提高單片機課程教學質量培養學生創新實踐能力

【摘要】針對單片機課程的教學現狀，對單片機課程從教學方法 教學手段、教學理念和考核方式這幾個方面提出了解決方法和思路，從應用的角度出發，初步建立對單片機控制系統進行軟硬件兩方面設計的基本設計思想，提高學生的學習積極性，培養學生分析問題和解決問題的能力，以強化學生的動手能力以及創新能力，培養良好的職業素養和工程意識。

【關鍵詞】教學質量 創新能力 實踐能力

【基金項目】甘肅省教育科學規劃課題研究成果（GS[2014]GHB0281） ，2013年蘭州工業學院教學改革項目的研究成果。

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

1.引言

單片機課程是機械類專業的一門專業基礎課。該課程是課程設計、畢業設計等教學環節中的重要實現手段，是一門實踐性和應用性很強的課程，學習單片機并掌握其設計使用技術已經成為當代大學生必備的技能。提高單片機的教學效果，對學生動手能力的培養和促進學生創新意識的提高具有重要的現實意義。

2.教學現狀

單片機課程是機電高素質復合技能型人才所需自動控制類知識的載體，其特點是概念多、邏輯性強、內容抽象[1]，對于初學者來說入門難。傳統的單片機教學一般均以學科體系為出發點，注重課程本身的體系結構和前后的邏輯聯系，但卻忽略了“可學性”，致使學生學得吃力，老師教得也很辛苦[2]。從教學效果來看，一直存在教師難教、學生難學的雙重困惑，教學效果不太理想[3]。常見的教學方式是“以教師為中心、以課堂為中心、以教材為中心”[4]。這種傳授型教學模式就使本來就很枯燥、抽象的課程更加顯得乏味，學生在學習過程中對課程產生了畏難情緒[5]。而且在大部分新升本工科院校中，機械類專業學生以男生為主，且理論知識掌握較差，學習主動性不高。大部分學生對自己的大學生活和畢業去向沒有規劃，學習動機模糊。

針對以上教與學的特點，提出一些針對單片機課程在教學過程中行之有效的教學改革思路和方法，達到提高學生的學習能力，特別是創新實踐能力的目標。

3.設計教學思路和方法，提高教學質量

3.1通過問題初識單片機

學生剛開始不清楚單片機是什么？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，應該從學生的思維角度出發，回答單片機是什么、什么樣、干什么等問題，使學生從宏觀上對單片機有一個理解。

在解答這些問題時，最好拿一片單片機，在課堂上就能夠直觀地看到單片機的外觀形狀、大小和引腳排列等情況，這樣使學生對這個概念會有更深的認識。把單片機和PC機進行一定的比較，對理解什么是單片機是非常有幫助的。PC機主要用于數據采集、運算和處理，而單片機主要用于控制且體積更小，這也是為什么目前大多數學者把單片機叫做微控制器的原因。單片機用來干什么的？解答這個問題可以通過學生身邊非常熟悉的案例來進行。比如：日常生活中的電視需要使用單片機來進行設定和控制；全自動洗衣機使用單片機來對洗衣的時間和水位進行設定且控制等等。通過日常生活和生產中無處不在產品進一步地幫助學生認識、理解單片機。

3.2整合教材內容，由整體到部分、由外而內講解單片機結構

在對單片機有了感性認識后，應把單片機看做一個整體，不能把它的結構肢解。比如在講“單片機芯片結構”時，由整體到部分給學生強調單片機學習的主要內容，以減少學生的畏難情緒。然后將這些功能特點進行分類，畫成圖表的形式來加強印象，結構分類如圖1所示。先講解外部功能，再學習內部各個功能，這就是由外而內。引腳教學中，把單片機的40個引腳大致分為電源、時鐘、控制和I/O口4類。先簡單告訴學生，4個8位并行I/O端口占用32根引腳線、電源2根、時鐘2根，這些引腳使用都比較簡單，重點掌握4根控制線就可以了。這么一來，學生就會覺得幾個控制線的使用絕對不難，學習單片機的興趣就建立起來了。

圖1單片機芯片結構圖

另外在對單片機的結構理解后，應整合教材內容，使教學過程更具有邏輯性和連貫性。根據學生已學課程和本門課程教學所要達到的目的，合理地調整授課的順序，可以幫助學生理解、促進對知識的消化。比如單片機結構與指令系統是學習單片機的最重要的基礎，在這部分的學習過程中，可以將一些指令系統結合硬件部分一起進行授課，可以將匯編語言調整到前面講授，既可以加強學生的理解又可以節省部分學時，用一些簡單的程序來舉例說明如何控制硬件，提高學生對硬件編程的理解。又如在單片機接口擴展的教學中，因為學生已經對總線有了一定的理解和認識，在這兒就可以引入三總線來學習接口擴展，強調接口擴展電路的設計就是這三類總線的連接。

通過對教學內容和授課順序的改變，使學生建立起整體的概念，分析并引導學生掌握課程內容的內在關聯性，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生理解枯燥難懂的概念

