基于學(xué)生興趣導(dǎo)向的單片機原理及應(yīng)用課程教學(xué)改革研究

李海鵬　沈曉鵬　韓奎　胡曉娟

摘 要 單片機原理及應(yīng)用是高校應(yīng)用物理專業(yè)學(xué)生的一門應(yīng)用性和實踐性很強的專業(yè)課。針對該課程教學(xué)過程中普遍存在的問題，本文探討了以提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣為導(dǎo)向的單片機課程教學(xué)改革措施，以期達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生實踐創(chuàng)新能力，提升教學(xué)效果的目的。初步教學(xué)實踐表明，這些教學(xué)改革措施能更好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)性卻，既促進(jìn)學(xué)生對知識的掌握，又培養(yǎng)學(xué)生的實踐創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞 單片機 教學(xué)改革 學(xué)習(xí)興趣

0 引言

單片機技術(shù)是當(dāng)前社會流行的熱門的技術(shù)之一，其發(fā)展極大地促進(jìn)了電子工業(yè)的發(fā)展。因此，單片機技術(shù)的普及成為教育界和產(chǎn)業(yè)界的熱點之一。[1]單片機技術(shù)相關(guān)課程已經(jīng)成為國內(nèi)高校電氣工程、自動化、機械電子、計算機等諸多工科專業(yè)中一門重要的專業(yè)必修課。筆者所在學(xué)校的應(yīng)用物理專業(yè)也將“單片機原理及應(yīng)用”作為一門重要的專業(yè)課來加強學(xué)生的專業(yè)實用技能的培養(yǎng)。

該課程是一門集電子電路、計算機、語言編程等技術(shù)的應(yīng)用性很強的課程。使學(xué)生了解單片機的工作原理，掌握單片機技術(shù)，并將其應(yīng)用于單片機項目系統(tǒng)的開發(fā)，是該課程的教學(xué)目標(biāo)。本文筆者在教學(xué)實踐中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生普遍反映單片機課程理論概念多、指令不易記、入門難。學(xué)生感到課堂教學(xué)枯燥乏味，學(xué)習(xí)難度很大，容易陷入“教師教學(xué)難、學(xué)生學(xué)習(xí)難”的兩難境地。[2]因此，如何更好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性是教師面臨要解決的一個重要問題。為了改變目前教學(xué)現(xiàn)狀，需要對單片機的課堂教學(xué)進(jìn)行改革。本文筆者將結(jié)合自己的教學(xué)經(jīng)驗，針對當(dāng)前教學(xué)中普遍存在的問題，探討以培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣導(dǎo)向的單片機教學(xué)改革措施。

1 課程教學(xué)現(xiàn)狀分析

1.1 教學(xué)內(nèi)容落后于當(dāng)前教育的需要

單片機技術(shù)飛速發(fā)展，單片機芯片也不斷更新?lián)Q代。但是目前不少教材仍然以上世紀(jì)90年代的80C51系列單片機為例介紹單片機硬件結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)、程序設(shè)計、中斷技術(shù)、定時器/計數(shù)器、串行通信、存儲器擴展技術(shù)和I/O接口擴展技術(shù)等等，教學(xué)內(nèi)容陳舊，滯后于單片機技術(shù)發(fā)展，實用價值不大，不能滿足工程項目的實際應(yīng)用要求。[3]此外，課程一開始就讓學(xué)生在短時間內(nèi)學(xué)習(xí)許多抽象的理論概念和大量的匯編指令，學(xué)生常常感到枯燥乏味，學(xué)習(xí)難度很大。例如，有些教材在單片機程序設(shè)計章節(jié)中只介紹傳統(tǒng)的匯編語言程序設(shè)計，對目前工程應(yīng)用中普遍使用的C語言不介紹。定時器/計數(shù)器、模/數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)/模轉(zhuǎn)換等教學(xué)內(nèi)容仍然側(cè)重于介紹傳統(tǒng)的并行接口器件（如8253 /8254、ADC0809、DAC0832 等）以及ROM與 RAM芯片擴展接口設(shè)計方法，對于在工程設(shè)計中應(yīng)用較多的串口器件則很少介紹。在實驗教學(xué)方面，主要是對仿真器的熟悉、匯編指令的使用及部分外設(shè)的簡單編程，而對實際項目開發(fā)中常用的仿真軟件keil、proteus則介紹得較少，導(dǎo)致實踐教學(xué)往往與實際工程項目脫節(jié)。[4]

