淺論單片機原理與接口技術(shù)課程設計性實(shí)驗的開(kāi)設論文
�。壅撐年P(guān)鍵詞］單片機原理與接口技術(shù) 設計性實(shí)驗 教學(xué)改革
�。壅撐恼菸恼路治隽穗娮有畔⒐こ虒�(zhuān)業(yè)單片機原理與接口技術(shù)課程教學(xué)的現狀，認為提高設計性實(shí)驗開(kāi)設的質(zhì)量是教學(xué)改革的重點(diǎn)，指出設計性實(shí)驗開(kāi)設中要注意理論與實(shí)驗的銜接、驗證性實(shí)驗與設計性實(shí)驗的銜接、課堂與課外的銜接，并不斷完善適合設計性實(shí)驗的評價(jià)體系，提高人才培養的質(zhì)量。
電子信息工程專(zhuān)業(yè)作為實(shí)踐性、應用性非常強的理工科專(zhuān)業(yè)，學(xué)生必須具備扎實(shí)的基礎理論知識，具有較強的實(shí)驗技能，今后才能順利地從事電子設備和信息系統的維護和研發(fā)。要實(shí)現這個(gè)目標，必須十分重視相關(guān)課程的建設，搞好實(shí)驗教學(xué)改革。而單片機原理與接口技術(shù)課程作為電子信息專(zhuān)業(yè)的一門(mén)專(zhuān)業(yè)主干課程，其應用性非常強，設計性實(shí)驗開(kāi)設質(zhì)量對于學(xué)生今后就業(yè)、工作至關(guān)重要。
一、教學(xué)現狀
單片機原理與接口技術(shù)課程是電子信息工程專(zhuān)業(yè)核心課程之一，理論的重要性不言而喻，但在實(shí)驗教學(xué)方面大都還是停留在傳統的實(shí)驗模式上，離培養學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力和創(chuàng )新精神還有差距。很多學(xué)生反映，課程學(xué)習下來(lái)理論基本掌握了，驗證性實(shí)驗也能順利完成，但要真正完成一個(gè)實(shí)際項目時(shí)，卻無(wú)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(xué)模式方面的原因。傳統教學(xué)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(yǔ)言編程，再講硬件接口及相關(guān)的程序編寫(xiě)，最后講一兩個(gè)實(shí)例，課時(shí)也就差不多用完了，再想講其他東西就沒(méi)有時(shí)間了。實(shí)驗也注重基本原理和基本方法的訓練，為了讓學(xué)生認識單片機的基本組成和基本指令，所開(kāi)出的實(shí)驗就占了大部分實(shí)驗課時(shí)，最后只能做幾個(gè)綜合性實(shí)驗或做一個(gè)簡(jiǎn)單的設計，這樣就結束了整個(gè)課程的學(xué)習。
2.教師方面的原因。自從高校擴招以后，學(xué)生的數量劇增，而教師并沒(méi)有同比例增長(cháng)，教師承擔的課時(shí)量太大，教學(xué)壓力過(guò)重。具體到單片機原理與接口技術(shù)這類(lèi)專(zhuān)業(yè)性和實(shí)驗性都非常強的課程，存在著(zhù)精力投入不夠的問(wèn)題。如果要改革實(shí)驗教學(xué)的模式，以設計性實(shí)驗為主的話(huà)，教師就要投入非常多的精力。
3.評價(jià)體系方面的原因。就評價(jià)體系而言，目前通行的仍然是以分數的高低來(lái)評價(jià)學(xué)生學(xué)習成績(jì)的好壞。一般采用平時(shí)成績(jì)、實(shí)驗成績(jì)、考試成績(jì)各占總成績(jì)的一定比例來(lái)得到學(xué)生課程的最后得分。對有些課程來(lái)說(shuō)這種方法是比較科學(xué)的，但對單片機原理與接口技術(shù)課程，就會(huì )存在這些問(wèn)題：學(xué)生成績(jì)不低，但一旦面臨實(shí)際問(wèn)題時(shí)，無(wú)從入手，沒(méi)有達到本課程的教學(xué)目標。
二、解決對策
為提高單片機原理與接口技術(shù)課程教學(xué)質(zhì)量，培養學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力，筆者認為，提高設計性實(shí)驗開(kāi)設的質(zhì)量是教學(xué)改革的重點(diǎn)，應該從以下幾點(diǎn)來(lái)改革：
