基于學(xué)生創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)的單片機(jī)教學(xué)方法的改革

姚嘉等

摘 要：單片機(jī)作為一種電子控制元件，越來越多地用于社會的各個領(lǐng)域。當(dāng)代的工科大學(xué)生要求對于單片機(jī)技能有一定的掌握。文章從目前的單片機(jī)教學(xué)中存在的問題進(jìn)行剖析，為了更好地實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)，提出了相應(yīng)的教學(xué)方法改革的思路，同時提出了實用有效的單片機(jī)學(xué)習(xí)方法。通過單片機(jī)的系統(tǒng)化學(xué)習(xí)，自主產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實踐能力。

關(guān)鍵詞：單片機(jī)教學(xué) 創(chuàng)新實踐能力 教學(xué)方法改革 自主學(xué)習(xí)能力

中圖分類號：G647

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1004-4914（2015）05-248-02

單片機(jī)從問世以來，對于人類的生活和社會的進(jìn)步起到了巨大的推動作用。單片機(jī)的飛速發(fā)展也在越來越多地促進(jìn)人類文明的進(jìn)步。對于當(dāng)今接受工科高等教育的人群來說，掌握單片機(jī)的實用技能，更好地利用單片機(jī)帶來的優(yōu)勢；掌握單片機(jī)的開發(fā)技能，更好地設(shè)計實用產(chǎn)品；掌握單片機(jī)系統(tǒng)的維修維護(hù)技能，更好地發(fā)揮單片機(jī)的作用，都是必要的。

目前，單片機(jī)被廣泛地應(yīng)用于生產(chǎn)、生活的各個領(lǐng)域，在控制系統(tǒng)、測試系統(tǒng)上發(fā)揮著作用。如機(jī)床設(shè)備上的電子控制，能夠使勞動生產(chǎn)率提高并保證產(chǎn)品質(zhì)量；汽車電子控制系統(tǒng)和電控技術(shù)的完善，也在促進(jìn)汽車的智能化、舒適化的發(fā)展；家電產(chǎn)品中的電控系統(tǒng)更是不可或缺的，為人類生活質(zhì)量的提升提供了高效快捷的方法。

單片機(jī)課程是電子技術(shù)專業(yè)學(xué)生必修的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)主干課程，也是一門理論與實際密切結(jié)合的課程；是學(xué)生必修的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)主干課，也是一門理論與實際密切結(jié)合的課程，同時還是學(xué)生進(jìn)行完整的智能電子產(chǎn)品開發(fā)必修的課程之一。學(xué)生對該課程內(nèi)容掌握的程度直接影響其專業(yè)課程的學(xué)習(xí)和專業(yè)技能的提高，對于人才素質(zhì)的培養(yǎng)起著舉足輕重的作用{1}，因此，對于單片機(jī)課程在工科專業(yè)的設(shè)置是必要的；另外，對于單片機(jī)知識的了解、學(xué)習(xí)、掌握也都是必要的。這就對于單片機(jī)教學(xué)如何順利地開展，教師教學(xué)能力的提高，學(xué)生學(xué)習(xí)程度的深化，提出了更高的要求。本文正是在實踐教學(xué)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，總結(jié)了近年來單片機(jī)教學(xué)的問題和弊端，在與時俱進(jìn)的思想引導(dǎo)下，提出了基于學(xué)生創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)的單片機(jī)教學(xué)方法的改革思路。

一、單片機(jī)教學(xué)中存在的問題分析

2010年，教育部基于國務(wù)院《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（201—2010年）》和《國家中長期人才發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》的相關(guān)內(nèi)容，提出了卓越工程師培養(yǎng)計劃。該計劃的主要目標(biāo)是：面向工業(yè)界、面向未來、面向世界，培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展需要的高質(zhì)量各類型工程技術(shù)人才，為建設(shè)創(chuàng)新型國家、實現(xiàn)工業(yè)化和現(xiàn)代化奠定堅實的人力資源基礎(chǔ)，增強(qiáng)我國的核心競爭力和綜合國力{2}。

筆者依據(jù)十余年的單片機(jī)教學(xué)經(jīng)驗，總結(jié)了單片機(jī)教學(xué)中存在的問題，目的是根據(jù)存在的普遍問題找到解決方法，更好地促進(jìn)單片機(jī)教學(xué)。

1.傳統(tǒng)的書本知識講解方式?，F(xiàn)在仍然在單片機(jī)的教學(xué)中存在單純的書本知識教授的實例。教師在課堂教學(xué)中，按部就班，照本宣科地把書本知識灌輸給學(xué)生。這種方法對于學(xué)生興趣的培養(yǎng)不利，單片機(jī)課程本身就是枯燥難懂的理論知識，這種講述方式不可能給學(xué)生以直接的刺激以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。有文獻(xiàn)指出單片機(jī)課程具有如下特點：實踐性強(qiáng)，課程本身對學(xué)生的理論基礎(chǔ)要求不是很高，它側(cè)重于具體技術(shù)在工程中的應(yīng)用{3}。但是這種認(rèn)知也是有局限的，基礎(chǔ)和理論知識必不可少，只是把精力完全放在理論知識的教授與學(xué)習(xí)上，對于單片機(jī)的掌握是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。

