单片机原理“开放式”模块化实验教学模式的构建
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作者: 杨亚宁 马彪 吴宝春
摘要：本文针对单片机原理实验课教学中存在的问题，在实践教学发展的新形势下，本着以人为本、因材施教的教学理念，构建了由课题组负责、多平台操作、网络平台互动和多元评价机制组成的单片机原理“开放式”模块化实验教学模式，该模式优化了教学资源、丰富了实验内容、完善了评价机制、顺应了实验教学改革发展的方向，具有很好的推广和借鉴价值。
关键词：单片机原理实验；开放式；模块化；实验教学模式
中图分类号：TN710 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）04-0135-02
理工科高等院校大学生的素质教育应以培养学生创新精神和实践能力为重点进行开展。而实验教学所具有的生动性、真实性和互动性等特点，使其在培养学生创新精神和实践能力等方面表现尤为突出。近年来，为了适应高等院校理工科高素质人才的培养，以及未来社会对复合型人才的需求，很多文献提出开展实验室开放和设置验证性、设计性、综合性、创新性以及研究性等实验项目类型多样化的实验教学新思路，并从实验室开放运行管理和实验项目的设计和验收等方面作了详细的探讨，取得了很多的实际成效，这充分肯定了实验室开放和实验项目类型多样化等实验改进措施在培养人才创新精神和实践能力等方面的重要性，但同时在日常实验教学中也发现其面临着一些其他问题，据实际调查，15.6%的学生对实验室开放后实验内容连贯性、实验课时保障和实验结果验收等问题存在一定的不满情绪。本文以单片机原理实验课为基础，本着以人为本、因材施教的教学理念，以验证基础、鼓励探索为指导思想，以实验内容连贯、实验过程独立和考核形势多样为原则，构建一整套单片机原理“开放式”模块化实验教学模式，经实际测试，该模式在单片机原理实验教学中实验教学效果良好，并探索着将其经验向其他类似实验课程进行推广。
一、“开放式”模块化实验教学新模式
单片机原理实验课是电子类学科中实践性较强的一门课程，不但是学生了解硬件电路设计和底层汇编程序的基础，而且也是学生从《模拟电路》、《数字电路》和《电路原理》等基础课向专业课过渡的重要桥梁。针对大多数高等院校在该课程实验教学过程中师生经常反映的问题，本文构建了“开放式”模块化单片机原理实验教学模式。该教学模式针对以往单片机原理实验教学存在的问题，以提升实验效果为核心，以整合资源、注重实效、鼓励创新为原则，打破传统的理论加实践运行模式，引入课题组负责、多平台操作、网络互动和多元评价机制等概念，将束缚单片机实验教学的课时少、内容多和评价机制单一等问题进行有效解决。
二、新模式的构建思路与实践
1.课题组负责的管理模式打破开放式实验时间局限。开放式实验模式的建立，要求实验指导教师投入更多的时间和精力去解决实验开放过程中出现的问题。传统的单一实验教师负责制在此种情况下，略显不足。而实验教学课题组的建立，正好弥补因此而产生的缺口。课题组实行组长负责制，成员由2～4名实践经验丰富的指导教师组成，课题组统一制定实验大纲、设计实验内容、编写实验指导书和设定评价机制。为保证开放式实验的顺利进行，课题组在单片机原理实验课开始之前统一对全部学生进行实验室管理规则、实验网络预约系统使用、实验装置使用细则和实验评价机制等问题进行说明。课题组根据学生实验预约情况和指导教师工作安排合理规划教师值班表，确保学生在实验室期间指导教师能够指导其实验和验收实验。此举为学生利用实验室资源、亲自动手验证实验、设计实验提供了时间、空间和技术上的保证，大大提升了实验教学的效果。
