单片机课程在开放性实验教学模式中的探索

【摘要】根据传统单片机实验课程的特点，提出在教学过程中应当逐步开放实验室，培养学生的创新精神，提高学生的创新能力。本文结合华夏理工学院机电工程实验中心在开放性实验教学方面的实践，探讨分析了开放单片机实验室的重要性，论证了开放性实验对教学、科研和人才培养等方面的意义。

【关键词】单片机 开放性实验 创新 实践

【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2017）11-0246-02

0.引言

单片机作为机械和电子专业的核心课程，注重对学生动手和实践能力的培养，要求学生理论联系实践，在掌握基本的程序编写和硬件电路搭建方法后，能够自己动手搭建单片机的最小系统实现特定功能。单片机实验室的建设和合理利用有利于培养学生的创新意识，提高学生的动手实践能力，增强学生分析问题和解决问题的能力。然而现行的常规教学模式通常将理论和实践教学分开，缺乏足够的动手实践环节来巩固理论学习并进行创新能力的培养。在开放性实验教学模式中，学生活学活用，充分利用自由时间到实验室中进行创新设计，有效的弥补传统教学模式的缺憾。因此，探索开放性实验教学模式在单片机教学中的应用势在必行，是单片机实验教学的发展方向。

1.传统单片机教学的弊端

传统的单片机实验大部分为验证性实验，主要用于加强学生对课堂理论知识的理解，缺乏用于培养学生分析问题和解决问题能力的综合设计性实验。在传统的单片机实验指导书中，实验内容单一，项目设置有较多的局限性。实验过程中老师详细讲解实验设备的使用和实验的操作步骤，学生只需要根据实验步骤连线、编程程序便可以完成实验。实验结束后，学生难以理解单片机程序编写的思路过程和系统设计的难点，甚至不知道单片机的实际应用场合。学生只有在有限的6到8个实验学时内才有机会进入实验室，时间短，任务重，没有足够的时间去分析和解决问题，不利于学生创造性思维和动手能力的培养。针对以上问题，可以将开放性实验教学模式应用在单片机的教学过程中，让学生走出课堂，走进实验室，调动学生的积极性，培养学生的创新能力。

2.开放单片机实验室的作用和意义

单片机实验室的建设不仅需要为学生课内实验提供场所，更需要为创新设计实验、毕业设计、综合实训和电子设计竞赛提供一个开放性的实验场所。开放单片机实验室，提供一些必备的实验设备，电子元器件和编程软件，因材施教，针对学生的现有学习程度进行分层教学。这种教学模式的实施提倡以学生为主体，提高学生的学习兴趣，培养学生的创新和探索精神。

通过开放实验室，学生可以根据自身的理解程度预约实验，打破原有的满堂灌、一刀切的实验现状。在实验过程中，学生针对自己的学习情况进行练习，查缺补漏，有的放矢补充课堂上的学习内容，避免囫囵吞枣。改变原有的实验教学模式，增加综合设计性实验，可以将理论课上分离的软硬件知识综合应用在实验项目中，同时将多个知识点串联起来，有利于学生从实际应用的角度去认识单片机，巩固理论知识的学习。对广大教师和学生开放实验室，欢迎学生走进实验室进行毕业设计，综合实训和电子设计创新大赛，有利于提高学生的实践操作能力，让学生有更大的自由选择空间，自由选题，选择自己感兴趣的设计方案进行多次调试，增加设计的灵活性和学生的求知欲。

3.开放单片机实验室的实践

单片机实验室的开放由实验中心提供具体的开放时间、开放方式和具体的预约制度，在保证正常的教学工作前提下进行。实验室开放的对象主要有三类：1）青年教师：针对青年教师理论知识较丰富缺乏实践的特点，他们可以利用开放的实验室提高自身教学水平。2）机械电子类学生：这类学生开设有单片机课程，但是由于学时数有限，自身的兴趣、理解程度、学习能力的不同导致实验的完成情况不同。学生可以利用开放的实验室根据自身需求调整学习进度，学有余力的同学可以预约深层次的综合设计性实验，为课程设计、毕业设计和电子设计大赛做准备。3）非机电类学生：其他专业学生没有开设单片机这门专业课程，但自身对单片机系统设计感兴趣也可以进行预约学习。

根据单片机实验的特点，结合实验室现有的实验设备，开设三类实验项目：验证性实验、综合设计性实验、创新实验。

基本的验证性实验主要用于巩固课堂学习，学生在掌握单片机的基本理论知识后，熟悉单片机最小系统的搭建方法进行基本的實验练习，尽可能的增加动手机会，掌握单片机系统设计的方法。这类项目主要有流水灯实验、顺序控制实验、IO扩展实验、8255扩展实验和数码显示实验等。这类基本实验主要为了让学生对单片机的使用有一个基本的认识和了解，熟悉各个IO口的使用方法，学会用编程语言进行简单的程序设计。学生通过实验现象的直观显现进行不断的调试，实验过程不用受学时和教师讲解实验进度的限制，可以最大限度的让学生体会到动手的乐趣。

综合设计性实验则是在基本实验的基础上汇总多个知识点进行项目的设定，主要是为了加强学生的综合设计能力。这些实验项目可以应用在课程设计、毕业设计和综合实训中，目前我们开设的实验项目主要有小车运动控制实验、频率计的设计实验、交直流电机减速控制实验、温度传感器采集实验、动态显示屏设计实验等。这些实验项目主要是为了提高学生的综合应用能力，开阔学生的眼界，寓学于用，学会用单片机控制外围驱动电路实现特定的功能并应用在生产实践中，加深对课堂理论知识的理解。

创新实验主要针对一些兴趣浓厚、学有余力有志于从事单片机开发的同学。这类实验主要分两个方面，一方面，实验中心提供5台物料分拣和机械手装置模拟工业生产流水线的生产过程，其工作原理涉及单片机、液压传动、机械原理、传感器、PLC等多个学科的知识，学生可以在原有装置基础上进行改造做一些创新设计实验，有利于学科融合；另一方面学生可以根据个人兴趣开发单片机系统，实验室提供必要的设备和耗材，有助于学生参加各种创新设计大赛。

4.开放单片机实验室的效果

实验室开放以后，学生积极报名预约实验，从基本实验到综合创新实验都收到了很好的效果。传统教学方式中学生普遍反映单片机课程难以理解，挂科率高，实践脱离理论，遇到问题无从下手；在开放性的实验教学模式中，学生通过不断的查阅资料、调试系统，实践能力得到显著提高，能够独立的设计一个硬件系统并根据设计需求编写控制程序。学生对单片机的理解不再仅限于课本上的硬件知识和一堆代码，而是一个完整的控制系统。实验过程中学生的耐心和学习与创新的积极性都得到了很好的锻炼。

5.结语

开放性实验不仅提高了学校设备的利用率，更提高了学校的教学质量，激发了学生的学习兴趣。探索单片机课程在开放性实验教学模式的应用，有助于学生学科竞赛能力的培养和学生科研活动的开展，增强了学生对单片机课程的学习兴趣，激发了学生的创造性思维，对学校的教科研和人才培养至关重要。

参考文献：

[1]单片机实验室递进式开放模式研究[J].李娜. 科技信息. 2012（18）

[2]单片机开放性实验在教学中的应用实践[J]. 张叶. 高等建筑教育. 2011（2）

[3]单片机实验教学探讨[J].赵新岳.长春教育学院学报. 2011（01）

[4]单片机实验教学改革与实践[J]. 刘伟. 中国现代教育装备. 2011（19）

作者简介：

左艳迪，女，武汉华夏理工学院机电工程系实验中心实验员。