單片機教學(xué)模式創(chuàng)新與人才培養(yǎng)方式改革

陶重犇 李春光

（蘇州科技學(xué)院，江蘇 蘇州 215009，常州工學(xué)院，江蘇 常州 213002）

單片機教學(xué)模式創(chuàng)新與人才培養(yǎng)方式改革

陶重犇 李春光

（蘇州科技學(xué)院，江蘇 蘇州 215009，常州工學(xué)院，江蘇 常州 213002）

針對單片機教學(xué)與人才培養(yǎng)方式中存在的問題，提出了單片機教學(xué)模式創(chuàng)新與人才培養(yǎng)方式改革思路和實施措施。在單片機教學(xué)環(huán)節(jié)中引入了項目教學(xué)法的新思路，改革傳統(tǒng)的灌輸式教育方法；在人才培養(yǎng)上引入了課內(nèi)設(shè)計與課外項目實踐、課外競賽相結(jié)合的培養(yǎng)方式。通過讓學(xué)生參與實際項目的方式激發(fā)和驅(qū)動學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情與積極性，從而達到增強學(xué)生理論聯(lián)系實際的意識，培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的創(chuàng)新型人才的目的。

教學(xué)模式創(chuàng)新；培養(yǎng)方式創(chuàng)新；項目教學(xué)法；創(chuàng)新型人才

0　引　言

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，DSP、ARM、FPGA等新興產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)。與這些新興微型處理器相比，有著幾十年歷史的單片機感覺落后了。但是，歷史久遠不等于單片機沒有了市場。目前，單片機仍然是中低端市場中微處理器使用量的領(lǐng)頭羊。單片機相關(guān)課程仍然是電子信息工程、電子科學(xué)與技術(shù)、電氣與自動化等一系列與電類有關(guān)專業(yè)的必修課。熟練掌握單片機產(chǎn)品設(shè)計、制作和調(diào)試技能的高校畢業(yè)生，越來越成為研發(fā)型企業(yè)所急需的緊俏人才。同時，學(xué)生扎實的單片機編程和實踐能力又為嵌入式系統(tǒng)的學(xué)習(xí)奠定了良好的基礎(chǔ)。

然而，由于該課程內(nèi)容抽象，學(xué)生不僅需要了解單片機的整體硬件結(jié)構(gòu)，而且還需要掌握很多的單片機指令，因此大多數(shù)學(xué)生在課程學(xué)習(xí)的時候很難入門，從而導(dǎo)致對單片機的學(xué)習(xí)失去信心，以至于出現(xiàn)了學(xué)生難學(xué)與教師難教的尷尬局面。許多的專業(yè)課教師都在摸索一些能有效地提高該課程教學(xué)效果的方法，并借此培養(yǎng)出具有創(chuàng)新實踐能力的創(chuàng)新型人才[1]。筆者從事單片機教學(xué)以來，通過結(jié)合課程教學(xué)與課外的實踐的方式，嘗試探索一種單片機教學(xué)改革與創(chuàng)新人才相結(jié)合的新思路，也積累了較多的實際經(jīng)驗。本文針對傳統(tǒng)教學(xué)方法和人才培養(yǎng)模式中存在的不足，介紹克服這些不足所進行的實踐探索與心得體會。

1　傳統(tǒng)教學(xué)方法的問題分析

傳統(tǒng)的教學(xué)模式都是采取單片機理論教學(xué)先行，隨后實驗課程跟進的方式。理論教學(xué)的方法無外乎灌輸式或填鴨式的教學(xué)模式，也就是教師講，學(xué)生聽。這種教學(xué)模式無法有效反饋學(xué)生的知識掌握情況，也脫離了單片機課程具有的實踐性特征?？菰锏睦碚撝R只會讓學(xué)生在課堂上對單片機這門課程產(chǎn)生無趣與難學(xué)的印象[2]。

