“单片机技术”课程中导引式实验教学应用探索

吕钊　张超

摘要：为了提高学生在“单片机技术”课程学习过程中的学习兴趣，培养其创新思维能力，提出了一种适用于计算机专业单片机教学的导引式实验教学模式，给出了导引式实验教学模式的概念与任务，分析了该教学模式的具体实施步骤，并在此基础上详细阐述了该教学模式的特点。

关键词：导引；实验；单片机；创新

中图分类号：G642.423 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）24-0079-02

计算机技术作为信息社会中的核心技术，已广泛应用到社会生产、生活的各个方面。计算机技术的应用不仅正在改变着人类生产和生活的方式，而且在一定程度上决定着许多学科的新发展，并在很大程度上影响和改变着各国综合国力的对比，是人们竞相發展的重要技术领域。[1，2]“单片机技术”作为计算机专业中的一门专业基础课程，对培养学生的工程实践能力、创新意识等方面都具有重要的作用。[3，4]然而在计算机专业的教学过程中发现，学生普遍对该课程的热情不高，究其原因主要有两个方面：一是对硬件设计不熟悉，无法完成相关学习任务；二是学习方法存在问题，对课程的学习还停留在死记硬背的状态，无法做到活学活用。基于上述问题，笔者经过长期摸索与实践总结出一种适用于计算机专业“单片机技术”课程的导引式实验教学模式。该模式能够充分培养与锻炼学生的综合素质与创新能力，取得了较好的教学效果。

一、导引式实验教学模式的概念和任务

导引式实验教学模式是指建立在实验平台上的，一种以理论为基础，以实验为提高，以增强学生创新能力为目的的教学模式。[5，6]其中，“导”是指由教师根据实验的特点、学生的思想、知识和实际动手能力水平，引导学生主动去思考、去发现，将理论应用于实践以提高综合素质的过程；“引”是指在学生具备了较高的综合素质基础上，由教师带领学生在更高层次上发现问题、思考问题、解决问题，“引”的过程实质上是培养创新能力的过程。在这里创新能力不仅包括理论上、实践上的创新，同时要求学生还应该具备创新的人格、能力和思维，使他们在生活中不断获取创新点。该教学模式主要从以下几个方面来培养学生的创新能力：

1.启发创新思维

在实验过程中，学生会经常遇到这样或那样的问题，要又快又好地查出问题原因并解决问题，就要求学生必须具备坚实的理论基础，同时还需要学生以一种创新的思维来思考问题、解决问题。可见，导引式实验教学的进行促进了创新思维的提高。

2.提高创新能力和技能

在实验过程中，学生通过不断操作、学习、遇到问题、解决问题等一系列过程，提高了调查研究能力、信息采集能力、独立思考与解决问题的能力、实践动手能力、学习和掌握新知识的能力等综合能力。

3.培养创新意识

学生通过前期学习，在已掌握单片机相关理论的基础上，结合前期学习过的“模拟电路”“数字电路”“微机原理”等课程内容，在指导教师的帮助下，依据书本上的原理和实验结果，通过调查、研究、查阅中英文资料等手段，广泛搜集资料，自己提出方案，制作关于本课程且自己感兴趣的一些东西（如小型计时器、计数器、抢答器等），以培养创新思维意识。

4.完善创新情感和创新人格

实验最后，学生需及时总结并写出实验报告，这有助于学生培养坚强的信念、创新的激情、强烈的事业心和责任感以及不怕困难和失败的良好心理素质。在智力的创新情感的双重作用下，学生的综合才能和创新才能得到充分发挥。

二、具体实施步骤

1.教学准备阶段

为了使课程顺利开展，在教学实施之前，应让学生充分掌握单片机的原理及使用方法。单片机作为一种超大规模集成电路，理论学习难度不大，但技术点与使用技巧较多，学生在学习过程中常常会发生“学得快，忘得快”的现象；另外，学生在实验之前，可能会对一些常用仪器并没有完全掌握，如信号发生器、示波器、逻辑分析仪等，因此为了保证教学顺利开展，必须加强学生基本原理和基本技能的锻炼。