1.2 教學(xué)模式滯后于當(dāng)前教育的需要

目前，單片機課程教學(xué)普遍采用傳統(tǒng)教學(xué)模式，通過教師系統(tǒng)地講授將知識傳授給學(xué)生，即以“教師+黑板（PPT）+實驗”為主體的教學(xué)模式。[5]在整個教學(xué)過程中，教師往往重知識傳授，輕能力培養(yǎng)；重技巧訓(xùn)練，輕思維形成；重理論教學(xué)，輕實踐指導(dǎo)。在課堂理論教學(xué)中，由于學(xué)時的限制，教師對來源于生產(chǎn)生活實際的案例的分析很少。課堂教學(xué)缺乏互動環(huán)節(jié)，“滿堂灌”的現(xiàn)象也很普遍。實驗課教學(xué)內(nèi)容也主要是“黑箱實驗”，學(xué)生根據(jù)教師講解和演示，完成單片機實驗箱的驗證性實驗。這種缺乏實踐內(nèi)容的課堂教學(xué)變得“無聲無趣”，學(xué)生被動地接受與實際脫節(jié)的理論，對于實際應(yīng)用問題無從下手，不利于學(xué)生分析解決問題能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

1.3 考核方式滯后于當(dāng)前教育的需要

單片機技術(shù)具有較強的實踐性，不少教師仍采用傳統(tǒng)的筆試方法考核學(xué)生，而技能操作和實踐考查較少。這種單一的課程考核評價模式既不能全面、客觀地考查學(xué)生的實際學(xué)習(xí)效果，也不能真正考查學(xué)生的實際動手操作能力，很難達(dá)到課程考核的目的。學(xué)生為了應(yīng)付理論考試，很少把時間花在動手能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)上，因此導(dǎo)致學(xué)生利用單片機進(jìn)行開發(fā)設(shè)計的積極性不高。課程結(jié)束后，學(xué)生仍不懂得如何進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計、芯片選擇及軟硬件綜合調(diào)試，難以取得理想的教學(xué)效果。[6]

2 提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的措施

2.1 優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，降低學(xué)習(xí)難度

單片機課程教學(xué)內(nèi)容涉及硬件和軟件等多方面知識，包含了很多抽象的理論概念和大量的匯編指令，而且教學(xué)課時較少，學(xué)生難于理解和記憶對這些概念和指令，導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中感覺難度較大，易使學(xué)生產(chǎn)生畏難與厭學(xué)情緒。因此，要合理取舍教學(xué)內(nèi)容，優(yōu)化教學(xué)設(shè)計。為了解決“學(xué)時少與授課內(nèi)容多”的矛盾，教師要注重學(xué)習(xí)方法的介紹，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力。[7]由于在本課程之前學(xué)生已經(jīng)先修了計算機原理與應(yīng)用，模擬電路和數(shù)字電路等課程，因此單片機硬件結(jié)構(gòu)模塊可以用較少學(xué)時以回顧的方式介紹。在程序設(shè)計教學(xué)模塊用C語言代替匯編語言，有效降低學(xué)習(xí)難度，提高學(xué)生的自信心。對于一些教學(xué)內(nèi)容老師可以不用課堂講授，而是幫助學(xué)生制定學(xué)習(xí)提綱自學(xué)。老師在課堂上檢查、督促，組織討論學(xué)生的自學(xué)成果，找出新舊知識之間的結(jié)合點，引導(dǎo)學(xué)生掌握新知識。例如，對于接口擴展技術(shù)和串行通訊等內(nèi)容，老師可以布置課程設(shè)計以及相關(guān)實驗，學(xué)生完全可以自學(xué)掌握。

