李 萍

北京信息科技大學(xué) 北京 100192

以單片機實驗教學(xué)改革探大學(xué)生實踐與創(chuàng)新能力培養(yǎng)模式

李 萍

北京信息科技大學(xué) 北京 100192

實踐與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是我國21世紀(jì)高等院校實驗教學(xué)改革的方向與目標(biāo)。單片機課程是高等院校工科電類專業(yè)的一門實踐性很強的專業(yè)基礎(chǔ)課程。為提高大學(xué)生的實踐能力，增強其創(chuàng)新意識，進(jìn)行了單片機實驗教學(xué)改革，建立了系列化、階梯式實驗教學(xué)模式，改進(jìn)了實驗教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段、考核評價標(biāo)準(zhǔn)，形成較完善的實驗教學(xué)體系。

單片機實驗教學(xué)改革；開放實驗；實踐與創(chuàng)新能力

Abstract: Cultivation of practice and innovation ability is direction and goal of experimental teaching reform in domestic universities and colleges in 21 century. Singlechip course is a specialized basic course with strong practicality in general colleges and universities. In order to improve practice ability and enhance innovation consciousness of college students, a more perfect system of experimental teaching is constructed by reformed content of experimental teaching, teaching methods and criteria of assessment.

Key words: singlechip experimental teaching reform; opening experiment; practice and innovation ability

體積小、價格低、易于產(chǎn)品化的單片機廣泛地應(yīng)用于智能儀器儀表、機電一體化、實時工業(yè)控制、家用電器等領(lǐng)域。單片機課程是高等院校工科電類專業(yè)一門很重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，是把匯編語言、微機接口、通信技術(shù)等知識綜合在一起，理論與實踐性均很強的學(xué)科。高等工科類院校培養(yǎng)和輸送的人才適應(yīng)企業(yè)發(fā)展要求是高校教學(xué)改革的方向，追求與時俱進(jìn)，不斷探索，不斷更新，保證向社會輸送創(chuàng)新能力強、綜合素質(zhì)高的科技人才是教學(xué)改革的目標(biāo)[1]。高校實驗室是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力、獨立實踐能力的主要基地。實驗教學(xué)是高等院校理工學(xué)科的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。它不僅培養(yǎng)學(xué)生動手能力和創(chuàng)造能力，同時也培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)求實的態(tài)度、嚴(yán)謹(jǐn)周密的工作作風(fēng)和團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神。

目前，高校對實驗教學(xué)的重視絕大部分都表現(xiàn)在口頭上，教學(xué)主管部門、教師和學(xué)生重理論、輕實踐的現(xiàn)象仍然普遍存在。高校的實驗教學(xué)還依附在理論教學(xué)之中，實驗多為驗證性內(nèi)容，實驗教學(xué)的目的僅僅是為了鞏固已經(jīng)學(xué)過的理論知識。

在明確了單片機實驗教學(xué)改革目標(biāo)、方向的基礎(chǔ)上，研究構(gòu)建系列化實驗教學(xué)模式、優(yōu)化實驗教學(xué)內(nèi)容、推進(jìn)設(shè)計型和綜合型實驗建設(shè)、采用多樣化教學(xué)手段、科學(xué)考核標(biāo)準(zhǔn)，形成該門實驗課程教學(xué)體系，每一個教學(xué)環(huán)節(jié)的改革舉措都圍繞著提高實踐與創(chuàng)新能力這一核心主旨。

1 實驗教學(xué)改革—健全實驗教學(xué)體系與實踐、創(chuàng)新能力培養(yǎng)

1.1 建立系列化、階梯式實驗教學(xué)模式

要具備實踐與創(chuàng)新能力，不是通過做幾個實驗就能達(dá)到的，而是不斷積累與長期訓(xùn)練的結(jié)果，因此單片機實驗教學(xué)活動是以單片機為核心開展的系列化、階梯式教學(xué)模式。系統(tǒng)的培養(yǎng)計劃包括課內(nèi)實驗、開放實驗、科技競賽、科研項目、企業(yè)實習(xí)等，能夠為企業(yè)提供創(chuàng)新型的人才儲備，縮短企業(yè)用人培訓(xùn)時間。

1.1.1 課內(nèi)實驗教學(xué)

單片機課程在模擬、數(shù)字電子技術(shù)以及微機原理課程之后開設(shè)，實驗教學(xué)同步進(jìn)行，安排課內(nèi)實驗教學(xué)，實驗內(nèi)容設(shè)置要求學(xué)生掌握基本原理、實驗設(shè)計方法和調(diào)試方法。

1.1.2 開放實驗教學(xué)

開放實驗可同步于課內(nèi)實驗進(jìn)行或略滯后于課內(nèi)實驗，便于學(xué)生通過一段時間的學(xué)習(xí)，較好領(lǐng)悟單片機原理，吸引有興趣的學(xué)生進(jìn)一步提高。

