趙延明，周少武，謝道文

(湖南科技大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院，湖南湘潭411201)

面向創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的《單片機(jī)原理及應(yīng)用》的教改研究

趙延明，周少武，謝道文

(湖南科技大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院，湖南湘潭411201)

針對(duì)《單片機(jī)原理及應(yīng)用》教學(xué)目前存在的問(wèn)題，采取理論與實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)方法與模式、形式多樣的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)自主性，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新性思維、培養(yǎng)動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力，增強(qiáng)《單片機(jī)原理及應(yīng)用》的教學(xué)效果，推進(jìn)學(xué)生素質(zhì)教育。

創(chuàng)新;人才培養(yǎng);單片機(jī);教學(xué)改革

在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，國(guó)家的綜合國(guó)力競(jìng)爭(zhēng)主要體現(xiàn)在其創(chuàng)新能力上，因此對(duì)于高等學(xué)校來(lái)說(shuō)應(yīng)大力加強(qiáng)創(chuàng)新教育，培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識(shí)和能力的人才，提高學(xué)生的動(dòng)手能力、科技創(chuàng)新能力、工程綜合與工程設(shè)計(jì)能力、獨(dú)立分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

單片機(jī)的應(yīng)用已深入國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，對(duì)很多行業(yè)技術(shù)革新和產(chǎn)品升級(jí)起著重要的推動(dòng)作用，主要應(yīng)用在智能儀器儀表、機(jī)電一體化、實(shí)時(shí)控制、過(guò)程控制、數(shù)據(jù)采集、信號(hào)處理、家用電器以及國(guó)防工業(yè)等方面?！秵纹瑱C(jī)原理及應(yīng)用》是信息與電氣工程系電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)、電子信息工程專(zhuān)業(yè)、通信工程專(zhuān)業(yè)、自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的主干課程。它綜合了多門(mén)基礎(chǔ)課和專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課的知識(shí)，是一門(mén)應(yīng)用性、實(shí)踐性很強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)課。學(xué)習(xí)該課程目的使學(xué)生掌握單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)、匯編指令系統(tǒng)、軟件編程、單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展和各種外圍器件的應(yīng)用，使學(xué)生具備單片機(jī)的硬件設(shè)計(jì)、軟件編程、調(diào)試運(yùn)行等技能，扎實(shí)提高學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力，為今后的工作奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

其教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量直接影響著學(xué)生實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)與提高，因此通過(guò)《單片機(jī)原理及應(yīng)用》教學(xué)改革，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，樹(shù)立學(xué)生的創(chuàng)新理念、培養(yǎng)自主創(chuàng)新能力，推進(jìn)素質(zhì)教育具有重要意義。

一 存在問(wèn)題分析

《單片機(jī)原理及應(yīng)用》是一門(mén)實(shí)踐性極強(qiáng)的綜合性課程，目前教學(xué)過(guò)程存在以下諸問(wèn)題:

1．理論教學(xué)以單片機(jī)原理知識(shí)為核心，先基礎(chǔ)后應(yīng)用的模式使得學(xué)生感覺(jué)枯燥，學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性不高，有畏難情緒;應(yīng)用技術(shù)講授較少，具體從系統(tǒng)原理－＞元器件選型－＞硬件原理圖設(shè)計(jì)－＞元器件封裝－＞PCB板設(shè)計(jì)－＞元件器焊接－＞程序設(shè)計(jì)－＞系統(tǒng)調(diào)試這樣全過(guò)程的實(shí)例太少，很難培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力及技術(shù)應(yīng)用能力。

2．單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)和硬件資源與編程軟件講授分離，從目前大多數(shù)教材內(nèi)容組織來(lái)看，很多章節(jié)

只講硬件，或只講軟件知識(shí)，實(shí)際上對(duì)一個(gè)系統(tǒng)來(lái)講，硬件和軟件是必須結(jié)合起來(lái)考慮，只有硬件設(shè)計(jì)好才能進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，因?yàn)橛布O(shè)計(jì)中已經(jīng)確定了軟件中需要的地址單元。

