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摘要：针对单片机实验项目中存在的问题，结合“三性实验”的内涵，制定了“三性实验”项目的改革目标和实施方案，重点讲述了增设创新性实验的方法和过程。经过一个学期的改革和实践，完善了现有的单片机实验课程教学资源，初步建立了“三性实验”教学体系。
关键词：单片机课程；三性实验；改革
本文引用格式：席文平,等.单片机原理及接口技术课程“三性实验”项目的改革与实践[J].教育现代化,2019,6(97):83-84.
作为高等院校教学的重要组成部分，实验教学在激发学生探究学习兴趣、培养学生工程实践素养、增进学生知识融会能力等方面发挥着显著作用，是我国人才培养体系中的重要环节。随着智能化时代的到来，社会对创新型人才的需求日益旺盛，这也在促使一部分高校在向应用型转型的同时，不断地对实验教学的内容和方式方法进行改革和创新[1]。通过借鉴国内外高校实验教学改革的成功经验，辽宁工业大学实验教学改革不断深入，特别是对基础性和专业性实验教学模式与教学内容进行不断研究和改进，把综合性、设计性和创新性实验，即“三性实验”作为了实验教学改革的重要内容。
一 单片机课程实验项目的现状
2018年9月，辽宁工业大学对单片机实验教学工作启动了新一轮改革，从更新教育观念、强化队伍建设、整合教学内容、优化资源配置到开放实验室等，已取得了初步成效，但是仍存在以下不足。
（一）实验性质设定存在问题
在2018年度实验教学工作专项检查中，教务处专家组在检查电气工程学院单片机实验指导书时，指出部分实验性质的认定不符合“综合性”和“设计性”实验的要求，现有实验指导书中给出了详细的实验步骤和实验方法，学生只需按部就班照做即可，没有体现设计性和自主性。
（二）“三性实验”体系尚未建成
在2018年度电气工程学院实验开出统计表中，自动化、测控和电气三个专业实验项目开出总数分别为62、44和44。实验项目性质全部为验证性、综合性和设计性实验，其中三个专业综合性和设计性实验的占比均已超过了50%，但是创新性实验的的项目数和占比却为0。所以，需要增设创新性实验完善单片机“三性实验”教学体系。
二 实验项目改革的目标
针对单片机实验项目存在的问题，电气工程学院成立了单片机课程实验教学改革项目组，项目组成员认真听取了教务处专家组的反馈意见，并制定了以下改革目标。
（一）完善单片机课程实验教学资源
通过学习“三性实验”的内涵与特征，结合具体实验内容，修正实验指导书中实验性质设定有误的环节，并修订教学大纲中有关实验教学的错误部分，同时制作实验微课导入教程，完善实验教学资源，引导学生尽快上手实验。
（二）完善单片机课程实验教学层次
引入创新性实验，初步形成“验证性实验—综合性实验—设计性实验—创新性实验”四个层次递进的实验教学体系，强调学生能力培养的系统性和科学性。在具体执行过程中，对于验证性实验，学生可以用来熟悉硬件设备和软件开发环境；对于综合性实验，需要学生掌握跨章节或跨学科的多个知识点，基本具备知识的融会贯通能力；对于设计性和创新性实验，要求指导教师根据学生的学习状况，仅给出实验目的和实验要求，由学生自行选择实验器材和设计实验方案，充分发挥主观能动性，让项目具有一定的创新性。
（三）构建单片机课程“三性实验”教学新体系
对“三性实验”进行教学检验和优化，按照新修订的实验教学大纲和指导书对学生开展实验教学并跟踪实验教学的全过程，及时汇总实验的情况（如实验教学的效果，需改进的地方等），进一步优化“三性实验”教学内容、教学方法和教学手段。如此反复，不断完善，形成单片机课程“三性实验”教学新体系[2]。
三 实验项目改革的实施方案
针对实验项目的改革目标，制定以下实施方案。
（一）更正实验指导书、实验教学计划中设计性实验内容
单片机实验中的“实验二——定时器中断实验”和“实验三——秒表实验”，在实验指导书中给出了实验原理、实验内容及具体的实验步骤，在教学课件中为学生详细讲述了编程的思路，均不符合设计性实验的要求。所以，需要重新设计实验指导书，只给出这两个实验的实验目的和实验条件，至于实验中I/O口的选择、定时器的选择、定时时间的设置、触发装置和显示模块的选用，都由学生自行设计，以体现学生学习的主动性、实验内容的探索性和实验方法的多样性。
