浅论单片机原理与接口技术课程设计性实验的开设论文

　　［论文关键词］单片机原理与接口技术 设计性实验 教学改革
　　［论文摘要］文章分析了电子信息工程专业单片机原理与接口技术课程教学的现状，认为提高设计性实验开设的质量是教学改革的重点，指出设计性实验开设中要注意理论与实验的衔接、验证性实验与设计性实验的衔接、课堂与课外的衔接，并不断完善适合设计性实验的评价体系，提高人才培养的质量。
　　电子信息工程专业作为实践性、应用性非常强的理工科专业，学生必须具备扎实的基础理论知识，具有较强的实验技能，今后才能顺利地从事电子设备和信息系统的维护和研发。要实现这个目标，必须十分重视相关课程的建设，搞好实验教学改革。而单片机原理与接口技术课程作为电子信息专业的一门专业主干课程，其应用性非常强，设计性实验开设质量对于学生今后就业、工作至关重要。
　　一、教学现状
　　单片机原理与接口技术课程是电子信息工程专业核心课程之一，理论的重要性不言而喻，但在实验教学方面大都还是停留在传统的实验模式上，离培养学生实践动手能力和创新精神还有差距。很多学生反映，课程学习下来理论基本掌握了，验证性实验也能顺利完成，但要真正完成一个实际项目时，却无从入手。出现这种现象原因是多方面的，笔者认为主要有：
　　1.教学模式方面的原因。传统教学方式中，教师主要注重于理论的完整性和知识结构的完备性。理论上从单片机的结构讲起，然后讲汇编指令和C语言编程，再讲硬件接口及相关的程序编写，最后讲一两个实例，课时也就差不多用完了，再想讲其他东西就没有时间了。实验也注重基本原理和基本方法的训练，为了让学生认识单片机的基本组成和基本指令，所开出的实验就占了大部分实验课时，最后只能做几个综合性实验或做一个简单的设计，这样就结束了整个课程的学习。
　　2.教师方面的原因。自从高校扩招以后，学生的数量剧增，而教师并没有同比例增长，教师承担的课时量太大，教学压力过重。具体到单片机原理与接口技术这类专业性和实验性都非常强的课程，存在着精力投入不够的问题。如果要改革实验教学的模式，以设计性实验为主的话，教师就要投入非常多的精力。
　　3.评价体系方面的原因。就评价体系而言，目前通行的仍然是以分数的高低来评价学生学习成绩的好坏。一般采用平时成绩、实验成绩、考试成绩各占总成绩的一定比例来得到学生课程的最后得分。对有些课程来说这种方法是比较科学的，但对单片机原理与接口技术课程，就会存在这些问题：学生成绩不低，但一旦面临实际问题时，无从入手，没有达到本课程的教学目标。
　　二、解决对策
　　为提高单片机原理与接口技术课程教学质量，培养学生解决实际问题的能力，笔者认为，提高设计性实验开设的质量是教学改革的重点，应该从以下几点来改革：
　　1.教学模式。提出和采用新的教学模式，实验开设要特别注重开出的设计性实验质量。新的教学模式主要包含理论教学和实验教学两个方面。在理论教学中，单片机的结构和基本指令讲解要精，应通过实例来将相关的知识串起来，力求通过具体实例的讲解达到以较少的理论课时就让学生真正掌握单片机的结构和指令的目的。在实验方面，则采用以开设设计性实验为主、验证性实验为辅的方法，并提高实验课的课时数。适量开设验证性实验，在课堂内只做1 2个，而将大部分实验内容放在课堂外，由学生通过开放实验室单独完成。增加较多的设计性实验，供学生选做，在教师精心指导下，让学生在课外准备，课内完成，切实提高学生的实战技能。
