提高单片机课程教学质量培养学生创新实践能力

【摘要】针对单片机课程的教学现状，对单片机课程从教学方法 教学手段、教学理念和考核方式这几个方面提出了解决方法和思路，从应用的角度出发，初步建立对单片机控制系统进行软硬件两方面设计的基本设计思想，提高学生的学习积极性，培养学生分析问题和解决问题的能力，以强化学生的动手能力以及创新能力，培养良好的职业素养和工程意识。

【关键词】教学质量 创新能力 实践能力

【基金项目】甘肃省教育科学规划课题研究成果（GS[2014]GHB0281） ，2013年兰州工业学院教学改革项目的研究成果。

【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2015）01-0211-02

1.引言

单片机课程是机械类专业的一门专业基础课。该课程是课程设计、毕业设计等教学环节中的重要实现手段，是一门实践性和应用性很强的课程，学习单片机并掌握其设计使用技术已经成为当代大学生必备的技能。提高单片机的教学效果，对学生动手能力的培养和促进学生创新意识的提高具有重要的现实意义。

2.教学现状

单片机课程是机电高素质复合技能型人才所需自动控制类知识的载体，其特点是概念多、逻辑性强、内容抽象[1]，对于初学者来说入门难。传统的单片机教学一般均以学科体系为出发点，注重课程本身的体系结构和前后的逻辑联系，但却忽略了“可学性”，致使学生学得吃力，老师教得也很辛苦[2]。从教学效果来看，一直存在教师难教、学生难学的双重困惑，教学效果不太理想[3]。常见的教学方式是“以教师为中心、以课堂为中心、以教材为中心”[4]。这种传授型教学模式就使本来就很枯燥、抽象的课程更加显得乏味，学生在学习过程中对课程产生了畏难情绪[5]。而且在大部分新升本工科院校中，机械类专业学生以男生为主，且理论知识掌握较差，学习主动性不高。大部分学生对自己的大学生活和毕业去向没有规划，学习动机模糊。

针对以上教与学的特点，提出一些针对单片机课程在教学过程中行之有效的教学改革思路和方法，达到提高学生的学习能力，特别是创新实践能力的目标。

3.设计教学思路和方法，提高教学质量

3.1通过问题初识单片机

学生刚开始不清楚单片机是什么？是什么样？是用来干什么的？所以，授课教师在第一次的授课过程中，应该从学生的思维角度出发，回答单片机是什么、什么样、干什么等问题，使学生从宏观上对单片机有一个理解。

在解答这些问题时，最好拿一片单片机，在课堂上就能够直观地看到单片机的外观形状、大小和引脚排列等情况，这样使学生对这个概念会有更深的认识。把单片机和PC机进行一定的比较，对理解什么是单片机是非常有帮助的。PC机主要用于数据采集、运算和处理，而单片机主要用于控制且体积更小，这也是为什么目前大多数学者把单片机叫做微控制器的原因。单片机用来干什么的？解答这个问题可以通过学生身边非常熟悉的案例来进行。比如：日常生活中的电视需要使用单片机来进行设定和控制；全自动洗衣机使用单片机来对洗衣的时间和水位进行设定且控制等等。通过日常生活和生产中无处不在产品进一步地帮助学生认识、理解单片机。

3.2整合教材内容，由整体到部分、由外而内讲解单片机结构

在对单片机有了感性认识后，应把单片机看做一个整体，不能把它的结构肢解。比如在讲“单片机芯片结构”时，由整体到部分给学生强调单片机学习的主要内容，以减少学生的畏难情绪。然后将这些功能特点进行分类，画成图表的形式来加强印象，结构分类如图1所示。先讲解外部功能，再学习内部各个功能，这就是由外而内。引脚教学中，把单片机的40个引脚大致分为电源、时钟、控制和I/O口4类。先简单告诉学生，4个8位并行I/O端口占用32根引脚线、电源2根、时钟2根，这些引脚使用都比较简单，重点掌握4根控制线就可以了。这么一来，学生就会觉得几个控制线的使用绝对不难，学习单片机的兴趣就建立起来了。

图1单片机芯片结构图

另外在对单片机的结构理解后，应整合教材内容，使教学过程更具有逻辑性和连贯性。根据学生已学课程和本门课程教学所要达到的目的，合理地调整授课的顺序，可以帮助学生理解、促进对知识的消化。比如单片机结构与指令系统是学习单片机的最重要的基础，在这部分的学习过程中，可以将一些指令系统结合硬件部分一起进行授课，可以將汇编语言调整到前面讲授，既可以加强学生的理解又可以节省部分学时，用一些简单的程序来举例说明如何控制硬件，提高学生对硬件编程的理解。又如在单片机接口扩展的教学中，因为学生已经对总线有了一定的理解和认识，在这儿就可以引入三总线来学习接口扩展，强调接口扩展电路的设计就是这三类总线的连接。

