独立设课的单片机实验教学改革与探索
中图分类号：G424 文献标识码：A
Experimental Teaching Reform and Exploration on
Independent Experiment Course of MCU
DING Baohua， CHEN Jun， MENG Fanxi
（School of Mechanical and Electronic Engineering， China University of Mining and Technology， Xuzhou Jiangsu 221116）
Abstract The course of MCU is strong requirement to practices， and the traditional course form with theory and experiment is difficult to meet experimental teaching of MCU. In the paper experimental reform method by independent experiment course of MCU is presented and has explored the practices， which enriches the experimental contents， improves the position of MCU experiment and students interest and ability to take part in the experiments， promotes the deep reform of experimental teaching.
Key words independent experiment course； MCU； experimental teaching reform
单片机课程是工科院校机电相关多专业的专业技术基础课程，也是后续课程设计和毕业设计的重要基础。主要培养学生掌握单片机软硬件的基础知识和设计开发单片机实际应用系统的初步能力，是对实践性要求较高的课程。单片机课程教学不仅要重视理论教学模式和方法，更要重视加强实验教学内容及实验方式方法的改革，更有利于培养学生的实际动手能力、创新能力、综合思维能力。
1 单片机理论与实验混编课程教学模式
在高等院校创新性人才培养改革的实践过程中，课程实验等环节越来越得到加强和重视，但是受传统观念的固有影响，重视理论教学而轻视实践的状况没有得到根本的转变，实验教学一般是作为课堂理论教学的验证而设立的。从课程教学编排上，课堂理论与实验教学混编课程仍是最常见的一种教学模式。这种模式下，一门课程划分为理论教学和实验教学两部分，课程成绩统一评定，实验的成绩占到课程总成绩一部分。随着高教改革的深入，实践能力的培养越来越受到重视，这种混编课程教学模式，对于单片机这类实践性要求较高的课程越发表现出不足。主要体现在以下几个方面：
首先，实验学时不足且难以扩充。单片机课程的总学时是确定的，实验学时也只能占到其一少部分，如在原来的教学计划中单片机总学时为48学时，安排有10个学时的实验，这对于课内实验来说已经是比较多的学时安排了，但这对于进行单片机较全面的实验是远不够的，如果要增加实验学时，理论课时就要相应较少，协调起来比较困难。其次，实验的时间跨度受到较大限制。由于单片机的课堂理论教学与实验是要作为一门课给出成绩的，基本上是课堂教学结束，相应的实验也基本上应该结束，然后再统一安排考试及成绩的评定，这样就造成了实验要相对集中地安排，实验室在这个时间段内负荷非常高，实验的周期较短，实验时间的灵活性受到很大的限制，甚至影响正常的实验质量。第三，设计性和综合性多学时实验开展困难。由于实验的学时数少，而单片机诸如存储器、中断、定时器、键盘显示等等需要实验训练的项目内容又比较多，只能安排学时数比较少的验证性实验，且实验过程中主要是在教师的主导下进行，学生一般是被动地接受，这样虽然可以缩短实验的时间，但学生的独立思考能力、实践能力和创新能力得不到有效的锻炼。学生普遍感到学完该课程后，并没有真正掌握单片机系统完整的知识。
2 独立设课的单片机实验教学
针对单片机课程特点，加强学生的动手及实验能力，提升实验教学的地位及提高单片机教学质量，对单片机的课程进行了较全面的改革。将单片机教学改为理论教学和实践教学两门独立课程，从单片机整体系统出发对实验项目及内容重新进行规划、整合及扩充，将单片机的实验教学提升一门独立的实践类课程，与理论课堂教学并行开设。这样从根本上改变了实验教学的附属地位，不但实验学时得到充分加强，而且在实验内容的安排上更具有全面性、系统性和灵活性。