3．實(shí)踐環(huán)節(jié)教學(xué)模式單一，很多學(xué)校一般在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，按照教學(xué)大綱的要求，學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)敲入程序，然后觀察和分析實(shí)驗(yàn)運(yùn)行及結(jié)果。這種相對(duì)呆板、封閉的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ胶茈y提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，更不要說(shuō)培養(yǎng)和發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性和創(chuàng)造性。

二 改革研究?jī)?nèi)容

針對(duì)《單片機(jī)原理及應(yīng)用》課程的現(xiàn)狀、存在的問(wèn)題以及本身的特點(diǎn)，準(zhǔn)備進(jìn)行如下方面進(jìn)行教學(xué)研究和改革:

1．理論與實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)方法與模式，充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)自主性

改變以教師為主體、原理知識(shí)為中心、滿堂灌輸?shù)哪Ｊ?，理論教學(xué)采用課堂教學(xué)與學(xué)生自學(xué)相結(jié)合方式。在按正常的教學(xué)大綱進(jìn)行講授理論課的同時(shí)，開(kāi)展一定量的單片機(jī)發(fā)展和應(yīng)用方面的專(zhuān)題學(xué)術(shù)講座，介紹各種單片機(jī)的發(fā)展新動(dòng)向以及怎樣進(jìn)行單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法和技巧，使學(xué)生能自主地以自學(xué)的形式補(bǔ)充哪些方面的知識(shí);在講授每個(gè)知識(shí)點(diǎn)時(shí)教師精心設(shè)置思考題，使學(xué)生在課外查閱資料尋找答案;引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)利用網(wǎng)絡(luò)資源充實(shí)專(zhuān)業(yè)知識(shí)和提高自主學(xué)習(xí)能力。充分體現(xiàn)了以學(xué)生為主體，應(yīng)用能力培養(yǎng)為中心，有助于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，推動(dòng)了培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題和創(chuàng)新能力。

原理知識(shí)和應(yīng)用緊密結(jié)合，運(yùn)用“教、學(xué)、研”一體化的教學(xué)方法。在講授原理知識(shí)時(shí)，要求每個(gè)學(xué)生準(zhǔn)備一塊簡(jiǎn)單的單片機(jī)學(xué)習(xí)開(kāi)發(fā)板，結(jié)合理論和實(shí)踐，一邊學(xué)一邊干是快捷的學(xué)習(xí)方法。將理論學(xué)習(xí)、實(shí)踐應(yīng)用、作品制作有機(jī)地結(jié)合為一體，以理論教學(xué)為基礎(chǔ)，以實(shí)踐訓(xùn)練為重點(diǎn)，以掌握知識(shí)和技能為教學(xué)。課程的理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)融合在一起，使學(xué)生能夠在生動(dòng)多樣的實(shí)驗(yàn)中理解和掌握原來(lái)枯燥乏味的原理知識(shí)，適當(dāng)安排學(xué)生簡(jiǎn)單的任務(wù)，要求學(xué)生去自學(xué)相關(guān)的知識(shí)，在分析任務(wù)要求的基礎(chǔ)上，搜索查找資料并提出開(kāi)發(fā)項(xiàng)目產(chǎn)品的初步方案，培養(yǎng)鍛煉學(xué)生的分析和解決問(wèn)題能力。在學(xué)生進(jìn)行這樣簡(jiǎn)單制作過(guò)程中，將課本上軟件和硬件知識(shí)分離的狀況改變，有利于學(xué)生以系統(tǒng)的觀點(diǎn)認(rèn)識(shí)和把握所學(xué)習(xí)的知識(shí)。這樣激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，讓學(xué)生真正感覺(jué)到在“學(xué)中做、做中學(xué)、邊學(xué)邊做、邊做邊學(xué)”。

2．形式多樣的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，增強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力

實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)是培養(yǎng)和提高學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力的關(guān)鍵途徑之一。改變目前《單片機(jī)原理及應(yīng)用》課程的實(shí)踐教學(xué)模式單一的現(xiàn)狀，開(kāi)展形式多樣的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)來(lái)完善該門(mén)課的教學(xué)模式。

