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

淺論單片機原理與接口技術課程設計性實驗的開設

摘要：文章分析了電子信息工程專業(yè)單片機原理與接口技術課程教學的現狀，認為提高設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銜接、驗證性實驗與設計性實驗的銜接、課堂與課外的銜接，并不斷完善適合設計性實驗的評價體系，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(yè)，學生必須具備扎實的基礎理論知識，具有較強的實驗技能，今后才能順利地從事電子設備和信息系統(tǒng)的維護和研發(fā)。要實現這個目標，必須十分重視相關課程的建設，搞好實驗教學改革。而單片機原理與接口技術課程作為電子信息專業(yè)的一門專業(yè)主干課程，其應用性非常強，設計性實驗開設質量對于學生今后就業(yè)、工作至關重要。
一、教學現狀：
　　單片機原理與接口技術課程是電子信息工程專業(yè)核心課程之一，理論的重要性不言而喻，但在實驗教學方面大都還是停留在傳統(tǒng)的實驗模式上，離培養(yǎng)學生實踐動手能力和創(chuàng)新精神還有差距。很多學生反映，課程學習下來理論基本掌握了，驗證性實驗也能順利完成，但要真正完成一個實際項目時，卻無從入手。出現這種現象原因是多方面的，筆者認為主要有：
　　1.教學模式方面的原因。傳統(tǒng)教學方式中，教師主要注重于理論的完整性和知識結構的完備性。理論上從單片機的結構講起，然后講匯編指令和C語言編程，再講硬件接口及相關的程序編寫，最后講一兩個實例，課時也就差不多用完了，再想講其他東西就沒有時間了。實驗也注重基本原理和基本方法的訓練，為了讓學生認識單片機的基本組成和基本指令，所開出的實驗就占了大部分實驗課時，最后只能做幾個綜合性實驗或做一個簡單的設計，這樣就結束了整個課程的學習。
　　2.教師方面的原因。自從高校擴招以后，學生的數量劇增，而教師并沒有同比例增長，教師承擔的課時量太大，教學壓力過重。具體到單片機原理與接口技術這類專業(yè)性和實驗性都非常強的課程，存在著精力投入不夠的問題。如果要改革實驗教學的模式，以設計性實驗為主的話，教師就要投入非常多的精力。
3.評價體系方面的原因。就評價體系而言，目前通行的仍然是以分數的高低來評價學生學習成績的好壞。一般采用平時成績、實驗成績、考試成績各占總成績的一定比例來得到學生課程的最后得分。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，就會存在這些問題：學生成績不低，但一旦面臨實際問題時，無從入手，沒有達到本課程的教學目標。
二、解決對策：
　　為提高單片機原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，筆者認為，提高設計性實驗開設的質量是教學改革的重點，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開出的設計性實驗質量。新的教學模式主要包含理論教學和實驗教學兩個方面。在理論教學中，單片機的結構和基本指令講解要精，應通過實例來將相關的知識串起來，力求通過具體實例的講解達到以較少的理論課時就讓學生真正掌握單片機的結構和指令的目的。在實驗方面，則采用以開設設計性實驗為主、驗證性實驗為輔的方法，并提高實驗課的課時數。適量開設驗證性實驗，在課堂內只做1～2個，而將大部分實驗內容放在課堂外，由學生通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，在教師精心指導下，讓學生在課外準備，課內完成，切實提高學生的實戰(zhàn)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，并保證足夠的精力投入到教學中去。教師要注重平時積累，一方面，要自己動手，精心制作好幾個作品。另一方面，也可以通過提出選題，指導學生去做，將完成后的作品及文檔全部存檔。只要通過2～3年的積累，就可以形成難度、層次區(qū)分較為合理的項目選題庫和作品庫，既為后續(xù)班級的教學創(chuàng)建了良好的條件，對后續(xù)學生的實驗起到示范和引領作用，又為今后的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，保證有足夠的精力投入教學中。
　　3.評價體系。作為評價體系，要改變傳統(tǒng)的基本是以分數論英雄的模式。單片機原理與接口技術課程如果只是掌握了一些理論知識而沒有實戰(zhàn)能力，分數再高都不能算是學好。作為對學生的評價，筆者認為一定確立以實踐能力為主體的評價體系，通過對學生做的項目難易程度、項目完成的效果等驗收情況來給出合適的評價。
三、設計性實驗開設與評價體系建立中要注意的幾個問題：
　　想搞好單片機原理與接口技術課程建設，提高學生的實戰(zhàn)能力，就要以設計性實驗的開設為重點來進行整體設計。筆者認為需要特別注意抓好以下四個銜接：
