基于模块化实验系统的单片机教学改革

体会到机器指令、汇编语言和高级语言之间的关系,为进一步完成后续的综合性及设计性实验打下基础。为了防止学生在完成验证性实验时走过场,我们还针对每个实验设计了一些思考题,在验收实验时要求学生现场修改并执行,可充分检验出学生对实验内容的了解程度,起到督促学生认真进行实验的作用。

6.2综合性实验

综合性实验是指学生在具有一定的知识和技能的基础上,运用某一门课程中的多个知识点或多门课程的相关知识对实验技能和方法进行综合训练的一种复合型实验。

对于单片机课程而言,综合性实验一般在课程结束前进行,此时学生已经基本掌握了单片机的内部资源及外扩设备的原理,可以运用多个知识点完成综合性实验。我们准备了两个综合性实验:短消息收发终端的设计和分布式温度采集系统。短消息收发终端设计实验要求学生掌握通过单片机外扩总线扩展串行通信接口,实现扩展串行接口和单片机本身串行口之间的数据缓冲、中断式数据收发、数据包分析等功能;分布式温度采集系统实验要求学生掌握单片机多机通信的原理、多机通信环境下数据包收发的设计和实现、通过I/O端口模拟总线时序对扩展设备进行操作等知识。上述两个实验学生可按三人一个小组,任选一个完成。由于它们都引入了功能较复杂的外部设备,学生必须在课外预先进行一定的准备,锻炼了学生资料查阅能力、系统分析能力、分工合作能力及编程实践能力。

6.3设计性实验

设计性实验是指给定实验目的、要求和实验条件,由学生自行设计实验方案并加以实现的一种探索型实验。设计性实验不但要求学生综合课程中的多个知识点和各种实验原理来设计实验方案,而且要求学生能充分运用已学的知识去发现问题、解决问题。开设设计性实验的目的是让学生在实践中将相关的基础知识、基本理论得以实践、融会贯通,培养其独立发现问题、解决问题的能力,以最大限度发挥学生学习的主动性,相对于综合性实验而言,要求更高、难度更大。

对于设计性实验,我们充分利用自制实验设备丰富的系统资源,准备了十余个题目,大部分和通信相关,同时还涉及单片机内部及扩展资源的使用,例如模拟电话用户接口设计、串口/以太网转换模块设计、短信监控系统设计等。这些实验只指定了实验的基本要求和可用的资源,具体的实验方案和实际的设计过程都由学生自行完成。通过这样的实验过程,学生们可以把分散、独立的知识融会贯通,整合为一体,最大程度上了解并掌握了单片机系统开发的全过程,使学生的创新能力、设计能力及实践能力得到了充分的锻炼。

由于课时的限制,设计性实验并不要求作为课内实验完成。我们针对设计性实验进行了教学改革的尝试,鼓励学生选择一到两个设计性实验,在课程结束后的半学期内利用课外时间到开放实验室去完成。学生完成实验,提交实验报告,经实验教师检查合格后可根据实验学时获得一定的自主个性化学分,以此来激发同学们选做实验的积极性。

7结语

本文介绍的单片机实验教学系统具有以下特点:实例化的基础实验可使学生尽快掌握单片机应用系统设计思路及开发工具的使用;丰富的系统资源及资源的模块化设计可组合出较多的实验内容,并在该实验平台上实现了同时进行验证性、综合性和设计性实验的功能,提高了实验平台的性价比;在综合性、设计性实验内容的安排上偏向于通信领域各种技术的应用,符合本校的办学特色。

目前该实验系统已批量生产,首批80套设备投入使用后,经过一个学期两个大班实验教学的试点,教学效果良好,极大地提高了学生的学习兴趣及综合创新能力。

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