单片机实验教学改革实践

本科大学生毕业后之后， 在相当长的一段时间里难以适应实际工作。究其原因，主要是理论教学与实践教学严重脱节， 学生不能自觉应用所学理论来指导自己的实践。

单片机技术是电类学生的重点应用课程， 课程的学习效果直接影响着学生从事电子设计开发岗位的工作能力。

在有限的课时之内， 如何尽可能提高教学效果、使学生加深对单片机技术原理的认识并提高学生的动手能力和创新能力，是一个普遍关注的问题。
我们在单片机的教学过程中， 尝试以单片机实际装置的设计制作为主线， 采用将实验与实训相结合的方法对学生进行实验实训， 取得了较好的效果。

2 方案框架

将实验课时全部用于实训， 不再安排单纯的单片机实验。实验课往往停留在学生插线、按指导书输入程序验证，达不到实验教学得目的。我们将实验课时全部用于实训，使得实训时间大为加长，取得较好实效。

于单片机技术课程教学的第6 周后开始安排实训，直至学期末考试复习考试前一周结束，给学生以足够的时间。安排每个学生在实训室训练不少于16 课时。

要求学生每人独立设计并焊装出一个单片机应用小系统作品，该作品必须能够进行演示。按照实际产品开发过程，要求写出使用说明书、测试方法和自测报告，*废除以往那种意义不大的实验报告。

不提供参考设计和程序， 成绩评定主要取决于作品功能及演示效果。

3 关于实验实训命题

根据我们的教学实践， 确有一些学生对本课程缺乏兴趣。本着和谐的大原则，要使这些不感兴趣的学生也基本能够过关。所以，题目必须具有较大的弹性。我们认为命题至少需要兼顾如下几个方面：

A . 难度适中， 对感兴趣又能力较强的学生有足够的发挥余地， 而对于不甚感兴趣的学生也基本能够过关。

B. 避免学生能在网上直接下载到具体的电气原理图和程序，逼学生自行设计而不能照抄。

C. 设计和焊装工作量适宜。

D. 易于考核， 有硬指标以便于合理方便地给出考核成绩。

E. 至少要涉及到中断、定时、七段码显示和LED 等显示、按键等几个课程重点知识。

F．尽可能具有趣味性。

4 阶段检查与指导

*依赖于学生的自觉性是不行的， 必须将"严格要求"落到实处。在学生去实验室之前，我们结合理论教学，对准备工作的各阶段进行检查、提示和指导。准备工作的各阶段检查分别是：电气原理图设计；硬件制作；软件流程图设计；程序设计。在每一阶段，须对每一个学生进行检查指导，检查每个项目后均给出一次平时成绩， 每个阶段间隔为1~2 周。

对于有一定难度的课题， 教师根据具体情况给出适当提示， 以避免部分学生感觉太难而失去信心。

5 作品验收与评分标准

基本分数段：根据学生完成情况，分为a、b、c、d 四个级别， 分别对应60~69、70~79、80~89、90~100 分。学生得分关键在于实现的功能，焊装质量高低至多仅影响5 分。我们认为，本科生未来是工程师而非工人，其未来工作的重心在于设计调试。
作品质量检验： 为了使学生对产品的质量检验过程有所认识， 对其作品首先要在台面上被重击三次，以检验其焊装质量。焊装分共5 分，具体标准是：一面有飞线：-1 分；飞线乱：-2 分；轻轻一拉即断：每条线-1 分。

随机提问：为了尽可能减少相互抄袭，事先即对学生声明，验收作品时将随机提问，尤其要对女同学提问。这是因为女同学常常会有男同学自愿为其效力。

自测报告：要求学生首先自行检测，并写入实验实训报告。

程序烧录： 如果学生作品能够脱离仿真器运行， 表明其基本外围电路如晶振电路、复位电路和/EA 上拉等均已无问题。我们对学生的要求是：低分同学（60~79 分） 如能够烧录程序少扣2~3分；高分同学则要求必须烧录。

