單片機課程教學中學生創新能力的培養

摘要：單片機原理與接口技術作為高校計算機、電子信息等專業的主干專業課程，其理論性、實踐性、設計性和綜合性很強。本文結合實際經驗與體會，就如何在單片機課程教學中培養學生的創新能力做出分析與探討。

關鍵詞：單片機；教學；創新能力

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2012）10-0078-03

單片機作為典型嵌入式系統，在我國發展至今已有二十多年的歷史，廣泛應用于工業控制、儀器儀表、汽車電子系統、機器人、軍事、能源、通信、信息終端等眾多領域，成為了電子技術智能化最普遍的使用手段。單片機課程也因此成為高校計算機類、電子信息類、電氣類等專業的重要專業課程。培養滿足社會發展需求的高素質創新人才，已成為高等教育發展的重要趨勢和主要任務。單片機課程是一門理論性、實踐性、設計性和綜合性很強的課程，該課程為培養學生的實踐創新能力提供了一個良好的載體。本文結合單片機實際教學與體會和科研經驗，就如何在單片機教學中培養學生的創新能力做出分析與探討。

一、明確課程目標，激發學生的學習積極性

單片機課程涉及的知識面寬，概念多，軟硬件相互結合，同時該課程內容比較抽象，如單片機的內部結構、中斷系統、匯編語言指令等，學生在剛開始接觸的時候難以入門。為培養學生的學習積極性，可以做以下幾點：（1）上好緒論課，最大限度地調動和激發學生的學習積極性。給學生展示單片機廣闊的應用前景，把往屆學生畢業設計開發的單片機應用板帶進課堂，給他們建立單片機應用系統的初步認識，通過實物演示首先讓大家對單片機系統有一個感性認識，讓同學們明白，通過本課程的學習，最終自己也可以開發單片機應用系統。（2）在講述一些抽象內容之前，列舉單片機的應用實例，并將以前做過的設計實例如交通信號燈、數字顯示溫度計、電子密碼鎖等演示給學生看，給學生一個看得見、摸得著的目標。（3）以應用為背景將課程知識點有機聯系起來，結合指令系統，通過演示講解單片機系統及有關芯片的工作原理，讓學生去感受、體驗單片機的各種功能。使學生體會到單片機課程的實用性，明確學習目標，從而激發學生的學習積極性。

二、優化教學內容，提高課堂教學質量

1.優化教學內容。根據教學改革要求，優化教學內容，既選用內容較豐富的教材，又對教學內容進行精選。不是把一本書從頭講到尾，而是力求做到縱覽全書，抓住關鍵的地方，突出重點的方面，分析并引導學生掌握課程內在關聯性。對共性知識重點講解，要求學生牢固掌握，例如：總線、寄存器、存儲器、地址、尋址方式、I/O接口、中斷、通信等。對非共性的技術細節不面面俱到，例如，對51系列單片機接口的內部結構，課堂上主要講P0口、P1口即可；串行口可只講方式1、方式2，波特率對應的計數初值主要講一個最常用的，其余按照波特率正比于定時器T1溢出率的關系推算。對有些知識則只講思路、要點、方法。教師不僅僅講授知識，更為重要的是激發學生的思維，培養他們的創新精神。

2.教學中理論與實踐相結合。單片機是一門實踐性強的課程，講授完一個章節，安排相應的基礎實驗。講課時，要有意識結合一些實際產品進行分析，了解與單片機應用系統有關的各種常用芯片功能，強調單片機典型應用系統的設計方法，使學生初步具備相應的應用及開發能力。

3.充分利用現代EDA技術。單片機實驗及開發系統包括仿真器、編程器、開發板、電源、以及接口等，開發環境及實驗系統的搭建要花一定的時間，不方便于教師在理論課堂上作較多的演示。選用單片機軟件仿真系統（如Keil、Proteus等仿真軟件）來構建單片機虛擬實驗室，把要實現的硬件線路原理圖在Proteus畫好，通過Keil生成二進制文件鏈到Proteus的單片機上，就可以立即進行軟硬件結合的系統仿真，像使用硬件仿真器一樣來調試程序。不僅能觀察到程序運行時單片機寄存器、存儲器和變量等內容變化，而且可以從單片機系統開發的角度直觀地看到控制信號有效的先后次序、外圍電路的工作狀況及控制效果，提高了課堂教學質量，克服了單片機傳統教學模式的缺陷。

