對比創新思維訓練法在單片機賽項輔導中的應用

戴仔龍

摘要：近年來，國家呼吁“大眾創新，萬眾創業”，結合我校單片機控制裝置安裝與調試賽項實際的輔導情況培養具有創新意識和較強工作能力的新型人才成了職業教育的當務之急，迫切需要擬定一套與之相適應的的輔導方法—對比創新思維訓練法。該訓練法包括“看、聽、做和思考總結”四個方面尤其在環節三“做”采用兩種方案對比設計16×16LED電子班牌的硬件和軟件驅動，學生在這兩種方案的硬件設計和軟件驅動對比的過程中實現創新思維的培養和工作能力的提高。

關鍵詞：方案對比法；創新思維訓練；工作能力；16×16LED電子班牌；

一、單片機賽項存在的問題與解決方法

（一）中職單片機賽項輔導方法現狀及原因分析

自2010年我校開展中職單片機控制裝置安裝與調試賽項輔導以來，選拔學生參賽的流程是：首先集中舉辦單片機賽項的宣講會對符合要求的學生進行宣傳和動員，然后輔導教師對報名的學生進行為期幾周的基礎培訓，最后對其進行考核并對考核通過的學生進行停課集中輔導。輔導教師一貫采用的輔導方法是：首先讓學生不管采用什么方式一定要將數碼管、12864點陣液晶和矩陣按鍵等模塊的C51驅動代碼背下來。其次讓學生結合上述模塊相關的控制任務將背誦的驅動代碼鍵入電腦并讓其找到對應的函數參數直接進行修改。最終以這種填鴨式的輔導方法一屆重復一屆，雖然有時也能取得一定的成績但獲獎的可持續性和穩定性很難保證，同時大部分學生對學習單片機的興趣和積極性也大打折扣畢業以后想從事單片機應用相關崗位的同學更是少之甚少，而對于小部分能夠從事單片機軟硬件相關崗位的同學來說其創新意識薄弱、創造能力不足。

針對以上輔導方法存在的問題筆者對目前在校輔導過的13、14和15級電氣班共計幾百人的規模做過輔導效果的調查具體如表1所示。

通過表中調查數據分析大部分同學不想從事或者不能勝任單片機相關工作的原因主要有軟硬件兩個方面，而少部分能從事單片機相關崗位的同學卻不知道如何創新。

首先在硬件方面不知道怎樣采用兩種以上的方案為某個電子產品設計驅動電路并對比分析其性價比，其次在軟件方面不會對比分析軟件驅動算法的區別與聯系。

（二）具體解決問題的辦法與途徑

針對以上廣大同學創新意識和軟硬件方面存在的突出問題，只有采用方案對比創新思維訓練法對軟硬件兩個方面進行輔導訓練才能激發學生的創新意識提高其工作能力。

采用方案對比創新思維訓練法將選取16×16LED電子班牌作為項目案例從“看、聽、做和思考總結”四個環節進行強化訓練，訓練方案如圖1所示。

首先在環節一將16×16LED電子班牌項目按照對比創新思維培養的要點結合電子班牌的功能要求使用兩種以上的方案編寫輔導教材讓學生反復看；教材的硬件部分包括驅動方式、成本的對比；教材的軟件部分包括對比分析不同的軟件驅動之間的區別與聯系。其次在環節二錄制配套的軟硬件對比方案的講解視頻讓學生不管是在校還是在家都能觀聽；學生如果對某個知識點沒搞明白可以反復聽幾遍直到完全理解為止。接下來在環節三采用方案對比創新思維訓練法讓學生至少使用兩種方案做出16×16LED電子班牌。在做的過程中肯定會碰到采用不同方案做東西帶來的各種困難和挑戰，再回過頭來看教材和視頻。通過以上三個環節的訓練不僅能夠激發學生的創新意識而且還能提高以后從事單片機軟硬件崗位需要的工作能力。最后在環節四進行思考總結對比不同的軟硬件設計方法的特點與優劣，最終實現在對比的過程中達到培養創新思維和提高工作能力的目的。

二、對比創新思維訓練法在環節三“做”的具體實施過程

創新思維的培養途徑主要包括【1】：培養自主學習能力、培養提問習慣、培養多種方法解決問題的能力、培養積累別人有創造性的方法的習慣 等四個方面。其中培養多種方法對比解決問題的能力就是對比創新思維訓練法的核心思想即對某一個問題進行多方位和不同角度的思考再通過綜合對比選出性價比最高的解決方案，創新成果就可能產生于這一過程中。對比創新思維訓練法即開拓了學生的思維又培養了學生的創造能力所以盡量采用多種方案來解決問題對標新立異培養學生的創造才能非常必要。

（一）方案對比法設計16×16LED電子班牌硬件電路

1.方案一：電子班牌并行驅動電路原理

2.方案二：電子班牌串行驅動電路原理

筆者將采用對比創新思維訓練法讓學生思考如何使用多種方案設計16×16LED電子班牌的硬件電路。其中已有的兩種方案設計分別如圖2、圖3所示。分析這兩種方案的區別主要表現在驅動方法和硬件成本上。

