提高單片機(jī)課程教學(xué)質(zhì)量培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力

【摘要】針對單片機(jī)課程的教學(xué)現(xiàn)狀，對單片機(jī)課程從教學(xué)方法 教學(xué)手段、教學(xué)理念和考核方式這幾個(gè)方面提出了解決方法和思路，從應(yīng)用的角度出發(fā)，初步建立對單片機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行軟硬件兩方面設(shè)計(jì)的基本設(shè)計(jì)思想，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力，以強(qiáng)化學(xué)生的動手能力以及創(chuàng)新能力，培養(yǎng)良好的職業(yè)素養(yǎng)和工程意識。

【關(guān)鍵詞】教學(xué)質(zhì)量 創(chuàng)新能力 實(shí)踐能力

【基金項(xiàng)目】甘肅省教育科學(xué)規(guī)劃課題研究成果（GS[2014]GHB0281） ，2013年蘭州工業(yè)學(xué)院教學(xué)改革項(xiàng)目的研究成果。

【中圖分類號】G64 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2015）01-0211-02

1.引言

單片機(jī)課程是機(jī)械類專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。該課程是課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等教學(xué)環(huán)節(jié)中的重要實(shí)現(xiàn)手段，是一門實(shí)踐性和應(yīng)用性很強(qiáng)的課程，學(xué)習(xí)單片機(jī)并掌握其設(shè)計(jì)使用技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)代大學(xué)生必備的技能。提高單片機(jī)的教學(xué)效果，對學(xué)生動手能力的培養(yǎng)和促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新意識的提高具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2.教學(xué)現(xiàn)狀

單片機(jī)課程是機(jī)電高素質(zhì)復(fù)合技能型人才所需自動控制類知識的載體，其特點(diǎn)是概念多、邏輯性強(qiáng)、內(nèi)容抽象[1]，對于初學(xué)者來說入門難。傳統(tǒng)的單片機(jī)教學(xué)一般均以學(xué)科體系為出發(fā)點(diǎn)，注重課程本身的體系結(jié)構(gòu)和前后的邏輯聯(lián)系，但卻忽略了“可學(xué)性”，致使學(xué)生學(xué)得吃力，老師教得也很辛苦[2]。從教學(xué)效果來看，一直存在教師難教、學(xué)生難學(xué)的雙重困惑，教學(xué)效果不太理想[3]。常見的教學(xué)方式是“以教師為中心、以課堂為中心、以教材為中心”[4]。這種傳授型教學(xué)模式就使本來就很枯燥、抽象的課程更加顯得乏味，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中對課程產(chǎn)生了畏難情緒[5]。而且在大部分新升本工科院校中，機(jī)械類專業(yè)學(xué)生以男生為主，且理論知識掌握較差，學(xué)習(xí)主動性不高。大部分學(xué)生對自己的大學(xué)生活和畢業(yè)去向沒有規(guī)劃，學(xué)習(xí)動機(jī)模糊。

針對以上教與學(xué)的特點(diǎn)，提出一些針對單片機(jī)課程在教學(xué)過程中行之有效的教學(xué)改革思路和方法，達(dá)到提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，特別是創(chuàng)新實(shí)踐能力的目標(biāo)。

3.設(shè)計(jì)教學(xué)思路和方法，提高教學(xué)質(zhì)量

3.1通過問題初識單片機(jī)

學(xué)生剛開始不清楚單片機(jī)是什么？是什么樣？是用來干什么的？所以，授課教師在第一次的授課過程中，應(yīng)該從學(xué)生的思維角度出發(fā)，回答單片機(jī)是什么、什么樣、干什么等問題，使學(xué)生從宏觀上對單片機(jī)有一個(gè)理解。

在解答這些問題時(shí)，最好拿一片單片機(jī)，在課堂上就能夠直觀地看到單片機(jī)的外觀形狀、大小和引腳排列等情況，這樣使學(xué)生對這個(gè)概念會有更深的認(rèn)識。把單片機(jī)和PC機(jī)進(jìn)行一定的比較，對理解什么是單片機(jī)是非常有幫助的。PC機(jī)主要用于數(shù)據(jù)采集、運(yùn)算和處理，而單片機(jī)主要用于控制且體積更小，這也是為什么目前大多數(shù)學(xué)者把單片機(jī)叫做微控制器的原因。單片機(jī)用來干什么的？解答這個(gè)問題可以通過學(xué)生身邊非常熟悉的案例來進(jìn)行。比如：日常生活中的電視需要使用單片機(jī)來進(jìn)行設(shè)定和控制；全自動洗衣機(jī)使用單片機(jī)來對洗衣的時(shí)間和水位進(jìn)行設(shè)定且控制等等。通過日常生活和生產(chǎn)中無處不在產(chǎn)品進(jìn)一步地幫助學(xué)生認(rèn)識、理解單片機(jī)。

