面向創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的《單片機(jī)原理及應(yīng)用》的教改研究

趙延明，周少武，謝道文

(湖南科技大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院，湖南湘潭411201)

面向創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的《單片機(jī)原理及應(yīng)用》的教改研究

趙延明，周少武，謝道文

(湖南科技大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院，湖南湘潭411201)

針對《單片機(jī)原理及應(yīng)用》教學(xué)目前存在的問題，采取理論與實踐相結(jié)合的教學(xué)方法與模式、形式多樣的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)自主性，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新性思維、培養(yǎng)動手能力和創(chuàng)新能力，增強(qiáng)《單片機(jī)原理及應(yīng)用》的教學(xué)效果，推進(jìn)學(xué)生素質(zhì)教育。

創(chuàng)新;人才培養(yǎng);單片機(jī);教學(xué)改革

在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，國家的綜合國力競爭主要體現(xiàn)在其創(chuàng)新能力上，因此對于高等學(xué)校來說應(yīng)大力加強(qiáng)創(chuàng)新教育，培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識和能力的人才，提高學(xué)生的動手能力、科技創(chuàng)新能力、工程綜合與工程設(shè)計能力、獨(dú)立分析問題和解決問題的能力。

單片機(jī)的應(yīng)用已深入國民經(jīng)濟(jì)的各個領(lǐng)域，對很多行業(yè)技術(shù)革新和產(chǎn)品升級起著重要的推動作用，主要應(yīng)用在智能儀器儀表、機(jī)電一體化、實時控制、過程控制、數(shù)據(jù)采集、信號處理、家用電器以及國防工業(yè)等方面?！秵纹瑱C(jī)原理及應(yīng)用》是信息與電氣工程系電氣工程及其自動化專業(yè)、電子信息工程專業(yè)、通信工程專業(yè)、自動化專業(yè)的主干課程。它綜合了多門基礎(chǔ)課和專業(yè)基礎(chǔ)課的知識，是一門應(yīng)用性、實踐性很強(qiáng)的專業(yè)課。學(xué)習(xí)該課程目的使學(xué)生掌握單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)、匯編指令系統(tǒng)、軟件編程、單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展和各種外圍器件的應(yīng)用，使學(xué)生具備單片機(jī)的硬件設(shè)計、軟件編程、調(diào)試運(yùn)行等技能，扎實提高學(xué)生的動手實踐能力、創(chuàng)新能力，為今后的工作奠定堅實基礎(chǔ)。

其教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量直接影響著學(xué)生實踐能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)與提高，因此通過《單片機(jī)原理及應(yīng)用》教學(xué)改革，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識，樹立學(xué)生的創(chuàng)新理念、培養(yǎng)自主創(chuàng)新能力，推進(jìn)素質(zhì)教育具有重要意義。

一 存在問題分析

《單片機(jī)原理及應(yīng)用》是一門實踐性極強(qiáng)的綜合性課程，目前教學(xué)過程存在以下諸問題:

1．理論教學(xué)以單片機(jī)原理知識為核心，先基礎(chǔ)后應(yīng)用的模式使得學(xué)生感覺枯燥，學(xué)習(xí)積極性和主動性不高，有畏難情緒;應(yīng)用技術(shù)講授較少，具體從系統(tǒng)原理－＞元器件選型－＞硬件原理圖設(shè)計－＞元器件封裝－＞PCB板設(shè)計－＞元件器焊接－＞程序設(shè)計－＞系統(tǒng)調(diào)試這樣全過程的實例太少，很難培養(yǎng)學(xué)生的動手實踐能力、創(chuàng)新能力及技術(shù)應(yīng)用能力。

2．單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)和硬件資源與編程軟件講授分離，從目前大多數(shù)教材內(nèi)容組織來看，很多章節(jié)

只講硬件，或只講軟件知識，實際上對一個系統(tǒng)來講，硬件和軟件是必須結(jié)合起來考慮，只有硬件設(shè)計好才能進(jìn)行軟件設(shè)計，因為硬件設(shè)計中已經(jīng)確定了軟件中需要的地址單元。

3．實踐環(huán)節(jié)教學(xué)模式單一，很多學(xué)校一般在規(guī)定的時間內(nèi)，按照教學(xué)大綱的要求，學(xué)生按照實驗指導(dǎo)書敲入程序，然后觀察和分析實驗運(yùn)行及結(jié)果。這種相對呆板、封閉的實驗?zāi)Ｊ胶茈y提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，更不要說培養(yǎng)和發(fā)揮學(xué)生的主動性和創(chuàng)造性。

二 改革研究內(nèi)容

針對《單片機(jī)原理及應(yīng)用》課程的現(xiàn)狀、存在的問題以及本身的特點(diǎn)，準(zhǔn)備進(jìn)行如下方面進(jìn)行教學(xué)研究和改革:

1．理論與實踐相結(jié)合的教學(xué)方法與模式，充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)自主性