2.單片機(jī)知識的孤立講解，與前續(xù)知識的銜接困難。單片機(jī)技術(shù)是與數(shù)字電子、模擬電子、計算機(jī)基礎(chǔ)等理論知識密切相關(guān)的學(xué)科，孤立的講解一定是不見成效的，如何使前續(xù)知識可以融合于后續(xù)的單片機(jī)學(xué)習(xí)也是教學(xué)環(huán)節(jié)必須注意的問題。

3.學(xué)生學(xué)習(xí)興趣難以保證，課堂教學(xué)質(zhì)量難以保證?；谝陨系慕虒W(xué)現(xiàn)狀，學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)可想而知，完全是晦澀的知識傳授，學(xué)生不知道學(xué)到什么程度，怎么學(xué)以致用，導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性不高，很多學(xué)生對單片機(jī)的學(xué)習(xí)是知難而退，提不起興趣，干脆放棄。

4.單片機(jī)的實驗環(huán)節(jié)設(shè)置不足。幾個學(xué)時的實驗環(huán)節(jié)，基本上只能滿足演示實驗的時間要求，因此，學(xué)生的實際動手能力培養(yǎng)流于形式。

5.現(xiàn)有考核形式的弊端，以試卷的形式考核單片機(jī)知識的掌握無疑是不恰當(dāng)?shù)摹＿@種考核形式也是與采用傳統(tǒng)的教學(xué)方法的弊病之一，對于學(xué)生的考核還停留在對于知識點的記憶上，而忽視了單片機(jī)教學(xué)是要學(xué)以致用的宗旨。

二、單片機(jī)教學(xué)方法改革的系統(tǒng)化措施

注重能力培養(yǎng)無疑是單片機(jī)教學(xué)的重中之重，單片機(jī)課程在所有的工科專業(yè)課程中是最容易與實踐結(jié)合的一門課程，對于學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)，創(chuàng)新思維的鍛煉，實踐能力的拓展都具有積極的意義。關(guān)于單片機(jī)教學(xué)的幾點改革意見可以概括為：

1.從課程導(dǎo)入環(huán)節(jié)入手，設(shè)置實物展示與學(xué)生制作的產(chǎn)品展示環(huán)節(jié)，形象直觀地告訴學(xué)生，通過單片機(jī)課程的學(xué)習(xí)，能學(xué)到什么，通過學(xué)習(xí)可以做什么。激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生才有可能在學(xué)習(xí)碰到困難時，正視困難，不逃避，不半途而廢。這節(jié)導(dǎo)入課，對于單片機(jī)這門比較特殊的課程來說，是關(guān)鍵，是必不可少的環(huán)節(jié)。

2.克服傳統(tǒng)教學(xué)的弊端，做到知識講授與掌握程度的最大化。這就要求對課堂的教學(xué)時間的有效利用，教師對于教授內(nèi)容的合理設(shè)計，有效地利用教學(xué)視頻，與應(yīng)用仿真軟件的有效結(jié)合，豐富學(xué)習(xí)的手段，取得高效的學(xué)習(xí)收獲。

3.學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力培養(yǎng)的必要性。單片機(jī)的實際應(yīng)用特征決定，對于單片機(jī)的學(xué)習(xí)不能單純局限于對課堂時間的利用，課下的消化理解，實踐動手，都是必不可少的環(huán)節(jié)。學(xué)生要有效地利用網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源，對于疑難問題尋根溯源，對于相關(guān)軟件進(jìn)行學(xué)習(xí)與操作，對于單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)進(jìn)行實際操作，這樣才能真正地學(xué)好單片機(jī)，用好單片機(jī)。

4.依靠開展學(xué)習(xí)興趣小組，以團(tuán)隊學(xué)習(xí)的形式，鞏固課堂知識。僅憑學(xué)生吃大鍋飯喝大鍋粥，使所有學(xué)生都能夠在單片機(jī)學(xué)習(xí)中得到好成績是不現(xiàn)實的，特別是對于非計算機(jī)電子專業(yè)的學(xué)生而言。依靠學(xué)生的興趣選擇，成立針對不同目標(biāo)的學(xué)習(xí)興趣小組，劃分的依據(jù)可以是以對于課程掌握要求一類，做實際的不同產(chǎn)品設(shè)計一類。團(tuán)隊學(xué)習(xí)的形式可以實現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)，取長弊短，促進(jìn)共同學(xué)習(xí)，小組之間也可以以實際的產(chǎn)品開發(fā)等成果進(jìn)行交流，進(jìn)而帶動其他學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

