单片机的创新融合教学方法研究

赵佰亭 贾晓芬

摘 要：在当前新工科建设背景下，高校单片机课程教学呈现出创新教育不足的问题。为此提出一种基于教学案例的任务驱动教学模式，围绕教学内容凝练教学案例并分解成多个教学任务，以案例任务为主线，由学生独立完成设计、编程和报告，掌握教学知识难点和重点。并具体论述了教学任务的凝练、设计和实施，设计了教学效果综合评测方法，并讨论了任务驱动式教学的设施保障。长时实施效果显示，任务驱动式教学模式能激发学生的学习兴趣，围绕完成任务去发现问题、分析问题和解决问题，教学效果良好。

关键词：单片机教学;创新融合;任务式驱动;案例教学

1 绪论

单片机及接口技术是高等工科院校自动化和电气工程等专业的核心课程，是新工科建设的重要实践课程，以学生单片机硬件设计和软件编程的应用能力为培养目标。课程建设的指导思想就是立足实践，强化应用。单片机课程的教学包含理论教学和实践教学两个部分。其中，实践教学环节包括课内实驗、单片机课程设计、生产实习和毕业设计四大环节，是一个循序递进的培养过程。在单片机的课程教学和实践教学环节中融合创新教学思维，不仅能够增强学生动手能力，提高教学质量，还能培养学生创新思维和创新能力。

单片机及接口技术课程是模拟电子技术、数字电子技术、电路等课程的融合和应用，是理论知识和实践技能的融会贯通。单片机课程知识的掌握，不仅仅是掌握课本上的理论知识，还需要具备相当的硬件设计知识、编程能力、开发平台知识等，要用创造性的思维去解决实际具体问题。所以单片机课程的教学，不仅需要完善的理论教学体系，还需要丰富的课外实践课程，才能综合培养学生的创新能力。

创新思维和创新能力的培养是新工科建设的新要求，是提高大学生科学素养的前提和保障。自学习能力提高比单纯的学习理论教学具有更好的社会适应性。为了能让学生早日更容易的融入社会，大学生创新思维的培养是非常重要的。在强调学好理论课程的基础上，应用所学理论知识与实践应用相结合，在任务驱动式教学中，探索创新的设计理念和方法，提高学生的自主学习意愿，完成新工科建设的培养目标。

2 创新方法融入单片机教学

2.1 培养创新意识

单片机课程的教学旨在培养学生的创新意识。传统教学模式中，以教师的教为中心，部分教师上课“片片翻，片片替”，无法吸引学生的学习兴趣。建立以学生为中心的教学模式，鼓励学习积极参与实践，参与课外竞赛和创客实验室，积极主动的去探索新知识。在理论实践相结合的学习过程中，通过实践加深理论的理解和掌握，激发学习热情。

2.2 打破思维定势

没有解决不了的问题，只有想不到的方法。在解决单片机具体问题时，很多看似很困难的问题，实际上是解决方法不对。如果能打破思维定势，换个角度思考问题，可能就很快找到解决方法。这个过程需要教师进行合适的引导，打破惯有思维定势。

2.3 培养发散思维

发散思维是大脑在思考问题时呈现出扩散状态，从多个角度思考问题，帮助我们更好地找到解决问题的方法。所以教师应善于引导学生勤于思考敢于猜测，从四面八方考虑问题，从不同角度考虑问题，锻炼对知识的敏锐性。

2.4 培养逆向思维

当出现问题解决不了时，不妨倒过来想，这就是逆向思维。逆向思维也是一种重要的创新思维方法，对学生解决问题有显著的创新作用。从结果出发，灵活运用排除法、归纳法和演绎法，不仅仅是重复别人道路，要实现新的突破。

3 融入方法研究

3.1 理论教学启发创新

理论教学是枯燥无味的，很容易让学生在学习过程中，产生疲惫感和懈怠，只有在任务驱动的促进之下，才能激发新的强烈的学习激情。在理论教学中，引入单片机教学案例，以生动活泼的案例问题，引导学生思考，使学生成为参与者和问题的解决者，增加学生的代入感，主动去探究新知识。

3.2 实验教学开拓创新

课程实验是课堂理论教学延续，是课堂理论知识掌握情况的检验，是学生动手能力的提升，是解决问题方法的验证。开设综合应用实验和设计实验，让学生自主制订实验方案，充分挖掘学生潜能，不仅有助于培养学生创新思维，还可以使学生由被动应付实践转变为主动研究实践。

3.3 课程设计应用创新

课程设计中既要注重培养学生独立思考的能力，又要注重培养学生团队协作的能力。让同学们设计一个基于单片机的综合系统，要以学生为主体，例如，制定设计方案、查找设计资料、确定设计参数等步骤都是由学生自己经过思考和讨论提出的，教师只是在组织讨论、答疑、设计思路和调试方面给予指导。

