单片机课程研究性教学的探索与实践

徐锋（淮南师范学院电气信息工程学院，安徽淮南 232038）

单片机课程研究性教学的探索与实践

徐锋
（淮南师范学院电气信息工程学院，安徽淮南 232038）

基于研究性教学的单片机课程开发与教学的新模式，采取多种发挥学生自主学习的教学方法提高了学生的创新与实践能力，是高校培养高水平应用型人才的有效途径。

单片机课程；研究性教学；教学方法

引言

探究性教学是著名教育家施瓦布于20世纪中叶提出的一种全新的教学方法，要求在教师精心设计指导下，通过预先的设计和组织，引导启发学生在学习中发现问题，进行探讨和研究，寻求出解决方法[1]。单片机作为一门应用性实践性很强的专业课程，在高校教育质量工程和素质人才培养的新形势下如何将研究性教学切实应用于单片机课程的教学活动中，引导学生从理论学习走向实际应用，达到培养学生综合素质和创新能力的课程建设目标，是一个非常有价值的研究课题。

一、研究背景

相比单片机技术日新月异，单片机市场日益多元细分的今天，我国大部分高校的单片机教学现状与与效果并不尽如人意，主要存在以下几点问题：

首先是基本上都采用的51单片机作为教学芯片，教师和学生对其他系列型号的单片机陌生，应该考虑与市场上日益多元化的单片机接轨；教材繁杂重复，各有侧重，多数教材内容跟不上单片机技术的发展，与课程应用性的特点不契合。

其次是教学手段单一，大多还停留在“黑板+粉笔”或者多媒体PPT的阶段，教授效率不高，填鸭式灌输，互动少，使得学生被动疲惫，教学效果难如人意。

再次是传统验证性实验教学方法单一，组织容易，学生照方抓药，不利于学生自主性的培养.即使是设计性实验也与社会要求的单片机应用设计过程相差甚远，大多数学生难以真正掌握单片机的设计与调试技术。

最后是考核方法多数采取卷面考试的简单方法，不能全面客观地考察学生真实的学习水平与技术能力，知识仍然停留在纸面上。

综上，单片机目前的教学现状与技术一线存在着一定的脱节与差距，不利于对学生单片机实践应用与开拓创新能力的培养，而单片机的学习是微观的，本着教与学两方面共同努力的思想，单片机教学的改革势在必行。[2]

研究性教学是指学生在教师的指导下，为获得科学素养，以类似科学探究的方式所展开的学习活动，是教师在现实材料的基础上，创设一种类似于学术研究的情境，构建一个开放性的活动课程。通过学生自主独立地发现问题、实验、调查、信息搜集与处理、表达与交流等探索活动，获得知识与技能，体验发现与创造，发展情感与态度的教学方式和教学过程。研究性教学的目的在于启发学生探究的动机，鼓励学生在探究过程中的表现，以增进学生科学探究能力的发展。[3]

教育部2005年一号文件《关于进一步加强高等学校本科教学工作的若干意见》中指出：推动研究性教学，提高大学生创新能力。文件中提出了研究性教学的内容和要求，比如实验室和图书资料室向学生开放，建立大学生尽早进入实验室研究的基本制度和运行机制，增加综合性与创新性实验，积极推进讨论式教学、案例教学等教学方法和合作式学习方式，让大学生通过参与教师科学研究项目或自主确定选题开展研究等多种形式进行初步的探索性研究工作等等。文件对研究性教学内涵的阐述与教育部的本科教学水平评估对教学的评判标准是一致的，目的是提高大学生自性主学习和独立研究的能力。[4]

二、单片机课程的研究性教学

将研究性教学引入单片机课程教学，即在教学实践中以教师为主导，在教学设计与过程中引入研究性教学方法，实现学生对知识的自主学习、自主建构。

（一）研究性课程设置

单片机课程建设要以培养具备一定专业能力的应用型人才为目标，邀请技术一线的企业与教育专家参与课程开发，以职业资格为课程标准，改革完善课程体系与教学内容，重视内容与技能的有机整合，强化学生能力的培养。

本文提出一个以智能巡航机器人为工程对象的项目案例为主线的单片机课程配置方案，即以单片机工程师的典型工作任务为依据，组织序化教学内容，形成以功能分类的模块化的课程结构。

具体模块划分为：单片机开发环境与机器人智能；单片机输出接口与伺服电机控制；机器人巡航动作控制；单片机输入接口与机器人触觉导航；单片机I/O接口与机器人红外线跟踪；定时/计数器与机器人距离检测；机器人应用单片机UART实现串行通信控制；LCD模块与机器人集成技术；温度及其他传感器扩展与智能机器人。这种以项目实践为主的教学内容很容易将教学情境与工作过程相结合，实现教与学的一体化。

