主頁 > 技術文章 > 淺論單片機原理（lǐ）與接口技術課程設計性實驗的開設 2024-10-11

淺論單片機原（yuán）理與接口（kǒu）技術課程設（shè）計性實驗的開設

摘要：文（wén）章分（fèn）析了電子信息工程專業單片機原理（lǐ）與接口技術課程教學的現狀，認為提高設（shè）計性實驗開設的質量是教學改革的重點，指出設計性實驗開設中要注意理論與實驗的（de）銜接、驗證性實驗與設計性實驗的銜接、課堂與課外的銜接，並不斷完善適合設計性實驗的評價體係，提高人才培養（yǎng）的質量。
　　　　電子信息工程專業（yè）作為實踐性、應用性非常強的理工科專業，學生必須具備紮實的基（jī）礎（chǔ）理論知識，具有較（jiào）強的實驗（yàn）技能，今後才能（néng）順利地從事電子設備和信息係統的維護和研發。要實現這個目（mù）標，必須十分重視相關課程的建設，搞好實驗教學改革。而單片機（jī）原理與接口技術課程作為電子信息專業的一門專業主幹課（kè）程，其應用性非（fēi）常強，設計性實驗開設質量對（duì）於學生今後就業、工作至關重要。
一、教學現狀：
　　單片機原理與接口技術（shù）課程是（shì）電子信息工程（chéng）專業核心課程之一，理論的重要性不（bú）言（yán）而喻，但在實驗（yàn）教學方麵大都還是停留在傳統的實驗模式上，離培養學生實踐動手能力和創新精神還有（yǒu）差距。很多學生反映，課程學（xué）習下來理（lǐ）論基本掌握了，驗證性實驗也能順利完（wán）成，但要真正完成一（yī）個實際項目時，卻無從入手。出現這種現象（xiàng）原（yuán）因是多方麵的，筆者認為主要有：
　　1.教學模式方麵（miàn）的原因。傳統教學方式中，教師主要注重（chóng）於理（lǐ）論的完整性（xìng）和知識結構的完備性（xìng）。理論上從單片（piàn）機的結構講起，然後講匯編指令和C語言編程，再講硬件接口及相關（guān）的程序編寫，最後講（jiǎng）一兩個實例，課（kè）時也就差不多用完了，再想講其（qí）他（tā）東西就（jiù）沒有時間了。實（shí）驗也注重基本原理和基本方法的訓練（liàn），為了（le）讓學生認（rèn）識單片機的基本組成和基（jī）本指令，所開出的實驗就占了大部分實驗課（kè）時，最後隻能做幾個綜合性實驗或做一個簡（jiǎn）單的設（shè）計，這（zhè）樣就結束了整個課程的學習。
　　2.教師方麵的原因。自從高校擴招以後，學生的數量劇增，而教師並沒有同比例增長（zhǎng），教師承擔的（de）課時量太大，教學壓力過重。具體到單片機原理與接口技術這類專業性和（hé）實（shí）驗（yàn）性都非常強（qiáng）的課程，存在著精力投入不夠的問題。如果要改革實驗教學（xué）的模式，以設計（jì）性實驗為主的（de）話，教師就要投入（rù）非常多的精力。
3.評價體係方麵的原因。就評價體係而言，目前通（tōng）行的仍然是以分數的高（gāo）低來評價學生學習成（chéng）績的好壞（huài）。一般采用平時（shí）成績、實驗成績、考試成績各占總成績的一定比例（lì）來得到學（xué）生課程的最後得分。對有些課程來說這種方法是比較科學的，但對單片機原理與接口技術課程，就會存（cún）在這（zhè）些（xiē）問（wèn）題：學生成績不低，但一旦麵臨實際問題時，無從入手，沒有達到本課程的（de）教學目標。
二、解決對策：
　　為提高單片機原（yuán）理與接口技術課程教學質量，培養（yǎng）學生解決實際問題的能力（lì），筆者（zhě）認為，提高設計（jì）性實驗（yàn）開（kāi）設的質量是教學改革的重（chóng）點，應該從以下幾點來改革：