1.教學(xué)模式。提出和采用新的教學(xué)模式，實(shí)驗開(kāi)設要特別注重開(kāi)出的設計性實(shí)驗質(zhì)量。新的教學(xué)模式主要包含理論教學(xué)和實(shí)驗教學(xué)兩個(gè)方面。在理論教學(xué)中，單片機的結構和基本指令講解要精，應通過(guò)實(shí)例來(lái)將相關(guān)的知識串起來(lái)，力求通過(guò)具體實(shí)例的講解達到以較少的理論課時(shí)就讓學(xué)生真正掌握單片機的結構和指令的目的。在實(shí)驗方面，則采用以開(kāi)設設計性實(shí)驗為主、驗證性實(shí)驗為輔的方法，并提高實(shí)驗課的課時(shí)數。適量開(kāi)設驗證性實(shí)驗，在課堂內只做1～2個(gè)，而將大部分實(shí)驗內容放在課堂外，由學(xué)生通過(guò)開(kāi)放實(shí)驗室單獨完成。增加較多的設計性實(shí)驗，供學(xué)生選做，在教師精心指導下，讓學(xué)生在課外準備，課內完成，切實(shí)提高學(xué)生的實(shí)戰技能。
2.教師自身的定位。教師應自覺(jué)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(shí)積累，一方面，要自己動(dòng)手，精心制作好幾個(gè)作品。另一方面，也可以通過(guò)提出選題，指導學(xué)生去做，將完成后的作品及文檔全部存檔。只要通過(guò)2～3年的積累，就可以形成難度、層次區分較為合理的項目選題庫和作品庫，既為后續班級的教學(xué)創(chuàng )建了良好的條件，對后續學(xué)生的實(shí)驗起到示范和引領(lǐng)作用，又為今后的教學(xué)工作減輕了負擔。要做好這些，就要求教師充分明確自身職責，牢固樹(shù)立以教學(xué)為中心的觀(guān)念，保證有足夠的精力投入教學(xué)中。
3.評價(jià)體系。作為評價(jià)體系，要改變傳統的基本是以分數論英雄的模式。單片機原理與接口技術(shù)課程如果只是掌握了一些理論知識而沒(méi)有實(shí)戰能力，分數再高都不能算是學(xué)好。作為對學(xué)生的評價(jià)，筆者認為一定確立以實(shí)踐能力為主體的評價(jià)體系，通過(guò)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(lái)給出合適的評價(jià)。
三、設計性實(shí)驗開(kāi)設與評價(jià)體系建立中要注意的幾個(gè)問(wèn)題
想搞好單片機原理與接口技術(shù)課程建設，提高學(xué)生的實(shí)戰能力，就要以設計性實(shí)驗的開(kāi)設為重點(diǎn)來(lái)進(jìn)行整體設計。筆者認為需要特別注意抓好以下四個(gè)銜接：
1.理論與實(shí)驗的銜接。理論教學(xué)是單片機原理與接口技術(shù)課程教學(xué)中必不可少的組成部分，但其開(kāi)設方式不能采用傳統的教學(xué)方法，而應設計出一種項目教學(xué)或稱(chēng)為專(zhuān)題講授的形式來(lái)進(jìn)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、程序編寫(xiě)的基本思想、硬件接口構建等四個(gè)專(zhuān)題進(jìn)行。其次，要針對課程特點(diǎn)，做好五個(gè)簡(jiǎn)單項目，如外部中斷的使用、定時(shí)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(guān)知識點(diǎn)全面整合，綜合演練，實(shí)戰2～3個(gè)較為復雜的綜合性項目，進(jìn)行原理圖分析、算法設計和程序分析，并制作出作品進(jìn)行演示。按這種思路設計，理論教學(xué)大致課時(shí)數為36～48個(gè)課時(shí)，實(shí)驗課時(shí)數為24～36個(gè)課時(shí)。