　　2.教师自身的定位。教师应自觉提高自身做项目的能力，并保证足够的精力投入到教学中去。教师要注重平时积累，一方面，要自己动手，精心制作好几个作品。另一方面，也可以通过提出选题，指导学生去做，将完成后的作品及文档全部存档。只要通过2 3年的积累，就可以形成难度、层次区分较为合理的项目选题库和作品库，既为后续班级的教学创建了良好的条件，对后续学生的实验起到示范和引领作用，又为今后的教学工作减轻了负担。要做好这些，就要求教师充分明确自身职责，牢固树立以教学为中心的观念，保证有足够的精力投入教学中。
　　3.评价体系。作为评价体系，要改变传统的基本是以分数论英雄的模式。单片机原理与接口技术课程如果只是掌握了一些理论知识而没有实战能力，分数再高都不能算是学好。作为对学生的评价，笔者认为一定确立以实践能力为主体的评价体系，通过对学生做的项目难易程度、项目完成的效果等验收情况来给出合适的评价。
　　三、设计性实验开设与评价体系建立中要注意的几个问题
　　想搞好单片机原理与接口技术课程建设，提高学生的实战能力，就要以设计性实验的开设为重点来进行整体设计。笔者认为需要特别注意抓好以下四个衔接：
　　1.理论与实验的衔接。理论教学是单片机原理与接口技术课程教学中必不可少的组成部分，但其开设方式不能采用传统的教学方法，而应设计出一种项目教学或称为专题讲授的形式来进行。首先，要讲透基础部分，笔者认为可以分成单片机的内部结构、单片机的指令系统、程序编写的基本思想、硬件接口构建等四个专题进行。其次，要针对课程特点，做好五个简单项目，如外部中断的使用、定时器中断的使用、并口的扩展、串口通信、AD和DA转换。最后，要对相关知识点全面整合，综合演练，实战2 3个较为复杂的综合性项目，进行原理图分析、算法设计和程序分析，并制作出作品进行演示。按这种思路设计，理论教学大致课时数为36 48个课时，实验课时数为24 36个课时。
　　据此分析，实验教学则应充分重视设计性实验的开设。与理论教学相对应，每讲完一个项目，就要依托该项目开设一个设计性实验，每个实验3 5个课时。通过简单的5个项目和较复杂的2 3个项目的训练后，学生能掌握单片机开发和设计与实物制作的基本方法和技能。当积累了2 3年后，有了很多已成功的项目可参照时，不同的学生就可以选做不同的设计性项目。在进行单片机原理与接口技术的课程设计时，则应要求学生在设计性实验的基础上进一步深化，将多个部分综合在一起设计制作一个更复杂、具有较完备功能的实际系统。这是一个由理论出发，通过基础实验、简单的设计性实验、复杂的设计性实验，最后完成复杂的.课程设计过程，符合循序渐进的教学规律，实现了该课程理论与实践的完美结合。在此过程中，设计性实验的开设基本覆盖了单片机原理与接口技术课程的所有知识点，使学生牢固掌握基本理论，熟练掌握基本设计思路，综合应用基本设计方法，从而达到学以致用的根本目的。
　　2.验证性实验与设计性实验的衔接。验证性实验是指为验证已经学习过的理论知识所设置的实验；设计性实验是指给定实验目的要求和实验条件，由学生自行设计实验方案并加以实现的实验。验证性实验作为一种传统的教学方法，在现在的实验教学中也还有一定的作用，可为设计性实验的开设提供一些必要的基础。现在的验证性实验一般是在相应的实验箱上完成，通过开设1~2个验证性实验可让学生了解单片机的基本构成和基本工作原理，所以在开设设计性实验前开设验证性实验是非常必要的。同时，一些设计性实验的开设可在实验箱上对验证性实验进行改造而成，特别是对于开始的简单的设计性实验更是如此。比如一些验证性实验，所有的电路硬件在实验箱中是现成的，同时给出相应的实验程序范例，学生就可以在实验箱上进行验证，对所做实验的功能进行分析。教师只需要在理论教学时将程序流程图和涉及的算法讲述清楚，最后要求学生去编写程序，然后再进行功能验证即可。采用这么一种由验证性实验作为基础并进行改造的方法对于以基本原理的掌握为目标的简单的设计性实验具有很强的可操作性，有利于验证性实验到设计性实验的自然衔接。