學生認為單片機學習太抽象，尤其是存儲器單元的數據和地址。因為數據和地址都是用二進制表示，什么時候是地址什么時候是數據學生普遍反映理解不了。在教學中用學生都熟悉的學生宿舍為例，把宿舍號理解為地址，宿舍里住的學生理解為數據。同時在后面字節單元和位地址的教學中，這個例子同樣適用。比如說宿舍里每張床都有編號，想找全宿舍的人就用字節單元（宿舍號），想找某個人就用位地址（床號），其示意圖如圖2所示。這樣不僅完成了教學任務，而且提高了教學趣味性。

圖2 存儲單元示意圖

4.塑造良好的學習方法和習慣，培養學生創新實踐能力

4.1拓寬教學方法和教學手段，提高學生實踐動手能力

要培養學生調查研究的習慣，掌握查閱資料和有關標準、工具書或參考書的能力，尤其是上網收集資料的能力，能夠合理選擇設計方案，并能以圖紙和說明書表達設計的思想和結果。教師可以將制作的教學課件、本課程的相關學習資料掛在網上，供學生學習時參考，還可在網上通過QQ群進行交流，利用網絡提高學生學習的興趣。初學者可以先掌握單片機運行和開發的一些基本技巧，然后在項目中深入學習和掌握單片機，達到學以致用的目的。不能等把所有的知識都掌握了后再去運用，這既不可能也不可取。讓學生“邊學邊干”，而不是在理論學習的最后才進行實驗。

4.2引導學生形成良好的學習觀念，培養學生的創新能力

講課的主體是傳授知識，但著眼點卻是培養學生的自學、分析、創新、應用等能力。讓學生養成嚴謹的科學態度和適合自己特點的學習方法，如何聽課、筆記、自學、小結等?？傊谡n堂上，教師應該教會學生怎樣學習、怎樣思考，注重把所講知識用相應的思維方法組織起來，鼓勵學生發表自己的見解。告訴學生，學習是發現知識的過程，而不是簡單的獲取結果。這種教學方法讓學生帶著問題去學，不僅可以提高學生的學習興趣，更重要的是培養了他們發現問題、分析問題、解決問題的意識和能力。比如應用程序的教學是單片機課程的重點和難點，這部分內容就是加大學時，無論教師講得多詳細、學生當時聽得多懂，一到用時就又不明白。究其原因，就是少了學生自己獨立思考這個重要環節。講解應用程序時，先讓學生自己思考，然后進行講解討論。正是在這種不斷討論和分析問題的過程中，學生的獨立思考能力得到了培養和鍛煉，推動了創造性思維活動。同時選拔學生參與一些科研項目，培養學生的科研能力和創新能力。

4.3 改革考核方法，加強動手能力要求

有什么樣的考核方式必然會有什么樣的教學和學習方法。由于該課程知識點多、概念抽象、硬件難于理解、軟件設計困難等特點，使傳統的閉卷考核方式只能在一定程度上考查學生對知識點的記憶能力，而對學生的思維能力、分析能力、創新能力、動手能力等都難于考查[6]。因此，應改革考核方式方法，采用閉卷、論文、設計制作相結合的多樣化考核方式。要求學生學會動手查閱并消化資料，將課堂上學到的理論知識、查閱到的資料以及其他相關專業的知識聯系到一起，系統的來考慮問題。同時指導學生如何利用圖書館數據庫進行資料檢索和期刊查閱，如何進行論文報告的書寫等，這對培養學生的思維能力、分析能力、動手能力、創造能力以及后續課程的學習都有很大的幫助。由于本課程具有應用性強、實踐性強的特點，對學生的動手能力要求比較高，所以，通過設計制作考查學生的動手能力，也可作為期末考核的一部分，這樣既完成了教學任務，又鍛煉、培養了學生綜合能力，同時為學有余力的學生提供廣闊的創新空間。

5.結論

針對我院機械類專業專業的特點和學生的就業趨勢，就單片機課程的教學從教師的教學思路和方法、學生的學習方法和習慣等方面提出了一些方案和措施，以提高教學質量，培養學生的培養學生創新實踐能力，對提高學生的學習積極性、分析問題和解決問題的能力、動手能力以及創新能力都有很好的作用和效果。

參考文獻：

[1]遲耀丹，王蓉暉，王超.單片機原理及應用課程教學改革探討[J].吉林師范大學學報（自然科學版），2007（3）：128-130

[2]楊志幫，楊樾.單片機應用技術在機電一體化專業項目化教學中的改革與探索[J].科學咨詢（科技·管理），2011（10）：127-129

[3]劉珊.關于單片機教學改革的探討[J].九江職業技術學院學報，2007（1）：50-51

[4]王香婷， 劉濤，周智仁.電工技術與電子技術課程教學改革的探索與實踐[J].煤炭高等教育，1999（2）：111-113

[5]莫莉，趙悅，董萬福等.單片機原理課程教改探析，以成都大學工業制造學院為例[J]. 教育與教學研究，2010（2）：99-101

[6]田存偉，孔慶松.單片機原理與應用課程教學改革初探[J]. 山東教育學院學報， 2007（6）：47-50

作者簡介：

林小軍（1979-），男，甘肅通渭人，工學碩士，蘭州工業學院副教授，主要從事機電設備控制及嵌入式設備開發研究。