對比創(chuàng)新思維訓(xùn)練法在單片機(jī)賽項輔導(dǎo)中的應(yīng)用

戴仔龍

摘要：近年來，國家呼吁“大眾創(chuàng)新，萬眾創(chuàng)業(yè)”，結(jié)合我校單片機(jī)控制裝置安裝與調(diào)試賽項實際的輔導(dǎo)情況培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識和較強(qiáng)工作能力的新型人才成了職業(yè)教育的當(dāng)務(wù)之急，迫切需要擬定一套與之相適應(yīng)的的輔導(dǎo)方法—對比創(chuàng)新思維訓(xùn)練法。該訓(xùn)練法包括“看、聽、做和思考總結(jié)”四個方面尤其在環(huán)節(jié)三“做”采用兩種方案對比設(shè)計16×16LED電子班牌的硬件和軟件驅(qū)動，學(xué)生在這兩種方案的硬件設(shè)計和軟件驅(qū)動對比的過程中實現(xiàn)創(chuàng)新思維的培養(yǎng)和工作能力的提高。

關(guān)鍵詞：方案對比法；創(chuàng)新思維訓(xùn)練；工作能力；16×16LED電子班牌；

一、單片機(jī)賽項存在的問題與解決方法

（一）中職單片機(jī)賽項輔導(dǎo)方法現(xiàn)狀及原因分析

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

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

通過表中調(diào)查數(shù)據(jù)分析大部分同學(xué)不想從事或者不能勝任單片機(jī)相關(guān)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(jī)相關(guān)崗位的同學(xué)卻不知道如何創(chuàng)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(chǎn)品設(shè)計驅(qū)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(qū)動算法的區(qū)別與聯(lián)系。

（二）具體解決問題的辦法與途徑

針對以上廣大同學(xué)創(chuàng)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(chuàng)新思維訓(xùn)練法對軟硬件兩個方面進(jìn)行輔導(dǎo)訓(xùn)練才能激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識提高其工作能力。

采用方案對比創(chuàng)新思維訓(xùn)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(jié)”四個環(huán)節(jié)進(jìn)行強(qiáng)化訓(xùn)練，訓(xùn)練方案如圖1所示。

首先在環(huán)節(jié)一將16×16LED電子班牌項目按照對比創(chuàng)新思維培養(yǎng)的要點結(jié)合電子班牌的功能要求使用兩種以上的方案編寫輔導(dǎo)教材讓學(xué)生反復(fù)看；教材的硬件部分包括驅(qū)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(qū)動之間的區(qū)別與聯(lián)系。其次在環(huán)節(jié)二錄制配套的軟硬件對比方案的講解視頻讓學(xué)生不管是在校還是在家都能觀聽；學(xué)生如果對某個知識點沒搞明白可以反復(fù)聽幾遍直到完全理解為止。接下來在環(huán)節(jié)三采用方案對比創(chuàng)新思維訓(xùn)練法讓學(xué)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(zhàn)，再回過頭來看教材和視頻。通過以上三個環(huán)節(jié)的訓(xùn)練不僅能夠激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識而且還能提高以后從事單片機(jī)軟硬件崗位需要的工作能力。最后在環(huán)節(jié)四進(jìn)行思考總結(jié)對比不同的軟硬件設(shè)計方法的特點與優(yōu)劣，最終實現(xiàn)在對比的過程中達(dá)到培養(yǎng)創(chuàng)新思維和提高工作能力的目的。

二、對比創(chuàng)新思維訓(xùn)練法在環(huán)節(jié)三“做”的具體實施過程

創(chuàng)新思維的培養(yǎng)途徑主要包括【1】：培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)能力、培養(yǎng)提問習(xí)慣、培養(yǎng)多種方法解決問題的能力、培養(yǎng)積累別人有創(chuàng)造性的方法的習(xí)慣 等四個方面。其中培養(yǎng)多種方法對比解決問題的能力就是對比創(chuàng)新思維訓(xùn)練法的核心思想即對某一個問題進(jìn)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(chuàng)新成果就可能產(chǎn)生于這一過程中。對比創(chuàng)新思維訓(xùn)練法即開拓了學(xué)生的思維又培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)造能力所以盡量采用多種方案來解決問題對標(biāo)新立異培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造才能非常必要。

