段英宏 田志宏 劉秀紅

[摘要]圍繞《單片機原理與應(yīng)用》課程中創(chuàng)新能力培養(yǎng)存在的主要問題，開展教學(xué)改革，分析了學(xué)生學(xué)習(xí)單片機課程中存在的主要問題，介紹了為提高創(chuàng)新能力所采取的具體措施，教學(xué)實踐證明，該套教學(xué)方法和教學(xué)手段，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的自主創(chuàng)新思維能力，有效地提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。

[關(guān)鍵詞]單片機；創(chuàng)新能力；教學(xué)改革

[中圖分類號]G40—057

[文獻標(biāo)識碼]A

[論文編號]1009—8097(2009)13—0282—03

引言

《單片機原理及應(yīng)用》課程是向?qū)W生傳授單片機技術(shù)的基礎(chǔ)課程，它綜合了多門基礎(chǔ)課和專業(yè)基礎(chǔ)課的知識，主要培養(yǎng)學(xué)生進行智能化電子系統(tǒng)整體設(shè)計的能力，培養(yǎng)強電專業(yè)學(xué)生的弱電控制能力。通過學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握單片機應(yīng)用系統(tǒng)的硬件設(shè)計和軟件編程技術(shù)，可為后續(xù)更高層次專業(yè)課程的學(xué)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計、參與實際的綜合設(shè)計課題和將來參加工作打下良好的基礎(chǔ)。因此搞好《單片機原理及應(yīng)用》課程的教學(xué)工作，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，對提高教學(xué)質(zhì)量有著非常重要的現(xiàn)實意義。

一目前教學(xué)中創(chuàng)新能力培養(yǎng)存在的主要問題

我院的自動化、電氣工程及其自動化、電子信息工程三個電類專業(yè)均開設(shè)了《單片機原理及應(yīng)用》課程，學(xué)生在學(xué)習(xí)了電路基礎(chǔ)、數(shù)字電子、模擬電子、微機原理等基礎(chǔ)課程的基礎(chǔ)上，再學(xué)習(xí)《單片機原理及應(yīng)用》課程，在整個教學(xué)安排上是非常合理的。然而通過40學(xué)時的教學(xué)和一周的課程設(shè)計，最終對學(xué)生的學(xué)習(xí)情況考核時發(fā)現(xiàn)學(xué)生對該課程的掌握情況并不十分理想，尤其是創(chuàng)新能力較差，主要表現(xiàn)在：

1學(xué)生主動學(xué)習(xí)的意識不夠，缺乏創(chuàng)新思想，學(xué)習(xí)過程中一旦碰到問題，很難認真思考、探索研究、積極主動地解決問題。

2在《單片機原理及應(yīng)用》的教學(xué)過程中，傳統(tǒng)的教學(xué)還是以理論為主，以課堂授課為主，學(xué)生很少有應(yīng)用具體電路解決實際問題的機會，不利于創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。

3目前實驗課程體系驗證性實驗過多，綜合性、啟發(fā)型實驗不夠，沒有大型設(shè)計性和綜合性實驗，基本沒有對學(xué)生動手能力訓(xùn)練，更不用說培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

4在傳統(tǒng)的教學(xué)思想和方法引導(dǎo)下，學(xué)習(xí)成績主要是以考試成績確定的，因而常常出現(xiàn)“高分低能”現(xiàn)象。這種評價體系造就學(xué)生對實踐環(huán)節(jié)學(xué)習(xí)的輕視心理，即是以成績合格為目標(biāo)，而不是能力獲得為標(biāo)準，限制了學(xué)生的創(chuàng)新能力。

二改革思路和方案

針對以上問題，在單片機教學(xué)中，根據(jù)學(xué)生、教材、教學(xué)設(shè)備等實際情況，將授課內(nèi)容進行全面、合理的整合優(yōu)化。減少冗余，加強綜合性、創(chuàng)新性內(nèi)容，在對整個課程鏈研究的基礎(chǔ)上進行了課程改革，改革后的講課學(xué)時分配如表1所示：

在對整個課程鏈研究的基礎(chǔ)上進行課程改革，可以避免學(xué)生反復(fù)學(xué)習(xí)同一內(nèi)容，但又學(xué)得不夠深入等問題。對照以前的教學(xué)大綱，了解當(dāng)前學(xué)生所學(xué)課程，對單片機的大綱做了更改，利如增加了單片機應(yīng)用典型案例、接口部分知識，刪除了同步、異步通信概念、進制部分知識等。

