通过单片机实验教学改进浅析高校实验教学的改革

西安理工大学 机械与精密仪器工程学院 陕西 西安 710048

0 引言

实验室是高校人才培养的重要阵地，实验教学能力直接体现学校教学水平与质量。实验教学是高校专业课程教学中非常重要的环节，它直接关系到学生实际掌握课程知识的广度及深度，以及学生学习兴趣和创造力的提升[1]，所以怎样提高实验教学能力，提高实验教学效果成为高校专业课程教学质量提升的重要突破。

单片机原理及应用课程是一门实践性、应用性很强的课程，所以课程的实验教学极其重要[2]。学生要想掌握好单片机原理及其应用技术，则必须通过实验的途径来实现。为了更好促进该课程获得好的教学效果，需要完善的实验教学环节来支撑[3]。

1 单片机课程实验教学存在的问题

通过几年机械专业学生单片机实验教学及调研总结，实验教学环节主要存在两方面的问题：教学形式的不严谨和教学内容的不合理。

1.1 教学形式存在的问题 教学形式主要体现在实验运作体系上，在高校实验教学运作过程中，由于一些运作形式的弊端导致学生对实验教学不重视，从一开始就导致学生被动应付的结果。这种弊端主要存在以下几方面：

1.1.1 选课形式 实验课的选修不像理论课那样，提前让学生在教学系统里选，或者事先有教学安排和教材，而是在上这门课时才通知学生有实验，事先学生也不知道做哪些实验，没有可参考的指导资料。实验老师确定好时间临时通知给学生，让学生没有主动参与的意识[4]。

1.1.2 授课形式 在做实验的过程中没有以任务驱动分小组完成，一组或者整班一起来做同一个实验。大家一起做，有没有达到实验目的要求都一样，不利学生发挥个人积极主动性。课前不做大量的资料学习，仅课堂上老师几十分钟的讲解，实验过程及目的不明确，只能依照实验指导书步骤生搬硬套的完成实验，不能体现学生的个人成就，所以学生感到没意思，失去兴趣[5]。

1.1.3 考核形式 学生的课程考核成绩主要是理论课的笔试成绩，实验成绩占考核成绩的比重小。实验成绩的给定主要依据实验报告，而实验报告学生大都不能认真整理总结，因为实验结果不是学生自己努力实现的，几乎千篇一律，反应不出来学生水平和能力。实验考核制度很难严格而细化起来，因为法不责众，面对大多数学生似懂非懂的进行着流程式实验过程，对现象结果与问题很难做深入与详细的分析[6]。所以成绩没办法量化和细化给出。

1.2 实验时间短 专业课程设置多，每科教学课时少，实验课时更少，所以课程实验大都安排几个验证性实验，设计综合实验少，不能保证教学效果，特别对于机械专业的学生，由于前期的电子方面基础课程的薄弱，使得抽象、枯燥的单片机课程更难激发学生的学习积极性与主动性，实验课堂教学没有很好发挥出有效促进教学的目的。开放实验室又有很多困难。学生应付课堂提不起兴趣。

1.3 教学方式方法单一 单一的课内实验教学方式受学时的限制，综合应用性实验根本就不能安排在必修实验项目，只能以选修的内容列入实验指导书中，而整个实验周期短，开放实验室没有相应管理体系支撑，所以实际这类综合性的实验是难以开展的，只是停留在指导书上的书面资料[7]。

单片机的内部结构比较复杂，学生对其没有感性的认识，更看不到各部件间的联系，理论知识很难理解，学生很容易随大流的被动应付[7]，严重影响该课程的学习效果。

1.4 教学内容存在的问题 实验内容的设置非常关键，它直接引导学生如何及在多深广的程度掌握课程知识体系，单片机课程知识点更是很庞杂，但又是可以以具体应用为纲来串接的，而单片机的应用是很容易引入到实践教学的，所以实验内容应以项目为驱动，由浅到深，从点到面，从基础到创新设计，使学生在完成实验项目的过程中建立起单片机系统完整的概念。学生做完实验对单片机课程没有系统性知识体系，当然也就不能自如应用于工程实际。

2 对教学存在问题的改进

在没有改进之前，学生每个实验课时内来实验室完成实验任务效果不理想，虽然要求课下必须预习，但学生还是对知识点掌握不好，实验基本不能独立完成，甚至做完实验还不清楚原理。根本原因是没胜任感，没兴趣。为了提高教学质量，应用了以下改进措施：

2.1 规范实验运作形式 好的实验管理体系及运作模式能很好的引导学生学习，指挥学生如何系统掌握课程知识，并给学生学习过程中全方位、最有效的指导[8]。

与教研室代课老师协商沟通，将实验项目细化分解的任务提前分配给学生，让他们一开始就有任务感，而不是简单的去上下课。同时发布学习资料，学生预习、学习。对实验成绩考核方法朝着充分调动学生学习积极性的方向改进。