　　3.课堂与课外的衔接。设计性实验开设要做好课堂与课外的衔接。因为设计性实验是要学生自行设计实验方案并加以实现的实验，所有的实验方案不可能仅在几个课时的实验课上完成，主要工作要在课外完成。一方面，实验方案的制订、原理图的设计、实物的制作等主要在课外完成，实验课中主要是在教师的指导下进行调试和测试。另一方面，设计性实验很难一次性成功，往往需要多次尝试、反复修正才行，这些必须在课外完成。要使设计性实验真正达到较好的效果，除了在理论教学中要注重和实验教学衔接外，课外的衔接尤其重要，要做好实验室开放，让学生在课外能够较方便地利用实验室的资源，也应鼓励学生采购一些比较简单的单片机开发工具，如简易开发版、烧录器等。
　　4.评价标准的再定位与评价体系建立的思路。验证性实验往往只涉及一门课程的一个章节或一个知识点的内容，学生通过验证性实验，可以使所学理论知识具体化和形象化，加深对所学知识的理解与掌握，培养基本动手能力。设计性实验突出它的自主设计性，可以是单一知识的运用，也可以是多知识点的综合运用，给出实验目的、要求和实验条件，由学生自行设计实验方案并加以实现，所以设计性实验带有试探性、研究性，在时间上也需要课内与课外相结合。
　　由于验证性实验与设计性开设的目标不同，所以最终的考核方式也不同。对于验证性实验，教师可以直接根据学生所做的实验报告评判其实验成绩。传统的做法是百分制。一般每个实验成绩包括三个部分：实验预习（20分）、实验操作（40分）、实验报告（40分）。使用传统的百分制，可以评价学生是否掌握了基本理论和设计方法。但设计性实验所涉及的知识点数量不同，综合运用的效果不同，设计方案是否得当，步骤是否简易可行，实验的成本、效率是否令人满意等等，都不能一概而论，因此需要结合各方面进行综合的评定。设计性实验的考核要贯穿这样一个原则：淡化结果，注重过程。对于设计性实验我们更重视学生在整个设计过程中的表现，而测定结果只作为考核的次要因素。学生在设计方案中是否有独到新颖的想法，整个实验思路逻辑是否清楚，实验过程是细节严密还是顾此失彼，结果是否可信等都是评定设计实验成绩的重要因素。考核中要充分鼓励和肯定学生在设计过程中所表现出的敢于挑战、主动学习、大胆创新的精神，以及由此带来的思维水平和实践水平的全面提高。
　　因此，设计性实验不宜采用传统的百分制，笔者认为，宜采用优、良、中、及格、不及格5个档次来进行评定。首先明确＂优＂和＂及格＂的标准，在＂优＂的标准下，适当下降一点作为＂良＂的标准，＂及格＂标准高一点作为＂中＂，达不到＂及格＂标准的就判定为＂不及格＂。比如，每一个项目都设定多个指标，完全达到指标并有所创新的评为＂优＂；完全达到指标而无创新的可评为＂良＂；实现主要指标可评为＂中＂；实现部分指标，能体现设计者掌握了基本相关基础知识则可评为＂及格＂；没有实现任何指标，或没有做的评定为＂不及格＂。这样就应在设定实验指标上着手，针对具体的实验进行不同的设定，才能比较准确地定性评价学生的实验能力，这一点仍需在实践中不断探索和改进。
　　四、结语
　　单片机原理与接口技术课程是电子信息工程专业至关重要的专业核心课程之一，必须更加重视设计性实验教学的改革，提高设计性实验开设的质量，做好理论与实验的衔接，验证性实验与设计性实验的衔接，课堂与课外的衔接，完善设计性实验的评价体系，才能培养出符合社会发展需要的高素质人才。
　　［参考文献］
　　何深知，崔纯莹，段薇，等.在设计性实验中培养学生的综合能力［J］.实验技术与管理，2009（6）.