這種改革符合目前國家教育教學(xué)改革基本方針，可以減輕學(xué)業(yè)壓力，用有限的課時學(xué)習(xí)盡可能多的知識，做到“厚積”。在改革過程中注意積極開展教育創(chuàng)新。為培養(yǎng)創(chuàng)新意識，積極探索具有創(chuàng)造性的教學(xué)方法和手段，在授課中改變老師唱主角，學(xué)生當(dāng)觀眾的教學(xué)模式：改變學(xué)生靜態(tài)、被動接受的地位，建立以學(xué)生為中心的實踐性教學(xué)模式。利用學(xué)生對新事物感興趣的心理特點，鼓勵學(xué)生積極、主動地去探究知識，教會學(xué)生進行創(chuàng)新的科研方法和在自主的學(xué)習(xí)中學(xué)會創(chuàng)新。另外在現(xiàn)行開設(shè)單片機課程中，實踐內(nèi)容所占比例偏少，實驗設(shè)備陳舊，內(nèi)容跟不上時代發(fā)展，因此進行了實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)改革，改善教學(xué)與實踐脫節(jié)的現(xiàn)狀，使各環(huán)節(jié)相互銜接，增加創(chuàng)新實驗，通過加強動手能力的培養(yǎng)，提高了學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力，培養(yǎng)應(yīng)用型本科人才。

三、為提高創(chuàng)新能力所采取具體措施

1提高學(xué)生學(xué)習(xí)單片機的興趣，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識

興趣是最好的老師，只有有了學(xué)習(xí)興趣，才能夠在學(xué)習(xí)中創(chuàng)新，喜歡創(chuàng)新，注意創(chuàng)新，發(fā)揮自身的創(chuàng)造性。為激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，在開課之后，我們首先向?qū)W生介紹單片機的多種應(yīng)用功能及其良好的發(fā)展前景，讓學(xué)生明白學(xué)什么、為什么學(xué)和學(xué)會后能做什么，并利用圖片、錄像和實物等介紹一些當(dāng)前的單片機先進科技和教師相關(guān)單片機科研成果；邀請一些單片機科技公司的技術(shù)人員、知名教授來校作單片機知識專題講座；請一些已畢業(yè)從事與單片機技術(shù)有關(guān)的學(xué)生來現(xiàn)場指導(dǎo)教育，使他們了解單片微機在工業(yè)控制、智能化儀器儀表、計算機外部設(shè)備、計算機網(wǎng)絡(luò)與通訊技術(shù)和家用電器等領(lǐng)域的應(yīng)用及學(xué)好單片機的重要性和必要性，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣，鼓勵他們動腦思考有哪些領(lǐng)域或哪些與我們?nèi)粘Ｉ钕嚓P(guān)的電器或儀表等設(shè)備適合用單片機控制，從而使學(xué)生具有初步的創(chuàng)新意識。

2鼓勵學(xué)生進行單片機應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

不斷鼓勵學(xué)生利用課余時間進行單片機應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)，制作自己興趣的產(chǎn)品，編寫單片機程序。由于初學(xué)者一般沒有開發(fā)板和仿真器這些設(shè)備，為了給學(xué)生創(chuàng)造條件，我們采取了以下措施：

(1)給學(xué)生提供一些單片機仿真軟件，讓學(xué)生在電腦上模擬實際系統(tǒng)，編寫軟件。例如提供了proteus仿真軟件，它可以仿真51系列、AVR，PIC等常用的MCU及其外圍電路，還可以和keil軟件互聯(lián)，可以像使用仿真器一樣調(diào)試程序。又不需要任何費用，特別適合學(xué)生在單片機學(xué)習(xí)的起步階段使用。我們在實驗室里安裝了這個軟件，并在教學(xué)過程中向?qū)W生演示它的功能和使用，鼓勵有電腦的學(xué)生安裝這個軟件，讓他們利用課余時間自己動手做做電子表、步進電機、直流電機控制、LED顯示，AD、DA轉(zhuǎn)換，交通燈設(shè)計等方面的模擬實驗。

(2)鼓勵有一定經(jīng)濟條件的學(xué)生買一些小型的單片機學(xué)習(xí)開發(fā)板。目前市場上有很多專門為在校大學(xué)生學(xué)習(xí)單片機量身定做學(xué)習(xí)開發(fā)板、主控芯片。包括凌陽、51系列、AVR系統(tǒng)等，它們價格低，特別適合于學(xué)生利用課余時間學(xué)習(xí)單片機開發(fā)。而實驗室也購置一部分這樣的開發(fā)板，對學(xué)生開放，給學(xué)生創(chuàng)造自主學(xué)習(xí)和開發(fā)單片機系統(tǒng)的環(huán)境，從而培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力。

