淺論單片機(jī)原理與接口技術(shù)課程設(shè)計性實驗的開設(shè)

摘要：文章分析了電子信息工程專業(yè)單片機(jī)原理與接口技術(shù)課程教學(xué)的現(xiàn)狀，認(rèn)為提高設(shè)計性實驗開設(shè)的質(zhì)量是教學(xué)改革的重點，指出設(shè)計性實驗開設(shè)中要注意理論與實驗的銜接、驗證性實驗與設(shè)計性實驗的銜接、課堂與課外的銜接，并不斷完善適合設(shè)計性實驗的評價體系，提高人才培養(yǎng)的質(zhì)量。
　　　　電子信息工程專業(yè)作為實踐性、應(yīng)用性非常強的理工科專業(yè)，學(xué)生必須具備扎實的基礎(chǔ)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(shè)備和信息系統(tǒng)的維護(hù)和研發(fā)。要實現(xiàn)這個目標(biāo)，必須十分重視相關(guān)課程的建設(shè)，搞好實驗教學(xué)改革。而單片機(jī)原理與接口技術(shù)課程作為電子信息專業(yè)的一門專業(yè)主干課程，其應(yīng)用性非常強，設(shè)計性實驗開設(shè)質(zhì)量對于學(xué)生今后就業(yè)、工作至關(guān)重要。
一、教學(xué)現(xiàn)狀：
　　單片機(jī)原理與接口技術(shù)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(xué)方面大都還是停留在傳統(tǒng)的實驗?zāi)Ｊ缴�，離培養(yǎng)學(xué)生實踐動手能力和創(chuàng)新精神還有差距。很多學(xué)生反映，課程學(xué)習(xí)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(xiàn)這種現(xiàn)象原因是多方面的，筆者認(rèn)為主要有：
　　1.教學(xué)模式方面的原因。傳統(tǒng)教學(xué)方式中，教師主要注重于理論的完整性和知識結(jié)構(gòu)的完備性。理論上從單片機(jī)的結(jié)構(gòu)講起，然后講匯編指令和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(xùn)練，為了讓學(xué)生認(rèn)識單片機(jī)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(shè)計，這樣就結(jié)束了整個課程的學(xué)習(xí)。
　　2.教師方面的原因。自從高校擴(kuò)招以后，學(xué)生的數(shù)量劇增，而教師并沒有同比例增長，教師承擔(dān)的課時量太大，教學(xué)壓力過重。具體到單片機(jī)原理與接口技術(shù)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(xué)的模式，以設(shè)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?jǐn)?shù)的高低來評價學(xué)生學(xué)習(xí)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(xué)生課程的最后得分。對有些課程來說這種方法是比較科學(xué)的，但對單片機(jī)原理與接口技術(shù)課程，就會存在這些問題：學(xué)生成績不低，但一旦面臨實際問題時，無從入手，沒有達(dá)到本課程的教學(xué)目標(biāo)。
二、解決對策：
　　為提高單片機(jī)原理與接口技術(shù)課程教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生解決實際問題的能力，筆者認(rèn)為，提高設(shè)計性實驗開設(shè)的質(zhì)量是教學(xué)改革的重點，應(yīng)該從以下幾點來改革：
　　1.教學(xué)模式。提出和采用新的教學(xué)模式，實驗開設(shè)要特別注重開出的設(shè)計性實驗質(zhì)量。新的教學(xué)模式主要包含理論教學(xué)和實驗教學(xué)兩個方面。在理論教學(xué)中，單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和基本指令講解要精，應(yīng)通過實例來將相關(guān)的知識串起來，力求通過具體實例的講解達(dá)到以較少的理論課時就讓學(xué)生真正掌握單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和指令的目的。在實驗方面，則采用以開設(shè)設(shè)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(shù)。適量開設(shè)驗證性實驗，在課堂內(nèi)只做1～2個，而將大部分實驗內(nèi)容放在課堂外，由學(xué)生通過開放實驗室單獨完成。增加較多的設(shè)計性實驗，供學(xué)生選做，在教師精心指導(dǎo)下，讓學(xué)生在課外準(zhǔn)備，課內(nèi)完成，切實提高學(xué)生的實戰(zhàn)技能。