改變以教師為主體、原理知識為中心、滿堂灌輸?shù)哪Ｊ?，理論教學(xué)采用課堂教學(xué)與學(xué)生自學(xué)相結(jié)合方式。在按正常的教學(xué)大綱進(jìn)行講授理論課的同時，開展一定量的單片機(jī)發(fā)展和應(yīng)用方面的專題學(xué)術(shù)講座，介紹各種單片機(jī)的發(fā)展新動向以及怎樣進(jìn)行單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計的方法和技巧，使學(xué)生能自主地以自學(xué)的形式補(bǔ)充哪些方面的知識;在講授每個知識點(diǎn)時教師精心設(shè)置思考題，使學(xué)生在課外查閱資料尋找答案;引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會利用網(wǎng)絡(luò)資源充實專業(yè)知識和提高自主學(xué)習(xí)能力。充分體現(xiàn)了以學(xué)生為主體，應(yīng)用能力培養(yǎng)為中心，有助于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，推動了培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題和創(chuàng)新能力。

原理知識和應(yīng)用緊密結(jié)合，運(yùn)用“教、學(xué)、研”一體化的教學(xué)方法。在講授原理知識時，要求每個學(xué)生準(zhǔn)備一塊簡單的單片機(jī)學(xué)習(xí)開發(fā)板，結(jié)合理論和實踐，一邊學(xué)一邊干是快捷的學(xué)習(xí)方法。將理論學(xué)習(xí)、實踐應(yīng)用、作品制作有機(jī)地結(jié)合為一體，以理論教學(xué)為基礎(chǔ)，以實踐訓(xùn)練為重點(diǎn)，以掌握知識和技能為教學(xué)。課程的理論教學(xué)與實踐教學(xué)融合在一起，使學(xué)生能夠在生動多樣的實驗中理解和掌握原來枯燥乏味的原理知識，適當(dāng)安排學(xué)生簡單的任務(wù)，要求學(xué)生去自學(xué)相關(guān)的知識，在分析任務(wù)要求的基礎(chǔ)上，搜索查找資料并提出開發(fā)項目產(chǎn)品的初步方案，培養(yǎng)鍛煉學(xué)生的分析和解決問題能力。在學(xué)生進(jìn)行這樣簡單制作過程中，將課本上軟件和硬件知識分離的狀況改變，有利于學(xué)生以系統(tǒng)的觀點(diǎn)認(rèn)識和把握所學(xué)習(xí)的知識。這樣激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，讓學(xué)生真正感覺到在“學(xué)中做、做中學(xué)、邊學(xué)邊做、邊做邊學(xué)”。

2．形式多樣的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，增強(qiáng)學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新能力

實踐教學(xué)環(huán)節(jié)是培養(yǎng)和提高學(xué)生的實踐動手能力、創(chuàng)新能力的關(guān)鍵途徑之一。改變目前《單片機(jī)原理及應(yīng)用》課程的實踐教學(xué)模式單一的現(xiàn)狀，開展形式多樣的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)來完善該門課的教學(xué)模式。

＞簡單單片機(jī)學(xué)習(xí)開發(fā)板

在講授原理知識時，要求每個學(xué)生準(zhǔn)備一塊簡單的單片機(jī)學(xué)習(xí)開發(fā)板，邊學(xué)邊做，增強(qiáng)對原理知識、軟硬件結(jié)合、系統(tǒng)概念的理解和掌握。

＞單片機(jī)實驗箱

按實驗教學(xué)大綱的基本要求，在實驗箱上完成規(guī)定的實驗。采用驗證性實驗來熟悉實驗箱硬件原理和編程環(huán)境;采用設(shè)計性和綜合性實驗，實驗指導(dǎo)書只給出實驗的任務(wù)和要求、以及實驗的原理性說明，學(xué)生必須根據(jù)實驗的目的和要求獨(dú)立實驗，然后觀察實驗現(xiàn)象，分析實驗結(jié)果，寫出實驗報告，來提高學(xué)生綜合分析問題和解決問題的能力，逐步引入系統(tǒng)設(shè)計的概念，為課程設(shè)計做準(zhǔn)備。

＞課程設(shè)計

按課程設(shè)計教學(xué)大綱的基本要求，教師給出具有一定難度的課題，要求學(xué)生獨(dú)立設(shè)計課題的硬件電路原理圖、PCB圖以及相應(yīng)的程序，并對軟硬件進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試，然后觀察實驗現(xiàn)象，分析實驗結(jié)果，寫出課程設(shè)計說明書。在課程設(shè)計教學(xué)中，充分調(diào)動學(xué)生的積極性與創(chuàng)造性，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，培養(yǎng)其綜合應(yīng)用素質(zhì)。

＞虛擬單片機(jī)實驗室

為了克服只有在實驗室才能完成實踐教學(xué)的不足，把Proteus引入實踐教學(xué)中，構(gòu)建起虛擬單片機(jī)實驗室，使學(xué)生能夠在課余時間進(jìn)行實驗學(xué)習(xí)，解決實踐教學(xué)課時不足的問題。