通过对教学内容和授课顺序的改变，使学生建立起整体的概念，分析并引导学生掌握课程内容的内在关联性，而不是把一本书、一堂课从头讲到尾。

3.3 用浅显易懂的比喻帮助学生理解枯燥难懂的概念

学生认为单片机学习太抽象，尤其是存储器单元的数据和地址。因为数据和地址都是用二进制表示，什么时候是地址什么时候是数据学生普遍反映理解不了。在教学中用学生都熟悉的学生宿舍为例，把宿舍号理解为地址，宿舍里住的学生理解为数据。同时在后面字节单元和位地址的教学中，这个例子同样适用。比如说宿舍里每张床都有编号，想找全宿舍的人就用字节单元（宿舍号），想找某个人就用位地址（床号），其示意图如图2所示。这样不仅完成了教学任务，而且提高了教学趣味性。

图2 存储单元示意图

4.塑造良好的学习方法和习惯，培养学生创新实践能力

4.1拓宽教学方法和教学手段，提高学生实践动手能力

要培养学生调查研究的习惯，掌握查阅资料和有关标准、工具书或参考书的能力，尤其是上网收集资料的能力，能够合理选择设计方案，并能以图纸和说明书表达设计的思想和结果。教师可以将制作的教学课件、本课程的相关学习资料挂在网上，供学生学习时参考，还可在网上通过QQ群进行交流，利用网络提高学生学习的兴趣。初学者可以先掌握单片机运行和开发的一些基本技巧，然后在项目中深入学习和掌握单片机，达到学以致用的目的。不能等把所有的知识都掌握了后再去运用，这既不可能也不可取。让学生“边学边干”，而不是在理论学习的最后才进行实验。

4.2引导学生形成良好的学习观念，培养学生的创新能力

讲课的主体是传授知识，但着眼点却是培养学生的自学、分析、创新、应用等能力。让学生养成严谨的科学态度和适合自己特点的学习方法，如何听课、笔记、自学、小结等。总之，在课堂上，教师应该教会学生怎样学习、怎样思考，注重把所讲知识用相应的思维方法组织起来，鼓励学生发表自己的见解。告诉学生，学习是发现知识的过程，而不是简单的获取结果。这种教学方法让学生带着问题去学，不仅可以提高学生的学习兴趣，更重要的是培养了他们发现问题、分析问题、解决问题的意识和能力。比如应用程序的教学是单片机课程的重点和难点，这部分内容就是加大学时，无论教师讲得多详细、学生当时听得多懂，一到用时就又不明白。究其原因，就是少了学生自己独立思考这个重要环节。讲解应用程序时，先让学生自己思考，然后进行讲解讨论。正是在这种不断讨论和分析问题的过程中，学生的独立思考能力得到了培养和锻炼，推动了创造性思维活动。同时选拔学生参与一些科研项目，培养学生的科研能力和创新能力。

4.3 改革考核方法，加强动手能力要求

有什么样的考核方式必然会有什么样的教学和学习方法。由于该课程知识点多、概念抽象、硬件难于理解、软件设计困难等特点，使传统的闭卷考核方式只能在一定程度上考查学生对知识点的记忆能力，而对学生的思维能力、分析能力、创新能力、动手能力等都难于考查[6]。因此，应改革考核方式方法，采用闭卷、论文、设计制作相结合的多样化考核方式。要求学生学会动手查阅并消化资料，将课堂上学到的理论知识、查阅到的资料以及其他相关专业的知识联系到一起，系统的来考虑问题。同时指导学生如何利用图书馆数据库进行资料检索和期刊查阅，如何进行论文报告的书写等，这对培养学生的思维能力、分析能力、动手能力、创造能力以及后续课程的学习都有很大的帮助。由于本课程具有应用性强、实践性强的特点，对学生的动手能力要求比较高，所以，通过设计制作考查学生的动手能力，也可作为期末考核的一部分，这样既完成了教学任务，又锻炼、培养了学生综合能力，同时为学有余力的学生提供广阔的创新空间。

5.结论

针对我院机械类专业专业的特点和学生的就业趋势，就单片机课程的教学从教师的教学思路和方法、学生的学习方法和习惯等方面提出了一些方案和措施，以提高教学质量，培养学生的培养学生创新实践能力，对提高学生的学习积极性、分析问题和解决问题的能力、动手能力以及创新能力都有很好的作用和效果。

参考文献：

[1]迟耀丹，王蓉暉，王超.单片机原理及应用课程教学改革探讨[J].吉林师范大学学报（自然科学版），2007（3）：128-130

[2]杨志帮，杨樾.单片机应用技术在机电一体化专业项目化教学中的改革与探索[J].科学咨询（科技·管理），2011（10）：127-129

[3]刘珊.关于单片机教学改革的探讨[J].九江职业技术学院学报，2007（1）：50-51

[4]王香婷， 刘涛，周智仁.电工技术与电子技术课程教学改革的探索与实践[J].煤炭高等教育，1999（2）：111-113

[5]莫莉，赵悦，董万福等.单片机原理课程教改探析，以成都大学工业制造学院为例[J]. 教育与教学研究，2010（2）：99-101

[6]田存伟，孔庆松.单片机原理与应用课程教学改革初探[J]. 山东教育学院学报， 2007（6）：47-50

作者简介：

林小军（1979-），男，甘肃通渭人，工学硕士，兰州工业学院副教授，主要从事机电设备控制及嵌入式设备开发研究。