目前單片機教學(xué)中存在的問題，本文主要從主客觀兩個角度的六個方面進行剖析：

（1）教學(xué)方式簡單單一

傳統(tǒng)的教學(xué)一般采用以理論教學(xué)為主，實驗教學(xué)為輔的方式。這種理論內(nèi)容與實驗內(nèi)容相脫節(jié)的教學(xué)方式，往往使學(xué)生在理論教學(xué)時產(chǎn)生的疑問，無法得到及時的解答[3]。

（2）課程設(shè)計內(nèi)容陳舊

單片機課程設(shè)計的題目和內(nèi)容陳舊，不能適應(yīng)當前科技發(fā)展的需求。同時，陳舊的設(shè)計內(nèi)容不僅無法激發(fā)學(xué)生的主觀能動性，更不能使學(xué)生的創(chuàng)新思維得到有效的訓(xùn)練。

（3）課內(nèi)課外實踐不足

單片機課內(nèi)的實驗課時有限，實驗內(nèi)容往往只能挑選一些重點知識點展開[4]。而課外的實踐內(nèi)容，比如省級、國家級電子設(shè)計大賽以及實際的項目等，感興趣或者有能力參與的學(xué)生畢竟是少數(shù)，無法在更大層面上使大多數(shù)學(xué)生得到鍛煉。

（4）學(xué)生知識儲備不足

針對本組PHC患者，采用多因素逐步Cox比例風(fēng)險回歸模型對影響患者生存率的危險因素進行統(tǒng)計分析，變量賦值見表4。結(jié)果表明，術(shù)前較差的肝功能、較低的組織分化程度、門靜脈侵犯、出現(xiàn)淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、較高的TNM分期和高表達Pim-1蛋白是影響PHC患者生存時間的獨立危險因素；而性別、年齡、腫瘤數(shù)目、腫瘤直徑和術(shù)前血清AFP含量與患者總體生存期無關(guān)(表5)。

在實際教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，大部分學(xué)生所具備的編程能力僅能應(yīng)付計算機等級考試，實際編程經(jīng)歷幾乎沒有[5-6]。此外，單片機課程的學(xué)習(xí)需要學(xué)生有其他多門專業(yè)基礎(chǔ)課程的堅實知識基礎(chǔ)。

（5）學(xué)生自學(xué)能力有限

在單片機實驗或者課程設(shè)計的時候，常常遇到學(xué)生遇到問題就只知道問老師怎么解決，而沒有養(yǎng)成獨立思路和解決問題的習(xí)慣。因此，如何實現(xiàn)以教師為主導(dǎo)，以學(xué)生為主體的教學(xué)實踐，就需要注重培養(yǎng)學(xué)生獨立工作、獨立思考及解決問題的能力。例如，查資料、定方案等步驟都要求學(xué)生自己經(jīng)過學(xué)習(xí)和思考獨立完成。

（6）學(xué)生創(chuàng)新意識淡薄

學(xué)生由于深受傳統(tǒng)教學(xué)方法的影響，通常學(xué)習(xí)的主動性和積極性不高，創(chuàng)新意識也比較淡薄[7]。因此，不僅要激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，而且要從觀念上使學(xué)生更注重自學(xué)能力的增強與自我動手能力的提高。

2　教學(xué)與實踐方式改革

教學(xué)方法多樣而豐富，既有在教育實踐中積累和完善起來的，也有通過教育科研精心設(shè)計與發(fā)展起來的。尤其是伴隨現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，新的教學(xué)方法更是不斷地涌現(xiàn)。教學(xué)方法除了講授法、演示法和練習(xí)法等常見的傳統(tǒng)方法外，國外一些知名的高等學(xué)校還提出了很多新興的教學(xué)方法，其中包括案例教學(xué)法、發(fā)現(xiàn)教學(xué)法、程序教學(xué)法以及網(wǎng)絡(luò)教學(xué)法等[8]。當然，每一種方法都有其適用的具體范圍與條件，也都有其局限性。因此，在教學(xué)過程中不能機械的應(yīng)用到具體教學(xué)中去，這也就是教育學(xué)中常說的“教學(xué)有法，但無定法”的深層次含義。

