课堂教学中培养学生应用能力的思考

陈进?郭龙源

摘要：课堂教学是本科教学最重要的部分，在应用型本科教育中，怎样在课堂教学中培养学生的应用能力，根据“数字电子技术”和“单片机原理与接口电路”课程多年的课堂教学经验，从课堂教学内容取舍、课堂教学过程中的讲授、习题的布置与讲解等方面对如何培养学生的应用能力进行了探讨。

关键词：本科教育；课堂教学；应用能力

作者简介：陈进（1955-），男，湖南岳阳人，湖南理工学院信息与通信工程学院，教授；郭龙源（1973-），男，福建龙岩人，湖南理工学院信息与通信工程学院，副教授。（湖南 岳阳 414006）

基金项目：本文系2013年湖南理工学院教改基金项目（项目编号：2013B19）的研究成果。

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）09-0085-03

“应用为本”是应用型大学的根本特征，[1]应用型本科教育如何培养学生的应用能力，许多论文针对中国高校实践教学环节比较薄弱的情况，在如何加强实践教学环节方面进行了有益的探索和研究。

应用型本科院校培养的应用人才属于“理论应用型”，其应用能力应该体现为具有运用科学理论知识和方法来综合分析、解决问题的综合能力以及将解决方案付诸实施的实践能力。[2]因此，应当在教学各个环节——不仅仅在实践教学环节——全面地培养学生的应用能力。

课堂教学是本科教学最重要的部分，是人才培养的主阵地。[3]如何在课堂教学中培养学生的应用能力，笔者根据多年“数字电路”和“单片机原理与接口电路”课程的课堂教学经验，从课堂教学内容取舍、课堂教学过程中的讲授、习题的布置与讲解等方面对如何培养学生的应用能力谈一些自己的体会。

一、从培养学生应用能力出发对课堂教学内容合理取舍

教学内容是课堂教学的生命，从培养学生应用能力出发，应该合理地对教学内容进行取舍。

1.教学内容要紧跟应用发展

知识的创新和應用日新月异，而教材内容更改往往滞后。面对这种情况，教学内容要紧跟应用发展，尽可能与当前工程实际接轨，使学生走向社会后能够尽快上手应用。

“单片机原理与接口技术”课程，大多数教材采用汇编语言编程。但是，目前单片机实际应用中，设计与开发多使用C51语言编程。根据这个情况，笔者采用汇编语言编程的教材，补充讲C51语言编程，并且在应用编程例题上交替采用两种编程语言。

随着半导体技术的发展，单片机串行扩展接口已经普遍应用，在《单片机原理及接口技术》教材[4]中，虽然介绍了单片机串行扩展技术，并指出“单片机串行扩展技术与并行扩展技术相比具有显著的优点”，但在其他各种接口的章节，仍然是讲授并行扩展接口，为此笔者增加了串行接口芯片的内容。例如在A/D接口技术中，除了讲一个典型并行接口芯片0809与AT89C51接口电路外，增加了串行接口芯片AD7896与AT89C51接口电路的内容。

2.教学内容要从应用角度出发突出重点

课堂教学要从应用角度出发，突出重点，精简内容，尽量避免或减少繁杂的理论推导。需要说明的是，应用型本科人才的“应用性”不只是继承性应用，而且是创造性应用。[5]因此，精简内容并不是基础知识不讲，而是有些基础知识还需要重点讲授。

逻辑门电路是《数字电子技术》中作为基础的一章，[6]其内容包括了CMOS、TTL等各系列电路的内部组成与工作原理、传输特性、电参数定义、逻辑功能与逻辑符号。由于这一章节内容多，特别是集成逻辑门电路的内部电路比较繁琐。若教学内容面面俱到，只能走马观花式讲解，学生分不清主次，也无法弄懂。若对于内部电路不讲解，也同样会使得学生知识欠缺，造成应用能力减弱，这是有过教训的。[7]非微电子专业应用中只用到与逻辑门的输入、输出接口，所以学生关键是掌握逻辑门内部电路中的输入、输出电路结构和工作原理以及与应用相关知识，这是课堂教学的重点。例如，CMOS逻辑门电路，只需要详细讲解CMO反相器内部电路，其他CMOS门的内部电路可不讲。因为各种CMOS门电路在输入、输出端都加了反相器作为缓冲电路。CMOS反相器内部电路十分简单，学生容易懂。

