做内容应各不相同。

3.更新实验内容

实验内容的设计关系到知识点，是关键。传统的实验内容是依据实验箱或实验台的硬件电路编制的，而这些内容往往是生产厂家提供的，与实际脱节严重。可以在此基础上拓宽选材途径，例如从理论教学、学生竞赛、教师科研、企业案例中选择，精心设计，贯穿知识点，特别要结合新发展的技术。例如D/A转换实验，实验箱提供的往往是DAC0832电路模块，但实际应用很少，在设计D/A转换实验时可以增加较常用的串行多通道10位以上的D/A转换实验，通过两种转换器的比较，加深学生的理解，提高学生在应用场合选择芯片和设计电路的能力。或者指定实验的内容为D/A转换、电压输出，具体的方案由学生自行设计、自由发挥。

4.注意课程知识的联系

单片机是一门综合性很强的课程，需要用到电子、计算机、数学等学科的知识。模电、数电和C语言程序设计是其先修课程，先修课程的基础对单片机课程的学习影响很大，容易拉大学生的学习差距。由于实验学时的限制，先修课程的知识点无法在课堂上重新讲解，需要学生平时自行完成相关学习。针对这种情况，为加强各门课程之间的联系，编写了一本实验指导书补充手册，将实验中用到的单片机课程以外的知识要点和原理列出来，以供学生查阅参考。例如实验中用到了运算放大器，这是模电课程的知识，但在单片机应用里却不可缺少，学生若是不能理解，极有可能影响到整个实验的完成。这种情况要在手册中注明，以供学生预习时查阅。

5.建立合理的考核评价体系

考核评价体系需要公平合理的体现学生在整个实验中的工作量、发挥和创新，杜绝抄袭现象，因此设计考核方式需要科学、合理。实验的考核可以分成预习报告、实验操作、实验报告、发挥创新几部分。预习报告主要在于实验原理的描述，包括电路连接原理、芯片工作原理、程序设计原理、实验效果原理等部分。预习报告要求学生自行查阅资料、自学实验中用到的其他课程知识、清楚实验的原理和步骤以及要得到的数据与结果等。整个实验的情况为：实验操作部分的考核着重在规定的时间内实验完成的结果和质量；实验报告体现学生的实验结果，在实验过程中遇到的问题和解决方法，以及对本实验的心得体会及改进意见等，这部分可以考查学生分析问题、解决问题的能力，改进和创新的能力；发挥和创新部分着重激励学生不拘泥于所做的实验、突破惯性思维的限制、大胆创新，鼓励学生深入并广泛的探索，或者自行设计类似的实验、设定要验证的内容等。实验的成绩构成及比例如下所示：

总分=预习报告（占20%）+实验操作（占20%）+实验总结报告（占20%）+实验答辩（占20%）+发挥（占20%）。每一项还可以细分成几个小项。

三、结束语

总之，单片机实验教学是单片机教学中的一个重要环节，需要切实从培养学生动手和创新能力的角度出发，跟上单片机技术的发展，从实验内容设计、实验设备多样化、重视课程知识体系间的联系、充分利用学生课外时间、完善考核评价体系等方面着手，进行实验教学改进，推动单片机实验教学的发展。

参考文献：

[1]孟建，刘瑞祥，刘永启.“单片机原理及应用”实验教学改革研究[J].中国电力教育，2013，（11）.

[2]周家婕，安长俊.浅谈优化单片机实验教学提高实验教学质量[J].计算机光盘软件与应用，2012，（13）.

[3]王咏梅，王印松.单片机实验教学改革的探索与实践[J].实验室科学，2012，（4）.

[4]唐续，赵芳斌，王嘉.EDA与单片机及SOPC一体化实验教学平台研制[J].实验技术与管理，2013，（1）.

[5]陆中宏.工学结合模式下的单片机实验板的设计与应用[J].制造业自动化，2011，（4）.

[6]朱向庆，胡均万，陈宏华，等.多功能单片机实验系统的研制[J].实验室研究与探索，2012，（4）.

[7]王海燕，杨艳华.Proteus和Keil软件在单片机实验教学中的应用[J].实验室研究与探索，2012，（5）.