5.對于單片機(jī)學(xué)習(xí)的教學(xué)政策支持，也是尤為關(guān)鍵的。對于電子控制技術(shù)發(fā)展在社會生活各個環(huán)節(jié)的普及，使得單片機(jī)越來越重要，工科院校的各類專業(yè)不僅要開設(shè)單片機(jī)課程作為專業(yè)必修課，更要在實驗條件、師資上給予重視和支持，老師教得好，有方法，可以更好地引導(dǎo)學(xué)生。實驗條件和配套設(shè)施的購置和使用，使學(xué)生的動手能力得到鍛煉。學(xué)校的學(xué)生創(chuàng)新項目的立項和資助上也應(yīng)該向單片機(jī)控制方向的課題傾斜，讓學(xué)生有更多的機(jī)會實現(xiàn)自己的創(chuàng)新思維，把idea轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品。鼓勵學(xué)生積極參加和參與各類各項的單片機(jī)方面的比賽，提升學(xué)生的實踐能力和動手能力將不再是紙上談兵。

三、單片機(jī)的有效學(xué)習(xí)法總結(jié)

對于有效的單片機(jī)學(xué)習(xí)方法進(jìn)行總結(jié)，具體的學(xué)習(xí)過程按照理論學(xué)習(xí)→入門→能力訓(xùn)練→創(chuàng)新與實踐→產(chǎn)品開發(fā)與設(shè)計→產(chǎn)品成果的過程進(jìn)行，其中理論學(xué)習(xí)與能力訓(xùn)練作為基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，兩者相輔相成，在同步的學(xué)習(xí)中，找到單片機(jī)的學(xué)習(xí)技巧，培養(yǎng)技能，從編程軟件的運(yùn)用，硬件設(shè)計的環(huán)節(jié)獲得能力提升。但是，單片機(jī)的學(xué)習(xí)不會只局限于理論學(xué)習(xí)能力和虛擬軟件的應(yīng)用能力，就連單片機(jī)開發(fā)板也只能作為學(xué)習(xí)單片機(jī)的工具。對于產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計環(huán)節(jié)要求學(xué)生首先有一個創(chuàng)新思想的切入點，對于某個產(chǎn)品進(jìn)行實際的設(shè)計理念，從硬件設(shè)計，到硬件系統(tǒng)的合理搭建，再進(jìn)行相關(guān)的軟件編程。而實現(xiàn)產(chǎn)品的功能，最終，進(jìn)行性能的可靠性調(diào)試，完成了單片機(jī)產(chǎn)品的設(shè)計。設(shè)計的產(chǎn)品成果可以充分體現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，學(xué)生的創(chuàng)新性思維，學(xué)生的實踐能力。建議的學(xué)習(xí)流程見圖1。

近幾年的教學(xué)實踐證明了從教學(xué)方法進(jìn)行改革和采用系統(tǒng)化的學(xué)習(xí)方法可以有效地促進(jìn)學(xué)生對于單片機(jī)學(xué)習(xí)效率的提高。學(xué)生的實際產(chǎn)品成果，包括了汽車電動窗簾、藥丸分裝機(jī)、菌袋打孔機(jī)、自動裝卸系統(tǒng)設(shè)計等。這些成果也充分證實了單片機(jī)的教學(xué)方法和學(xué)習(xí)方法的有效性，可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)新能力和實踐能力，使得學(xué)生更早地接觸產(chǎn)品設(shè)計，促進(jìn)了能力培養(yǎng)。

四、結(jié)論

對于單片機(jī)課程的掌握和良好運(yùn)用無疑是一項巨大的工程，無論從教學(xué)方面而言，還是對學(xué)生的個體而言，學(xué)生的創(chuàng)新能力和實踐能力的培養(yǎng)都被蘊(yùn)含在具體的產(chǎn)品設(shè)計與開發(fā)中。對于當(dāng)代大學(xué)生實現(xiàn)知識體系的完善化、系統(tǒng)化，通過單片機(jī)課程的學(xué)習(xí)和單片機(jī)控制產(chǎn)品的開發(fā)，無疑是一個好的切入點和有效手段。因此，今后工科學(xué)校的學(xué)生和教師不妨從單片機(jī)的學(xué)習(xí)入手，突破大學(xué)生實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)的瓶頸。

注釋：

{1}游雨云，李金生.單片機(jī)教學(xué)模式探討[J].河南教育，2013.12：264

{2}林健.“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”通用標(biāo)準(zhǔn)研制[J].高等工程教育，2010，（4）21-29

{3}崔勇，袁海文，王秋，劉穎異.卓越工程師培養(yǎng)目標(biāo)下的單片機(jī)教學(xué)改革探討[J].中國電力教育，2013.5.80-81

（作者單位：佳木斯大學(xué) 黑龍江佳木斯 154007）

[第一作者簡介：姚嘉（1977—），女，博士，佳木斯大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，副教授，主要從事創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)應(yīng)用型人才培養(yǎng)的教學(xué)研究工作；通訊作者簡介：盧偉（1975—），男，佳木斯大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，副教授，博士]

（責(zé)編：若佳）