2.1項目教學(xué)法

本文提出的項目教學(xué)法的理論基礎(chǔ)源于教育學(xué)中的案例教學(xué)法。案例教學(xué)法由美國哈佛大學(xué)工商管理學(xué)院于20世紀初首創(chuàng)。案例教學(xué)法通常使用在教育學(xué)、社會學(xué)、經(jīng)濟學(xué)、管理學(xué)等領(lǐng)域。其核心思想強調(diào)運用理論知識來解決實際的問題。途徑是借助于具體的案例來幫助學(xué)生將學(xué)到的理論緊密聯(lián)系實際。其優(yōu)點是有利于提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力。

①選擇合適的項目；

②制定詳細的實施方案與進展計劃；

③對擬定的方案進行評估與討論。

項目式教學(xué)法首先需要教師對項目進行選擇與編排，并做到所選擇項目符合典型性、實用性、可行性、先進性和有價值性的原則。在制定詳細的教學(xué)實施方案與教學(xué)進展計劃時，需要將具體項目的理論知識分解，并分散到每一個具體的實際操作步驟中去。教師對學(xué)生擬定的方案進行評估，并與學(xué)生進行討論。這個過程包括對實施過程和討論情況的評估。值得一提的是教師在項目教學(xué)法中處于主導(dǎo)地位，而學(xué)生處于主體地位。通過教師合理引導(dǎo)并幫助學(xué)生自主地解決項目中的難題，從而做到讓學(xué)生結(jié)合項目來分析原理，達到理解與掌握知識點的目的。

2.2仿真與實際操作相結(jié)合

本著提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率的原則，本文強調(diào)要將單片機仿真與實際的單片機實驗箱結(jié)合使用的思路。目前，較為流行的單片機仿真軟件Proteus ISIS是由英國Labcenter公司開發(fā)的一種電路分析與實物仿真軟件。Proteus可以用于仿真、分析各種模擬器件和集成電路，并具有原理圖繪制、軟件調(diào)試、單片機仿真與電路仿真相結(jié)合等功能。通過將仿真軟件Proteus與編譯調(diào)試軟件Keil C51 μVision4結(jié)合使用，就能逼真的仿真單片機所實現(xiàn)的實際工程項目。因此，學(xué)生不需要將大量的時間花費在將單片機與外圍電子元器件進行實際的連接。通過仿真的方式就能檢測項目設(shè)計方案的有效性與可靠性，這樣使得學(xué)生從繁瑣的線路連接中解脫出來，從而可以將更多的精力放在單片機項目的設(shè)計與編程上。

2.3C語言為主匯編為輔

目前，工程實踐中C語言已經(jīng)取代匯編語言，成為主流的單片機開發(fā)語言。許多的企業(yè)也非常需要和歡迎那些熟練掌握C語言編寫單片機程序技能的高校畢業(yè)生。然而，目前廣泛使用的高校單片機教材無一例外的將匯編語言作為主要內(nèi)容進行教學(xué)。雖然，匯編語言編程具有可直接控制硬件、運行效率高等優(yōu)點，但是其最大的缺點就是語句抽象造成的編程效率低下。學(xué)生通?？梢宰x懂匯編語言的每個語句，但整個匯編程序所要解決的問題卻看不懂。而當需要學(xué)生自己編程時，就會覺得困難重重。

因此，針對人才市場需求與提高學(xué)生就業(yè)率的需要。筆者認為在單片機教學(xué)實踐過程中，要將C語言作為主要的單片機開發(fā)語言進行介紹。而在某些需要精確控制的地方可以適當對匯編語言多做一些介紹。這種將C語言教學(xué)為主匯編為輔，同時兼顧兩者的混合編程的單片機教學(xué)方式，不僅使學(xué)生易學(xué)，而且又適應(yīng)了企業(yè)對于使用C語言編程的單片機開發(fā)人才的迫切需求。