　　1.教學模式。提出和采用新的教學模式，實驗開設要特別注重（chóng）開出的設（shè）計性實驗質量。新（xīn）的教學模式主要包含理論教學和實驗教學兩個方麵。在理論教學中，單片（piàn）機的結構和基本指令講解要精，應通過實例來將相關的知（zhī）識串起來，力求通過具體實例的講解達到（dào）以較少的理論課時就讓學生真正掌握單（dān）片機的結構和指令的（de）目的。在實驗（yàn）方麵，則采用以開設設計性（xìng）實驗為主、驗證性（xìng）實驗為輔的方法，並提高實驗課的課時（shí）數。適（shì）量開設（shè）驗證性實驗，在課（kè）堂內（nèi）隻做1～2個，而將大部分實驗（yàn）內（nèi）容放（fàng）在課堂外，由學生通（tōng）過開放實驗室單獨完成。增加較多的設計性實驗，供學生選做，在教師精心指（zhǐ）導下，讓學生在課外準備，課內完（wán）成，切實提高學生的實戰技能。
　　2.教師自身的定位。教師應自覺提高自身做項目的能力，並保證足夠的（de）精力（lì）投入到教學中去。教師要注重平時（shí）積累，一方麵，要自己動（dòng）手，精（jīng）心製作好幾個作品。另一方麵，也可以通過提（tí）出選題，指導學生去做，將完成後（hòu）的作品及文檔全部存檔。隻要通（tōng）過2～3年的積累，就可以形成（chéng）難度、層次區分較為合理的項目選題庫和作品庫（kù），既為（wéi）後續班級的教學創建了良好的條（tiáo）件，對後（hòu）續（xù）學生的實驗（yàn）起到（dào）示範和引領作用，又為今後的（de）教學工作減輕了負擔。要做好這些，就要求教師充分明確自身職責，牢固樹立以教學為中心的觀念，保證有足（zú）夠的精力（lì）投入教學中。
　　3.評價體係。作為評價體係（xì），要改變傳統的基本是以分數論英雄的模式。單片機原（yuán）理與接口（kǒu）技術課程如果隻是（shì）掌握了一些理論知識而沒有實戰能（néng）力，分數再高都不能算是（shì）學好。作為對學生的評價（jià），筆者認為一定確立以實踐能（néng）力為（wéi）主體的評（píng）價體係（xì），通過對學生做的項目難（nán）易程（chéng）度、項目完成（chéng）的效果等驗收情況來給出合適的評價。
三、設計性（xìng）實驗開設與評價體係建立（lì）中要注意的幾個問題：
　　想搞好單（dān）片機原（yuán）理與接口技術課程建設，提高學生的實戰能力，就要以設計性實（shí）驗的開設（shè）為重點來進行整體設計。筆者認為需（xū）要特別注意抓好以下四個（gè）銜接：
　　1.理（lǐ）論與實驗的銜接。理論教學是單片機原理與接口技術課程教學中必不可少的組成部分，但其開（kāi）設（shè）方式不能采（cǎi）用傳統（tǒng）的（de）教學方法，而應設計出（chū）一種項目（mù）教學或稱為專題講授的形式（shì）來進行。首先，要講透基礎部分，筆者認為可以分成單片機（jī）的內部結構、單片機的指令係（xì）統、程序編寫的基本思想、硬（yìng）件接口構建等四個（gè）專題進行。其次，要針對課程特點，做好五個簡單項目，如外部中斷（duàn）的使（shǐ）用、定時器中斷的使用、並口的（de）擴展、串（chuàn）口通（tōng）信、AD和DA轉換。最後，要（yào）對相關知識點（diǎn）全麵整合，綜合演練，實戰2～3個較為複雜的（de）綜合性項目，進行原理圖分析、算法設計和程序分析，並製作出作品進行演示。按這種思路設計，理論教學大致（zhì）課時（shí）數為36～48個課時，實驗課時數為24～36個課時。