1.1.3 科技競賽

經(jīng)過課內(nèi)理論講授、課內(nèi)實驗訓(xùn)練、開放實驗訓(xùn)練，學(xué)生對單片機經(jīng)歷了認(rèn)識與實踐多次反復(fù)過程，知識結(jié)構(gòu)趨于全面，在設(shè)計能力上逐步提高，具有一定的理論知識基礎(chǔ)和動手能力。但是，由于所學(xué)各門課程相對獨立，學(xué)生普遍缺乏面對實際工程、設(shè)計制作較大規(guī)模應(yīng)用電路的工作經(jīng)驗?？梢怨膭顚W(xué)生參加智能車、機器人、電子設(shè)計等相關(guān)方面的科技競賽，由此把多門課程有機結(jié)合并拓展，進(jìn)一步提高實踐能力、設(shè)計能力、理論水平，增強創(chuàng)新意識。

1.1.4 科研活動

對于學(xué)習(xí)成績突出、具有創(chuàng)新潛質(zhì)的學(xué)生，可盡早參與到教師科研項目中，或在教師指導(dǎo)下申請大學(xué)生創(chuàng)新科研基金，給他們提供一個發(fā)揮創(chuàng)造才能的空間。引導(dǎo)學(xué)生早期進(jìn)行科學(xué)實驗和課題研究是提高創(chuàng)新能力的有效途徑。

1.1.5 企業(yè)學(xué)校聯(lián)合培養(yǎng)

進(jìn)入大四階段，學(xué)生有機會進(jìn)入企業(yè)參加實習(xí)，企業(yè)與高校共同培養(yǎng)，使學(xué)生適應(yīng)能力增強，開闊眼界，實踐能力進(jìn)一步提高，有助于學(xué)生就業(yè)。

1.2 優(yōu)化實驗教學(xué)內(nèi)容

1.2.1 課內(nèi)實驗內(nèi)容的優(yōu)化

合理選擇課內(nèi)實驗內(nèi)容，精心設(shè)計實驗題目，開發(fā)設(shè)計型實驗項目，改變原有實驗指導(dǎo)內(nèi)容、實驗任務(wù)形式、實驗方式等。根據(jù)本課程特點、實驗學(xué)時等因素，合理安排軟件實驗與軟硬件實驗的比重。遵循的原則是：涵蓋知識點全、設(shè)計內(nèi)容實用性強、突出關(guān)鍵技術(shù)訓(xùn)練、實施層次化教學(xué)、具有一定專業(yè)特色。實驗?zāi)康氖牵杭訌妼碚摰睦斫夂椭R的靈活運用，開拓思路，規(guī)范操作，具備基本設(shè)計能力，為創(chuàng)新思維奠定基礎(chǔ)。

軟件實驗內(nèi)容涵蓋數(shù)值轉(zhuǎn)換和算術(shù)運算兩大部分，每部分題目設(shè)計抓住典型應(yīng)用，要求學(xué)生掌握多種編程方法，鞏固指令功能，提高編程技巧。軟硬件實驗內(nèi)容涵蓋單片機基本資源的運用，如中斷、定時/計數(shù)器、串行口以及運用接口電路實現(xiàn)功能擴(kuò)展，如A/D，RAM，8255A等。還可以結(jié)合專業(yè)特色實現(xiàn)某些控制功能，如電氣專業(yè)可設(shè)置步進(jìn)電機、直流電機的控制，檢測專業(yè)可設(shè)置溫度、壓力、紅外檢測等。每項實驗內(nèi)容圍繞單片機的某項功能可設(shè)置2～4個實驗題目，采用任選方式或基本題目與提高題目結(jié)合的方式，題目由淺入深、由易到難、由單一任務(wù)到綜合任務(wù)，一方面便于學(xué)生全面掌握技能，另一方面便于實施分層次教學(xué)。例如外部中斷實驗項目設(shè)置了4個實驗題目。前2個為基本內(nèi)容，后2個為提高內(nèi)容。基本內(nèi)容要求學(xué)生掌握中斷響應(yīng)過程，學(xué)會完整地編寫含中斷處理的程序，每個題目分別突出關(guān)鍵技術(shù)點，題目1重點掌握外部中斷響應(yīng)條件及響應(yīng)特點，題目2重點掌握現(xiàn)場保護(hù)。提高內(nèi)容題目3要求學(xué)生掌握中斷嵌套三原則，并靈活運用，題目4是在多任務(wù)情況下不同中斷類型嵌套處理問題等。4個實驗題目設(shè)計完成后，學(xué)生將較全面地掌握了外部中斷，可以設(shè)計較復(fù)雜的中斷控制系統(tǒng)。實驗題目設(shè)置也考慮到充分利用實驗儀器中提供的電路模塊，可以完成模擬霓虹燈變化控制以及交通信號燈應(yīng)急控制，具有一定的實用價值。