（二）制作微课，更新实验教学手段
学生第一次进入实验室，需要指导教师讲解实验箱的结构和编程软件的使用，这样需要至少一个学时的时间，那么留给学生接线、编程和调试的时间就非常有限。这样的实验模式，不利于实验教学的连续性。所以，项目组成员计划在前期制作微课，把实验箱硬件组成、Keil软件的基本操作等内容录制为微课，让学生在实验开始前先自习，可以节约大量课堂实验讲述的时间。
（三）增设创新性实验
现有的单片机实验指导书中有4个实验，包括1个验证性实验，2个设计性实验和1个综合性实验。在此基础上，增设1个创新性实验，完善单片机课程实验教学层次。
创新性实验是指学生在教师指导下，在自己的研究领域或教师选定的学科方向，针对某一或某些选定的研究目标所进行的具有研究、探索性质的实验项目，是学生早期参加科学研究，教学科研相结合的一种重要形式。
项目组设置的创新性实验，要求学生在30个学时内，借助单片机实验箱或者自行设计电路完成实验，并给出设计报告。最终实验成果，需要提交实验报告书附加实验现象截图；选择自行设计电路的同学应提交实物作品。实验教师对学生提交的实验报告书和实物作品进行认定，并按评分标准给出最终成绩。具体实施步骤如下。
（1）考虑到创新性实验的难度并不适合所有学生，所以标注为选做内容，供学有余力的同学来尝试。选择创新性实验的同学可以不做前4个基础性实验。（2）在单片机实验PPT课件首页，增加实验综述部分，课前为学生讲述“三性实验”的性质内涵和创新性实验的具体实施办法。（3）在实验指导书中增加创新性实验申请书，并制定评分标准，重点审核学生申请实验的研究内容、实验方案、可行性分析、实验创新之处、实验研究计划和预期成果六个部分。（4）实验教师审核学生提交的实验申请书，学生答辩通过之后指导学生开展创新性实验。（5）学生上交实物作品和设计报告，指导教师依据评分标准给出实验成绩。
四改革成效和总结
通过一个学期的单片机“三性实验”教学改革项目实施，初步取得成效如下：（1）受益学生人数多。本项目在辽宁工业大学电气工程学院16级测控技术与仪器、自动化、电气工程及其自动化3个专业开展，受益学生总数超过300人。（2）改革经验具有代表性和普适性。该项目改革和实践成果可以推广到电类学科的其他实验课程，例如自动控制理论实验、嵌入式技术实验、智能仪表实验等。（3）显著提升大学生的创新实践能力。参加过单片机创新性实验的学生，在“TI”杯大学生电子设计竞赛、“恩智浦杯”智能车竞赛等比赛中取得了优异成绩。
单片机课程“三性实验”项目的改革，为单片机课程融入了新技术、新思想，有一定的应用和推广价值，为学生参加大学生创新创业训练计划项目和电子设计竞赛做好了技术储备。学生通过创新性实验设计的作品趣味性强，可以作为实验室文化建设的一部分进行展示，吸引下一届学生学习单片机课程，形成了良性循环。本次实践仍存在一些不足，比如学生设计的作品存在继续改良和提升的空间；应该适当降低创新性实验门槛，提高参与创新性实验的学生比例等等，这也是需要继续改进的地方[3-6]。
参考文献
[1]王芳,李滨,等.国外高校实验教学经验及启示[J].实验室科学,2012,15(5):1-3.
[2]曹中一.“三性”实验的内涵与特征[J].实验室研究与探索,2003,22(4):10-12.
[3]谭甲凡,成运,等.“三性”实验教学的研究与探讨[J].湖南人文科技学院学报,2009,4(2):139-140.
[4]陈语林.创新型“三性”实验教学模式的探索与实践[J].黑龙江高教研究,2005,1(129):154-155.
[5]刘克江.基于个人实验板的单片机教学改革研究[J].教育现代化,2018,7(31):75-77.
[6]席文平,蓝和慧.单片机原理及接口技术实验教学改革研究[J].中国教育技术装备,2018,06:111-112.
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