3　人才培養(yǎng)方式改革

3.1借助改革促進學(xué)習(xí)興趣

興趣總是扮演著最好老師的角色。那么，如何將提高學(xué)生對單片機課程的興趣作為一門藝術(shù)進行研究，是每一位任課教師責無旁貸的分內(nèi)之事[9]。由于單片機課程是一門實踐較強的工程課程，因此當利用單片機設(shè)計與實現(xiàn)某個工程項目時，不僅需要學(xué)生掌握較多的硬件知識，而且對學(xué)生的編程能力的要求也較高。在開展這門對于學(xué)生要求較高的課程教學(xué)時，如果僅僅一味地對其灌輸理論知識，而不注重理論知識與實例相結(jié)合的教學(xué)，那么學(xué)生容易產(chǎn)生畏懼情緒，從而對單片機課程的學(xué)習(xí)事倍功半。

因此，教師在教學(xué)過程中就需要從教學(xué)方式與教學(xué)內(nèi)容這兩個方面來著手改革，并借助改革的成果來促進學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與熱情。在教學(xué)方式上，要做到能夠吸引學(xué)生的注意。比如，將單片機的第一堂課放在單片機實驗室中進行，并指導(dǎo)學(xué)生在實驗箱上搭建一個彩燈的實驗平臺。當你指導(dǎo)學(xué)生點亮那些五顏六色、絢麗奪目的彩燈時，相信此刻也點亮了學(xué)生心中那盞“興趣之燈”。在教學(xué)內(nèi)容上，要將本文提出的項目教學(xué)法貫徹到整個教學(xué)活動實踐中，并按照典型性與創(chuàng)新性相結(jié)合的原則安排教學(xué)內(nèi)容。從而使學(xué)生帶著飽滿的學(xué)習(xí)興趣和熱情，在增長知識和獲取技能的同時，也收獲到完成項目的成就感與自豪感。

3.2借助創(chuàng)新項目提高課程設(shè)計質(zhì)量

課程設(shè)計的宗旨就是要培養(yǎng)學(xué)生獨立思考問題、解決問題的能力和創(chuàng)新精神。學(xué)生的創(chuàng)新精神的激發(fā)需要指導(dǎo)教師為其引入最新的項目或課題?？梢詫鹘y(tǒng)的單片機課程設(shè)計項目，包括交通燈、電子鐘、點陣屏顯示、電子琴等作為基礎(chǔ)性實驗，而將單片機在目前比較熱門領(lǐng)域中的應(yīng)用，比如可穿戴式傳感器、機器人等。這樣不僅能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且使得教學(xué)也緊跟科技的前沿。創(chuàng)新項目的選取需要遵循實用性與可行性的原則。課題設(shè)計的項目最好是一些較為新穎的產(chǎn)品。比如能夠自主避障的移動機器人小車、遙控機器人小車、語音控制機器人等。另外，根據(jù)素質(zhì)教育“因材施教”的要求，還需要根據(jù)學(xué)生的自身情況以及設(shè)計的難易程度為學(xué)生選擇合理的課題。

此外，課程設(shè)計的實施過程要以教師指導(dǎo)評估為主導(dǎo)，學(xué)生獨立完成為主體來實現(xiàn)。教師主要負責為學(xué)生選擇能夠培養(yǎng)其能力的創(chuàng)新型項目或課題，在設(shè)計思路和調(diào)試方面給予一些基本的指導(dǎo)，并且對學(xué)生完成的項目或課題進行合理的評估與總結(jié)。同學(xué)主要負責制定設(shè)計方案、查閱相關(guān)資料、確定設(shè)計參數(shù)等步驟。除此之外，學(xué)生在課程設(shè)計中還應(yīng)該掌握利用編譯軟件Keil 編寫和調(diào)試程序，利用軟件Proteus繪制原理圖并仿真，利用電烙鐵進行電路板焊接，以及使用萬用表、示波器等方面的知識和技能。

3.3借助競賽鍛煉學(xué)生創(chuàng)新實踐能力

現(xiàn)在可供大學(xué)生參加的電子類競賽較多，比如全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽、各省市的大學(xué)生電子設(shè)計競賽、中國機器人大賽RoboCup公開賽等。此類比賽中涉及的內(nèi)容大多是利用單片機的系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)的。選拔一批學(xué)習(xí)興趣濃厚、基本功扎實、創(chuàng)新能力強的同學(xué)參加機器人大賽、電子設(shè)計大賽，證明了這是一種激勵學(xué)生更深入鉆研單片機的有效辦法。同時通過這一部分同學(xué)的帶動，也會調(diào)動和推動全體同學(xué)的學(xué)習(xí)積極性。