3在實驗中培養(yǎng)創(chuàng)新思維

改變原有的實驗教學(xué)模式，減少驗證性實驗，增加設(shè)計性、綜合性實驗，并開放實驗室，隨時恭候?qū)W生的來臨。在整個實驗進行過程中，以學(xué)生為實驗的主體，最大限度地調(diào)動和發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，引導(dǎo)學(xué)生積極對待實驗中出現(xiàn)的問題，并自己動手解決這類問題。指導(dǎo)教師在實驗的組織管理上起主要作用，而在實驗中僅起指導(dǎo)作用，給學(xué)生指明方向，避免多走彎路，并解答實驗當(dāng)中出現(xiàn)的一些疑難問題。例如：在彩燈移動實驗中，鼓勵學(xué)生編寫不同的移動花樣，采用多種不同方法編程，并設(shè)計電路圖，這樣將生活中常見的小產(chǎn)品與課程實驗結(jié)合起來。使同學(xué)們加深對理論知識的

理解，學(xué)到了實際知識，培養(yǎng)了分析問題、解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。

4通過課程設(shè)計改革培養(yǎng)工程素質(zhì)，強化創(chuàng)新能力。

創(chuàng)新能力不僅僅體現(xiàn)在一些制作發(fā)明上，更重要的是要有必要的工程素質(zhì)。在課程設(shè)計過程中，注重培養(yǎng)學(xué)生的工程素質(zhì)。從課程設(shè)計選題開始，就要求學(xué)生注意收集相關(guān)資料、作好分工、做好實驗記錄、總結(jié)調(diào)試心得等。使學(xué)生熟悉從立項、方案論證、軟硬件設(shè)計與調(diào)試、PCB設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、到安裝調(diào)試等電子設(shè)計的全過程，系統(tǒng)地培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、交流能力、合作能力，使學(xué)生理解并認識了良好的工程規(guī)范。在設(shè)計階段，引導(dǎo)學(xué)生從不同角度觀察問題、提出問題、解決問題，注意實現(xiàn)創(chuàng)新性設(shè)計。在報告整理階段，引導(dǎo)學(xué)生對設(shè)計過程進行總結(jié)。從方案設(shè)計到器件選型，從程序開發(fā)到調(diào)試。都要求學(xué)生將實踐中獲取的經(jīng)驗總結(jié)文字材料，使學(xué)生在設(shè)計過程逐步體驗本課程的系統(tǒng)性。例如，選擇電子時鐘系統(tǒng)作為課程設(shè)計的同學(xué)，其硬件電路盡管相對簡單，涉及的單片機資源并不多，大部分同學(xué)都能夠很快的實現(xiàn)基本功能，但在此基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生進行創(chuàng)新設(shè)計，在硬件電路基本不變的情況下，通過重新規(guī)劃設(shè)計軟件，實現(xiàn)許多如計時器、萬年歷、秒表、定時報警器等附加功能。

每年課程設(shè)計的題目既可從教師給定的題目中選擇，也可以自行擬定，自行擬定的題目在做之前要提交可行性報告。這就進一步鍛煉了學(xué)生的創(chuàng)新能力。2007—2008學(xué)年我專業(yè)的課程設(shè)計的可選題目如表2所示：

而課程設(shè)計評分依據(jù)學(xué)生的實際完成情況和文字報告等進行評價。例如，確定若干個基于單片機實現(xiàn)的儀器系統(tǒng)如時鐘、點陣顯示器等基本功能供學(xué)生選題。在指定的時間范圍內(nèi)，提交完成基本功能的儀器系統(tǒng)、相關(guān)文字報告等，最后進行答辯。畢業(yè)設(shè)計得分由設(shè)計產(chǎn)品功能和質(zhì)量分(40％)、畢業(yè)設(shè)計報告分(30％)、答辨分(15％)、特色與創(chuàng)新分(15％)等部分組成，并要答辨。