“数字电子技术”课程中，介绍了多种集成电路芯片。从应用角度出发教学，重点应放在器件引脚、逻辑功能及典型应用讲解，而对其内部电路，不要过于纠结。例如译码器74138，在本课程的存储器扩展和后续课程中都会出现地址译码，因此必须引入地址译码的概念，并重点讲解地址译码的意义和作用。笔者在课堂教学中，通过图1所示地址译码电路课件，重点讲解地址译码的意义和作用。

3.教学内容要适当增加工具软件的内容

随着计算机技术的发展，各种工具软件应运而生。课堂教学在突出重点精简内容后，留有时间讲授工具软件。这一部分内容以教师引导，学生自学为主。“数字电子技术”课程引入电子线路仿真软件Multisim 10，“单片机原理与接口技术”课程引入单片机集成开发环境Keil ?Vision4。引导学生对分析和设计的电路和自己编写的程序进行仿真，有利于培养学生的应用能力。课堂教学中，讲解例题和习题时进行仿真，有利于学生对教学内容的理解。

二、在课堂教学过程中注意培养学生应用能力

认真做好教学课件，让学生有感性认识。要通过多媒体课件，使学生对学习的知识有一定的直观感觉，这种感性认识是有利于培养学生应用能力的。

“数字电子技术”课程中显示译码器这一章节，笔者在多媒体课件中使用与实际数码管类似的图标，来说明共阴极数码管的段码是如何得到的，以及显示译码器的功能。当介绍了共阴极数码管引脚为高电平时对应LED发光后，用图2所示课件分别给出显示“0”，“1”，“2”的abcdefg的值和段码，对应LED发光和数码管显示对应数字。多媒体课件不是静止的，而是动态的，课件中首先是数码管显示“0”，然后要学生考虑哪些LED发光，再使“a，b，c，d，e，f”LED发光，最后出现“0”的段码“11111100”；“0”，“1”，“2”按照这个过程出现一次，段码是如何得到的就很清楚了。图2显示的是数字“2”的段码“11011010”的来由。

然后很容易引入七段显示译码器的功能：输入的十进制数代码进行译码，输出段码abcdefg，点亮LED显示器的各段，显示对应的数码。图3是说明74HC4511的译码功能的课件界面。

1.注重从总体思路入手，培养学生的应用能力

课堂教学中比较复杂的问题，教师应该从总体思路合理引导，使学生先明白总体思想，就比较容易理解具体的步骤，这样也能够培养学生分析问题和设计电路时从总体思路入手的习惯。

例如，“数字电子技术”讲解8位D/A采用双极性输出方式所设计的电路的原理，必须先讲清楚设计总体思路：利用已有的单极性输出D/A电路，设计双极性输出电路，措施是：数字提升，模拟下降。第一，数字提升，将输入的带符号的二进制补码+128，变成单极性数字量；第二，采用单极性转换电路得到单极性输出模拟量；第三，模拟下降，将输出模拟量-5V，变成双极性输出模拟量。这个总体思路清楚了，实现数字提升、模拟下降的具体方法就好理解了。

“单片机原理与接口技术”课程中，串行通信编程，也必须先讲清楚程序设计总体思路。以较简单的双机通信方式1发送编程为例。首先要强调发送时只要将需要发送的数据送到发送缓冲器，则串行口自动地按照指定的数据格式、波特率从TXD引脚发送。发送完后，TI=1，产生串行口中断。

编程需要解决什么问题？主程序：编程指定发送数据格式和波特率，中断设置；需要发送到数据准备好，发送数据指针指向发送第一个数据；将发送的第一个数据，送入发送缓冲区；中断服务子程序：判断需要发送的全部数据是否发送完，完了退出，如未完，发送数据指针下移，将下一个发送数据送入发送缓冲区。编程的总体思路清晰了，再讲解相关程序就容易理解了。

2.尽量贴近实际，让学生尽早接触应用

课堂教学中，相关示例要尽量贴近实际应用，让学生尽早接触应用，同时也让学生容易理解。

《数字电子技术》第9章中，教材采用的一个泛指的工业生产过程控制对象，说明为什么需要D/A和A/D。为了贴近实际应用，笔者采用一个染色锅温度控制实例来说明，如图5所示。

