【摘要】根據(jù)傳統(tǒng)單片機(jī)實(shí)驗(yàn)課程的特點(diǎn)，提出在教學(xué)過程中應(yīng)當(dāng)逐步開放實(shí)驗(yàn)室，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。本文結(jié)合華夏理工學(xué)院機(jī)電工程實(shí)驗(yàn)中心在開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面的實(shí)踐，探討分析了開放單片機(jī)實(shí)驗(yàn)室的重要性，論證了開放性實(shí)驗(yàn)對教學(xué)、科研和人才培養(yǎng)等方面的意義。

【關(guān)鍵詞】單片機(jī) 開放性實(shí)驗(yàn) 創(chuàng)新 實(shí)踐

【中圖分類號】G64 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2017）11-0246-02

0.引言

單片機(jī)作為機(jī)械和電子專業(yè)的核心課程，注重對學(xué)生動手和實(shí)踐能力的培養(yǎng)，要求學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)踐，在掌握基本的程序編寫和硬件電路搭建方法后，能夠自己動手搭建單片機(jī)的最小系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)特定功能。單片機(jī)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)和合理利用有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識，提高學(xué)生的動手實(shí)踐能力，增強(qiáng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力。然而現(xiàn)行的常規(guī)教學(xué)模式通常將理論和實(shí)踐教學(xué)分開，缺乏足夠的動手實(shí)踐環(huán)節(jié)來鞏固理論學(xué)習(xí)并進(jìn)行創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。在開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式中，學(xué)生活學(xué)活用，充分利用自由時(shí)間到實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，有效的彌補(bǔ)傳統(tǒng)教學(xué)模式的缺憾。因此，探索開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式在單片機(jī)教學(xué)中的應(yīng)用勢在必行，是單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的發(fā)展方向。

1.傳統(tǒng)單片機(jī)教學(xué)的弊端

傳統(tǒng)的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)大部分為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，主要用于加強(qiáng)學(xué)生對課堂理論知識的理解，缺乏用于培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題能力的綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。在傳統(tǒng)的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書中，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容單一，項(xiàng)目設(shè)置有較多的局限性。實(shí)驗(yàn)過程中老師詳細(xì)講解實(shí)驗(yàn)設(shè)備的使用和實(shí)驗(yàn)的操作步驟，學(xué)生只需要根據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟連線、編程程序便可以完成實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，學(xué)生難以理解單片機(jī)程序編寫的思路過程和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)，甚至不知道單片機(jī)的實(shí)際應(yīng)用場合。學(xué)生只有在有限的6到8個(gè)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)內(nèi)才有機(jī)會進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，時(shí)間短，任務(wù)重，沒有足夠的時(shí)間去分析和解決問題，不利于學(xué)生創(chuàng)造性思維和動手能力的培養(yǎng)。針對以上問題，可以將開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式應(yīng)用在單片機(jī)的教學(xué)過程中，讓學(xué)生走出課堂，走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，調(diào)動學(xué)生的積極性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

2.開放單片機(jī)實(shí)驗(yàn)室的作用和意義

單片機(jī)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)不僅需要為學(xué)生課內(nèi)實(shí)驗(yàn)提供場所，更需要為創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、畢業(yè)設(shè)計(jì)、綜合實(shí)訓(xùn)和電子設(shè)計(jì)競賽提供一個(gè)開放性的實(shí)驗(yàn)場所。開放單片機(jī)實(shí)驗(yàn)室，提供一些必備的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，電子元器件和編程軟件，因材施教，針對學(xué)生的現(xiàn)有學(xué)習(xí)程度進(jìn)行分層教學(xué)。這種教學(xué)模式的實(shí)施提倡以學(xué)生為主體，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新和探索精神。

通過開放實(shí)驗(yàn)室，學(xué)生可以根據(jù)自身的理解程度預(yù)約實(shí)驗(yàn)，打破原有的滿堂灌、一刀切的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)狀。在實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生針對自己的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行練習(xí)，查缺補(bǔ)漏，有的放矢補(bǔ)充課堂上的學(xué)習(xí)內(nèi)容，避免囫圇吞棗。改變原有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，增加綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，可以將理論課上分離的軟硬件知識綜合應(yīng)用在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中，同時(shí)將多個(gè)知識點(diǎn)串聯(lián)起來，有利于學(xué)生從實(shí)際應(yīng)用的角度去認(rèn)識單片機(jī)，鞏固理論知識的學(xué)習(xí)。對廣大教師和學(xué)生開放實(shí)驗(yàn)室，歡迎學(xué)生走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)，綜合實(shí)訓(xùn)和電子設(shè)計(jì)創(chuàng)新大賽，有利于提高學(xué)生的實(shí)踐操作能力，讓學(xué)生有更大的自由選擇空間，自由選題，選擇自己感興趣的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行多次調(diào)試，增加設(shè)計(jì)的靈活性和學(xué)生的求知欲。