＞創(chuàng)新實驗室

充分利用現(xiàn)在信息與電氣工程系擁有的國家級電子與電氣技術(shù)實驗中心的創(chuàng)新實驗室，鼓勵學(xué)生利用業(yè)余時間強(qiáng)化動手和創(chuàng)新能力。篩選既有潛力又有興趣的部分學(xué)生進(jìn)入創(chuàng)新實驗室重點(diǎn)指導(dǎo)，使這部分學(xué)生能夠獨(dú)立完成具有實際工程意義的項目(包括原理電路設(shè)計、元器件選型、元器件封裝、PCB板制作、電子元器件的焊接、軟件設(shè)計、聯(lián)機(jī)調(diào)試等工作)，并組織積極參加各級電子競賽、挑戰(zhàn)杯，培養(yǎng)這些學(xué)生的動手和創(chuàng)新能力。力圖通過部分學(xué)生的重點(diǎn)培養(yǎng)來帶動全體學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，從而提升單片機(jī)教學(xué)的整體教學(xué)質(zhì)量，是使學(xué)生政治掌握一門實用技術(shù)，從而增強(qiáng)就業(yè)競爭力。

＞生產(chǎn)實習(xí)和認(rèn)識實習(xí)

通過生產(chǎn)實習(xí)和認(rèn)識實習(xí)加深學(xué)生對電子產(chǎn)品設(shè)計、電子元器件焊接、系統(tǒng)設(shè)計整體概念的理解，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考能力、動手能力和創(chuàng)新能力。

三 改革研究目標(biāo)

1制定并執(zhí)行切實可行的理論與實踐相結(jié)合理論教學(xué)計劃

為了更好地引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)好《單片機(jī)原理及應(yīng)用》這門課程，改變以教師為主的教學(xué)模式，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性和積極性，培養(yǎng)鍛煉學(xué)生的分析與解決問題能力以及創(chuàng)新性思維。該教學(xué)計劃的制定除了目前正常大綱要求的內(nèi)容，同時考慮了如下問題:怎樣組織專題學(xué)術(shù)講座的形式和內(nèi)容才有利于開闊學(xué)生的視野，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性;怎樣組織“教、學(xué)、研”一體化的教學(xué)方法才能做到理論聯(lián)系實踐、軟件和硬件相結(jié)合學(xué)習(xí)方式。

2制定并執(zhí)行形式多樣的實踐教學(xué)計劃

根據(jù)上述實踐教學(xué)的研究內(nèi)容，逐一制定每一個環(huán)節(jié)的實踐教學(xué)的任務(wù)和要求，包括簡單單片機(jī)學(xué)習(xí)開發(fā)板措施(確定“邊學(xué)邊做”實驗?zāi)康?、?nèi)容、方法)、實驗教學(xué)計劃(驗證性、設(shè)計性和綜合性實驗確定以及實驗指導(dǎo)書修訂)、課程設(shè)計教學(xué)計劃(課程設(shè)計題目的選取、完成目的和要求)、虛擬實驗室構(gòu)建措施(Proteus構(gòu)建虛擬實驗室的方法步驟、實驗項目的選取)、創(chuàng)新實驗室教學(xué)計劃(學(xué)生篩選方案和題庫、學(xué)生實驗室培養(yǎng)方案)、實習(xí)教學(xué)計劃(修訂現(xiàn)有的生產(chǎn)實習(xí)和認(rèn)識實習(xí)計劃)等內(nèi)容。特別是創(chuàng)新性實驗的項目的選題問題，既要具有創(chuàng)新性的工程項目，又要考慮難度適當(dāng)。

四 結(jié) 語

采用理論與實踐相結(jié)合的教學(xué)方法與教學(xué)模式，做到“邊學(xué)邊做”，利用多種啟發(fā)機(jī)制激勵學(xué)生學(xué)習(xí)自主性;采用形式多樣的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，提高學(xué)生的實踐動手能力、創(chuàng)新能力，為國家培養(yǎng)出創(chuàng)新型人才。

［1］趙 玲，唐 嵐．單片機(jī)原理及應(yīng)用的課堂教學(xué)與實踐環(huán)節(jié)教學(xué)研究［J］．高等教育研究，2008，25(4):45－46．

［2］袁惠娟．單片機(jī)課程教改現(xiàn)狀及探究［J］．大眾科技，2009(11):148－149．

［3］謝四蓮，劉峰，張軍．“項目驅(qū)動法”在《單片機(jī)原理及應(yīng)用》教學(xué)中的應(yīng)用研究［J］．湖南人文科技學(xué)院學(xué)報，2010(3):124－125．

G645

A

1674－5884(2012)05－0116－02

2012－03－10

全國教育科學(xué)規(guī)劃課題(DIA110270);湖南科技大學(xué)瀟湘學(xué)院教研項目資助(G31069)

趙延明(1973－)，男，湖南湘潭人，副教授，工學(xué)碩士，主要從事工業(yè)控制與自動化、數(shù)據(jù)挖掘等研究。

(責(zé)任編校 羅 淵)