主頁 > 技術文章（zhāng） > 高校單片機實（shí）驗教學的（de）改革初探 2024-10-12

高校單片機實驗教學的改革（gé）初探

摘要：本文分析了目前高校單片機實驗教學中存在（zài）的不足，並從教學內容和教學方法兩方（fāng）麵提出了單片（piàn）機實驗課程改革的一些思路。教師隻有不斷豐富教學內容，改進教學方法，才能培養學（xué）生的動手能力和創新（xīn）能力，實現教與學的最佳統一。單（dān）片機又稱微控製器，是微型計算機的一個重（chóng）要分支（zhī）。由於單片機具有功能強、體積小、可靠性好、價格便宜、應用靈活（huó）等特點，因此廣泛應用於儀器儀表、家用電器、醫用設（shè）備、航空航天、專用設備的智能化（huà）管理及過程控（kòng）製等領域，可以說單片機已經滲透到我們生活的方方麵麵。目前高（gāo）校（xiào）的（de）計算（suàn）機類、電子類（lèi）、控（kòng）製類等專業都開設了單（dān）片（piàn）機課程。該課程是一門理論性和（hé）實踐性都（dōu）很強的課程，因（yīn）此實驗教學（xué）應該占很重要的地位。然後，目前很多高校中單片機實驗教學存（cún）在問（wèn）題，如何通過改革（gé）單片機（jī）實驗教學的內容和方法，充分調動學生學習（xí）的積極性，進一步發揮他們的主觀（guān）能動性和創新能力，成為了本學科實驗教學的重中之重。
1.單片機實驗教學的現狀：
        大多數高校在（zài）單片機課程的理（lǐ）論教學中（zhōng），先介紹單片機內部結構（gòu）和引腳、再講匯編指令係統和匯編（biān）語言程序設計、然後講存儲器擴展（zhǎn）、最後講單片機係統的擴展和各種外（wài）圍芯片（piàn）的應用。實驗課一般在匯編語言程序設計講完之後才（cái）開始進行。實驗課設置存在以下問題。
        1.1實驗設備不能鍛煉學（xué）生的動手能力；實驗教學一般使用教學用實驗箱，實驗箱在出廠時，已經把單（dān）片機（jī）和外圍芯片的大部分接線連（lián）接（jiē）好了。實驗時，學生按照（zhào）實驗指導書給出的接線圖、實（shí）驗方法和步驟操作，通過安裝在PC機上的仿真軟件，把匯編程序（xù）輸到PC機上，然後通過串（chuàn）口通信，把編譯好的機器（qì）碼傳送到單片機實驗箱。實驗結果通過PC機、示波器、萬（wàn）用表以及其它一些輔助設備觀察。
        這種實驗箱性能穩定，避免了學生自己搭建（jiàn）實驗設備帶來（lái）的不確定性，從—定程度上（shàng）可以讓學生盡快熟（shú）悉和進入實驗環境。但是，它缺少培養學生的動手能力、創新能力和綜合運用知識的能力，也不利於進一步激發學生的學（xué）習興趣和主觀能動性。本來單片（piàn）機的內部結構就看不見摸（mō）不到，學生們學起來（lái）感覺很抽象，再加上實驗箱中單片（piàn）機（jī）和（hé）外圍芯片的連接也早已經（jīng）固定好，所以很不利於學生（shēng）們掌握單片機和其它（tā）芯片的連接。甚至有（yǒu）的（de）同學做完了實驗，竟然不知道單片機在本實驗（yàn）中起到什（shí）麽作用。
        1.2實驗課時少；由於課時限製等因素，單片機原理與應用實驗學時很少，一般在8-12個課時左右（yòu）。其（qí）中入門實驗、軟件實驗和驗證性實驗至少要占4個課時，所以設（shè）計型和綜合型實驗開出（chū）率不高，其結果（guǒ）是學生對所學（xué）的知識缺少一個整體的了解與認識。