（一）方案對比法設(shè)計16×16LED電子班牌硬件電路

1.方案一：電子班牌并行驅(qū)動電路原理

2.方案二：電子班牌串行驅(qū)動電路原理

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

（1）驅(qū)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(kuò)展驅(qū)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(kuò)展驅(qū)動方式，并行驅(qū)動比串行驅(qū)動需要的控制器的I/O口 圖3 串行驅(qū)動16×16LED電子班牌原理圖（輸入輸出口）多。其次在電平驅(qū)動上方案一基礎(chǔ)單元采用的是8×8共陰型點陣需要高電平驅(qū)動才能點亮而方案二基礎(chǔ)單元采用的是8×8共陽型點陣需要低電平驅(qū)動點亮。我們知道普通51單片機(jī)的IO接口的驅(qū)動能力弱，對于8×8點陣這種外圍器件采用低電平驅(qū)動比采用高電平驅(qū)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(shù)量還是電平驅(qū)動上方案二要優(yōu)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(chǎn)時產(chǎn)品的市場競爭。在外圍芯片成本差不多的基礎(chǔ)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(shè)計16×16LED電子班牌軟件驅(qū)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(xué)生分析對比已有的兩種方案對應(yīng)的串并行硬件驅(qū)動方法與成本后接下來讓學(xué)生思考如何根據(jù)方案一與方案二的硬件電路設(shè)計流程圖其中方案一與方案二軟件驅(qū)動對應(yīng)的流程圖如圖4與圖5所示。根據(jù)兩種方案的流程圖編寫對應(yīng)的軟件驅(qū)動并對比分析軟件驅(qū)動的區(qū)別與聯(lián)系。

3.串并行軟件驅(qū)動的區(qū)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(yīng)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(yīng)達(dá)到動態(tài)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(xù)串行發(fā)送4個字節(jié)才能選通該行點亮該列。要想顯示一個漢字在主循環(huán)中以4個字節(jié)為單位循環(huán)串行發(fā)送也是利用人眼的視覺暫留效應(yīng)達(dá)到動態(tài)顯示漢字的效果其中這4個字節(jié)為16行選通編碼與16列漢字編碼。

4.串并行軟件驅(qū)動的聯(lián)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(xiàn)的，雖然串行按從低到高或者從高到低一位一位發(fā)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(jìn)一步對比串并行傳輸數(shù)據(jù)的區(qū)別與聯(lián)系，在此過程中學(xué)生的創(chuàng)新意識必將得到培養(yǎng)，工作能力必將得到提高。

三、對比創(chuàng)新思維訓(xùn)練法實施的成效

（一）培養(yǎng)了創(chuàng)新思維提高了工作能力

學(xué)生通過對比16×16LED電子班牌兩種硬件與軟件設(shè)計方案后其創(chuàng)新思維的培養(yǎng)和工作能力的提高都有明顯的改善主要表現(xiàn)在：1.成本意識強(qiáng)烈。以前同學(xué)們在完成一個電子產(chǎn)品制作的過程中硬件上主要關(guān)注產(chǎn)品的功能很少關(guān)心如何在實現(xiàn)產(chǎn)品功能的前提下使成本最小化而現(xiàn)在采用對比創(chuàng)新思維訓(xùn)練法后一個產(chǎn)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(jīng)過嚴(yán)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(xùn)練法之前同學(xué)們一般就是按部就班的實現(xiàn)產(chǎn)品的功能即可而現(xiàn)在對于某個具體產(chǎn)品同學(xué)們都會結(jié)合對比創(chuàng)新思維訓(xùn)練法的要求嘗試用幾種方案來實現(xiàn)它的功能。3.軟件編寫的規(guī)范化。以前同學(xué)們在編寫驅(qū)動軟件時很少畫流程圖來編寫程序，出現(xiàn)問題時很難查找。采用創(chuàng)新思維訓(xùn)練法后所有的方案都是先畫流程圖再編寫驅(qū)動，即使出現(xiàn)問題調(diào)試起來也非常方便。

圖5串行動態(tài)掃描漢字顯示流程圖

（二）相關(guān)賽項成績穩(wěn)步提升

自單片機(jī)控制裝置安裝與調(diào)試賽項在對比方案創(chuàng)新思維訓(xùn)練法的環(huán)節(jié)三實施3年以來，在教育部門舉辦的技能比賽和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)比賽中成績穩(wěn)步前進(jìn)，在國家、省、市舉辦的單片機(jī)控制裝置安裝與調(diào)試賽項中屢次獲獎；在省、市舉辦的教師和學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽中師生提交作品的獲獎率達(dá)70%以上。

（三）畢業(yè)生受企業(yè)歡迎

在剛剛結(jié)束的2016年5月校園招聘會中，經(jīng)過對比創(chuàng)新思維訓(xùn)練法培養(yǎng)的學(xué)生一次就業(yè)率達(dá)98%以上。經(jīng)調(diào)查從事的工種基本上是電工電子相關(guān)的崗位，高就業(yè)率和專業(yè)對口率很大一部分原因是用人單位肯定我們的學(xué)生在校期間培養(yǎng)的創(chuàng)新意識和工作能力。

四、結(jié)語

在國家出臺《加快發(fā)展現(xiàn)代職業(yè)教育》的十三五規(guī)劃的新形式下，只有培養(yǎng)的學(xué)生受到用人單位的好評、受家長的肯定，學(xué)校才能實現(xiàn)良性循環(huán)，發(fā)展才能蒸蒸日上。而創(chuàng)新與工作能力又是衡量畢業(yè)生競爭力的關(guān)鍵內(nèi)容，我們的教學(xué)輔導(dǎo)訓(xùn)練方法也要不斷的進(jìn)行創(chuàng)新才能使培養(yǎng)的每一屆畢業(yè)生具備較強(qiáng)的創(chuàng)新意識和工作能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊啟林.培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的四種方法[OL].百度文庫