目前，通過成立機器人興趣班，讓參加機器人比賽的小組成員自己繪制流程圖、編寫與調(diào)試程序模塊、選購元器件等方式培訓(xùn)學(xué)生。當然，指導(dǎo)老師給予必要的指導(dǎo)與技術(shù)支持。學(xué)生通過自己動手制作機器人不僅培養(yǎng)了動手能力，而且激發(fā)了他們的鉆研與創(chuàng)新的精神。在RoboCup機器人大賽和全國電子競賽中獲得的優(yōu)異成績不僅使得學(xué)生獲得了榮譽，而且點燃了他們的學(xué)習(xí)熱情和自信心。因此，借助于競賽活動不僅鍛煉了學(xué)生的實踐創(chuàng)新能力，而且對教學(xué)工作也產(chǎn)生了積極的影響。

4　結(jié)　論

單片機教學(xué)模式的改革與創(chuàng)新的目的是為了提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神的與創(chuàng)新能力的創(chuàng)新型人才。教學(xué)改革的宗旨就是以學(xué)生為本，目的就是培養(yǎng)創(chuàng)新型人才。因此，教學(xué)改革與培養(yǎng)人才即相輔相成，又互相促進。只有通過不斷地探索和改革教學(xué)方法，提高學(xué)生學(xué)習(xí)單片機課程的興趣，通過項目教學(xué)的方法提高學(xué)生的工程實踐能力和創(chuàng)新能力。采用理論與實踐項目相結(jié)合的教育教學(xué)模式，做到“兩條腿走路”，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)自主性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識與創(chuàng)新思維，提高學(xué)生的動手能力，最終為國家培養(yǎng)出具有創(chuàng)新思維與能力的專門人才。

[1]朱湘萍,包本剛,熊文元.“四元一體”教研活動模式的構(gòu)建與創(chuàng)新[J].湖南科技學(xué)院學(xué)報,2013,34(8):38-40.

[2]劉成剛,李常峰.傳感器項目化教學(xué)的研究與改革[J].中國科教創(chuàng)新導(dǎo)刊,2013,1(30):80.

[3]趙延明,周少武,謝道文.面向創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的《單片機原理及應(yīng)用》的教改研究[J].當代教育理論與實踐, 2012:4 (5):116-117.

[4]包敬海,張大平,陸安山等.淺談面向應(yīng)用型人才培養(yǎng)的單片機課程的改革[J].欽州學(xué)院學(xué)報,2013,28(8):20-23.

[5]周朝霞,紀藝娟.單片機課程教學(xué)方式改革與實踐[J].湖南科技學(xué)院學(xué)報,2014,35(10):31-34.

[6]賈萍,丁向榮,胡美蘭.“教、學(xué)、做"一體化單片機教學(xué)實驗平臺的設(shè)計與應(yīng)用[J].實驗技術(shù)與管理,2012,29(6):139-142.

[7]陳卉.單片機原理及其教學(xué)創(chuàng)新技術(shù)研究[J].創(chuàng)新教育, 2011,1(32):144-145.

[8]周川.簡明高等教育學(xué),河海大學(xué)出版社,2006:148.

[9]段作章,田業(yè)茹.學(xué)習(xí)興趣的發(fā)生學(xué)探析[J].教育科學(xué), 2012,28(3):33-37.

（責任編校：何俊華）

G642

A

1673-2219（2015）05-0045-03

2014－12－27

國家自然基金青年基金(No.61401297)。

陶重犇(1985－)，男，江蘇昆山人，工學(xué)博士，講師，主要從事多機器人群集控制研究。李春光(1976－)，男，湖北武漢人，工學(xué)碩士，講師，主要從事雙足機器人伺服控制系統(tǒng)研究。