三、加強師生互動，突出以學生為中心的理念

現在，雖然單片機的應用已經非常普遍，但仍有很多可以用單片機實現控制而尚未開發的項目；許多已實現單片機控制的項目，在很多方面仍需要進一步提高性能。因此，單片機的開發應用還有大量的工作要做，還大有拓展和想象空間。這些都要求我們的學生不要迷信權威，有創新精神和創新個性。為此，教師與學生之間建立平等、和諧、愉悅的教學氛圍，在教與學的過程中，要以學生為中心，充分發揮教師的主導作用，學生的主動作用。加強師生互動，隨時關注學生的課堂反饋，將以學生為中心的理念體現出來。在教學中，鼓勵學生多思考。在掌握基本知識的前提下，相應章節都會提一些附加難度的思考題，讓學生自己利用圖書館、網絡查閱資料，只在必要時才加以指導。對于學生在實驗過程中提的問題，盡量不是直接給出答案，而是引導他們通過學到的理論知識自己找到解決方法，讓學生擁有更多自主思考空間。同時鼓勵學生之間相互交流、探討，引發思維碰撞。

四、注重實踐教學，培養學生的創新能力

1.精選實驗內容。實驗教學具有實踐性、綜合性及創新性特點，在教學過程中對培養學生的實踐能力、創新意識和創新能力有非常重要的作用。根據單片機課程的特點，將實驗內容劃分為基礎性實驗、綜合性實驗、設計性實驗三個層次，難度依次由低到高，對這三個不同層次的實驗模塊分別采用不同的教學方式。基礎性實驗——由老師布置的經典實驗，突出基礎知識、基本原理、基本的程序編寫和調試技能的掌握。在每次實驗前，上理論課時結合課堂上講解的內容對實驗進行初步分析。學生通過教師的講授之后，對實驗進行預習，做到心中有數。既能強化訓練開發單片機系統的基本技能，又能驗證并鞏固已學到的理論知識。綜合性實驗——由老師布置的諸如步進電機控制、脈搏計數器、上位機與下位機通信、數據采集系統等綜合性較強的實驗，提高學生對所學知識的綜合應用能力。對程序較為復雜的實驗，給出程序的基本部分，由學生去完成關鍵部分，這樣可以節省學生的編程時間，提高效率。創新性設計實驗——教師可以結合課堂上的內容，提出一些設計性題目或學生自己選擇題目，查閱參考資料，設計實驗方案，自主完成軟硬件設計、編寫程序、調試，分析并解決存在的問題。實驗內容的選取要遵循由淺入深、循序漸進的原則，以適合于不同層次學生的需求。成績好的同學得到了施展聰明才智的機會，可以設計出很有特色的方案，撰寫出高質量的實驗報告；成績一般的同學也會受到鼓舞、帶動，增加自覺性。

2.重視實驗的每個環節。在實驗中培養實事求是的科學態度，重視實驗的各個方面。首先學會觀察實驗現象，培養觀察能力。只有明察秋毫才能有所發現，有所創新。其次，要善于對實驗進行科學總結。通過實驗后的科學總結和嚴謹的分析、歸納得到規律。創新能力的培養是一項完整的系統工程，貫穿在人才培養的全過程中，滲透到教學過程的每個方面。鼓勵學生進行創新，哪怕是不完善的、有缺陷的創新，不輕易否定學生的不同想法。

3.更廣泛的實驗教學。單片機的理論教學過程要與學生的實驗緊密結合，實驗教學不局限于課堂之上。通過課堂實驗教學、課程設計、課外科研訓練和大學生電子設計競賽等多種實踐方式結合起來，它們是對課堂教學的補充、完善和延伸。學生在低年級盡早接觸單片機，在高年級中可以選一些基礎好的同學參加老師的科研項目。

五、結合實際工程，開拓學生視野

單片機在工程中應用很廣泛，要提高學生的綜合能力，還應要將實際工程應用經驗傳授給學生。例如：一個單片機系統在實驗室正常運行，在工業現場受到干擾則可能不能正常運行，會有哪些可能的干擾源及應采取的相應措施？這是大多數初次涉及工程項目時會遇到的，如果老師能將可能的原因、實踐經驗傳授給學生，則會減少他們在實踐中遇到的困難，有利于增加自信心，將更多的精力放在創新方面。單片機教學不僅僅來源于課本，更離不開實踐及應用，結合實際項目可以增加學生們的積極性，拓寬學生視野，培養創新能力。

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作者簡介：鐘小勇（1964-），教授級高工，主要研究方向：嵌入式系統設計。