试论高职单片机课程实验教学改革初探
论文关键词：高职 单片机 实验教学 虚拟 竞赛
论文摘要：介绍了单片机实验教学改革的必要性和实验教学改革的多个措施，探讨了如何通过强化单片机实验教学，培养学生面向工程的应用能力和创新实践能力。
单片机技术是现代电子工程领域一门迅速发展的技术，应用于各种嵌入式系统中。单片机技术的发展极大地推动了电子工业的发展，无论在教育界还是在产业界，单片机技术的推广仍然是一个热点。目前，各个高校都建立了单片机实验室，但是很多学校的实验教学现状却不容乐观。就我院而言，主要存在以下问题：（1）实验场地和时间不足。学海网(www.xuehai.net)学生除了上实验课外，平时难得有机会实践。（2）以验证性实验为主。实验室所配备的实验箱只能满足验证性实验的要求。由于实验箱是成品，学生很难参与到其中的细节设计中去，学生的实践能力很难得到锻炼和提高，学生也很难建立起单片机系统开发的整体概念。并且，这种实验设备的配置方式局限了实验项目数量，还存在设备维护工作量大的现实问题。（3）由于实验设备仅适用于某一系列的单片机，若开设新的单片机课程，则需要重新配置实验设备，增加了学校的投入。
为此，笔者进行了长时间的探索，提出了一些解决办法。
建立开放式的实验室管理模式单片机实验室应实行开放式管理，在不影响正常实验教学任务的前提下，面向全校学生，在课余时间向学生提供实验所需要的场所、仪器设备等。开放范围除了实验开放项目、课程设计外，也包括学生兴趣爱好、第二课堂活动、创新活动等。开放性实验管理模式是在注重知识、能力和素质协调发展的同时，贯彻因材施教、注重个性培养的教学原则，目的是激发学生的学习兴趣和热情。在实施过程中，要注意实验内容不应与教学计划及教学大纲所规定的实验教学内容相重复，应属于课程教学内容的拓展性实验；还要注意综合性和针对性，强化基础，拓宽知识覆盖面，注重培养知识的综合运用能力。此外，还要根据科技的发展及其实际应用，结合实际工作，加强对学生科学研究思维和建立工程概念的训练，培养学生的创新能力和动手能力。开放性实验的组织中要突出学生的自主性，要全方位体现以学生为主体的自主式学习方式。在实验方案设计、操作、实验结果的分析处理等方面最大限度地发挥学生的主体作用，教师布置任务、讲解及指导等要点到为止，留有余地，给学生独立思考、独立操作、独立分析、独立解决问题的空间，充分调动学生的积极性和主动性。
利用Proteus与Keil整合构建单片机虚拟实验室Proteus是Labcenter公司推出的一款基于标准仿真引擎SPICE3F5的电路分析、实验仿真系统。该软件有交互式动画仿真、基于图形的仿真和基于微控制器的仿真等三种模式，其最大的特点就在于它能够仿真单片机及其外围芯片。Proteus软件支持MCS-51及其派生系列、Motorola68HC11系列，以及AVR系列和PIC12、PIC16、PIC18系列的单片机。Proteus软件支持的外围器件有74LS373、8255、矩阵式键盘、LCD及多种A/D、D/A转换器等。另外，用户还可以建立新的元器件模型。对于MCS-51系列单片机而言，Proteus还能够与Keilc51集成环境实现联机同步调试。而Keil是德国开发的一个51单片机开发软件平台，是目前应用最广泛的、最重要的单片机开发平台。它的界面简单，操作容易。Keil的uVision2可以进行纯粹的软件仿真，也可以利用硬件仿真器，搭接上单片机硬件电路，在仿真器中载入项目程序后进行实时仿真。此外，还可以使用Keil Monitor-51在不需要额外硬件仿真器的条件下，搭接单片机硬件系统对项目程序进行实时仿真。uVision调试器的调试功能也很丰富，具有常规源极调试、符号特性调试、历史跟踪，代码覆盖，复杂断点等功能。构建虚拟实验室主要是利用Proteus进行硬件电路的设计，用Keil进行软件设计。硬件电路的设计主要有两个方面：系统扩展（包括ROM、RAM、I/O口、定时器等功能单元的扩展）和系统的配置（即根据系统的要求进行外围设备的配置，如键盘、显示器、A/D转换器、D/A转换器、打印机等的接口电路的设计），通过该软件的使用，可以使学生掌握硬件电路的设计方法。软件设计主要是应用程序的编制、调试，使学生掌握软件开发的步骤、方法和技巧。而软硬件的设计完成之后，还需要进行系统的总调，将这两大执行环境组合起来构成联合的仿真系统，其中，KEIL作为软件的调试界面，而Proteus作为硬件的仿真和调试界面。这样，就可以像仿真器一样调试程序了。 学海网(www.xuehai.net)