        1.3學生（shēng）在思想上不重視（shì）；我（wǒ）國目前的文化教育，重視理論輕視實踐，這造成了學生（shēng）們從小就重視理論知（zhī）識（shí）的學習而輕視動手實踐。另外，在考核方式上，實驗課一般作為理論課考試分值的一部分，即使實驗課單（dān）獨考核，往往也隻占很少的學（xué）分，並且隻要寫過（guò）實驗報（bào）告就基本可以通過。久而久之，大部分學生（shēng）也滋生了重視理論課程輕視實驗的思想（xiǎng）。
        通過以（yǐ）上分析可以看出，目前單片機的實驗教學顯然不利於培養（yǎng）學生的動手能力、創新（xīn）能力和綜合運用知（zhī）識的能力，也（yě）不能進一步激發學生的學（xué）習興趣和主觀能動性，學生普（pǔ）遍反映單片機這門課太難學或者沒有收獲。為了適應當今社會對單片機行業人才的需求，必須對單片機實驗教學進行改革。
2.單片（piàn）機實驗教學的改革：
        針對單片機實驗教學存在的問（wèn）題，可以從以下幾個方麵（miàn）進（jìn）行改革：
        2.1教學內容的改（gǎi）革：
        2.1.1增加C5l的編程訓（xùn）練；目前教（jiāo）學中（zhōng），單片機的開發采用匯編語言。匯編語言是一種麵（miàn）向機器的語言，其匯編指令與機器指令一一對應，要（yào）想完成某種操作，就必須考慮計算機的硬件如何工作。由於匯編語言程序要安排（pái）運算的每一個細節，這就使得編寫匯編語言程序比較繁瑣、複雜。一個簡單的計（jì）算公式或計算方（fāng）法，也要用一係列匯編指令一步（bù）一步來（lái）實現。另外，調試匯編語言程序要比調試高級語言程序困難得多。
        現（xiàn）在（zài）市場上單片機開發己經普遍采用（yòng）了C51高級語言。和匯編語言（yán）相比，C51高級語（yǔ）言具有程序結構清晰、可讀性好、易（yì）於維護等優點，一條C語言（yán）相當於幾條匯編指令，完成同樣功（gōng）能程序的行數（shù）也大大縮小，更便於複（fù）雜算法的實現和調試。C51與C語言十分（fèn）類似，通過先修課（kè）程C語言的學習（xí），學生已經有一定的基礎，學起C51會很快入門（mén）。所以為了提高學生的學習興趣和開發能力（lì），我（wǒ）們可以在實（shí）驗中（zhōng）給學生增加C51的（de）編程訓練。
        2.1.2 Protues軟（ruǎn）件的學習；Proteus ISIS是英國Labcenter公司開發的電路分析與實物仿真軟件，運行於Windows操作（zuò）係統上。它支持主流單片機係統的仿真，如68000係列（liè）、8051係列、AVR係列、PI C12係列、PIC16係列、PIC18係列、Z80係列、HC11係（xì）列以及各種外圍芯片。還可以仿真模擬電路、數字電路、RS232、I2C調試器、SPI調試器、鍵盤和LCD係統（tǒng）、各種虛擬儀器等。同時由於在硬件仿真係統中具有全速（sù）、單步、設置斷點等調試（shì）功能，同時可（kě）以觀察各個變量、寄（jì）存器等的當前狀態，因此在該軟件仿真係統中，也具有這些功能。
        在單片機的實驗教學中，可以讓學生自學Proteus：
學生學習了Proteus之後（hòu），可以在課餘時間利用這些（xiē）虛擬工具完成一些實驗（yàn）題目，整個過程如同操（cāo）作硬件仿真器一樣。過（guò）去需（xū）要到實驗室操作（zuò）電子儀器設備、電子元件才能完成單片機等實驗，現在隻要一台電腦，就可在（zài）該軟件環境下快速輕鬆地實現。對於學習單片機（jī）的學生來（lái）說，擁有一台計算（suàn）機和（hé）一（yī）套Proteus軟件，就可以隨時隨地開展單片機的學習（xí）了。