首先，单片机实验内容大大扩展了。在单片机理论与实验混编的课程教学中，实验只有10个学时，而独立设置单片机实验课程后，必修实验学时扩充到了24学时，而且还扩充了大量的选修实验，学生可以从单片机整体系统的概念出发，对单片机的存储器结构、程序编写、计数器和中断应用、通讯方式、A/D和D/A转换、键盘和显示等主要构成等方面得到较为全面的实验训练。
第二，单片机实验时间更加灵活了。作为独立的实验课程，不再完全服从于课堂理论教学的时间安排，选择实验的时间上具有很大的灵活性，有利于实验室的真正开放和开放性实验教学的开展。实验时间跨度贯穿整个学期，也避免了实验室在一段时间内超负荷运转的不合理的情况。在实验过程中除了单片机开发系统的使用以及基本的指令结构程序实验由老师集中安排辅导之外，多数实验项目由学生以实验小组的形式自由与实验室联系，自主地决定实验的时间和实验内容。也不再以严格的课堂学时数限定实验时间，而是按上午、下午和晚上三个单元进行，以保障学生有充分的实验时间和适应于不同层次学生的情况。 第三，选做实验项目得到有效实施。不论是混编课程中的实验，还是独立实验课程实验，都有作为教学指导性规范文件的实验大纲。在大纲中除了有必做的实验项目，还安排了大量的选修实验项目，其目的就是给学生充分的实验机会和个性的发挥。但混编课程的实验，在相对时间内实验的时间紧，任务重，基本上是教师集中指导实验，从头到尾所有学生在相同时间做同样的实验内容，学生自己选做实验的机会几乎没有，不利于学生实验的兴趣的提高和个性特点的发挥。独立设置实验课程后，实验的内容大大丰富了，给学生更多的选修实验的机会。如规定了必修实验内容占实验总学时的50%左右，以培养学生掌握单片机的基本内容；另外50%学时作为选修内容，学生可以从选做的实验项目中选择，同时规定了设计性实验和综合性实验的选择比例。这样既保障了学生对单片机各部分的基础训练，也可以使学生不同的兴趣特点得到发挥，例如在A/D转换的实验项目中就有三个实验内容供学生选择：常规温度的采样计算，应变片称重的力信号的采样计算以及电阻位移传感器的线性位移测量，学生选做一项就可以，这样学生既掌握了A/D转换器的基本使用，又体现了不同物理量的处理上的差异性，有利于培养学生的动手和探究的兴趣。
3 完善实验过程管理与评价
实验管理是实验教学能够正常开展的保障，是实验教学深化改革的重要方面。单片机独立实验课的开展，实验内容以及实验时间的灵活性大大增加了，指导教师的地位和角色也应该适应这种变化和要求。
首先，实验室应该逐步实现真正的开放运行，包括时间上开放和内容的开放。对单片机的必修实验项目内容实行时间上的开放，学生以班级的形式与实验室协商实验时间，统一组织实验，使学生尽快熟悉单片机实验开发系统和单片机的基本功能；而对于另外50%的选修实验项目，学生以小组的形式进行，实行时间及内容的开放。
第二，要转变实验教学的指导方式。受传统观念的长期影响，实验指导大多仍采用的是课堂理论教学的方法，教师把内容、步骤等详细讲授一遍，学生按部就班重复一遍，老师处于中心主导地位，学生虽然可以尽快完成实验，但动手创新能力被大大压制了。转变指导方式就是要把学生作为主体地位，教师则是辅导者和讨论的参与者，使学生处在自主的实验环境当中，甚至可以让学生经历些失败，在失败的过程中掌握知识、积累经验和再学习，在一定的压力下激发学生实验的兴趣、主动性及探究知识的热情。
第三，加强实验过程评价。以往的实验主要以学生的实验报告来评价，过于重视结果而轻视过程。对学生实践训练来说实验结果固然重要，但过程更重要，这也对指导教师提出了更高的要求。教师需掌握学生从实验预习、方案讨论、实际操作过程及结果、总结报告等全面情况，才能给出合理公正的评价。也不再进行单独的实验考试，而是对整个实验过程进行考察，避免片面性和偶然性的发生，也有利于培养学生严谨的实验态度。
4 结束语
单片机实验无论是实验教学内容的改革，还是实验教学管理体系的改革，其目的是要切实提高单片机实践教学质量， 丰富和完善单片机实验教学内容，使学生能真正产生浓厚的兴趣，变被动性的实验为主动性的实验，从而掌握单片机的本质内容，提高单片机的实际应用能力。当然，单片机实验教学的改革也只是做了一定的尝试，得到了学生的肯定，学生实验的主动性明显提高，并取得了较好的效果。今后需进一步加强单片机应用技术的系统实践，使课程实验与专业实践，乃至毕业设计做到有机联系和衔接，实行真正的开放式实验教学，深化实验教学改革。