（1）驅動方法上：

方案一采用的是4片并入并出鎖存器74AC573和2片8路反向器UNL2003組成的并行擴展驅動方式而方案二采用的是由4片串入并出鎖存器74HC595組成的串行擴展驅動方式，并行驅動比串行驅動需要的控制器的I/O口 圖3 串行驅動16×16LED電子班牌原理圖（輸入輸出口）多。其次在電平驅動上方案一基礎單元采用的是8×8共陰型點陣需要高電平驅動才能點亮而方案二基礎單元采用的是8×8共陽型點陣需要低電平驅動點亮。我們知道普通51單片機的IO接口的驅動能力弱，對于8×8點陣這種外圍器件采用低電平驅動比采用高電平驅動顯示字符的亮度高視覺效果好。不管是對控制器IO口的需求數量還是電平驅動上方案二要優于方案一。

（2）硬件成本上：

方案一需要DB0～DB7、COL0、COL1、ROW0和ROW1共12個控制器接口而方案二只需要P14、P15和P16共3個控制器接口。需要控制器接口資源越少選型時控制器的成本就越低，有利于批量生產時產品的市場競爭。在外圍芯片成本差不多的基礎上方案一比方案二增加了2片UNL2003的成本，故方案二的硬件成本要比方案一低。

（二）方案對比法設計16×16LED電子班牌軟件驅動方法

1.方案一： 16×16LED電子班牌顯示單個漢子并行軟件編寫流程。

2.方案二： 16×16LED電子班牌顯示單個漢子串行軟件編寫流程。

在學生分析對比已有的兩種方案對應的串并行硬件驅動方法與成本后接下來讓學生思考如何根據方案一與方案二的硬件電路設計流程圖其中方案一與方案二軟件驅動對應的流程圖如圖4與圖5所示。根據兩種方案的流程圖編寫對應的軟件驅動并對比分析軟件驅動的區別與聯系。

3.串并行軟件驅動的區別。方案一要想點亮16X16點陣中的任意一個LED，可以直接并行鎖存該LED對應的行碼和列碼，要想顯示一個漢字通過每隔1ms依次送1-16行選通碼然后送1-16列漢字碼利用人眼的視覺暫留效應達到動態顯示漢字的效果。而方案二要想點亮任意一個LED，每次要連續串行發送4個字節才能選通該行點亮該列。要想顯示一個漢字在主循環中以4個字節為單位循環串行發送也是利用人眼的視覺暫留效應達到動態顯示漢字的效果其中這4個字節為16行選通編碼與16列漢字編碼。

4.串并行軟件驅動的聯系。串行與并行控制都是在芯片的串行移位時鐘和輸出鎖存時鐘的配合下實現的，雖然串行按從低到高或者從高到低一位一位發送，但在輸出時仍然采用并行傳送。

通過以上對比分析串并行軟硬件方案和進一步對比串并行傳輸數據的區別與聯系，在此過程中學生的創新意識必將得到培養，工作能力必將得到提高。

三、對比創新思維訓練法實施的成效

（一）培養了創新思維提高了工作能力

學生通過對比16×16LED電子班牌兩種硬件與軟件設計方案后其創新思維的培養和工作能力的提高都有明顯的改善主要表現在：1.成本意識強烈。以前同學們在完成一個電子產品制作的過程中硬件上主要關注產品的功能很少關心如何在實現產品功能的前提下使成本最小化而現在采用對比創新思維訓練法后一個產品會考慮幾個方案而每一個方案中的每一個元器件的成本都要經過嚴格的考慮，最終才能確立方案。2.解決方案的多樣化。沒有采用這種訓練法之前同學們一般就是按部就班的實現產品的功能即可而現在對于某個具體產品同學們都會結合對比創新思維訓練法的要求嘗試用幾種方案來實現它的功能。3.軟件編寫的規范化。以前同學們在編寫驅動軟件時很少畫流程圖來編寫程序，出現問題時很難查找。采用創新思維訓練法后所有的方案都是先畫流程圖再編寫驅動，即使出現問題調試起來也非常方便。

圖5串行動態掃描漢字顯示流程圖

（二）相關賽項成績穩步提升

自單片機控制裝置安裝與調試賽項在對比方案創新思維訓練法的環節三實施3年以來，在教育部門舉辦的技能比賽和創新創業比賽中成績穩步前進，在國家、省、市舉辦的單片機控制裝置安裝與調試賽項中屢次獲獎；在省、市舉辦的教師和學生創新創業大賽中師生提交作品的獲獎率達70%以上。

（三）畢業生受企業歡迎

在剛剛結束的2016年5月校園招聘會中，經過對比創新思維訓練法培養的學生一次就業率達98%以上。經調查從事的工種基本上是電工電子相關的崗位，高就業率和專業對口率很大一部分原因是用人單位肯定我們的學生在校期間培養的創新意識和工作能力。

四、結語

在國家出臺《加快發展現代職業教育》的十三五規劃的新形式下，只有培養的學生受到用人單位的好評、受家長的肯定，學校才能實現良性循環，發展才能蒸蒸日上。而創新與工作能力又是衡量畢業生競爭力的關鍵內容，我們的教學輔導訓練方法也要不斷的進行創新才能使培養的每一屆畢業生具備較強的創新意識和工作能力。

參考文獻：

[1]楊啟林.培養學生創新能力的四種方法[OL].百度文庫