單片機實(shí)驗教學(xué)改革實(shí)踐

本科大學(xué)生畢業(yè)后之后， 在相當長(cháng)的一段時(shí)間里難以適應實(shí)際工作。究其原因，主要是理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)嚴重脫節， 學(xué)生不能自覺(jué)應用所學(xué)理論來(lái)指導自己的實(shí)踐。

單片機技術(shù)是電類(lèi)學(xué)生的重點(diǎn)應用課程， 課程的學(xué)習效果直接影響著(zhù)學(xué)生從事電子設計開(kāi)發(fā)崗位的工作能力。

在有限的課時(shí)之內， 如何盡可能提高教學(xué)效果、使學(xué)生加深對單片機技術(shù)原理的認識并提高學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng )新能力，是一個(gè)普遍關(guān)注的問(wèn)題。
我們在單片機的教學(xué)過(guò)程中， 嘗試以單片機實(shí)際裝置的設計制作為主線(xiàn)， 采用將實(shí)驗與實(shí)訓相結合的方法對學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗實(shí)訓， 取得了較好的效果。

2 方案框架

將實(shí)驗課時(shí)全部用于實(shí)訓， 不再安排單純的單片機實(shí)驗。實(shí)驗課往往停留在學(xué)生插線(xiàn)、按指導書(shū)輸入程序驗證，達不到實(shí)驗教學(xué)得目的。我們將實(shí)驗課時(shí)全部用于實(shí)訓，使得實(shí)訓時(shí)間大為加長(cháng)，取得較好實(shí)效。

于單片機技術(shù)課程教學(xué)的第6 周后開(kāi)始安排實(shí)訓，直至學(xué)期末考試復習考試前一周結束，給學(xué)生以足夠的時(shí)間。安排每個(gè)學(xué)生在實(shí)訓室訓練不少于16 課時(shí)。

要求學(xué)生每人獨立設計并焊裝出一個(gè)單片機應用小系統作品，該作品必須能夠進(jìn)行演示。按照實(shí)際產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程，要求寫(xiě)出使用說(shuō)明書(shū)、測試方法和自測報告，*廢除以往那種意義不大的實(shí)驗報告。

不提供參考設計和程序， 成績(jì)評定主要取決于作品功能及演示效果。

3 關(guān)于實(shí)驗實(shí)訓命題

根據我們的教學(xué)實(shí)踐， 確有一些學(xué)生對本課程缺乏興趣。本著(zhù)和諧的大原則，要使這些不感興趣的學(xué)生也基本能夠過(guò)關(guān)。所以，題目必須具有較大的彈性。我們認為命題至少需要兼顧如下幾個(gè)方面：

A . 難度適中， 對感興趣又能力較強的學(xué)生有足夠的發(fā)揮余地， 而對于不甚感興趣的學(xué)生也基本能夠過(guò)關(guān)。

B. 避免學(xué)生能在網(wǎng)上直接下載到具體的電氣原理圖和程序，逼學(xué)生自行設計而不能照抄。

C. 設計和焊裝工作量適宜。

D. 易于考核， 有硬指標以便于合理方便地給出考核成績(jì)。

E. 至少要涉及到中斷、定時(shí)、七段碼顯示和LED 等顯示、按鍵等幾個(gè)課程重點(diǎn)知識。

F．盡可能具有趣味性。

4 階段檢查與指導

*依賴(lài)于學(xué)生的自覺(jué)性是不行的， 必須將"嚴格要求"落到實(shí)處。在學(xué)生去實(shí)驗室之前，我們結合理論教學(xué)，對準備工作的各階段進(jìn)行檢查、提示和指導。準備工作的各階段檢查分別是：電氣原理圖設計；硬件制作；軟件流程圖設計；程序設計。在每一階段，須對每一個(gè)學(xué)生進(jìn)行檢查指導，檢查每個(gè)項目后均給出一次平時(shí)成績(jì)， 每個(gè)階段間隔為1~2 周。

對于有一定難度的課題， 教師根據具體情況給出適當提示， 以避免部分學(xué)生感覺(jué)太難而失去信心。

5 作品驗收與評分標準

基本分數段：根據學(xué)生完成情況，分為a、b、c、d 四個(gè)級別， 分別對應60~69、70~79、80~89、90~100 分。學(xué)生得分關(guān)鍵在于實(shí)現的功能，焊裝質(zhì)量高低至多僅影響5 分。我們認為，本科生未來(lái)是工程師而非工人，其未來(lái)工作的重心在于設計調試。
作品質(zhì)量檢驗： 為了使學(xué)生對產(chǎn)品的質(zhì)量檢驗過(guò)程有所認識， 對其作品首先要在臺面上被重擊三次，以檢驗其焊裝質(zhì)量。焊裝分共5 分，具體標準是：一面有飛線(xiàn)：-1 分；飛線(xiàn)亂：-2 分；輕輕一拉即斷：每條線(xiàn)-1 分。

隨機提問(wèn)：為了盡可能減少相互抄襲，事先即對學(xué)生聲明，驗收作品時(shí)將隨機提問(wèn)，尤其要對女同學(xué)提問(wèn)。這是因為女同學(xué)常常會(huì )有男同學(xué)自愿為其效力。

自測報告：要求學(xué)生首先自行檢測，并寫(xiě)入實(shí)驗實(shí)訓報告。

程序燒錄： 如果學(xué)生作品能夠脫離仿真器運行， 表明其基本外圍電路如晶振電路、復位電路和/EA 上拉等均已無(wú)問(wèn)題。我們對學(xué)生的要求是：低分同學(xué)（60~79 分） 如能夠燒錄程序少扣2~3分；高分同學(xué)則要求必須燒錄。

