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摘要：实验教学是单片机课程教学中的重要环节。针对MSP430单片机实验课程的特点，总结分析了目前教学中存在的一系列问题，结合学校实际，从调整教学主体、优化实验教学方法、丰富教学内容、完善考核方式几个方面进行了教学改革和实践，激发了学生对MSP430单片机实验的浓厚兴趣，切实提高了教学效果，对学生实践综合能力的培养具有重要作用。
关键词：MSP430单片机；实验教学；教学改革；考核
本文引用格式：侯瑞.MSP430单片机实验课程教学探索与实践[J].教育现代化,2019,6(87):109-110,150.
南京航空航天大学金城学院自2009年开设综合电子实验教学，开课课程之一即MSP430单片机的原理及应用。这门课程涉及的知识面非常广且实践性很强，短期有限学时的教学只是能够让学生掌握MSP430的基础原理和基本应用，如何进一步提高学生的系统设计及实践能力是教学改革主要关注和有待解决的问题。
一 实验教学中存在的问题
（一）学生教学主体安排不合理
综合电子实验单片机教学面向的是大四学生，授课时间是每年的九月份。这个时间学生面临找工作与考研的压力，对于专业课程的学习不够重视，课堂气氛很难调动，影响教学效果。
（二）学习基础薄弱
学生具有一定的专业知识和技能，已经学习过电路、模电、数电、电子线路设计、51单片机、C语言等基础课程。但学完后除了少数参与创新竞赛的学生外，大部分同学由于后期缺乏实践锻炼，很多知识点都忘记了，硬件基础和编程能力较差[1]。因此在学习过程中有挫败心理和畏难情绪，影响实验积极性。
（三）教学设备陈旧
实验设备比如电脑和实验箱，随着使用次数增多，尤其是超过保修期后更容易出现故障问题。在实验过程中学生对于实验箱硬件的误操作或反复大力操作等会造成芯片烧坏、引脚损坏、开关松动、下载线断裂等，调试运行模块频繁擦写操作，也可能造成芯片损坏，再加上各模块老化，势必影响实验效果，降低学生的实验兴趣。而且实验箱使用周期长，元器件无法更换，电路固定导致实验内容陈旧，无法达到更好的实验效果。
二 实验教学改革
针对单片机教学中存在的一些弊端，南京航空航天大学金城学院自2012年开始对单片机教学进行改革，430单片机实验教学遵循教改模式在教学方法、教学内容、创新实践、考核模式等方面进行改革和探索，并取得了良好的成绩。
（一）开设校级平台选修课，扩大授课对象
MSP430单片机选修课面向电子信息、计算机、自动化专业各年级的学生。课程共32个学时，教学采用分散教学和集中教学两种方式。分散教学即每个星期安排一个晚上2个学时，集中教学即安排在周六或周日全天8个学时教学。分散教学的方式可以让430教学贯穿一个学期，安排比较多的基础模块练习，加深学生对430单片机基础原理的认识。集中教学模式短期内集中精力完成基础知识的吸收，随即进行综合模块系统设计，即学即用，活学活用，充分调动学生积极性及主观能动性。
（二）以学生为主体，教学方法多样化
改变传统的教学模式，把“以老师为主导、以学生为主体、以知识掌握为基础、以能力培养为主线、以素质培养为目标”的新型教学模式应用到实际教学中。
1.由浅入深，牵引式入门。在课程开始,引进日常生活中常见案例和趣味性的演示来提高学生的兴趣，譬如led灯闪烁，蜂鸣器播放乐曲，液晶显示时间等，电路简单，实验现象直观生动，可以很快打消学生对于单片机设计枯燥乏味的认知。引导学生主动提出问题，思考问题。
2.团队配合，小组式教学。学生2到3人自由组合为一个小组，以小组为单位进行学习和实践。组内共同讨论交流，根据成员擅长相互答疑解惑，主动提出问题并解决，有利于学生合作探究能力的培养。团队合作，分析及处理问题的效率较高，可以提高学生学习探索的积极性。
3.采用学生示范教学，鼓励适度竞争。在课堂的实践环节中，安排验收正确的同学或者代码编写思路比较清晰的同学到讲台上演示，老师可以对学生的讲授进行更正和说明。学生对于示范学生的实验方法往往更容易接受，认可度较高。示范教学可以很大程度提高学生的表达能力和认知能力，鼓励适度竞争，荣誉感让学生对知识点的掌握更认真主动。
4.采用项目式教学。项目化教学[2]是一种以学生为中心的教学模式，项目实施是以班级为单位，学生可以以小组或个人的形式选择相应的项目，也可以自行设计题目。按照难易程度提供三个等级的课题，比如初级难度基础性项目：交通灯设计、点阵显示等；中级难度综合性项目：音乐播放器、计算器、摇摇棒等；高级难度创新项目：电子秤、遥控小车等。产品设计流程包括元器件选择、原理图绘制、PCB版制作、焊接、编程调试、产品功能整合，设计内容由学生独立完成，老师全程辅助指导。项目实现的过程对于学生思考、探索并解决问题的能力有很好的培养，对学生电子系统设计能力的提高是非常明显的。
（三）实验内容优化分层次
根据单片机实践教学的要求和特点，遵循由浅入深、循序渐进的学习规律，将教学实验内容分为基础性实验，提高性实验[3]和综合设计实验[4]三部分。
基础性实验，实验内容基于实验箱自身资源，只要求在实验箱上插接少量线路，拨动相应的跳线开关即可完成硬件电路搭建，然后根据模块寄存器特点及相关C语言代码编写程序仿真运行。比如LED灯闪烁实验、蜂鸣器驱动实验、数码管显示实验，这类实验原理图简单，编程结构及语法不复杂，易上手。增强基础性实验，掌握430各模块的基本概念、基本电路和应用方法，为提高性实验打基础。