2.2 改革教學(xué)方式，提高學(xué)習(xí)興趣

根據(jù)課程教學(xué)及學(xué)生學(xué)習(xí)的特點改革教學(xué)方式，既可以降低學(xué)習(xí)難度，又可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。單片機在實際生產(chǎn)生活中的案例很多，選取一些典型而且學(xué)生感興趣的實例，綜合運用多種教學(xué)手段，構(gòu)建了案例教學(xué)模式，提高學(xué)生學(xué)習(xí)和使用單片機的積極性。例如，在緒論課教學(xué)中，我們要充分利用多媒體技術(shù)以視頻、圖片、動畫等方式向?qū)W生展示單片機在生活和生產(chǎn)以及軍事上應(yīng)用案例：智能IC卡、汽車智能儀表的控制、機器人、工業(yè)自動過程的實時控制和數(shù)據(jù)處理、以及導(dǎo)彈導(dǎo)航裝置等。同時，還配備演示幾個往屆學(xué)生的單片機競賽設(shè)計作品（心形流水燈、自習(xí)教室人數(shù)統(tǒng)計系統(tǒng)、學(xué)生宿舍溫濕度在線監(jiān)測系統(tǒng)等）。使學(xué)生在課程之初便感受到單片機課程的精彩，認(rèn)識到所學(xué)課程的重要性，從而激發(fā)強烈的求知欲。

加強課堂教學(xué)互動，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。例如，在定時器工作方式教學(xué)中，把學(xué)生分成若干小組。學(xué)生在預(yù)習(xí)完教學(xué)內(nèi)容后，小組成員之間相互討論，接著再由每一組學(xué)生代表到講臺前闡述自己的理解看法。組與組之間相互彌補探討，最后教師做總結(jié)，歸納難點和學(xué)習(xí)誤區(qū)。這樣一種翻轉(zhuǎn)課堂式的教學(xué)方式不僅提高了學(xué)生的自學(xué)能力和創(chuàng)新精神，給學(xué)生充分展示自我的機會，同時也鍛煉了學(xué)生的表達(dá)能力和團隊協(xié)作意識。

2.3 完善課程考核方法，激發(fā)學(xué)生實踐創(chuàng)新的熱情

從培養(yǎng)學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新能力出發(fā)，改變傳統(tǒng)的單一筆試的考核方式。將實踐考核與理論考核結(jié)合起來，使考核不僅注重結(jié)果，更加注重過程和能力考核，建立了多元化的考核模式，即理論考試占50%，平時成績占10%，實驗設(shè)計報告占20%，機考占20%。改革理論考試的題型，減少死記硬背的客觀題，增加靈活多樣的電路設(shè)計、程序設(shè)計等主觀題。在課程結(jié)束時，學(xué)生要提交實驗報告和作品的設(shè)計報告，鼓勵學(xué)生制作PPT在課堂上匯報告自己的設(shè)計。機考主要考核學(xué)生動手能力和程序調(diào)試能力，課程結(jié)束時在實驗室里現(xiàn)場抽題考核。平時成績主要由任課教師根據(jù)學(xué)生的出勤、作業(yè)和課堂討論參與等情況綜合評定。此外，為了鼓勵學(xué)生課下利用單片機進(jìn)行發(fā)明創(chuàng)造，課程考核專門設(shè)置了創(chuàng)新成果加分選項，即對課程設(shè)計有創(chuàng)新性成果或者參加校級以上單片機競賽或者發(fā)表相關(guān)論文的同學(xué)，在總分不超過 100 分的情況下最多加 10 分。這種多元化的考核評價方法能夠真實地考查學(xué)生對單片機基礎(chǔ)知識與實際應(yīng)用能力的掌握情況，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的目的性和積極性，有利于提高學(xué)生的單片機實踐能力和創(chuàng)新能力。