　　2.教師自身的定位。教師應(yīng)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(xué)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(dǎo)學(xué)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(xué)創(chuàng)建了良好的條件，對后續(xù)學(xué)生的實驗起到示范和引領(lǐng)作用，又為今后的教學(xué)工作減輕了負(fù)擔(dān)。要做好這些，就要求教師充分明確自身職責(zé)，牢固樹立以教學(xué)為中心的觀念，保證有足夠的精力投入教學(xué)中。
　　3.評價體系。作為評價體系，要改變傳統(tǒng)的基本是以分?jǐn)?shù)論英雄的模式。單片機(jī)原理與接口技術(shù)課程如果只是掌握了一些理論知識而沒有實戰(zhàn)能力，分?jǐn)?shù)再高都不能算是學(xué)好。作為對學(xué)生的評價，筆者認(rèn)為一定確立以實踐能力為主體的評價體系，通過對學(xué)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(shè)計性實驗開設(shè)與評價體系建立中要注意的幾個問題：
　　想搞好單片機(jī)原理與接口技術(shù)課程建設(shè)，提高學(xué)生的實戰(zhàn)能力，就要以設(shè)計性實驗的開設(shè)為重點來進(jìn)行整體設(shè)計。筆者認(rèn)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(xué)是單片機(jī)原理與接口技術(shù)課程教學(xué)中必不可少的組成部分，但其開設(shè)方式不能采用傳統(tǒng)的教學(xué)方法，而應(yīng)設(shè)計出一種項目教學(xué)或稱為專題講授的形式來進(jìn)行。首先，要講透基礎(chǔ)部分，筆者認(rèn)為可以分成單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、單片機(jī)的指令系統(tǒng)、程序編寫的基本思想、硬件接口構(gòu)建等四個專題進(jìn)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(kuò)展、串口通信、AD和DA轉(zhuǎn)換。最后，要對相關(guān)知識點全面整合，綜合演練，實戰(zhàn)2～3個較為復(fù)雜的綜合性項目，進(jìn)行原理圖分析、算法設(shè)計和程序分析，并制作出作品進(jìn)行演示。按這種思路設(shè)計，理論教學(xué)大致課時數(shù)為36～48個課時，實驗課時數(shù)為24～36個課時。
據(jù)此分析，實驗教學(xué)則應(yīng)充分重視設(shè)計性實驗的開設(shè)。與理論教學(xué)相對應(yīng)，每講完一個項目，就要依托該項目開設(shè)一個設(shè)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(fù)雜的2～3個項目的訓(xùn)練后，學(xué)生能掌握單片機(jī)開發(fā)和設(shè)計與實物制作的基本方法和技能。當(dāng)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(xué)生就可以選做不同的設(shè)計性項目。在進(jìn)行單片機(jī)原理與接口技術(shù)的課程設(shè)計時，則應(yīng)要求學(xué)生在設(shè)計性實驗的基礎(chǔ)上進(jìn)一步深化，將多個部分綜合在一起設(shè)計制作一個更復(fù)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(chǔ)實驗、簡單的設(shè)計性實驗、復(fù)雜的設(shè)計性實驗，最后完成復(fù)雜的課程設(shè)計過程，符合循序漸進(jìn)的教學(xué)規(guī)律，實現(xiàn)了該課程理論與實踐的完美結(jié)合。在此過程中，設(shè)計性實驗的開設(shè)基本覆蓋了單片機(jī)原理與接口技術(shù)課程的所有知識點，使學(xué)生牢固掌握基本理論，熟練掌握基本設(shè)計思路，綜合應(yīng)用基本設(shè)計方法，從而達(dá)到學(xué)以致用的根本目的。
　　2.驗證性實驗與設(shè)計性實驗的銜接。驗證性實驗是指為驗證已經(jīng)學(xué)習(xí)過的理論知識所設(shè)置的實驗；設(shè)計性實驗是指給定實驗?zāi)康囊蠛蛯嶒灄l件，由學(xué)生自行設(shè)計實驗方案并加以實現(xiàn)的實驗。驗證性實驗作為一種傳統(tǒng)的教學(xué)方法，在現(xiàn)在的實驗教學(xué)中也還有一定的作用，可為設(shè)計性實驗的開設(shè)提供一些必要的基礎(chǔ)�，F(xiàn)在的驗證性實驗一般是在相應(yīng)的實驗箱上完成，通過開設(shè)1~2個驗證性實驗可讓學(xué)生了解單片機(jī)的基本構(gòu)成和基本工作原理，所以在開設(shè)設(shè)計性實驗前開設(shè)驗證性實驗是非常必要的。同時，一些設(shè)計性實驗的開設(shè)可在實驗箱上對驗證性實驗進(jìn)行改造而成，特別是對于開始的簡單的設(shè)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(xiàn)成的，同時給出相應(yīng)的實驗程序范例，學(xué)生就可以在實驗箱上進(jìn)行驗證，對所做實驗的功能進(jìn)行分析。教師只需要在理論教學(xué)時將程序流程圖和涉及的算法講述清楚，最后要求學(xué)生去編寫程序，然后再進(jìn)行功能驗證即可。采用這么一種由驗證性實驗作為基礎(chǔ)并進(jìn)行改造的方法對于以基本原理的掌握為目標(biāo)的簡單的設(shè)計性實驗具有很強的可操作性，有利于驗證性實驗到設(shè)計性實驗的自然銜接。