3.4 课外科技实践激励创新

单片机课程相关的国家A类赛事包括“全国大学生电子设计竞赛”“飞思卡尔杯全国大学生智能汽车竞赛”“互联网+”等。参加上述竞赛活动，是大学生在实践中检验自己单片机等课程学习成果的重要环节。在竞赛过程中，学生不但能够根据自己所学的知识，针对具体的任务进行设计，同时又能够根据设计结果，巩固理论基础，课外学术竞赛会极大的激发学生学习和动手的热情。

4 任务驱动教学模式

以知识教学为中心的传统教学模式，是以老师为主体，而不是学生，重在教而不在学，忽视了学生学习的自主性，影响了学生创新意识的培养，已经不适应新型高级人才的培养需求。因此在单片机教学中，设计了任务驱动式教学模式，变教师硬教为学生主动学、有目的地学。在学习过程，学生是主体，通过教师和同学的帮助和协作，使用必要的材料、工具和仪器，获得使用单片机所应具备的各类知识。

4.1 任务设计

任务的设计要与单片机课程的具体内容相结合，考虑课程章节内容的难度、知识点的分布及知识点的相关性，既要满足教学的规律性，又要留给学生发挥拓展空间。首先针对单片机的硬件结构及原理、汇编语言与程序设计、单片机的C语言、中断系统、定时计数器、串行口及应用和接口技术，将课程章节内容分解成一个个具体的小知识点，打破原有教学内容的组织结构，选取典型教学案例，设计教学任务。保证学生循序渐进的学习，像玩游戏打通关一样，完成第一个任务可以掌握单片机的基本结构原理，完成第二个任务，能够编写自己的程序代码，完成第三个任务，能够解决一个具体实际小问题，使学习成为一个水到渠成的过程。

4.2 任务实施

任务实施包括四个阶段：任务提出;软硬件分析;引导完成;总结讨论。首先教师提出问题时，要明确需要解决的具体问题，所需要的软硬件知识，并给出学习要点。进一步引导学生进行硬件设计和软件设计分析，设计硬件原理图和印刷电路板图，然后讨论软件功能流程，并编写调试程序。针对案例中出现的难点问题，可以通过多媒体教学进行演示和指导，帮助学生解决。

案例任务的完成可以帮助学生掌握一个新的知识模块，因此学习目的性非常强。完成一系列任务后，最后设计一个综合性任务，从硬件元器件的选型到电路的设计再到软件编写调试等，使学生全面掌握单片机的开发流程，最后完成任务的总结报告。总结报告包括任务目的、实施过程、实验现象和实验结果的记录、总结和解释，同时强调团队合作，增强与人协作能力。从课堂学习、互动提问、主动思考等方面来看，任务驱动教学法取得了良好的效果，学生对这门课程的兴趣也比过去有所提高。

4.3 教学测评

在单片机的课程中，单纯的死记硬背并不意味着掌握所需知识，因为单片机的学习重在应用。由于通常采用闭卷考试的方式，学生想要获得较高的学分，就会把大量精力放在死记硬背课本知识上，从而造成时间和精力的双重浪费。教学评测是对教学效果的综合评价，一方面是评价教授效果，另一方面是评测学习效果。合理的教学评价机制有利于激励教与学的积极性。教学评测可分为两个方面：任务完成度评测和综合评测。每次教学任务结束，应及时对学生的任务完成度进行评测，客观的评价和建议有助于学生下一步的学习。学期末进行综合评测，与任务评测一起设计合适的权重系数，得到学生的总评成绩。

4.4 保障措施

在做中教，在做中学，在实践中学习单片机理论，用学习的理论指导实践，努力走“实践—理论—实践”之路。学校、学院和有关部门可以从以下方面设计保障措施。首先，注重加强学生实验、实践、实训能力的锻炼和培养，通过学校投入建立与现代生产力相适应的教学和实践实验环境，提高学生的实验能力、创新能力和处理实际问题的能力。其次，增加开放实验的数量和时间，增设大学生创客实验室等，积极开展特色教育，鼓励学生参加电子设计大赛、挑战杯等科技竞赛和科技创新活动。最后，要加强实验室的弹性管理制度，针对创新融合的需求，对实验室管理文件进行细化和补充，以政策引导学生积极创新、敢于创新。

5 结语

在单片机课程的教学过程中，如何解决教与学的矛盾，使学生从被动的接受知识变成主动获取知识，是当前本科教学面临的重要问题。为了改变传统教学模式忽视实践教育的现状，设计了基于案例教学的任务式教学模式。面向学生的教学过程中，以学生为主体为中心，重视创新素养加强实践培养，以培养学生解决问题能力为标准，不断创新教学理念完善教学方法，为新工科建设培育高素质精英人才。

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作者简介：赵佰亭（1981— ），男，汉族，枣庄人，博士，副教授，主要从事深度学习领域的研究工作。