據此分析，實(shí)驗教學(xué)則應充分重視設計性實(shí)驗的開(kāi)設。與理論教學(xué)相對應，每講完一個(gè)項目，就要依托該項目開(kāi)設一個(gè)設計性實(shí)驗，每個(gè)實(shí)驗3～5個(gè)課時(shí)。通過(guò)簡(jiǎn)單的5個(gè)項目和較復雜的2～3個(gè)項目的訓練后，學(xué)生能掌握單片機開(kāi)發(fā)和設計與實(shí)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(shí)，不同的學(xué)生就可以選做不同的設計性項目。在進(jìn)行單片機原理與接口技術(shù)的課程設計時(shí)，則應要求學(xué)生在設計性實(shí)驗的基礎上進(jìn)一步深化，將多個(gè)部分綜合在一起設計制作一個(gè)更復雜、具有較完備功能的實(shí)際系統。這是一個(gè)由理論出發(fā)，通過(guò)基礎實(shí)驗、簡(jiǎn)單的設計性實(shí)驗、復雜的設計性實(shí)驗，最后完成復雜的課程設計過(guò)程，符合循序漸進(jìn)的教學(xué)規律，實(shí)現了該課程理論與實(shí)踐的.完美結合。在此過(guò)程中，設計性實(shí)驗的開(kāi)設基本覆蓋了單片機原理與接口技術(shù)課程的所有知識點(diǎn)，使學(xué)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(xué)以致用的根本目的。
2.驗證性實(shí)驗與設計性實(shí)驗的銜接。驗證性實(shí)驗是指為驗證已經(jīng)學(xué)習過(guò)的理論知識所設置的實(shí)驗；設計性實(shí)驗是指給定實(shí)驗目的要求和實(shí)驗條件，由學(xué)生自行設計實(shí)驗方案并加以實(shí)現的實(shí)驗。驗證性實(shí)驗作為一種傳統的教學(xué)方法，在現在的實(shí)驗教學(xué)中也還有一定的作用，可為設計性實(shí)驗的開(kāi)設提供一些必要的基礎�，F在的驗證性實(shí)驗一般是在相應的實(shí)驗箱上完成，通過(guò)開(kāi)設1~2個(gè)驗證性實(shí)驗可讓學(xué)生了解單片機的基本構成和基本工作原理，所以在開(kāi)設設計性實(shí)驗前開(kāi)設驗證性實(shí)驗是非常必要的。同時(shí)，一些設計性實(shí)驗的開(kāi)設可在實(shí)驗箱上對驗證性實(shí)驗進(jìn)行改造而成，特別是對于開(kāi)始的簡(jiǎn)單的設計性實(shí)驗更是如此。比如一些驗證性實(shí)驗，所有的電路硬件在實(shí)驗箱中是現成的，同時(shí)給出相應的實(shí)驗程序范例，學(xué)生就可以在實(shí)驗箱上進(jìn)行驗證，對所做實(shí)驗的功能進(jìn)行分析。教師只需要在理論教學(xué)時(shí)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(xiě)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(shí)驗作為基礎并進(jìn)行改造的方法對于以基本原理的掌握為目標的簡(jiǎn)單的設計性實(shí)驗具有很強的可操作性，有利于驗證性實(shí)驗到設計性實(shí)驗的自然銜接。
3.課堂與課外的銜接。設計性實(shí)驗開(kāi)設要做好課堂與課外的銜接。因為設計性實(shí)驗是要學(xué)生自行設計實(shí)驗方案并加以實(shí)現的實(shí)驗，所有的實(shí)驗方案不可能僅在幾個(gè)課時(shí)的實(shí)驗課上完成，主要工作要在課外完成。一方面，實(shí)驗方案的制訂、原理圖的設計、實(shí)物的制作等主要在課外完成，實(shí)驗課中主要是在教師的指導下進(jìn)行調試和測試。另一方面，設計性實(shí)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(shí)驗真正達到較好的效果，除了在理論教學(xué)中要注重和實(shí)驗教學(xué)銜接外，課外的銜接尤其重要，要做好實(shí)驗室開(kāi)放，讓學(xué)生在課外能夠較方便地利用實(shí)驗室的資源，也應鼓勵學(xué)生采購一些比較簡(jiǎn)單的單片機開(kāi)發(fā)工具，如簡(jiǎn)易開(kāi)發(fā)版、燒錄器等。