2.依据多种实验平台量身打造模块化实验内容。单片机技术发展日新月异，建立在“51”平台的传统单片机实验装置越来越多的受到了由AVR、PIC和STM32等微控制器构建的实验开发学习板的冲击，据统计有多达数十种的单片机实验开发学习板在“淘宝”网站上出售，价格在100～200元，资料齐全且功能丰富，一些动手能力强的学生在这些实验板上自学单片机技术，成效显著。课题组不要求学生完全拘泥于实验室的实验装置，而是鼓励学生放开手脚，在不同的单片机实验平台完成实验任务，并根据单片机原理实验教学大纲，以内容连贯、层次分明为原则，将18个实验题目分为基础层、应用层、提高层和创新层这4个模块化环节。各个层次实验的设置内容相互衔接，难度依次递增，学生可以在任意平台上完成实验任务，形成了时间离散、形式多样而内容丰富的“大实验室”局面。
3.借助网络平台的实时互动。实验教学的开展不能被传统的“一对一”或“一对多”等模式所束缚，应顺应实验教育发展的新趋势而积极求变。随着校园无线局域网的普及和学生手机用户的增多，QQ群、微博和讨论组等一大批移动互联新技术将为实验效果的提升带来质的飞跃，师生之间授课或讨论的地点不再局限于实验室，时间也不再局限在宝贵的45分钟内。课题组按年级和兴趣分类而组建的QQ群和微博账号负责及时发布实验信息和进行实验讨论，大范围、长时间的讨论使实验教学在网络中实现良性互动。据统计，我校2009级和2010级电子专业学生加入单片机实验QQ群的人数达95%，月人均技术类提问数达5.6个，69.5%的技术类问题都是由学生自己解决；课题组设立的微博账户平均每天发布实用性、前沿性技术信息20条，学生覆盖面达75%。这些新技术、新手段在实验教学过程中的应用，为学生在课堂和实验室之外开创了自由沟通和交流的新平台。
4.多元化评价机制培育创新之花。学生实验课程的评价机制对学生开展实验的认真性和积极性有着重要影响。对于单片机原理这种强调过程、强调理解、重在应用的实验课程，不能通过简单的实验现象或是实验报告来认定实验的成绩。课题组在设定的4个实验层次的基础上，遵循导向性、独立性、发展性和可操作性等原则，以“诊断、改善、激励”为目的确立了自我评价、同伴评价和教师评价三个评价主体，综合考察学生的实验准备能力、实验操作能力、实验设计能力和实验报告撰写能力，并加大分析实验和设计实验能力的考核权重。课题组在实验课程后期安排固定的实验讨论活动，师生在共同探讨实验过程中发现的问题或提出新的实验设计方案，在师生平等而和谐的学习互动环境中让学生成为真正的实验主体。2009级学生康德会和申仁玉总结单片机实验装置存在的资源占用率高、软件平台封闭等问题，自己设计并制作了STC和AVR多功能单片机开发学习板，因便于操作，资源开放等优点现已应用在我院电子工艺实习、单片机原理实验和课程设计等环节，深受各级同学的喜爱。
在单片机原理实验课引入“开放式”模块化实验教学模式后，课题组统计了近2年学生在该实验课程的表现，每年学生自主设计实验20余项，其中创新性实验占40%，55%的学生利用实验室开放时间完成了预习和练习工作，29%的学生在自有实验开发板上完成实验内容，实验成绩优秀率达42%，实验教学效果有了较大的飞跃。新的教学模式在“以人为本、因材施教”的原则下优化了教学资源、丰富了实验内容、完善了评价机制、顺应了实验教学改革发展的方向，具有很好的推广和借鉴价值。
参考文献：
[1]李晓莉，侯玲玲，郝雪.高等学校开发式实验教学模式的问题分析及对策[J].沈阳建筑大学学报，2011，13（3）：282-283.
[2]李珍香，王红.立体化创新性的计算机硬件实验教学体系与模式研究[J].实验技术与管理，2009，26（10）：104-106.
作者简介：杨亚宁（1981-），黑龙江宝清人，大连民族学院信息与通信工程学院工程师，硕士。
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