        2.1.3 實驗內容（róng）的調整；目前市場上單片機（jī）實驗設備種類繁多，但總（zǒng）的來說，都能夠完（wán）成相關的軟件實驗和硬件實驗。在教學中，我們可以把實驗分成入門實驗、軟件實驗、驗證實驗、設計性實驗及（jí）綜合性實驗（yàn）五部分。入門實驗主要是（shì）完成對單片機仿真實驗箱的硬件結構及（jí）相應的集（jí）成開（kāi）發環境（jìng）的熟悉。軟件實驗可以幫助學生盡快掌（zhǎng）握匯編指令，提高編程水平，這類實驗可以選擇（zé）外部RAM數據傳（chuán）送、數據（jù）區（qū）清零、數據排序等讓學生們練習。驗證性實驗所用的例子應該與實際生活相結合，實驗指導書給出實驗要求、實驗步驟、相應連線以及軟件程序，讓學生按實驗指導書實現相應功（gōng）能。比如（rú）我們可以給出8155控製交通燈的實驗讓學生們驗證。通過驗證性實驗，學（xué）生們可以進一步（bù）了解單片機及外圍芯片的作用，提高（gāo）學（xué）生的學習興趣。設計（jì）性實驗，可以培養學生實踐動（dòng）手（shǒu）能力及創（chuàng）新能力。這（zhè）類實驗可以選擇利用P1口進行輸入輸出、利用定時器（qì）進行定時、利用中斷係統進行工業現場控製、利用A/D，D/A芯片（piàn）進行轉換、利用串口進（jìn）行兩機通信。實驗指導書隻列出各個實驗項目的（de）目的（de）、要求和原理性的說明，學生在實驗過程自行設計完成任務。綜合性實驗要求學生要（yào）有廣闊的知識麵，要對（duì）所學知識有較全麵的掌握（wò）。開設綜（zōng）合性實驗（yàn）的（de）目的，是為（wéi）了提高學生的實驗技（jì）能和和培養（yǎng）學生（shēng）的創新能力。實（shí）驗的項目包括：電子音響、LED點陣顯示、數字溫度（dù）傳（chuán）感（gǎn）器、邏輯加密IC存儲卡讀寫（xiě）等實驗。在進行這部分實驗的過程當中，學生可任意挑選感興趣的實驗項目，自行在課餘時間完成（chéng）。在實現此（cǐ）類實驗過程中，學生們可以利用所學（xué）的C51編程和（hé）Proteus軟件來幫助完成（chéng）任務。
2.2教學方法改革：
        2.2.1 提高學生學習單片機的興趣；為了提高學生對單（dān）片機課程的（de）學習興趣（qù），可以在剛（gāng）開課時（shí）給學生布置（zhì）課下作業，讓他們在網上搜索單片機的用處以及列（liè）舉（jǔ）他自己身邊單片（piàn）機的影子。或者邀請有單片機開發經驗的技術人員來學校作有關單片機的講座，使學生了解單片機在工業控製、智能化儀器儀表、計算機外（wài）部設備、計算機網（wǎng）絡與通訊技術和（hé）家用電器等領域的應（yīng）用。當學生（shēng）們明白了單片機的作用，尤其是看到廣闊的就業前景之後，學習興趣自然（rán）就會提高。
        2.2.2 用（yòng）目（mù）標教學法（fǎ）促進學生學習；目標教學（xué）法是指提出教學目標，通過努（nǔ）力實現目標（biāo），達到教（jiāo）學目的的一（yī）種教學方法。在教學過（guò）程中，教師以教學目標為導向，整個教學過程圍繞教學目標展開。在教學目標的刺（cì）激下，學生為實現目標而努力學習。這（zhè）種方（fāng）法的突出特點是（shì）教學活動過程中確立以理論為實踐服務的指導思想（xiǎng），注（zhù）重（chóng）知識的實（shí）用性，有的放矢地培養學生，倡導教學過程中師生間的互（hù）動性，並以此（cǐ）來確（què）保教學目標的實現。教學過程一般分為製定目標—展示目標（biāo）—實施目標—檢測目標—矯（jiǎo）正深化達成目標等幾個階段（duàn）。