提高性实验，要求在充分了解单片机各模块原理的前提下，设计出实验效果更为丰富、若干模块适当融合的作品。比如LED、蜂鸣器、按键相结合实现音乐灯设计；液晶显示、定时器相结合进行时钟设计；8*8LED点阵显示器实现霓虹灯、抢答器等。提高性实验引导学生多角度、多方面分析问题，让学生对基础理论模块应用做到举一反三，融会贯通。
综合性实验的开展需要运用单片机各模块原理，紧密结合其他课程相关知识，是比较完整的综合电子实践项目。综合性实验可用实验箱本身的资源，也可采用学生自行设计的电路与实验箱核心模块相接实现，比如电子秤设计、示波器设计、扩展gPRS模块进行手机设计等。这部分实验实用性较强，目的是培养学生电子系统综合设计及开发能力。
（四）优化实验硬件环境，软硬件相结合
MSP430单片机实践教学实验箱采用开放式与半定制电路相结合的方法设计，核心电路完全开放，可以通过跳线开关与实验箱上的外围电路任意相接，使用已经连接好的定制电路。430单片机所有引脚规则引出，供学生自由设计时使用，单片机与实验箱资源可以断开连接，与学生自己设计的电路相接。实验箱开放式设计使学生在实验过程中有更大的自由度和选择空间，创造了一个宽松的硬件实验环境，可以充分发挥学生的想象力与创造力，提高学生的实际动手能力。
结合MSP430实验课程教学改革方案，将Proteus、Multisim等仿真软件应用到实验项目中，采用软硬件相结合的实验模式。比如Proteus ISIS提供各种元器件及虚拟仪器，可进行电路仿真。软件支持常用的存储器和外围芯片[5]，运用虚拟系统模型技术对单片机的设计连同其所有的周围电子器件一起进行交互仿真，并且集单片机和SPICE分析于一身，在MCu应用仿真领域具有巨大优势。Proteus ISIS联合IAR Embedded Workbench开发软件为学生提供一个虚拟的理想的MSP430单片机实验室，器件齐全，操作方便，现象直观。学生可在实验预习时对实验电路进行模拟仿真，加深对实验原理及操作过程的理解，课堂实验可事半功倍。学生在课余时间随时可仿真实验过程，在进行课程设计、毕业设计及开放性实验时，充分利用仿真，避免实验仪器设备元器件等的限制，提高学生实验及研究的积极性。
（五）完善考核机制
改革后的实验总成绩由平时成绩和考试成绩两部分组成[6]，其中平时成绩占60%，考试成绩占40%。平时成绩由所有实验内容成绩取平均值，平时成绩包括三部分：课前预习占30%、课堂操作占40%、实验报告30%。课前预习部分主要通过老师检查学生预习报告中相关知识点的描述情况，对实验任务的完成情况以及提问回答情况来评定分数。课堂操作成绩由学生完成实验的正确性、完整性、仪器使用是否规范、实验完成时间等几种情况综合给分，对于基础实验内容完成较快、自行设计提高性实验或有创新想法并进行实验验证的学生，给与加分奖励。在课堂操作的验收环节，随机考核学生对电路结构和程序代码的理解程度，防止有学生不求甚解，浑水摸鱼甚至抄袭他人程序。实验报告成绩根据学生实验报告完成情况评定分数，报告要求格式规范、内容完整，对实验设计过程及实验步骤有清晰描述，实验数据处理正确，分析到位，具体说明实验过程中遇到的问题及解决方法，课后思考题认真作答。实践课程结课后的实验考试采用笔试的形式，试卷试题包括客观题和设计题，着重考察学生对基本知识点的理解及单片机综合系统设计的能力。
单片机考核制度的改革力求全面、系统、公正，通过几个学期的实践，效果很好，老师和学生的认可度都比较高。一方面，学生的实验课出勤率很高，实验预习到位，学生自我学习、搜集整理信息、独立思考及分析解决问题的能力得以提高；另一方面，430单片机考核不再是一考定分，而是一个过程，减轻了学生考试的压力，注重平时知识的理解、应用，是总结、提高、综合学习的过程，提高了学生的实践动手能力。
三结语
经过近几年的改革和探索，形成了科学合理的实验教学体系，丰富了教学内容，改良了教学方法，对MSP430实验课程的持续发展奠定了基础。课程改革提高了学生的工程实践和应用能力，提升了学习的主动性和积极性。同时督促教师对教学投入更多的精力，促进科研能力的提高，提升了教学质量并获得了良好的教学效果。
参考文献
[1]刘同礼，刘丽丽，朱罕非．基于MSP430单片机的微机原理教学改革研究[J]．电子测试，2017(4):107-108．
[2]魏芬，邓海琴．项目教学法在单片机实践教学中的探索与实践[J]．实验室科学，2016，19(1):119-121．
[3]金红．面向工程素质培养的单片机教学方法的探讨[J]．教育教学论坛，2017(11):219-220．
[4]罗小娟，吴雪．电路实验中“实验先于理论”教学改革与探索[J].实验技术与管理，2018,35(3):216-218．
[5]王自珍，殳国华，张士文．基于计算机仿真技术的MSP430单片机实验教学实例[J]．实验室研究与探索，2013，32(9):94-97.
[6]王素青．应用型本科院校“自动控制原理实验”教学改革的探索与实践[J]．实验室科学，2014，17(1):104-106．
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