1.2.2 開放實驗內(nèi)容設(shè)置

設(shè)置與課內(nèi)實驗相輔相成的開放實驗項目，包括課內(nèi)實驗中綜合性強、難度較大的拓展提高內(nèi)容，以及獨立設(shè)置的實驗項目，主要是課內(nèi)不涉及但在應(yīng)用中使用較廣泛的內(nèi)容，例如LCD顯示、EEPROM讀寫、鍵盤掃描、I2C、SPI等功能擴(kuò)展，可以采用課堂教授的單片機機型，也可以采用工業(yè)領(lǐng)域中普遍應(yīng)用的機型。實驗室開放有利于學(xué)生充分利用實驗室的設(shè)備資源進(jìn)行實踐活動，可以為不同水平和能力的學(xué)生提供自主實驗的環(huán)境，對提高學(xué)生獨立思考、獨立操作能力及提升實驗的興趣，發(fā)揮個人潛能大有裨益。在這種環(huán)境下進(jìn)行實踐活動，能夠激發(fā)學(xué)生的主觀能動性，調(diào)動學(xué)生積極性，潛移默化地提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力，培養(yǎng)創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力[2]。

1.3 實驗手段多樣化

實驗過程中，不僅僅采用傳統(tǒng)的實驗方式，還可以通過多種實驗手段，不受時間、空間限制。例如A/D轉(zhuǎn)換實驗內(nèi)容，要求學(xué)生課下預(yù)習(xí)實驗，設(shè)計實驗電路，利用Proteus仿真軟件實現(xiàn)模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，并通過8255A驅(qū)動發(fā)光二極管將轉(zhuǎn)化的數(shù)字量反映出來。進(jìn)入實驗室后，再利用實驗箱搭建實驗電路，調(diào)試并運行程序?qū)崿F(xiàn)該功能。通過仿真軟件提供的實驗平臺，具有直觀性、精度高、低成本等優(yōu)點，并不受時間、空間、實驗儀器數(shù)量的限制，能完成一些復(fù)雜的實驗項目；易與理論相結(jié)合，強化理論知識和實驗基礎(chǔ)。這種實驗形式適合不同年級進(jìn)行鞏固理論、創(chuàng)新設(shè)計等需要。對于高年級或進(jìn)入開放實驗室的學(xué)生提供必要的資金支持，輔導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、應(yīng)用制圖軟件Protel，掌握畫電路原理圖、PCB布局、布線等技術(shù)。學(xué)生自主設(shè)計電路板，完成給定實驗項目或自主開發(fā)實驗項目。

1.4 健全實驗考核標(biāo)準(zhǔn)

考核方法的改革是推動實驗教學(xué)改革的有力措施，建立有利于學(xué)生發(fā)揮創(chuàng)造性能力的考核體系，對學(xué)生進(jìn)行多方面、多角度、多形式、多層次的綜合評價，更符合創(chuàng)新教育的要求[3]。傳統(tǒng)的實驗考核，主要通過實驗結(jié)果、實驗報告進(jìn)行考核，形式過于單一，大部分實驗報告千篇一律，抄襲嚴(yán)重，難以提高學(xué)生的積極性。因此，對實驗成績的評定不能簡單地看實驗結(jié)果是否準(zhǔn)確，而要以實驗預(yù)習(xí)、實驗過程、分析和處理問題的思路、實驗操作規(guī)范程度和實驗報告書寫內(nèi)容等來綜合評價實驗成績。鼓勵學(xué)生自主設(shè)計，自行實驗，獨立完成實驗方案和實驗報告。對通過查閱資料、獨立思考并解決實驗中問題、有新穎設(shè)計方法的學(xué)生，從實驗成績上給予肯定。

2 結(jié)束語

闡述單片機課程實驗教學(xué)改革，形成了完整的實驗教學(xué)體系，包括系列化的實驗教學(xué)內(nèi)容：課內(nèi)實驗與開放實驗相互補充，打下良好基礎(chǔ)，培養(yǎng)興趣；科技競賽活動和科研項目進(jìn)一步再認(rèn)識與再實踐，實踐能力不斷提高，播種創(chuàng)新意識；與企業(yè)聯(lián)合共同培養(yǎng)，激發(fā)、鍛煉創(chuàng)新潛能；各種現(xiàn)代虛擬實驗教學(xué)手段，以及立體、多層次的科學(xué)評價考核方法，激發(fā)學(xué)生的求知欲望和勇于創(chuàng)新的積極性。通過單片機的實驗教改，探索出了較為系統(tǒng)的大學(xué)生實踐能力與創(chuàng)新能力培養(yǎng)模式，為其他課程實驗教改提供一定的參考價值。

[1] 王蘊華,晏祥慧,王志新,王鴻祥,陳一思.以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實踐能力為目標(biāo)的實驗教學(xué)改革[J].實驗技術(shù)與管理,2008,25(3):20-23.

[2] 陳寧寧.高校工科實驗室的開放與實驗教學(xué)模式的改革[J].實驗技術(shù)與管理,2006,23(4):110-112.

[3] 楊俊年,肖國生,胡廷章.深化實驗教學(xué)改革著重培養(yǎng)創(chuàng)新能力[J].黑龍江教育,2009,11:89-90.

Research on cultivation model of college students' practice and innovation ability by reform in experimental teaching of singlechip course

Li Ping
Beijing information science and technology university, Beijing, 100192, China

2012-02-14

李萍，碩士，高級實驗師。

北京信息科技大學(xué)教改項目資助(編號：2010JG14)。