        將這（zhè）種方法（fǎ）應用到單片機實（shí）驗教學中，可以引起學生的興趣，提高學生獨立思考能力和解決（jué）問題的（de）能力。實施時，教師（shī）先製定本次實（shí）驗要實現的目（mù）標，並在實驗室演示（shì）目標問題的實際運行過（guò）程。然後，讓學生從硬件設計部分入手，再到軟件編程，使軟、硬（yìng）件（jiàn）相結合，最後，由老（lǎo）師進行檢查，指出軟硬件設計過程中不合理的地方，由學生進行（háng）修改，從而完成單（dān）片機實驗課的整個過程。在實施的過程中（zhōng），老師可以引導學生將實際應用與所學的知識點、指令、原（yuán）理（lǐ）緊緊地聯係在一起（qǐ），使學生清楚地了解理論知識在實際應用中的作用。在解（jiě）決問題的過程中，學生置於實際問題之中，使學生可以（yǐ）清楚地認識到單片機的原理、概念在實際（jì）生活中的意（yì）義。這對於激發學生的學習（xí）興趣，培養創造能力及分析（xī）、解決問題的能力極有益處。
        2.3 增加實驗學時數。單片機是實踐性很強的一門課程。單（dān）片機實驗是掌握單（dān）片機（jī）應用技術不可缺少的（de）重要環節，對理工科大（dà）學生實踐能力和創新能力的培養起到至（zhì）關重要（yào）的作用。筆者認為應該增加實驗課學時，讓學生（shēng）有盡量（liàng）多的時（shí）間在實（shí）踐中進行學習，如果再配合目標教（jiāo）學法，很多理論知（zhī）識點完全（quán）可以從課堂上的理論教學轉移到實驗教學中。當然這也利於綜（zōng）合性設計實驗的開展。
        2.4 實驗考核模式的改革。目前，很多高等院校（xiào）對（duì）單片機這門（mén）課程隻有理論考試（shì）沒有實驗考核，有的院校即便有實驗考核，也隻是僅看本學（xué）期實驗課所做實驗（yàn）的實驗報告而已，不進（jìn）行任（rèn）何考（kǎo）試。要改變單片機實驗教學的現狀，就必須把理論與實驗分開，分別考試。考試雖然不是（shì）檢（jiǎn）查和促進學生學習的唯—手毆，但是不考試會給學（xué）生（shēng）造成—個誤區（qū），認（rèn）為實驗課不重要（yào），因此也就不（bú）會認真學習。因而筆者在參考了其他一（yī）些高（gāo）校的做法後認為。在（zài）做完所有實驗之後，我們進行（háng）一次考試。教師事先擬定好幾個題目，題目的內容與本學期（qī）所做實驗的內容相近，由考生（shēng）抽簽來（lái）決定自己做的題目並當場於規定的時（shí）間內完成。考試時，學生可以帶課本、以前寫好的實驗報告等資料（liào）。考試成績（jì）由（yóu）教師檢查實驗結（jié）果後給出。期末實驗課成績由實驗課考試成績（占80%）和平時出勤情況、實（shí）驗（yàn）報告提（tí）交情況（kuàng）（共占20%）進行綜合評定給出。
         由於單片機本身軟、硬兼備的特點，在單片機課程的教學中，實驗環節直接關係到教學效果的好（hǎo）壞。本文分析了目前高校單片機實驗教（jiāo）學中存在（zài）的不（bú）足，並從教學內容和（hé）教學方法（fǎ）兩方麵提出了單（dān）片機實驗（yàn）課程改（gǎi）革的（de）—些思路。隨著單片機技術的迅速發展（zhǎn），教師應不斷調整教學理念，豐富教學內容，改進教學模式，調動學生學習的積極性，培養學生的（de）動手能力和創（chuàng）新（xīn）能力，實現教與學（xué）的最佳統一，以適應（yīng）科技時代不斷發展（zhǎn）的需要（yào）。

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