5通過考核方法改革考核學(xué)生的創(chuàng)新能力

考核方法作為課程教學(xué)的最后環(huán)節(jié)，它直接檢驗教和學(xué)雙方的效果，間接指導(dǎo)著學(xué)生的學(xué)習(xí)。目前《單片機原理及應(yīng)用》課程使用比較普遍的考核方法仍然是閉卷筆試。應(yīng)該說，閉卷考試在基礎(chǔ)理論類課程教學(xué)中，在強化學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握知識的作用是不可替代的，但《單片機原理》課程應(yīng)用性、實踐性都很強，如果仍以閉卷考試作為主要評價方法，則不能較好檢驗學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新能力。因此對當(dāng)前的考核方法進行了改革，并擬建立一種長期的跟蹤考核制度，將考核重點放在學(xué)生在實踐中發(fā)現(xiàn)問題的能力考核上。即將原來的純筆試改成了設(shè)計報告、機考和筆試相結(jié)合評分的方法。在課程結(jié)束后學(xué)生要提交一個設(shè)計報告，設(shè)計一種產(chǎn)品，該報告的評分標(biāo)準為：報告(50％)+創(chuàng)新意識(30％)+程序調(diào)試(20％)。而機考指的是在實驗室里現(xiàn)場考核，主要考核學(xué)生動手能力和程序調(diào)試能力。而筆試試卷在考核學(xué)生的基礎(chǔ)知識的基礎(chǔ)上，更強調(diào)學(xué)生的創(chuàng)新性思維，在題型上進行了改革。減少了一些需要死記硬背的客觀題，增加了靈活多樣的程序設(shè)計，電路設(shè)計等題型。充分考核了學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和創(chuàng)新能力。最終成績測評比例為設(shè)計報告(30％)+機考(20％)+筆試(50％)。

6開展第二課堂，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造能力

為加強對學(xué)生學(xué)習(xí)的引導(dǎo)，我們將課堂教學(xué)延伸到課外，注意對學(xué)生參與實踐活動興趣的培養(yǎng)。將學(xué)生的課外科技活動納入到創(chuàng)新能力培養(yǎng)的過程中來，成立了創(chuàng)新電子社團，以電氣工程及其自動化、電子信息工程專業(yè)學(xué)生為主，其他專業(yè)學(xué)生也可自愿參加。由《單片機原理及應(yīng)用》課程的主講教師作為主要指導(dǎo)教師，每周輔導(dǎo)1—2次，并提供不同層次的實踐內(nèi)容，組織多種形式的實踐活動，提出靈活多樣的實踐要求，吸引學(xué)生主動地、有選擇地參與這些實踐活動，讓學(xué)生根據(jù)自己的發(fā)展方向，結(jié)合自己的興趣和需求，選擇適合自己的題目或感興趣的產(chǎn)品設(shè)計。在設(shè)計和制作過程中，教師給予適度的指導(dǎo)，使學(xué)生能夠獨立、主動、保質(zhì)保量地完成自己的設(shè)計目標(biāo)和任務(wù)，把學(xué)生被動地學(xué)習(xí)變成積極主動地學(xué)習(xí)，把依賴于老師的學(xué)習(xí)變成獨立的學(xué)習(xí)和思考。設(shè)計題目和產(chǎn)品的實現(xiàn)也增強了學(xué)生獨立解決問題的自信心，進一步提高學(xué)習(xí)的興趣。在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生可以通過第二課堂對課堂教學(xué)內(nèi)容進行補充和提升，可以根據(jù)自己的興趣進行選題、完成自己感興趣的課外實驗項目、設(shè)計和電子制作，可以自己設(shè)計電子作品等，這樣就使他們在完成學(xué)習(xí)任務(wù)的基礎(chǔ)上，使自己的創(chuàng)新思想得以實現(xiàn)。大大激發(fā)了學(xué)生的課外學(xué)習(xí)興趣和主觀能動性。也為學(xué)生提供了自由發(fā)展的空間，提高了學(xué)生的創(chuàng)造能力。

7依托各種競賽，推進課程改革，提高創(chuàng)新能力

積極參加全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽、盛群杯單片機競賽，飛思卡爾智能車競賽等各類比賽。這些競賽既培養(yǎng)了學(xué)生電子設(shè)計能力，提高了實踐能力，也鍛煉了學(xué)生的團隊合作精神。通過各類競賽，掊養(yǎng)一部分學(xué)生的動力創(chuàng)新能力，再通過宣傳，使其它學(xué)生對單片機學(xué)習(xí)產(chǎn)生興趣，為參加這些競賽而努力，從而進一步提高了學(xué)生的創(chuàng)新能力。

四結(jié)束語

在進行了課程改革以后，學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情受到了很大的激發(fā)，出現(xiàn)了自主式學(xué)習(xí)的熱潮。由于課程的改革，使理論教學(xué)的時間大大縮短，學(xué)生有了更多動手和思考的時間，在課程結(jié)束時，大多數(shù)同學(xué)提交了自己的作品，更有部分同學(xué)在單片機比賽中取得了優(yōu)異的成績。我們將以此為契機，積極、主動地促進單片機課程的進一步改革，使單片機課程跟上時代發(fā)展的潮流，使學(xué)生學(xué)完單片機后，不僅僅具有初步單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計和開發(fā)能力，還具有了一定的創(chuàng)新能力，有效的提高了學(xué)生的綜合素質(zhì)。

參考文獻

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