單片機實驗教學改革實踐

本科大學生畢業后之后， 在相當長的一段時間里難以適應實際工作。究其原因，主要是理論教學與實踐教學嚴重脫節， 學生不能自覺應用所學理論來指導自己的實踐。

單片機技術是電類學生的重點應用課程， 課程的學習效果直接影響著學生從事電子設計開發崗位的工作能力。

在有限的課時之內， 如何盡可能提高教學效果、使學生加深對單片機技術原理的認識并提高學生的動手能力和創新能力，是一個普遍關注的問題。
我們在單片機的教學過程中， 嘗試以單片機實際裝置的設計制作為主線， 采用將實驗與實訓相結合的方法對學生進行實驗實訓， 取得了較好的效果。

2 方案框架

將實驗課時全部用于實訓， 不再安排單純的單片機實驗。實驗課往往停留在學生插線、按指導書輸入程序驗證，達不到實驗教學得目的。我們將實驗課時全部用于實訓，使得實訓時間大為加長，取得較好實效。

于單片機技術課程教學的第6 周后開始安排實訓，直至學期末考試復習考試前一周結束，給學生以足夠的時間。安排每個學生在實訓室訓練不少于16 課時。

要求學生每人獨立設計并焊裝出一個單片機應用小系統作品，該作品必須能夠進行演示。按照實際產品開發過程，要求寫出使用說明書、測試方法和自測報告，*廢除以往那種意義不大的實驗報告。

不提供參考設計和程序， 成績評定主要取決于作品功能及演示效果。

3 關于實驗實訓命題

根據我們的教學實踐， 確有一些學生對本課程缺乏興趣。本著和諧的大原則，要使這些不感興趣的學生也基本能夠過關。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方面：

A . 難度適中， 對感興趣又能力較強的學生有足夠的發揮余地， 而對于不甚感興趣的學生也基本能夠過關。

B. 避免學生能在網上直接下載到具體的電氣原理圖和程序，逼學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。

E. 至少要涉及到中斷、定時、七段碼顯示和LED 等顯示、按鍵等幾個課程重點知識。

F．盡可能具有趣味性。

4 階段檢查與指導

*依賴于學生的自覺性是不行的， 必須將"嚴格要求"落到實處。在學生去實驗室之前，我們結合理論教學，對準備工作的各階段進行檢查、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，須對每一個學生進行檢查指導，檢查每個項目后均給出一次平時成績， 每個階段間隔為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， 以避免部分學生感覺太難而失去信心。

5 作品驗收與評分標準

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

隨機提問：為了盡可能減少相互抄襲，事先即對學生聲明，驗收作品時將隨機提問，尤其要對女同學提問。這是因為女同學常常會有男同學自愿為其效力。

自測報告：要求學生首先自行檢測，并寫入實驗實訓報告。

程序燒錄： 如果學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 上拉等均已無問題。我們對學生的要求是：低分同學（60~79 分） 如能夠燒錄程序少扣2~3分；高分同學則要求必須燒錄。

驗收后，作品交還學生。為了避免其他學生又拿來混成績， 我們將每個已驗收作品的電路板剪去四角。

6 幾個實際案例

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

所有命題的課時均為16 課時。對于多數同學，這個課時量是不夠的。不足部分，要求學生自己設法與實驗室管理人員協商解決。我們認為，這對學生來說也是一種鍛煉。

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，可由按鈕或開關設定。脈寬測量的4 位LED 數值顯示，單調顯示為及格線。

b.擴展：在實現了a 的基礎上，脈寬測量精度達到20%。

c.提高：在實現了b 的基礎上，脈寬測量精度達到5%。

d.創新：在實現了c 的基礎上，實現了具有實用價值的創新功能。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LED燈指示和一個節拍按鈕，4 位LED 數值顯示練習成績。

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

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

d. 創新：在實現了c 的基礎上，實現了具有實用價值的創新功能。如難度可調，爆炸式顯示，聲音擴展等。

案例三基于充放電時間測量原理的電容表

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

b. 擴展：在實現了a 的基礎上，電容測量精度達到20%。

c. 提高：在實現了b 的基礎上，電容測量精度達到5%。

d. 創新：在實現了c 的基礎上，實現了具有實用價值的創新功能。如連續測量、電容篩選等。

案例四邏輯電平方波發生器

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。

b.擴展：在實現了a 的基礎上，周期指示精度達到5%。

c.提高：在實現了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.創新：在實現了c 的基礎上，實現了具有實用價值的創新功能。精度提高到2%，增加DAC 輸出任意波形等。

7 存在問題與改進設想

A．據事后了解， 仍然存在個別學生請他人代做的情況。雖然驗收過程中有隨機提問環節，但仍有少數學生押問題混過關。需要強化考核環節，增加隨機提問。

B．學生遇到問題很少能做到根據問題現象進行理論分析。究其原因，主要是學生前面所學的課程不扎實，實踐太少。需要全面開放各實驗室， 使學生隨時可以進行實踐。

C．學生的考核成績常常扎堆在zui低分段。還需加強指導并調整考核評分標準。

D．與實際工作尚有距離。

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

E．仿真器易損壞，設備維修量大。

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