　　3.課堂與課外的銜接。設(shè)計性實驗開設(shè)要做好課堂與課外的銜接。因為設(shè)計性實驗是要學(xué)生自行設(shè)計實驗方案并加以實現(xiàn)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(shè)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(dǎo)下進(jìn)行調(diào)試和測試。另一方面，設(shè)計性實驗很難一次性成功，往往需要多次嘗試、反復(fù)修正才行，這些必須在課外完成。要使設(shè)計性實驗真正達(dá)到較好的效果，除了在理論教學(xué)中要注重和實驗教學(xué)銜接外，課外的銜接尤其重要，要做好實驗室開放，讓學(xué)生在課外能夠較方便地利用實驗室的資源，也應(yīng)鼓勵學(xué)生采購一些比較簡單的單片機(jī)開發(fā)工具，如簡易開發(fā)版、燒錄器等。
　　4.評價標(biāo)準(zhǔn)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(nèi)容，學(xué)生通過驗證性實驗，可以使所學(xué)理論知識具體化和形象化，加深對所學(xué)知識的理解與掌握，培養(yǎng)基本動手能力。設(shè)計性實驗突出它的自主設(shè)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?zāi)康�、要求和實驗條件，由學(xué)生自行設(shè)計實驗方案并加以實現(xiàn)，所以設(shè)計性實驗帶有試探性、研究性，在時間上也需要課內(nèi)與課外相結(jié)合。
　　由于驗證性實驗與設(shè)計性開設(shè)的目標(biāo)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(jù)學(xué)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(yù)習(xí)（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(xué)生是否掌握了基本理論和設(shè)計方法。但設(shè)計性實驗所涉及的知識點數(shù)量不同，綜合運用的效果不同，設(shè)計方案是否得當(dāng)，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(jié)合各方面進(jìn)行綜合的評定。設(shè)計性實驗的考核要貫穿這樣一個原則：淡化結(jié)果，注重過程。對于設(shè)計性實驗我們更重視學(xué)生在整個設(shè)計過程中的表現(xiàn)，而測定結(jié)果只作為考核的次要因素。學(xué)生在設(shè)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(jī)實驗過程是細(xì)節(jié)嚴(yán)密還是顧此失彼，結(jié)果是否可信等都是評定設(shè)計實驗成績的重要因素�？己酥幸浞止膭詈涂隙▽W(xué)生在設(shè)計過程中所表現(xiàn)出的敢于挑戰(zhàn)、主動學(xué)習(xí)、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(shè)計性實驗不宜采用傳統(tǒng)的百分制，筆者認(rèn)為，宜采用優(yōu)、良、中、及格、不及格5個檔次來進(jìn)行評定。首先明確“優(yōu)”和“及格”的標(biāo)準(zhǔn)，在“優(yōu)”的標(biāo)準(zhǔn)下，適當(dāng)下降一點作為“良”的標(biāo)準(zhǔn)，“及格”標(biāo)準(zhǔn)高一點作為“中”，達(dá)不到“及格”標(biāo)準(zhǔn)的就判定為“不及格”。比如，每一個項目都設(shè)定多個指標(biāo)，完全達(dá)到指標(biāo)并有所創(chuàng)新的評為“優(yōu)”；完全達(dá)到指標(biāo)而無創(chuàng)新的可評為“良”；實現(xiàn)主要指標(biāo)可評為“中”；實現(xiàn)部分指標(biāo)，能體現(xiàn)設(shè)計者掌握了基本相關(guān)基礎(chǔ)知識則可評為“及格”；沒有實現(xiàn)任何指標(biāo)，或沒有做的評定為“不及格”。這樣就應(yīng)在設(shè)定實驗指標(biāo)上著手，針對具體的實驗進(jìn)行不同的設(shè)定，才能比較準(zhǔn)確地定性評價學(xué)生的實驗?zāi)芰�，這一點仍需在實踐中不斷探索和改進(jìn)。

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