“单片机原理与接口技术”课程中，C51编程一章的例题都是与硬件电路无关的软件编程，而单片机实际应用主要是根据硬件电路设计程序。因此，笔者讲解一个软件与硬件结合的例题，电路如图6所示，并且在?Vision_4下进行仿真调试，使学生尽早进入单片机应用的境界，同时在作业中也安排了一个类似习题。

三、通过做习题培养学生的应用能力

学生做习题，其实也是一种应用，虽说只是“纸上谈兵”，但如果习题都做不好的话，就更谈不上实际应用。因此，布置习题和指导学生做习题也是课堂教学中培养学生应用能力的一个重要环节。要有选择性地布置习题。布置的习题要少而精，不要太难，但不能都是基础题。笔者在“单片机原理与接口技术”课程中，除了前3章外，每一章布置一个接近应用的综合习题。例如第5章中断，补充了一个习题如图7所示。这个习题是一个软件与硬件结合的比较完整的中断编程，通过这个习题，对单片机中断编程有一个总体的概念。

要引导学生对习题进行仿真调试，特别是要求有一定能力的学生这样做。在调试过程中，出现问题尽量自己分析原因并且解决问题，这是对于实际应用能力培养是非常重要的。当学生自己独立或者在老师指导下解决了问题，甚至学生经过多次调试仍然不能分析出原因，最终由教师分析出原因。只要有这个过程，就培养了学生分析问题和解决问题的能力。

“单片机原理与接口技术”课程中定时器/计数器一章中，习题要求P1.0输出周期为400?s占空比为10%的矩形脉冲。某学生采用C51编程，进行调试时发现输出波形如图所示与要求不符。反复检查所编程序，没有找到任何问题。为什么实际输出结果不对？在教师的指导下，分析其原因是C程序编译后，中断服务程序增加了保护现场和恢复现场，造成中断程序执行时间大于40us，使得输出波形不对。

要在课堂上认真讲解习题。对于错误带普遍性的和重点的习题要详细讲解，要分析学生为什么会错，症结在哪？讲解习题与讲解例题的效果是不一样的，因为学生做过这个习题，不会做或者做错了，是经过思考的，再听教师讲解，就知道错在哪里，为什么会错，印象深刻。一般说来，讲解过的习题绝大多数学生都会做了。

在讲解习题的过程中，要有意识地培养学生的应用能力，如仿真调试波形不符的一例，在习题课中引导学生进行仿真，分析C51中断程序编译后的汇编语言程序执行时间大于40us，培养学生自主调试能力，并针对部分学生认为汇编语言无用的思想，指出即便采用C语言编程，在分析所出现的问题时，仍然需要用到汇编语言。

四、结束语

要在课堂很好地培养学生的应用能力，首先教师本身就应该具有较好的实际应用经验，否则就是一句空话。目前高校中一部分教师是从学校到学校，自身缺乏实际应用能力。因此，对于应用型的本科院校，在强调教师高学历的同时，应该注重教师的实际应用能力。对于在校的年轻教师，应该采用各种方式，进行一定的应用能力培养。

参考文献：

[1]朱科蓉.应用型大学的核心竞争力及其提升策略[J].北京联合大学学报（人文社会科学版），2006，4（4）：9-12.

[2]徐理勤，顾建民.应用型本科人才培养模式的探索与实践[J].高教探索，2007，（2）：57-60.

[3]彭美云.提高本科课堂教学效果的建议[J].中国大学教育，2010，

（7）：17-19.

[4]张毅刚，彭喜元.单片机原理及接口技术[M].北京：人民邮电出版社，2008.

[5]唐向宏，章坚武，姜斌.应用型本科人才培养模式的探索与实践[J].电气电子学报，2009，（Sl）：76-78.

[6]康华光.电子技术基础（数字部分）[M].北京：高等教育出版社，

2006.

[7]陈进，吴柯.从一个工程实例对数字电路教學的反思[J].电气电子教学学报，2012，34（2）：112-114.

注：郭龙源为本文通讯作者。

（责任编辑：王意琴）