驗收后，作品交還學(xué)生。為了避免其他學(xué)生又拿來(lái)混成績(jì)， 我們將每個(gè)已驗收作品的電路板剪去四角。

6 幾個(gè)實(shí)際案例

這里給出幾個(gè)我們在教學(xué)中所采用的幾個(gè)命題，供大家參考。這些題目至少目前于網(wǎng)上還不能下載到。

所有命題的課時(shí)均為16 課時(shí)。對于多數同學(xué)，這個(gè)課時(shí)量是不夠的。不足部分，要求學(xué)生自己設法與實(shí)驗室管理人員協(xié)商解決。我們認為，這對學(xué)生來(lái)說(shuō)也是一種鍛煉。

案例一具有脈寬顯示功能的邏輯筆

a.基本要求：邏輯電平指示：低電平：綠燈亮，高電平： 紅燈亮， 電平變化： 黃燈亮； 電平變化鎖存：一旦電平有變化（0->1 或1->0）則鎖定黃燈，可由按鈕或開(kāi)關(guān)設定。脈寬測量的4 位LED 數值顯示，單調顯示為及格線(xiàn)。

b.擴展：在實(shí)現了a 的基礎上，脈寬測量精度達到20%。

c.提高：在實(shí)現了b 的基礎上，脈寬測量精度達到5%。

d.創(chuàng )新：在實(shí)現了c 的基礎上，實(shí)現了具有實(shí)用價(jià)值的創(chuàng )新功能。如精度高于2%以上、顯示數據位數擴展（軟硬件均可）、高低電平脈寬可選擇測試、捕捉設定脈寬范圍的脈沖顯示等。

案例二節拍練習器

a.基本要求： 基本的節拍功能：1 個(gè)LED燈指示和一個(gè)節拍按鈕，4 位LED 數值顯示練習成績(jì)。

b. 擴展：在實(shí)現了a 的基礎上，1 列LED 燈指示和一個(gè)節拍按鈕，能指示節拍的到來(lái)。

c. 提高：在實(shí)現了b 的基礎上，多列LED 燈指示和多個(gè)節拍按鈕，能指示各節拍的到來(lái)。

d. 創(chuàng )新：在實(shí)現了c 的基礎上，實(shí)現了具有實(shí)用價(jià)值的創(chuàng )新功能。如難度可調，爆炸式顯示，聲音擴展等。

案例三基于充放電時(shí)間測量原理的電容表

a.基本要求：實(shí)現單片機控制的電容充放電，可以通過(guò)測量充電或放電時(shí)間來(lái)測量電容值。采用4 位LED 數值顯示電容量，單調顯示為及格線(xiàn)。

b. 擴展：在實(shí)現了a 的基礎上，電容測量精度達到20%。

c. 提高：在實(shí)現了b 的基礎上，電容測量精度達到5%。

d. 創(chuàng )新：在實(shí)現了c 的基礎上，實(shí)現了具有實(shí)用價(jià)值的創(chuàng )新功能。如連續測量、電容篩選等。

案例四邏輯電平方波發(fā)生器

a.基本要求：輸出方波周期可調，LED 燈指示輸出的高低電平，單調指示輸出周期為及格線(xiàn)。

b.擴展：在實(shí)現了a 的基礎上，周期指示精度達到5%。

c.提高：在實(shí)現了b 的基礎上，占空比可調，且高低電平脈寬指示精度均達到5%。

d.創(chuàng )新：在實(shí)現了c 的基礎上，實(shí)現了具有實(shí)用價(jià)值的創(chuàng )新功能。精度提高到2%，增加DAC 輸出任意波形等。

7 存在問(wèn)題與改進(jìn)設想

A．據事后了解， 仍然存在個(gè)別學(xué)生請他人代做的情況。雖然驗收過(guò)程中有隨機提問(wèn)環(huán)節，但仍有少數學(xué)生押?jiǎn)?wèn)題混過(guò)關(guān)。需要強化考核環(huán)節，增加隨機提問(wèn)。

B．學(xué)生遇到問(wèn)題很少能做到根據問(wèn)題現象進(jìn)行理論分析。究其原因，主要是學(xué)生前面所學(xué)的課程不扎實(shí)，實(shí)踐太少。需要全面開(kāi)放各實(shí)驗室， 使學(xué)生隨時(shí)可以進(jìn)行實(shí)踐。

C．學(xué)生的考核成績(jì)常常扎堆在zui低分段。還需加強指導并調整考核評分標準。

D．與實(shí)際工作尚有距離。

在實(shí)際工作中，工程師們極少飛線(xiàn)，大多直接進(jìn)行原理圖設計和PCB 設計然后交專(zhuān)業(yè)公司制板調試。雖然在我校的實(shí)訓室中設有印刷電路板雕刻機，但我們認為這與實(shí)際工作情況不符，僅對參加各種大賽有用，對于實(shí)操訓練意義不大。我們正在嘗試將學(xué)生的電路板拼裝成大塊PCB 后委托專(zhuān)業(yè)制版公司，以減少開(kāi)工費。

E．仿真器易損壞，設備維修量大。

因為學(xué)生缺乏經(jīng)驗， 所以易將仿真器等設備損壞。須加強實(shí)訓前的仿真器使用方法指導和實(shí)訓中的巡視。