2.教学实施阶段

辩证唯物主义认为：内因是根本，外因是条件，外因通过内因起作用，内因通过外因发生变化。当学生掌握了单片机的基本原理和基本使用方法后，教师便可以通过实验引导学生进入更高层次的思考境界，使他们的思维能力发生质的飞跃。教学实施阶段按学生对知识的掌握程度大致可分为以下三个步骤：

（1）基础实验阶段——“导”的过程。该阶段是为培养创新意识打基础的过程，其主要任务是夯实基础，使学生对所学知识实现一个由理论到实践的飞跃。在此阶段中，学生主要根据“单片机技术”课程中所学到的一些基本原理，如中断系统、定时计数器、键盘接口等在实验平台上进行验证实验，使他们对原理的认识真正能从感性上升到理性。在基础实验阶段，教师在整个实验过程中起主导作用，也就是说教师将详细介绍各个实验的基本步骤，带领学生复习所学的基础理论，并将实验的各个步骤与所得实验结果记录下来，以便学生对照；同时教师要根据实验的特点、学生的掌握程度及时提出源于实验却高于实验的更高层次的问题，引导学生进行思考。学生在该过程中应在教师的指导下，完成对基础知识的理解与掌握并积极思考相关问题。

（2）综合实习阶段——“引”的初步。该阶段是培养创新意识的中坚过程，其主要任务是使学生进一步巩固所学知识并加以综合应用。在此阶段中，学生实验的主要内容由单个原理实验变为更为系统、全面、有一定应用背景的综合性实验，从而实现对知识的掌握由部分到整体。在实验过程中，教师应不失时机地为学生设置一些常见问题，并要求学生尽快解决，从而使学生的系统设计能力得到进一步巩固与提高。在提出问题与解决问题的过程中，教师应走下讲台，鼓励学生灵活采用自学、探索、发现、讨论等多种课堂形式，充分发挥学生的学习主动性，尽可能多地让学生通过自习、类比、联想、归纳、推演等方法找出故障原因，并鼓励采用多种方法解决所遇到的问题。另外，为了使学生能对所学知识进行“横向交流”，教师对于一些较为优秀的学生，应积极加以引导，使他们局部活跃起来，以带动整个教学班的活跃；同时应从各个方面为学生创造一个良好的情境，使他们在学习过程中始终保持注意力高度集中，思维极其活跃，探求精神十分旺盛的最佳状态。同基本实验阶段相同，在该过程中，教师仍起到主导作用，学生在教师的指导下进行实验。所不同的是，在基础实验阶段，学生必须严格按照教师的安排去做，而在这一阶段中，教师更多的是对学生进行引导，使学生敢于提出自己的想法，在征得教师同意后与教师一起进行验证。

（3）研究提高阶段——“引”的升华。该阶段是培养创新意识的提高过程，其主要任务是在学生完全掌握与理解单片机基础知识的前提下，在指导教师的帮助下，依据书本上的原理和实验结果，通过调查、研究和查阅中英文资料等手段，广泛搜集资料，自己提出设计方案，独立制作关于本专业且自己感兴趣的一些东西，以培养创新思维意识，实现对所学知识的升华。在此阶段中，教师的主要任务由以前的“导”变为现在的“引”，也就是说教师要真正融入学生，以兄长的身份来为学生的自我提高进行适当指导与帮助，使他们在制作过程中发现乐趣，巩固知识。另外，学生在制作过程中还可能有新的发现、新的突破，使学生对所学知识感到“意犹未尽”，对后续课程充满期待。可见，该阶段可以使学生在能力、兴趣、意志等方面都得到极大的提高。