（二）研究性课堂教学

研究性课堂教学要求教师引导学生自主设计、制作和拓展案例，掌握大量实用方法、技巧和经验，让学生在真实的环境中学以致用。善教者必善问，在课堂教学中应围绕单片机工作原理与案例设计，将课程内容有重点分层次地进行讲述，适时向给学生提出问题，激发学生的问题意识，培养学生自主探究的学习习惯。[5]如在讲解单片机循环结构程序设计时，可以提出一个LED流水灯的延时设计问题，让学生以分组的形式进行设计方案的讨论，教师根据学生讨论方案提出具有典型性的可行方案，并进行验证性讲解，。单片机技术内容日新月异，作为教师需要让学生能够了解当前有关单片机技术的最新资讯，同时鼓励学生在技术论坛上多与其他学生与研究人员进行交流。

（三）研究性实验教学

实验教学既要配合理论教学，又要一定程度上“抛开”理论，既依据理论体系又强调实践探索，突出应用性、体现趣味性，从一般演示模仿的验证性式样到实现学生的自主拓展实验设计，提升学生的动手能力，达到切实掌握单片机应用技术的要求。[6]这里可以将与单片机教学内容相应的子模块如“伺服电机与机器人运动控制”等作为实验选题，这些课题既是针对一个知识点的专项题目，也是对之前所学知识的综合运用。在实验安排上，，除了验证性的操作之外，还可在下达技术要求的基础之上，让学生在开放式实验室中自行设计开发，即由验证性实验拓展为分析设计的综合性实验，使学生在“做中学”，引导学生在实验中独立思考，自己动手发现和解决问题，自主建构课程的知识与能力体系，培养学生的创新能力和专业素养。[7]

在实验室建设方面可以校企合作、工学结合为基础，向学生提供一定技术支持的开放式实训基地，让学生组团自主地进行拓展训练，同时鼓励参加各类电子设计竞赛、科技创新比赛，鼓励学生进行项目设计与新产品开发。

（四）研究性教学评价

考试不是目的而是一种教学手段，可以将单片机课程设计作为主要的考核评价手段，课程设计的选题既要考虑对知识体系的综合覆盖，又要强调灵活性、开拓性；既可以是教师指定的题目，也可以是由学生根据个人兴趣提交的经过教师认可的题目。

在设计过程中，教师承担辅助指导任务，鼓励学生团队进行全方位、多路径的方案设计与论证，激发学生创新欲望，拓宽理论知识，锻炼学生独立面对、分析与解决问题。如对于某一选题可以针对不同型号芯片的选型采取不同的硬件电路设计方案。

学生团队通过分析讨论选择出最优方案，并通过分解任务进行小组内部的分工协作，最终完成各具特色的作品，并以PPT答辩的形式进行考核评价。

三、结语

作为教师要积极研究课程内容，发掘研究性课题，在教学过程中引入案例教学、任务驱动等多种研究性教学方法；要善于引导学生自主学习，在探究过程中充分体现教学互动的思想，充分调动学生的主观能动性，使得学生能够全身心投入到设计实践的过程中去。

[1]韦斯特伯里.科学·课程与通识教育——施瓦布选集[M].北京：中国轻工业出版社，2008：6

[2]刘刚，蔡十华.单片机原理与应用课程教学改革的探讨[J].江西教育学院学报（综合），2005，6（3）：95-98

[3]唐超颖，姜斌.“自动控制原理”课程的探究性教学实践[J].电气电子教学学报，2007，（6）：91-93

[4]张秀军等.普通高校《细胞生物学》研究性教学实践与体会[J].医学教育探索，2008，7（6）：574

[5]范培明.如何在探究型课堂中运用设疑导学艺术[J].考试周刊，2007，（10）：69-71

[6]罗建，李艳梅.单片机原理及应用教学改革[J].四川师范学院学报（自然科学版），2003，3（1）：44-47

[7]李爱娟.基于三式递进的程序设计探究教学研究与实践[D].江苏：扬州大学，2009：9

Exploration and practice of research-based teaching on single chip microcomputer

XU Feng

This paper try to explore the way and approach of research-based teaching on Single Chip Microcomputer.The educational practice shows that adopting the teaching methods of bringing students’autonomous study makes students foster their consciousness and practical ability，satisfied with the cultivation of high quality talents with high practice ability and creative ability of the 21'centery.

curricula of single chip microcomputer；research-based teaching；teaching method

G642

A

1009-9530（2012）03-0101-02

2011-12-27

徐锋（1977-），男，淮南师范学院电气信息工程学院讲师，硕士，研究方向：电子信息工程。