3.2整合教材內(nèi)容，由整體到部分、由外而內(nèi)講解單片機(jī)結(jié)構(gòu)

在對單片機(jī)有了感性認(rèn)識后，應(yīng)把單片機(jī)看做一個(gè)整體，不能把它的結(jié)構(gòu)肢解。比如在講“單片機(jī)芯片結(jié)構(gòu)”時(shí)，由整體到部分給學(xué)生強(qiáng)調(diào)單片機(jī)學(xué)習(xí)的主要內(nèi)容，以減少學(xué)生的畏難情緒。然后將這些功能特點(diǎn)進(jìn)行分類，畫成圖表的形式來加強(qiáng)印象，結(jié)構(gòu)分類如圖1所示。先講解外部功能，再學(xué)習(xí)內(nèi)部各個(gè)功能，這就是由外而內(nèi)。引腳教學(xué)中，把單片機(jī)的40個(gè)引腳大致分為電源、時(shí)鐘、控制和I/O口4類。先簡單告訴學(xué)生，4個(gè)8位并行I/O端口占用32根引腳線、電源2根、時(shí)鐘2根，這些引腳使用都比較簡單，重點(diǎn)掌握4根控制線就可以了。這么一來，學(xué)生就會覺得幾個(gè)控制線的使用絕對不難，學(xué)習(xí)單片機(jī)的興趣就建立起來了。

圖1單片機(jī)芯片結(jié)構(gòu)圖

另外在對單片機(jī)的結(jié)構(gòu)理解后，應(yīng)整合教材內(nèi)容，使教學(xué)過程更具有邏輯性和連貫性。根據(jù)學(xué)生已學(xué)課程和本門課程教學(xué)所要達(dá)到的目的，合理地調(diào)整授課的順序，可以幫助學(xué)生理解、促進(jìn)對知識的消化。比如單片機(jī)結(jié)構(gòu)與指令系統(tǒng)是學(xué)習(xí)單片機(jī)的最重要的基礎(chǔ)，在這部分的學(xué)習(xí)過程中，可以將一些指令系統(tǒng)結(jié)合硬件部分一起進(jìn)行授課，可以將匯編語言調(diào)整到前面講授，既可以加強(qiáng)學(xué)生的理解又可以節(jié)省部分學(xué)時(shí)，用一些簡單的程序來舉例說明如何控制硬件，提高學(xué)生對硬件編程的理解。又如在單片機(jī)接口擴(kuò)展的教學(xué)中，因?yàn)閷W(xué)生已經(jīng)對總線有了一定的理解和認(rèn)識，在這兒就可以引入三總線來學(xué)習(xí)接口擴(kuò)展，強(qiáng)調(diào)接口擴(kuò)展電路的設(shè)計(jì)就是這三類總線的連接。

通過對教學(xué)內(nèi)容和授課順序的改變，使學(xué)生建立起整體的概念，分析并引導(dǎo)學(xué)生掌握課程內(nèi)容的內(nèi)在關(guān)聯(lián)性，而不是把一本書、一堂課從頭講到尾。

3.3 用淺顯易懂的比喻幫助學(xué)生理解枯燥難懂的概念

學(xué)生認(rèn)為單片機(jī)學(xué)習(xí)太抽象，尤其是存儲器單元的數(shù)據(jù)和地址。因?yàn)閿?shù)據(jù)和地址都是用二進(jìn)制表示，什么時(shí)候是地址什么時(shí)候是數(shù)據(jù)學(xué)生普遍反映理解不了。在教學(xué)中用學(xué)生都熟悉的學(xué)生宿舍為例，把宿舍號理解為地址，宿舍里住的學(xué)生理解為數(shù)據(jù)。同時(shí)在后面字節(jié)單元和位地址的教學(xué)中，這個(gè)例子同樣適用。比如說宿舍里每張床都有編號，想找全宿舍的人就用字節(jié)單元（宿舍號），想找某個(gè)人就用位地址（床號），其示意圖如圖2所示。這樣不僅完成了教學(xué)任務(wù)，而且提高了教學(xué)趣味性。

圖2 存儲單元示意圖

4.塑造良好的學(xué)習(xí)方法和習(xí)慣，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力

4.1拓寬教學(xué)方法和教學(xué)手段，提高學(xué)生實(shí)踐動手能力

要培養(yǎng)學(xué)生調(diào)查研究的習(xí)慣，掌握查閱資料和有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、工具書或參考書的能力，尤其是上網(wǎng)收集資料的能力，能夠合理選擇設(shè)計(jì)方案，并能以圖紙和說明書表達(dá)設(shè)計(jì)的思想和結(jié)果。教師可以將制作的教學(xué)課件、本課程的相關(guān)學(xué)習(xí)資料掛在網(wǎng)上，供學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)參考，還可在網(wǎng)上通過QQ群進(jìn)行交流，利用網(wǎng)絡(luò)提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。初學(xué)者可以先掌握單片機(jī)運(yùn)行和開發(fā)的一些基本技巧，然后在項(xiàng)目中深入學(xué)習(xí)和掌握單片機(jī)，達(dá)到學(xué)以致用的目的。不能等把所有的知識都掌握了后再去運(yùn)用，這既不可能也不可取。讓學(xué)生“邊學(xué)邊干”，而不是在理論學(xué)習(xí)的最后才進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