3.综合考核阶段

为了使学生考出自己的真实水平，使学生在考核过程中探索、求知的个性得以体现，该教学模式应与普通理论课程考试有所不同。它既要继承普通理论课程考试较为直观的优点，又要能够对创新能力加以考核。因此，根据考核内容的不同，导引式实验教学模式在“单片机技术”课程中的考核主要分为三个部分：一是基础理论的考核。对单片机基础理论的考核采用的是传统的笔试方法，即由教师根据教学大纲设计考试题，重点考核学生对基础知识的把握程度，在试卷中可以通过编程题或简答题等形成考查学生对基础实验的把握能力。二是综合能力的考核。对综合能力考核采用的方法是口试。口试是指由教师准备一定数量的答辩题目，临考前由学生提前30分钟抽取题目并作以准备，然后学生现场对题目作以论述并提出自己的观点，然后由教师质疑并要求学生回答。口试的目的是检验学生对以前所学各种知识综合运用的情况，其成绩由完成答辩的质量决定。三是创新能力的考核。对创新能力的考核即对在课程中学生创新实验结果的考核，其主要作用是综合考查学生通过学习其创新能力的提高程度。要求学生将创新成果以实物或论文形式提交，由教师根据其课题的规模、档次、功能、创新性等情况给予综合评定。以上三部分占总分的比例分别是40%、30%、30%。

三、导引式实验教学模式的特点

1.理论结合实践，培养计算机专业优秀人才

马克思主义认知论认为，从生动的直观到抽象的思维，并从抽象的思维到实践，这就是认知真理和客观现象的辩证途径。从整体而言，教学过程也应遵循这一辩证的途径。“纸上得来终觉浅，决知此事要躬行”，书本上的理论，只有在实践中才能得到升华。导引式实验教学模式强调的是以书本理论為基础，在实验中巩固所学知识，鼓励学生在实践中检验所学到的知识，在实践中发现存在的问题，在实践中想办法解决问题，自我创新，真正做到对知识的彻底掌握，为计算机专业优秀人才的培养打下了坚实的基础。

2.层层推进，注重从感性到理性的认知过程

人对新事物的认知过程一般都是从感性到理性。由于单片机课程内容较为分散、知识点多，因此该教学模式从学生对单片机课程认识程度的角度出发，分为三个步骤，真正做到从易到难、从难到精、从精到通的由“导”到“引”的认识过程，使学生真正成为学习的主人，充分调动学生的学习积极性。

3.强调培养创造性，注重提高知识自适应性

素质教育是以学生为中心的主体教育，学生必须积极主动、创造性地吸收知识，这样才能使综合素质在和谐、均衡的情况下得到全面提高。随着社会的不断进步，新技术、新设备的不断更新，这就要求计算机专业学生必须具备敏锐的观察力、丰富的想象力、高超的创造力和超强的知识自适应性。从这一层意义上来说，导引式实验教学更侧重于授学生以“渔”而非“鱼”，即教师不仅要教会学生所学的知识，更应该教会学生为什么去学，怎么样去学，以提高学生的知识自适应性。

四、结束语

“教学有法，但无定法，贵在得法”，导引式实验教学模式是在长期的教学实践过程中摸索出来的一种适合于大专、本科教学的教学方法。该教学模式是以理论为基础，以实验验证为巩固，以解决问题为提高，以增强学生综合素质和培养创新意识为目的的教学理念。该教学模式强调的是在教学过程中培养学生的理论应用与实践能力，体现的是知识的认知过程，注重培养学生的创新意识，加强教师与学生的学教互动过程。通过学习可以使学生超脱书本，在更高的层次上理解与把握内容的内在联系，真正提高学生的综合素质与创新能力。

参考文献：

[1]计算机技术教学方法概论[M].北京：清华大学出版社，2011.

[2]张瑞.计算机科学与技术的发展趋势探析[J].制造业自动化，2010，（8）：237-240.

[3]孟建，刘瑞祥，刘永启.“单片机原理及应用”实验教学改革研究[J].中国电力教育，2013，（11）：97-98.

[4]苏检德，何富运，殷严刚，等.“单片机应用设计” 课程教学改革与实践[J].实验技术与管理，2012，28（12）：148-150.

[5]李海华.导引式教学法在专业技能教学中的应用[J].课外阅读，2012，（3）：111.

[6]任琦梅，董燕飞.“自动控制原理”实验教学模式探讨[J].中国电力教育，2013，（35）.

（责任编辑：孙晴）