开设大型综合设计实验，培养学生的创新能力大型综合的设计实验需要在学生完成基础实验之后视学生掌握程度而开设，这个环节在整个单片机教学中非常重要，只有经过完整的项目训练，学生才会建立起完整的系统的概念。学生需要根据设计任务书上的要求（包括软硬件的资源配置、实验要求达到的效果）进行设计实验。这样的训练可以将科技方法的训练、机电综合设计、创新设计及毕业设计等实践内容融合到大型综合设计实验项目中，使原来分散的小规模设计和训练集成为一个大型的系统设计项目，从而培养学生的创新能力。此外，在单片机实验开发的基础上，在学生参与下开发一些应用板，组成机电一体化的实验平台，如我院已经开发出的步进电机的单片机控制实验平台。这些训练可以使学生更加熟悉单片机的组成、工作原理、程序开发、系统的扩展。更重要的是，学生可以积累自己实践的经验，增强工程意识，为将来顺利进入实际的工程环境打下坚实的基础。
建立单片机网络互动实验系统，作为传统实验教学的补充传统的实验教学是近距离的，由于实验设备紧缺，设备普遍比较昂贵，加之时间和空间上的限制，已成为制约教学质量的一个重要因素。为满足培养具有高素质创新人才的要求，实验教学要不断地进行改革，实验要向综合型、设计型转变，但这种新型教学模式的实现必须有高技术化的手段和条件支持，因而网络虚拟实验教学成为现代教育技术应用的大趋势。单片机网络互动实验室系统是针对单片机实验而开发的内容全面、结构完整的单片机网络实验室系统。单片机网络互动实验室的构建基于Internet远程智能化虚拟系统，充分发挥了网络教学的特有优势，使学生的学习与交流不受时间、地点和实验仪器设备的限制，甚至可以联机协作完成实验。实验内容以图形、文字、动画等方式呈现在客户端的浏览器上，具有较强的交互性和真实性。同时，也提高了实验教学的伸缩性和适应性，有助于提高分散教学资源的利用率，形成科学的实验管理体系。单片机网络互动实验室可作为传统理论与实验教学的补充模式。我院在设计中采用服务器和客户端模式，可以实现客户端与服务器的交互通讯。我院自主开发了网络系统，学生只需到我院的网站注册一个用户名并下载客户端，便可以在自己的计算机上进行单片机实验。
以电子技术竞赛为契机，深化单片机实验教学改革课程与教学改革一直是高职院校所关注的热门话题，实验教学改革的效果直接影响着应用型人才培养的质量。目前，以单片机控制技术为核心的电子信息技术的飞速发展和应用领域之广是其他技术无法比拟的。但是学校教学内容却滞后于科技的高速发展。在高职院校开展电子技术竞赛正是解决这一问题的有效途径。竞赛有力地促进了专业课程内容的整合和实验教学内容的更新。一方面，所有参加竞赛的学生都要经过严格的赛前培训和赛中训练，学生普遍反映受益匪浅。实践证明，这样的学生在就业时也普遍受到企业青睐。此外，为了能够使没有参赛的学生也得到同样的训练，我院还开设了电子专业课程的设计训练课程，作为传统单片机实验教学的补充。课程完全按照电子竞赛的要求进行。这样的训练有效地提高了学生的工程设计能力和综合素质。另一方面，以竞赛为契机，改革单片机实验课程内容和实验方法。由于竞赛中涉及的单片机内容能够跟随科技发展的步伐，竞赛的题目具有实际意义，所以对目前的单片机理论教学改革和实验教学改革起了一定的引导作用。
参考文献：
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[2]曹建树，等.单片机创新实践教学改革与实验室建设[J].实验室研究与探索，2005，（9）.
[3]朱红，等.引入电子设计竞赛，深化实践教学课程改革，促进实验室建设[J].中国现代教育装备，2006，（2）.学海网(www.xuehai.net)