验收后，作品交还学生。为了避免其他学生又拿来混成绩， 我们将每个已验收作品的电路板剪去四角。

6 几个实际案例

这里给出几个我们在教学中所采用的几个命题，供大家参考。这些题目至少目前于网上还不能下载到。

所有命题的课时均为16 课时。对于多数同学，这个课时量是不够的。不足部分，要求学生自己设法与实验室管理人员协商解决。我们认为，这对学生来说也是一种锻炼。

案例一具有脉宽显示功能的逻辑笔

a.基本要求：逻辑电平指示：低电平：绿灯亮，高电平： 红灯亮， 电平变化： 黄灯亮； 电平变化锁存：一旦电平有变化（0->1 或1->0）则锁定黄灯，可由按钮或开关设定。脉宽测量的4 位LED 数值显示，单调显示为及格线。

b.扩展：在实现了a 的基础上，脉宽测量精度达到20%。

c.提高：在实现了b 的基础上，脉宽测量精度达到5%。

d.创新：在实现了c 的基础上，实现了具有实用价值的创新功能。如精度高于2%以上、显示数据位数扩展（软硬件均可）、高低电平脉宽可选择测试、捕捉设定脉宽范围的脉冲显示等。

案例二节拍练习器

a.基本要求： 基本的节拍功能：1 个LED灯指示和一个节拍按钮，4 位LED 数值显示练习成绩。

b. 扩展：在实现了a 的基础上，1 列LED 灯指示和一个节拍按钮，能指示节拍的到来。

c. 提高：在实现了b 的基础上，多列LED 灯指示和多个节拍按钮，能指示各节拍的到来。

d. 创新：在实现了c 的基础上，实现了具有实用价值的创新功能。如难度可调，爆炸式显示，声音扩展等。

案例三基于充放电时间测量原理的电容表

a.基本要求：实现单片机控制的电容充放电，可以通过测量充电或放电时间来测量电容值。采用4 位LED 数值显示电容量，单调显示为及格线。

b. 扩展：在实现了a 的基础上，电容测量精度达到20%。

c. 提高：在实现了b 的基础上，电容测量精度达到5%。

d. 创新：在实现了c 的基础上，实现了具有实用价值的创新功能。如连续测量、电容筛选等。

案例四逻辑电平方波发生器

a.基本要求：输出方波周期可调，LED 灯指示输出的高低电平，单调指示输出周期为及格线。

b.扩展：在实现了a 的基础上，周期指示精度达到5%。

c.提高：在实现了b 的基础上，占空比可调，且高低电平脉宽指示精度均达到5%。

d.创新：在实现了c 的基础上，实现了具有实用价值的创新功能。精度提高到2%，增加DAC 输出任意波形等。

7 存在问题与改进设想

A．据事后了解， 仍然存在个别学生请他人代做的情况。虽然验收过程中有随机提问环节，但仍有少数学生押问题混过关。需要强化考核环节，增加随机提问。

B．学生遇到问题很少能做到根据问题现象进行理论分析。究其原因，主要是学生前面所学的课程不扎实，实践太少。需要全面开放各实验室， 使学生随时可以进行实践。

C．学生的考核成绩常常扎堆在zui低分段。还需加强指导并调整考核评分标准。

D．与实际工作尚有距离。

在实际工作中，工程师们极少飞线，大多直接进行原理图设计和PCB 设计然后交专业公司制板调试。虽然在我校的实训室中设有印刷电路板雕刻机，但我们认为这与实际工作情况不符，仅对参加各种大赛有用，对于实操训练意义不大。我们正在尝试将学生的电路板拼装成大块PCB 后委托专业制版公司，以减少开工费。

E．仿真器易损坏，设备维修量大。

因为学生缺乏经验， 所以易将仿真器等设备损坏。须加强实训前的仿真器使用方法指导和实训中的巡视。