據此分析，實驗教學則應充分重視設計性實驗（yàn）的開設。與理論教學相對應，每講完一個項目（mù），就要依托該項目開設一個（gè）設計性實驗，每個實驗3～5個課時。通（tōng）過簡單的5個項目和較（jiào）複雜的（de）2～3個項目的訓練後，學生能掌握（wò）單片機開（kāi）發和設計（jì）與實物製作（zuò）的基本方法和技能（néng）。當積累了2～3年後，有了很（hěn）多已成功的項目可參照時，不同的學生就（jiù）可以選做不同的設計性項目（mù）。在進行單片機原理與接口技術的課程設（shè）計（jì）時（shí），則應要求學生在設計性（xìng）實驗的基礎上進一步深化，將多個部分綜合在一起設計製作一個更複雜、具有較完備功能的實際係（xì）統（tǒng）。這是一個由理論出發，通過基礎（chǔ）實驗、簡單的設計性實驗、複（fù）雜的設計性實驗，最後完成（chéng）複雜的課程設計過程，符合循序（xù）漸進的教學規（guī）律，實現了該課程（chéng）理論與實（shí）踐（jiàn）的完美結合。在此過程中，設計性實驗（yàn）的開設基本覆蓋（gài）了單片機原理與接口技術課程的所有知識點，使學生（shēng）牢固掌握基本理論（lùn），熟練（liàn）掌（zhǎng）握基本設計思路，綜合應用基本設計方法，從而（ér）達到（dào）學（xué）以致用的根本（běn）目的。
　　2.驗證性實驗與設計性實驗的銜接。驗（yàn）證性（xìng）實驗是指為驗證已經（jīng）學習過的理論（lùn）知識所設置的實驗；設計（jì）性實驗是指給（gěi）定實驗（yàn）目的要求和實驗條件，由學生自行設計實（shí）驗方案並加以實現的實驗。驗證性實驗作為一（yī）種傳統的教學方法，在現在的實驗教（jiāo）學（xué）中也還有一定的作用，可為設計性實驗（yàn）的（de）開設提供（gòng）一些必要的基礎。現在的驗證性實驗一般是在相應的實（shí）驗箱上完成，通過開設1~2個驗證（zhèng）性實驗可讓學生了解單片機的基（jī）本構成和基本工（gōng）作原理（lǐ），所以在開設（shè）設計性實驗（yàn）前開設驗證性實驗是非常必要（yào）的。同時，一些設計性實驗的開設可在實驗箱上對驗證性實驗進（jìn）行改（gǎi）造而成，特別是對於開始的簡單（dān）的設計性實驗更是如此。比如一（yī）些驗證（zhèng）性實驗（yàn），所（suǒ）有（yǒu）的電路硬件在實（shí）驗箱中是現成的，同時給出相應的實驗程序（xù）範例，學生就可以在實驗箱上（shàng）進行驗證（zhèng），對所做實驗的功能進行（háng）分析。教師隻需要（yào）在理論教學（xué）時將程序流程圖和（hé）涉及的算法講述清楚，最後要求學生去編寫程序，然後再進行功能驗證即可。采用這麽一種由驗證性實驗作為基礎並進行改造的方法（fǎ）對（duì）於以基本原理的掌握為目（mù）標的簡單的設計（jì）性實驗具有（yǒu）很強的可操作性，有利於驗證性實驗到設計性實驗的自然銜接。
　　3.課堂與課外的銜接。設計性實驗開設要做好課堂（táng）與課外的銜（xián）接。因為設計（jì）性實驗是要學生自行設計實驗方案並加以實現的實驗，所有的實驗方案不可能僅在幾個課時的實驗課上完成，主要工作要在課外完成。一方麵，實驗（yàn）方案的製訂、原理圖的設計、實物的製作等主（zhǔ）要（yào）在（zài）課外完成，實驗課中（zhōng）主要是在教師的指導下進行調試和測試。另一方麵，設（shè）計性實驗很（hěn）難一次性成功，往往需要多次嚐試、反複修正才行，這些必須在課外完成。要使設計性實驗真正（zhèng）達到較好的效果，除了在理論（lùn）教學中要（yào）注重和實驗教學（xué）銜接外，課外（wài）的銜接尤其重要，要做好實驗室開放，讓學生在課（kè）外（wài）能（néng）夠較方便地（dì）利用實驗室的資源（yuán），也應鼓勵學生采購一些（xiē）比較簡單的單片機開發工具，如簡易開發版、燒錄器等。