3.開放單片機(jī)實(shí)驗(yàn)室的實(shí)踐

單片機(jī)實(shí)驗(yàn)室的開放由實(shí)驗(yàn)中心提供具體的開放時(shí)間、開放方式和具體的預(yù)約制度，在保證正常的教學(xué)工作前提下進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)室開放的對象主要有三類：1）青年教師：針對青年教師理論知識較豐富缺乏實(shí)踐的特點(diǎn)，他們可以利用開放的實(shí)驗(yàn)室提高自身教學(xué)水平。2）機(jī)械電子類學(xué)生：這類學(xué)生開設(shè)有單片機(jī)課程，但是由于學(xué)時(shí)數(shù)有限，自身的興趣、理解程度、學(xué)習(xí)能力的不同導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)的完成情況不同。學(xué)生可以利用開放的實(shí)驗(yàn)室根據(jù)自身需求調(diào)整學(xué)習(xí)進(jìn)度，學(xué)有余力的同學(xué)可以預(yù)約深層次的綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，為課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)和電子設(shè)計(jì)大賽做準(zhǔn)備。3）非機(jī)電類學(xué)生：其他專業(yè)學(xué)生沒有開設(shè)單片機(jī)這門專業(yè)課程，但自身對單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)感興趣也可以進(jìn)行預(yù)約學(xué)習(xí)。

根據(jù)單片機(jī)實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，開設(shè)三類實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)。

基本的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)主要用于鞏固課堂學(xué)習(xí)，學(xué)生在掌握單片機(jī)的基本理論知識后，熟悉單片機(jī)最小系統(tǒng)的搭建方法進(jìn)行基本的實(shí)驗(yàn)練習(xí)，盡可能的增加動手機(jī)會，掌握單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法。這類項(xiàng)目主要有流水燈實(shí)驗(yàn)、順序控制實(shí)驗(yàn)、IO擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)、8255擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)和數(shù)碼顯示實(shí)驗(yàn)等。這類基本實(shí)驗(yàn)主要為了讓學(xué)生對單片機(jī)的使用有一個(gè)基本的認(rèn)識和了解，熟悉各個(gè)IO口的使用方法，學(xué)會用編程語言進(jìn)行簡單的程序設(shè)計(jì)。學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的直觀顯現(xiàn)進(jìn)行不斷的調(diào)試，實(shí)驗(yàn)過程不用受學(xué)時(shí)和教師講解實(shí)驗(yàn)進(jìn)度的限制，可以最大限度的讓學(xué)生體會到動手的樂趣。

綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)則是在基本實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上匯總多個(gè)知識點(diǎn)進(jìn)行項(xiàng)目的設(shè)定，主要是為了加強(qiáng)學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)能力。這些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目可以應(yīng)用在課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)和綜合實(shí)訓(xùn)中，目前我們開設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目主要有小車運(yùn)動控制實(shí)驗(yàn)、頻率計(jì)的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、交直流電機(jī)減速控制實(shí)驗(yàn)、溫度傳感器采集實(shí)驗(yàn)、動態(tài)顯示屏設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)等。這些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目主要是為了提高學(xué)生的綜合應(yīng)用能力，開闊學(xué)生的眼界，寓學(xué)于用，學(xué)會用單片機(jī)控制外圍驅(qū)動電路實(shí)現(xiàn)特定的功能并應(yīng)用在生產(chǎn)實(shí)踐中，加深對課堂理論知識的理解。

創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)主要針對一些興趣濃厚、學(xué)有余力有志于從事單片機(jī)開發(fā)的同學(xué)。這類實(shí)驗(yàn)主要分兩個(gè)方面，一方面，實(shí)驗(yàn)中心提供5臺物料分揀和機(jī)械手裝置模擬工業(yè)生產(chǎn)流水線的生產(chǎn)過程，其工作原理涉及單片機(jī)、液壓傳動、機(jī)械原理、傳感器、PLC等多個(gè)學(xué)科的知識，學(xué)生可以在原有裝置基礎(chǔ)上進(jìn)行改造做一些創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，有利于學(xué)科融合；另一方面學(xué)生可以根據(jù)個(gè)人興趣開發(fā)單片機(jī)系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)室提供必要的設(shè)備和耗材，有助于學(xué)生參加各種創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽。

4.開放單片機(jī)實(shí)驗(yàn)室的效果

實(shí)驗(yàn)室開放以后，學(xué)生積極報(bào)名預(yù)約實(shí)驗(yàn)，從基本實(shí)驗(yàn)到綜合創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)都收到了很好的效果。傳統(tǒng)教學(xué)方式中學(xué)生普遍反映單片機(jī)課程難以理解，掛科率高，實(shí)踐脫離理論，遇到問題無從下手；在開放性的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式中，學(xué)生通過不斷的查閱資料、調(diào)試系統(tǒng)，實(shí)踐能力得到顯著提高，能夠獨(dú)立的設(shè)計(jì)一個(gè)硬件系統(tǒng)并根據(jù)設(shè)計(jì)需求編寫控制程序。學(xué)生對單片機(jī)的理解不再僅限于課本上的硬件知識和一堆代碼，而是一個(gè)完整的控制系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)生的耐心和學(xué)習(xí)與創(chuàng)新的積極性都得到了很好的鍛煉。

5.結(jié)語

開放性實(shí)驗(yàn)不僅提高了學(xué)校設(shè)備的利用率，更提高了學(xué)校的教學(xué)質(zhì)量，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。探索單片機(jī)課程在開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的應(yīng)用，有助于學(xué)生學(xué)科競賽能力的培養(yǎng)和學(xué)生科研活動的開展，增強(qiáng)了學(xué)生對單片機(jī)課程的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)造性思維，對學(xué)校的教科研和人才培養(yǎng)至關(guān)重要。

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作者簡介：

左艷迪，女，武漢華夏理工學(xué)院機(jī)電工程系實(shí)驗(yàn)中心實(shí)驗(yàn)員。