4.2引導(dǎo)學(xué)生形成良好的學(xué)習(xí)觀念，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力

講課的主體是傳授知識，但著眼點(diǎn)卻是培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)、分析、創(chuàng)新、應(yīng)用等能力。讓學(xué)生養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和適合自己特點(diǎn)的學(xué)習(xí)方法，如何聽課、筆記、自學(xué)、小結(jié)等?？傊?，在課堂上，教師應(yīng)該教會學(xué)生怎樣學(xué)習(xí)、怎樣思考，注重把所講知識用相應(yīng)的思維方法組織起來，鼓勵學(xué)生發(fā)表自己的見解。告訴學(xué)生，學(xué)習(xí)是發(fā)現(xiàn)知識的過程，而不是簡單的獲取結(jié)果。這種教學(xué)方法讓學(xué)生帶著問題去學(xué)，不僅可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，更重要的是培養(yǎng)了他們發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的意識和能力。比如應(yīng)用程序的教學(xué)是單片機(jī)課程的重點(diǎn)和難點(diǎn)，這部分內(nèi)容就是加大學(xué)時(shí)，無論教師講得多詳細(xì)、學(xué)生當(dāng)時(shí)聽得多懂，一到用時(shí)就又不明白。究其原因，就是少了學(xué)生自己獨(dú)立思考這個(gè)重要環(huán)節(jié)。講解應(yīng)用程序時(shí)，先讓學(xué)生自己思考，然后進(jìn)行講解討論。正是在這種不斷討論和分析問題的過程中，學(xué)生的獨(dú)立思考能力得到了培養(yǎng)和鍛煉，推動了創(chuàng)造性思維活動。同時(shí)選拔學(xué)生參與一些科研項(xiàng)目，培養(yǎng)學(xué)生的科研能力和創(chuàng)新能力。

4.3 改革考核方法，加強(qiáng)動手能力要求

有什么樣的考核方式必然會有什么樣的教學(xué)和學(xué)習(xí)方法。由于該課程知識點(diǎn)多、概念抽象、硬件難于理解、軟件設(shè)計(jì)困難等特點(diǎn)，使傳統(tǒng)的閉卷考核方式只能在一定程度上考查學(xué)生對知識點(diǎn)的記憶能力，而對學(xué)生的思維能力、分析能力、創(chuàng)新能力、動手能力等都難于考查[6]。因此，應(yīng)改革考核方式方法，采用閉卷、論文、設(shè)計(jì)制作相結(jié)合的多樣化考核方式。要求學(xué)生學(xué)會動手查閱并消化資料，將課堂上學(xué)到的理論知識、查閱到的資料以及其他相關(guān)專業(yè)的知識聯(lián)系到一起，系統(tǒng)的來考慮問題。同時(shí)指導(dǎo)學(xué)生如何利用圖書館數(shù)據(jù)庫進(jìn)行資料檢索和期刊查閱，如何進(jìn)行論文報(bào)告的書寫等，這對培養(yǎng)學(xué)生的思維能力、分析能力、動手能力、創(chuàng)造能力以及后續(xù)課程的學(xué)習(xí)都有很大的幫助。由于本課程具有應(yīng)用性強(qiáng)、實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，對學(xué)生的動手能力要求比較高，所以，通過設(shè)計(jì)制作考查學(xué)生的動手能力，也可作為期末考核的一部分，這樣既完成了教學(xué)任務(wù)，又鍛煉、培養(yǎng)了學(xué)生綜合能力，同時(shí)為學(xué)有余力的學(xué)生提供廣闊的創(chuàng)新空間。

5.結(jié)論

針對我院機(jī)械類專業(yè)專業(yè)的特點(diǎn)和學(xué)生的就業(yè)趨勢，就單片機(jī)課程的教學(xué)從教師的教學(xué)思路和方法、學(xué)生的學(xué)習(xí)方法和習(xí)慣等方面提出了一些方案和措施，以提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生的培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力，對提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、分析問題和解決問題的能力、動手能力以及創(chuàng)新能力都有很好的作用和效果。

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作者簡介：

林小軍（1979-），男，甘肅通渭人，工學(xué)碩士，蘭州工業(yè)學(xué)院副教授，主要從事機(jī)電設(shè)備控制及嵌入式設(shè)備開發(fā)研究。