4.評價(jià)標準的再定位與評價(jià)體系建立的思路。驗證性實(shí)驗往往只涉及一門(mén)課程的一個(gè)章節或一個(gè)知識點(diǎn)的內容，學(xué)生通過(guò)驗證性實(shí)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，培養基本動(dòng)手能力。設計性實(shí)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(diǎn)的綜合運用，給出實(shí)驗目的、要求和實(shí)驗條件，由學(xué)生自行設計實(shí)驗方案并加以實(shí)現，所以設計性實(shí)驗帶有試探性、研究性，在時(shí)間上也需要課內與課外相結合。
由于驗證性實(shí)驗與設計性開(kāi)設的目標不同，所以最終的考核方式也不同。對于驗證性實(shí)驗，教師可以直接根據學(xué)生所做的實(shí)驗報告評判其實(shí)驗成績(jì)。傳統的做法是百分制。一般每個(gè)實(shí)驗成績(jì)包括三個(gè)部分：實(shí)驗預習（20分）、實(shí)驗操作（40分）、實(shí)驗報告（40分）。使用傳統的百分制，可以評價(jià)學(xué)生是否掌握了基本理論和設計方法。但設計性實(shí)驗所涉及的知識點(diǎn)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(jiǎn)易可行，實(shí)驗的成本、效率是否令人滿(mǎn)意等等，都不能一概而論，因此需要結合各方面進(jìn)行綜合的評定。設計性實(shí)驗的考核要貫穿這樣一個(gè)原則：淡化結果，注重過(guò)程。對于設計性實(shí)驗我們更重視學(xué)生在整個(gè)設計過(guò)程中的表現，而測定結果只作為考核的次要因素。學(xué)生在設計方案中是否有獨到新穎的想法，整個(gè)實(shí)驗思路邏輯是否清楚，實(shí)驗過(guò)程是細節嚴密還是顧此失彼，結果是否可信等都是評定設計實(shí)驗成績(jì)的重要因素�？己酥幸浞止膭詈涂隙▽W(xué)生在設計過(guò)程中所表現出的敢于挑戰、主動(dòng)學(xué)習、大膽創(chuàng )新的精神，以及由此帶來(lái)的思維水平和實(shí)踐水平的全面提高。
因此，設計性實(shí)驗不宜采用傳統的百分制，筆者認為，宜采用優(yōu)、良、中、及格、不及格5個(gè)檔次來(lái)進(jìn)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(diǎn)作為“良”的標準，“及格”標準高一點(diǎn)作為“中”，達不到“及格”標準的就判定為“不及格”。比如，每一個(gè)項目都設定多個(gè)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(wú)創(chuàng )新的可評為“良”；實(shí)現主要指標可評為“中”；實(shí)現部分指標，能體現設計者掌握了基本相關(guān)基礎知識則可評為“及格”；沒(méi)有實(shí)現任何指標，或沒(méi)有做的評定為“不及格”。這樣就應在設定實(shí)驗指標上著(zhù)手，針對具體的實(shí)驗進(jìn)行不同的設定，才能比較準確地定性評價(jià)學(xué)生的實(shí)驗能力，這一點(diǎn)仍需在實(shí)踐中不斷探索和改進(jìn)。
四、結語(yǔ)
單片機原理與接口技術(shù)課程是電子信息工程專(zhuān)業(yè)至關(guān)重要的專(zhuān)業(yè)核心課程之一，必須更加重視設計性實(shí)驗教學(xué)的改革，提高設計性實(shí)驗開(kāi)設的質(zhì)量，做好理論與實(shí)驗的銜接，驗證性實(shí)驗與設計性實(shí)驗的銜接，課堂與課外的銜接，完善設計性實(shí)驗的評價(jià)體系，才能培養出符合社會(huì )發(fā)展需要的高素質(zhì)人才。
�。蹍⒖嘉墨I］
何深知，崔純瑩，段薇，等.在設計性實(shí)驗中培養學(xué)生的綜合能力［J］.實(shí)驗技術(shù)與管理，2009（6）.
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