主頁 > 技術文章 > 試論高職單片機課（kè）程實驗教（jiāo）學改（gǎi）革初探 2024-10-12

試論高職單片機課（kè）程實驗教學改革（gé）初探

摘要：單片機實驗教學改革的必要性和實驗教學改革（gé）的多個措施，探討了如何通過強化單片機實驗教學，培養學生麵向工程的應（yīng）用（yòng）能力和創新實踐（jiàn）能力。
　　　　單片機技術是現代電子工程領域一門迅速發展（zhǎn）的技術，應用於（yú）各種嵌（qiàn）入式（shì）係統中（zhōng）。單片機技術的發展極大地推動了電（diàn）子工業的發展，無論在教（jiāo）育（yù）界還是在產業界，單片機技（jì）術的推廣仍然是一個熱點。目前，各（gè）個高校都建立了單（dān）片機實驗室，但是很多學校的實驗教學現狀卻不容樂觀。就我院而言，主要存在以（yǐ）下問（wèn）題：（1）實驗場地和時間不足。學（xué）生除了上實驗課外，平時難得有機會（huì）實踐。（2）以驗（yàn）證（zhèng）性（xìng）實（shí）驗為主（zhǔ）。實驗室所配備的實驗（yàn）箱隻（zhī）能滿足驗證性實驗的要求。由於實驗箱是成品，學生很難（nán）參與到（dào）其中（zhōng）的細節設計（jì）中去，學生的實踐能力很難得到鍛煉和提高，學生也很難建立起（qǐ）單片機係統開發的整體概念。並且，這種實驗設備的配置方式局（jú）限（xiàn）了（le）實驗項目數（shù）量（liàng），還存在設備維護工（gōng）作量大的現實問題。（3）由於實驗設備僅（jǐn）適用於某一係列的單片機，若開設新的（de）單片機課程，則需要（yào）重新配置實驗設備，增（zēng）加了學校的投入。
　　為此，筆者進行了長時間的探索，提（tí）出了一些解決辦法。
　　建立開放式的實驗室管理模式（shì）單片機實（shí）驗室應（yīng）實（shí）行開放式（shì）管理，在不影響正常實驗教學任務的前提下，麵向全校學生（shēng），在（zài）課餘時間向學生提供（gòng）實驗所需要的場所、儀器設備等。開放範圍除了實驗開放項目、課程設計外，也包括學生興趣愛好、第二課堂活動、創新活動等。開放性實驗管理（lǐ）模式是在（zài）注重知識、能力和素質協調發展的同時，貫徹因材施教、注重個性培養的教學原則，目的是激發學生的學習興趣和熱情。在實施過程中，要注意實驗內容不應與教學計劃及教學大綱（gāng）所規定的實驗教學內容相重複，應屬於課程教學內容的拓展性實驗；還要注意綜合性（xìng）和針對性，強化基礎，拓寬知識覆蓋麵，注重培（péi）養知識的綜合運用能力。此外，還要根據科（kē）技的發展及其實際（jì）應用，結合實際（jì）工作，加（jiā）強對學生科學研究思維和建立工程概（gài）念的訓練，培養學生的（de）創新能力和動手（shǒu）能力。開放性實驗的組織（zhī）中要突出學生的自主性，要全方位體現以學生為主（zhǔ）體的自主式學習方式。在實驗方案設計、操作、實驗結果的分析處理等方麵（miàn）最（zuì）大限度地發揮學生的主體作用，教師布置任務、講解及（jí）指導等要點到為止，留有餘地，給學生獨立思考、獨立操作、獨立分析、獨立解（jiě）決問題的空間，充分調動學生的積極性和主動性。
利用Proteus與Keil整合構（gòu）建單片機虛（xū）擬實（shí）驗室Proteus是Labcenter公司推出的一（yī）款基於標準仿真引擎SPICE3F5的電路分析（xī）、實（shí）驗仿真係統。該軟件有交互式動（dòng）畫仿真、基於（yú）圖形的仿真和基於微控製（zhì）器的仿真等三種模式，其最大的特點就在（zài）於它（tā）能夠仿真（zhēn）單片機及其外圍芯片。Proteus軟件支持MCS-51及（jí）其派生係（xì）列、Motorola68HC11係列（liè），以及AVR係列和PIC12、PIC16、PIC18係列（liè）的單片機。Proteus軟件支持的外圍器件有74LS373、8255、矩陣（zhèn）式鍵盤、LCD及多種A/D、D/A轉換器等。另外，用戶還可以建立新的（de）元器件模（mó）型。對於MCS-51係列單片機而言，Proteus還能夠與Keilc51集成（chéng）環境實現聯機同步調試（shì）。而Keil是德國開發的一個51單片機開發軟件平台，是目前應用最廣泛的（de）、最（zuì）重要的單片機開發平台。它的界麵簡單，操作容（róng）易。Keil的uVision2可以進行純粹的軟件仿真，也可以利用硬件仿真器，搭（dā）接上單片機（jī）硬件電路，在（zài）仿真器中載入項目程序後進行實時仿真。此外，還可以使用（yòng）Keil Monitor-51在不需要額外硬件仿真器的條件下，搭接單片機硬件係統（tǒng）對項目程（chéng）序進行實時仿真。uVision調試器的調（diào）試功（gōng）能也很豐富，具有常規（guī）源極調試、符號特性（xìng）調試、曆史跟蹤，代碼覆蓋，複雜（zá）斷點等功能。構建虛擬實（shí）驗室主要是利用Proteus進行硬件電路的設計，用Keil進行軟件設計（jì）。硬（yìng）件電（diàn）路的設（shè）計主要有兩（liǎng）個方麵：係統擴展（包（bāo）括ROM、RAM、I/O口、定時器等功能單元的擴展）和係統的配置（zhì）（即根據係統（tǒng）的要求進行（háng）外圍設備的配置，如鍵盤、顯示器、A/D轉換器、D/A轉換器、打印機等的接口電路的設計），通過該軟件的使用，可以使學生掌握硬件電路的設計（jì）方法（fǎ）。軟件設計主要是應用程序的編製、調試，使學生（shēng）掌握（wò）軟件開發的步（bù）驟、方法和技巧。而軟（ruǎn）硬件（jiàn）的設計完成之後，還需要進行（háng）係統的總調，將這兩大執行環境組合起來構成聯合的仿真係統，其中，KEIL作為軟（ruǎn）件的調試界麵，而Proteus作為硬件的仿真和調試界（jiè）麵。這樣，就可以像仿真器一樣調試程序了。