2.4 加強實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，讓學(xué)生體驗成功的樂趣

單片機技術(shù)具有較強的應(yīng)用性和實踐性。在教學(xué)中需要精心設(shè)計和組織實驗課及課程設(shè)計的具體項目和方式，突出其實踐性和實用性的特點。根據(jù)學(xué)生不同的學(xué)習(xí)能力，合理安排基礎(chǔ)操作性實驗、驗證性實驗和綜合設(shè)計性實驗，讓學(xué)生樹立學(xué)習(xí)單片機的信心。將項目式教學(xué)與實驗操作和軟件仿真結(jié)合起來，邊講解邊操作，可以顯著提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。鼓勵學(xué)生利用單片機實驗板自己動手設(shè)計小的單片機系統(tǒng)。在老師的指導(dǎo)下，從電路設(shè)計、元器件的選擇連接組裝到程序的編寫調(diào)試以及用編程器燒寫，學(xué)生獨立動手完成。這樣，學(xué)生不僅學(xué)到了新的知識，對單片機有了全面的認(rèn)識，而且更重要的是鍛煉了動手實踐能力，體驗了動手制作的樂趣。同時，積極引導(dǎo)學(xué)生將課程學(xué)習(xí)知識應(yīng)用于課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計、課外創(chuàng)新訓(xùn)練和學(xué)科競賽等實踐環(huán)節(jié)，指導(dǎo)學(xué)生開展大學(xué)生創(chuàng)新活動，從各個方面激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的成就感，提高教學(xué)的效果。

3 結(jié)束語

“單片機原理及應(yīng)用”是高校應(yīng)用物理專業(yè)學(xué)生的一門應(yīng)用性和實踐性很強的專業(yè)課。該門課程教學(xué)中普遍存在“學(xué)時少與授課內(nèi)容多”的矛盾，導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中感覺難度較大。單片機課程的學(xué)習(xí)本身應(yīng)該是很有趣的，因為很多教學(xué)內(nèi)容都與實際生活和生產(chǎn)密切相關(guān)，容易引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。本文針對當(dāng)前單片機教學(xué)中存在的問題，從優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、改革課堂教學(xué)方式、完善課程考核方法、加強實踐教學(xué)環(huán)節(jié)等等方面探討了提高學(xué)生學(xué)習(xí)單片機興趣的措施。經(jīng)過一年多的教學(xué)實踐表明，該課程教學(xué)改革已經(jīng)初步取得成效。例如，案例教學(xué)法激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)單片機的熱情和興趣，課堂學(xué)習(xí)積極性明顯提高。學(xué)生自發(fā)成立了單片機學(xué)習(xí)協(xié)會，申請單片機類的大學(xué)生科研創(chuàng)新訓(xùn)練項目的數(shù)量相比往屆學(xué)生明顯增加。學(xué)生完成的單片機類的課程設(shè)計質(zhì)量也顯著提高。有的學(xué)生的課程設(shè)計作品在老師指導(dǎo)下還申請了專利，有部分學(xué)生在電子設(shè)計比賽中也取得了優(yōu)異的成績。總之，在“單片機原理及應(yīng)用”課程教學(xué)中，教師只有不斷加大教學(xué)改革力度，以學(xué)生學(xué)習(xí)興趣為導(dǎo)向，優(yōu)化課程知識體系和改進(jìn)教學(xué)方法，才能切實提高課程的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)

[1] 宋黎明.關(guān)于單片機教學(xué)改革的幾點建議[J].新校園：學(xué)習(xí)，2012（8）：36-36.

[2] 王愛杰.以趣為徑，改善單片機課堂教學(xué)效果[J].遼寧教育行政學(xué)院學(xué)報，2010（6）：163-164.

[3] 趙欣，李國厚.單片機技術(shù)教學(xué)存在的問題及改革策略[J].河南科技學(xué)院學(xué)報，2015（6）：98-100.

[4] 丁保華，張有忠，陳軍，等.單片機原理與接口技術(shù)實驗教學(xué)改革與實踐[J].實驗技術(shù)與管理，2010.27（1）：117-119.

[5] 胡玲艷.單片機“案例教學(xué)”模式改革與探索[J].電子測試.2016（7）：142-143.

[6] 邵鐵鋒. 單片機項目化實習(xí)教學(xué)的探索[J].電氣電子教學(xué)報，2008.30（5）：58-59.

[7] 邢鵬康.《單片機應(yīng)用技術(shù)》課程教學(xué)模式改革[J].內(nèi)江科技，2011.32（7）：176-176.