　　1.理論與實驗的銜接。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，但其開設方式不能采用傳統(tǒng)的教學方法，而應設計出一種項目教學或稱為專題講授的形式來進行。首先，要講透基礎部分，筆者認為可以分成單片機的內部結構、單片機的指令系統(tǒng)、程序編寫的基本思想、硬件接口構建等四個專題進行。其次，要針對課程特點，做好五個簡單項目，如外部中斷的使用、定時器中斷的使用、并口的擴展、串口通信、AD和DA轉換。最后，要對相關知識點全面整合，綜合演練，實戰(zhàn)2～3個較為復雜的綜合性項目，進行原理圖分析、算法設計和程序分析，并制作出作品進行演示。按這種思路設計，理論教學大致課時數為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的開設。與理論教學相對應，每講完一個項目，就要依托該項目開設一個設計性實驗，每個實驗3～5個課時。通過簡單的5個項目和較復雜的2～3個項目的訓練后，學生能掌握單片機開發(fā)和設計與實物制作的基本方法和技能。當積累了2～3年后，有了很多已成功的項目可參照時，不同的學生就可以選做不同的設計性項目。在進行單片機原理與接口技術的課程設計時，則應要求學生在設計性實驗的基礎上進一步深化，將多個部分綜合在一起設計制作一個更復雜、具有較完備功能的實際系統(tǒng)。這是一個由理論出發(fā)，通過基礎實驗、簡單的設計性實驗、復雜的設計性實驗，最后完成復雜的課程設計過程，符合循序漸進的教學規(guī)律，實現了該課程理論與實踐的完美結合。在此過程中，設計性實驗的開設基本覆蓋了單片機原理與接口技術課程的所有知識點，使學生牢固掌握基本理論，熟練掌握基本設計思路，綜合應用基本設計方法，從而達到學以致用的根本目的。
　　2.驗證性實驗與設計性實驗的銜接。驗證性實驗是指為驗證已經學習過的理論知識所設置的實驗；設計性實驗是指給定實驗目的要求和實驗條件，由學生自行設計實驗方案并加以實現的實驗。驗證性實驗作為一種傳統(tǒng)的教學方法，在現在的實驗教學中也還有一定的作用，可為設計性實驗的開設提供一些必要的基礎�，F在的驗證性實驗一般是在相應的實驗箱上完成，通過開設1~2個驗證性實驗可讓學生了解單片機的基本構成和基本工作原理，所以在開設設計性實驗前開設驗證性實驗是非常必要的。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行改造而成，特別是對于開始的簡單的設計性實驗更是如此。比如一些驗證性實驗，所有的電路硬件在實驗箱中是現成的，同時給出相應的實驗程序范例，學生就可以在實驗箱上進行驗證，對所做實驗的功能進行分析。教師只需要在理論教學時將程序流程圖和涉及的算法講述清楚，最后要求學生去編寫程序，然后再進行功能驗證即可。采用這么一種由驗證性實驗作為基礎并進行改造的方法對于以基本原理的掌握為目標的簡單的設計性實驗具有很強的可操作性，有利于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與課外的銜接。因為設計性實驗是要學生自行設計實驗方案并加以實現的實驗，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。一方面，實驗方案的制訂、原理圖的設計、實物的制作等主要在課外完成，實驗課中主要是在教師的指導下進行調試和測試。另一方面，設計性實驗很難一次性成功，往往需要多次嘗試、反復修正才行，這些必須在課外完成。要使設計性實驗真正達到較好的效果，除了在理論教學中要注重和實驗教學銜接外，課外的銜接尤其重要，要做好實驗室開放，讓學生在課外能夠較方便地利用實驗室的資源，也應鼓勵學生采購一些比較簡單的單片機開發(fā)工具，如簡易開發(fā)版、燒錄器等。
　　4.評價標準的再定位與評價體系建立的思路。驗證性實驗往往只涉及一門課程的一個章節(jié)或一個知識點的內容，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(yǎng)基本動手能力。設計性實驗突出它的自主設計性，可以是單一知識的運用，也可以是多知識點的綜合運用，給出實驗目的、要求和實驗條件，由學生自行設計實驗方案并加以實現，所以設計性實驗帶有試探性、研究性，在時間上也需要課內與課外相結合。
　　由于驗證性實驗與設計性開設的目標不同，所以最終的考核方式也不同。對于驗證性實驗，教師可以直接根據學生所做的實驗報告評判其實驗成績。傳統(tǒng)的做法是百分制。一般每個實驗成績包括三個部分：實驗預習（20分）、實驗操作（40分）、實驗報告（40分）。使用傳統(tǒng)的百分制，可以評價學生是否掌握了基本理論和設計方法。但設計性實驗所涉及的知識點數量不同，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、效率是否令人滿意等等，都不能一概而論，因此需要結合各方面進行綜合的評定。設計性實驗的考核要貫穿這樣一個原則：淡化結果，注重過程。對于設計性實驗我們更重視學生在整個設計過程中的表現，而測定結果只作為考核的次要因素。學生在設計方案中是否有獨到新穎的想法，整個實驗思路邏輯是否清楚，單片機實驗過程是細節(jié)嚴密還是顧此失彼，結果是否可信等都是評定設計實驗成績的重要因素�？己酥幸浞止膭詈涂隙▽W生在設計過程中所表現出的敢于挑戰(zhàn)、主動學習、大膽創(chuàng)新的精神，以及由此帶來的思維水平和實踐水平的全面提高。
　　因此，設計性實驗不宜采用傳統(tǒng)的百分制，筆者認為，宜采用優(yōu)、良、中、及格、不及格5個檔次來進行評定。首先明確“優(yōu)”和“及格”的標準，在“優(yōu)”的標準下，適當下降一點作為“良”的標準，“及格”標準高一點作為“中”，達不到“及格”標準的就判定為“不及格”。比如，每一個項目都設定多個指標，完全達到指標并有所創(chuàng)新的評為“優(yōu)”；完全達到指標而無創(chuàng)新的可評為“良”；實現主要指標可評為“中”；實現部分指標，能體現設計者掌握了基本相關基礎知識則可評為“及格”；沒有實現任何指標，或沒有做的評定為“不及格”。這樣就應在設定實驗指標上著手，針對具體的實驗進行不同的設定，才能比較準確地定性評價學生的實驗能力，這一點仍需在實踐中不斷探索和改進。

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