2.2 理实相长 理论知识教学与实验相结合，互补互长。在课程教材发放的同时，将实验课下用于培养兴趣的小开发板一同发给学生，配备有手把手的教学资源，学生在边学理论知识的同时，可以用开发板来自己验证，达到现学现用，活学活用的目的，学以致用。经与理论授课教师沟通协调，教师在保证大纲要求教学内容的基础上，以实验项目为导引来设置教学环节。这样既加深了知识点的掌握，又激发了学习不断深入学习的兴趣。

2.3 任务驱动 在实验进展之前将实验项目以任务的形式分配给学生，并且任务细化分解。改进后实验过程教学中，在不改变实验大纲要求的内容和需要达到的实验目的前提下，以完成一个实际应用的项目为目标，将项目分解为一个个贯穿教学知识点的小任务，要求学生完成，以促进课时内实验内容的完成[9]。全程以任务为驱动，逐层递进式完成实验内容。

2.4 灵活多变的教学方式并用 课内、课外实验内容同时要求，线上，线下教学并用互补，虚拟仿真与实践相结合等多种教学形式并用。课外实验内容体现逐层递进式安排，以全面吸引学生的兴趣，体现学生胜任感与能力为目标来选择和分解，并可以促进课内实验项目的完成。

在互联网，手机APP广泛应用的今天，实验教学同样可以走进网络，进行线上辅导，创建教学网络群，学生可在这个网络平台上相互交流，教师也可方便随时辅导，有问题及时解决，而且就某一问题学生可以展开讨论，不断深化知识运用。同时学生可以展现自己创作的成绩，激励大家深入持续的学习，用平台促进学生的学习[10]。

2.5 合理的考评机制建立 细化的课外实验任务从浅入深，全方位的辅导体系保证每个学生都能完成，所以根据学生每次完成情况打分，摆脱以前仅靠平时考勤和实验报告决定的不合理机制，因为这两项根本不能体现学生学习的态度及能力。在以上调整的教学方式下，学生来实验课时做实验，实质是他们学习结果的体现，每次根据完成情况对结果进行打分，每个学生最终的实验成绩是几次实验完成成绩的总和。这样既对他们的学习水平给予合理的评价，又激励了学生，从成绩中看到自己成果的认可。

3 高校实验教学的改革

高校实验教学是高校人才培养体系的重要组成部分，是提高大学生创新应用能力的突破口，但实验教学能力与水平受观念、政策导向、师资、管理等因素制约，导致实验教学效果不好，虽然国内高校在实验教学方面已经做了很多的工作，但是仍然存在着一些问题，束缚着实验教学本身的健康发展。

3.1 全面调动学习 高校专业课程教学完成体系考虑以全面调动，闭环教学的模式展开，实验过程管理以任务驱动，实验项目分解细化，课内、课外并行要求，课外实验内容以辅助课内实验内容完成为前提，又意在引导学生自主深入学习为目的。线上、线下全方位的交流，让学生完成项目任务过程中都能发挥个人能动性。做到全面调动学生学习，更需要合理、高效、完善的实验管理平台的支撑。主要包括以下几方面：

3.1.1 信息化管理的实验室 实现实验教学和实验室仪器设备管理网络化、信息化、数字化、智能化综合管理平台。该平台集设备共享与管理、仪器预约、开放实验室预约等功能一体。不仅实现学生选择实验项目、实验时间、实验考勤、提交实验报告等一系列的实验管理，还实现一系列信息资源和其他优质资源的有效利用，满足了各类实验教学的自主要求。学生可方便在平台上进行答疑、交流、讨论、共同促进学习。

3.1.2 实验室开放管理 学生也可根据自身不同情况和需要，选择随时进实验室时间，做到人性化管理，实验室还可根据学生的不同水平和实验能力，进行了分层开放管理模式。总之全程做到让每个学生学习不留困惑，想研究随时有条件进实验室。

3.1.3 实验教学考核方式 学生进实验室研究成果，参考学生提交的实验报告、文献综述、学习总结等文字材料，对学生给出一个客观、综合的成绩评定。这种考核方式广泛调动了学生学习的积极性

3.2 持续的学习能力 持续学习的能力决定一个人能够走多远。而持续的学习能力要依赖兴趣和热情来维持，兴趣和热情是胜任感和自我价值感的产物，所以课程体系考虑培养学生学习的胜任感和提升自我价值感来设置。

为了激发学生持续学习的愿望，可走校企共建实验室路线。高校与专业实践基地共建实验室，对校企可以起到优势互补资源互用的作用。这样对于学生老说可让所学转化为直接应用，让他们有自己能力解决问题的体验，从而产生兴趣和创新的热情。

3.3 专业素养的培养 专业课的学习目标不再是考高分，而是知识体系及真知的掌握，以实验项目为纲，引领学生全面深入的学习。教学效果以提升学生的专业素养为目标，而不是零散的考试高分。这就需要高校对实验室建设和管理有统筹规划的战略。实验设备及运作可突破院系之间、学校之间、校企之间的界限，做到让学生拥有系统、完备知识体系学习的实验设备，使得学生可进行深入、全面、系统的专业学习实践。