開設大型綜合設計實驗，培養學生的創新能力大型綜合（hé）的設計實驗需要在學生完成基礎實驗之後視學生（shēng）掌握程度而開設（shè），這個環節在整個單片機教學中非常重（chóng）要，隻（zhī）有經過完整的項目訓練，學生才會建立起（qǐ）完整的係統的概念。學生需要根據設計任務書上的要求（包括（kuò）軟硬（yìng）件的資源配置、實驗要求達到的（de）效果）進（jìn）行設計實驗（yàn）。這樣（yàng）的訓練可以將科技方法的訓練（liàn）、機電綜（zōng）合設計、創新設計及畢業（yè）設計等實踐內容融合到（dào）大型綜合設計實驗項目中，使原來分散的小規模設計和訓練集成為一個大型的係統設計項目，從（cóng）而培養學生的創（chuàng）新能力。此外，在單（dān）片機實驗開發的基礎上，在（zài）學生參與下開發一些應（yīng）用板，組成機電一體化的實（shí）驗平台，如我院已經開發（fā）出的（de）步進電機的單片（piàn）機控製實驗平台。這（zhè）些（xiē）訓練可以（yǐ）使學生更加熟悉單片機的組成、工作原理、程序開發、係統的擴展。更重要的是，學生可以（yǐ）積累自己實踐的經（jīng）驗，增強工程意（yì）識，為將（jiāng）來（lái）順利進入實際的工程環境打下堅實的基（jī）礎。
　　建立單片機網絡互動實驗係統，作為傳統實驗教（jiāo）學的（de）補充傳統的實驗教學是近距離的，由於實驗（yàn）設備緊缺，設備普遍比較昂貴，加之時間和空間上的限製，已成（chéng）為製約教學質量的一個重要（yào）因素。為滿足培養具有高素質創新人才的要求，實驗教學要不斷（duàn）地（dì）進行改革，實（shí）驗要（yào）向綜合型、設計型轉變，但這種新型（xíng）教學模式的實現必須有高（gāo）技術化的手段和條件支持，因而網絡虛擬實驗教學成為現代教育技術（shù）應用的大趨勢。單片（piàn）機網絡互（hù）動實驗室係統是針對單片機實（shí）驗而開發的內（nèi）容全麵、結構完整的單（dān）片機網絡實驗室係統。單片機網絡互動實驗室的構建基於Internet遠程智能化虛擬係統，充分發揮了網絡教學的特有優勢，使學生的學習與（yǔ）交流不受時間、地點和實驗儀器設備的限製，甚至可以（yǐ）聯（lián）機協作完成實驗。實驗內容以圖形、文字、動畫等方式呈現在客戶端的瀏覽器上，具有較強的交互性和真實（shí）性。同時，也提高了實驗教學的伸縮性和適應性，有助於（yú）提高分散教學資源的利用率，形成科學的實驗管理體係。單片機網絡互動（dòng）實驗室可作為傳統理（lǐ）論與實驗教學的補充模式。我院在設計中采（cǎi）用服務器和客戶端模式，可以實現客戶端與服務器（qì）的交（jiāo）互通訊（xùn）。我（wǒ）院自主開發了網絡係統，學生隻（zhī）需到我院的網（wǎng）站注冊一個用戶名並（bìng）下載客戶端，便可以在自己的計算機上進行單片機實驗。
以電子技（jì）術競賽為契機，深化單片機（jī）實驗教學改革課（kè）程與教學改革一直是高職院校所關注（zhù）的熱門話（huà）題，實驗教學改革的效果直接影響著應用型人才培養的（de）質量。目前，以單片機控製技術為核心的電子信息技術的飛速發展和應用領域之廣是其他技術無法比擬的。但是學（xué）校教學（xué）內容（róng）卻滯後於科技的高速發展。在高職院（yuàn）校開（kāi）展電子（zǐ）技術競賽正是（shì）解決這一問（wèn）題的有效途徑。競賽有力地促進了專業課程內容的整合和實驗教學內（nèi）容的更新。一方麵，所有參加競（jìng）賽的學生都要經過嚴格的（de）賽前培訓和賽中訓練，學（xué）生普遍（biàn）反映受益匪淺。實（shí）踐證明，這樣的學生在就業時也普遍受到企業青睞。此外，為了（le）能夠使沒有參賽的學生也得到同樣的訓練，我院還開設了電子專業課程的設計訓練課程，作為傳統單片機實驗教學的補充（chōng）。課程完全按照電子競賽的要求進行。這樣的訓練有效（xiào）地提高了學生的工程設計（jì）能力（lì）和綜合素質。另一方麵，以競賽（sài）為契機，改革單片機實驗課程內（nèi）容和實驗方（fāng）法。由於競賽（sài）中（zhōng）涉及的單片機內（nèi）容能夠跟隨科（kē）技發（fā）展的步伐，競賽的題目（mù）具（jù）有實際意（yì）義（yì），所以對目前的單片機理論教學改革和實驗教學改革起了一定的引導作用。

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