　　4.評價（jià）標準的再（zài）定位與評（píng）價體（tǐ）係建立的思路。驗（yàn）證（zhèng）性（xìng）實驗往往隻涉及（jí）一門（mén）課程的一個章節或一個知（zhī）識點的內容，學生通過驗證性實驗，可以使所學理論知識具體化和形象化，加深對所學知識的理解與掌握，培養基本動手（shǒu）能（néng）力。設計性實驗突出它的自主設計性（xìng），可以是單（dān）一（yī）知識的運用，也可以是多知識點的綜合（hé）運用，給出實驗（yàn）目的、要求和實（shí）驗條件，由學（xué）生自行設計實驗（yàn）方案並加以實現，所以（yǐ）設計性實驗帶有試探性、研究性，在時間（jiān）上也需要課內與課外相結合。
　　由於驗證（zhèng）性實驗與（yǔ）設計性開設的目標（biāo）不同，所以最終（zhōng）的（de）考核方式也不同。對於驗證性實驗，教師可以直接根據學生（shēng）所做的實驗報（bào）告評判其實（shí）驗成績。傳統的做法（fǎ）是百分製。一般（bān）每個實驗（yàn）成績包括三個部分（fèn）：實驗預習（20分）、實驗操作（40分）、實驗報告（40分）。使用傳統的百分製，可以評價學生是否掌握了基本理（lǐ）論和設計方法。但設計性實驗所涉及（jí）的知識點數量不同，綜合運用的效果不同，設計方案是否得當，步驟是否簡易可行，實驗的成本、效率是否令人滿意（yì）等等（děng），都不能一概而論，因此需（xū）要結合各方麵進（jìn）行綜合的評定。設計性實驗的考核要貫穿這樣一個原（yuán）則：淡化結果，注重過程。對於設計性實驗（yàn）我們更重視學生在（zài）整個設計過程（chéng）中的表現，而測定結（jié）果隻作為考核的次要因素。學生在設計方（fāng）案中是否（fǒu）有獨（dú）到新穎的想法，整個實驗思路邏輯是否清楚，單片機實驗過程是細節嚴密還是顧此失（shī）彼，結果是否可信（xìn）等都是（shì）評定設計實驗成績的重要因素。考核中要充分鼓勵和肯定（dìng）學生在設計過程中（zhōng）所表現（xiàn）出的敢於挑戰、主動學習、大（dà）膽創（chuàng）新的精神，以及由此帶（dài）來的思維水平和實踐水平的（de）全麵提高。
　　因（yīn）此，設計性實驗不宜采用傳統的百分製，筆者認為，宜采用優、良、中、及格、不及格5個檔次來進行評定。首（shǒu）先明確“優”和“及格”的標準，在“優”的（de）標準下，適當下降一點作為“良”的標準，“及格”標準（zhǔn）高一點作為“中”，達不到“及（jí）格”標準的就判定為“不及格”。比如，每一個項目都（dōu）設定多個指標，完全達到指（zhǐ）標並有所創新的評為“優（yōu）”；完全達（dá）到指標（biāo）而無創新的可評為“良”；實現主要指標可評（píng）為（wéi）“中”；實現部（bù）分指標，能體現設計者掌握了（le）基本相關基（jī）礎知識則可評為“及格”；沒有實現任何指標，或沒（méi）有做的評定為“不及格”。這（zhè）樣就應在設定實驗指標上著手，針（zhēn）對具體（tǐ）的實驗進行不同的設定，才能比較準確地定性評價（jià）學生的實驗能力，這（zhè）一點仍需在實踐中不斷探索和改進。

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