＞簡(jiǎn)單單片機(jī)學(xué)習(xí)開(kāi)發(fā)板

在講授原理知識(shí)時(shí)，要求每個(gè)學(xué)生準(zhǔn)備一塊簡(jiǎn)單的單片機(jī)學(xué)習(xí)開(kāi)發(fā)板，邊學(xué)邊做，增強(qiáng)對(duì)原理知識(shí)、軟硬件結(jié)合、系統(tǒng)概念的理解和掌握。

＞單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱

按實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱的基本要求，在實(shí)驗(yàn)箱上完成規(guī)定的實(shí)驗(yàn)。采用驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)來(lái)熟悉實(shí)驗(yàn)箱硬件原理和編程環(huán)境;采用設(shè)計(jì)性和綜合性實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)只給出實(shí)驗(yàn)的任務(wù)和要求、以及實(shí)驗(yàn)的原理性說(shuō)明，學(xué)生必須根據(jù)實(shí)驗(yàn)的目的和要求獨(dú)立實(shí)驗(yàn)，然后觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)報(bào)告，來(lái)提高學(xué)生綜合分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，逐步引入系統(tǒng)設(shè)計(jì)的概念，為課程設(shè)計(jì)做準(zhǔn)備。

＞課程設(shè)計(jì)

按課程設(shè)計(jì)教學(xué)大綱的基本要求，教師給出具有一定難度的課題，要求學(xué)生獨(dú)立設(shè)計(jì)課題的硬件電路原理圖、PCB圖以及相應(yīng)的程序，并對(duì)軟硬件進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試，然后觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，寫(xiě)出課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。在課程設(shè)計(jì)教學(xué)中，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性與創(chuàng)造性，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，培養(yǎng)其綜合應(yīng)用素質(zhì)。

＞虛擬單片機(jī)實(shí)驗(yàn)室

為了克服只有在實(shí)驗(yàn)室才能完成實(shí)踐教學(xué)的不足，把Proteus引入實(shí)踐教學(xué)中，構(gòu)建起虛擬單片機(jī)實(shí)驗(yàn)室，使學(xué)生能夠在課余時(shí)間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)，解決實(shí)踐教學(xué)課時(shí)不足的問(wèn)題。

＞創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室

充分利用現(xiàn)在信息與電氣工程系擁有的國(guó)家級(jí)電子與電氣技術(shù)實(shí)驗(yàn)中心的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，鼓勵(lì)學(xué)生利用業(yè)余時(shí)間強(qiáng)化動(dòng)手和創(chuàng)新能力。篩選既有潛力又有興趣的部分學(xué)生進(jìn)入創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室重點(diǎn)指導(dǎo)，使這部分學(xué)生能夠獨(dú)立完成具有實(shí)際工程意義的項(xiàng)目(包括原理電路設(shè)計(jì)、元器件選型、元器件封裝、PCB板制作、電子元器件的焊接、軟件設(shè)計(jì)、聯(lián)機(jī)調(diào)試等工作)，并組織積極參加各級(jí)電子競(jìng)賽、挑戰(zhàn)杯，培養(yǎng)這些學(xué)生的動(dòng)手和創(chuàng)新能力。力圖通過(guò)部分學(xué)生的重點(diǎn)培養(yǎng)來(lái)帶動(dòng)全體學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，從而提升單片機(jī)教學(xué)的整體教學(xué)質(zhì)量，是使學(xué)生政治掌握一門(mén)實(shí)用技術(shù)，從而增強(qiáng)就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

＞生產(chǎn)實(shí)習(xí)和認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)

通過(guò)生產(chǎn)實(shí)習(xí)和認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)加深學(xué)生對(duì)電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)、電子元器件焊接、系統(tǒng)設(shè)計(jì)整體概念的理解，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考能力、動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。

三 改革研究目標(biāo)

1制定并執(zhí)行切實(shí)可行的理論與實(shí)踐相結(jié)合理論教學(xué)計(jì)劃

為了更好地引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)好《單片機(jī)原理及應(yīng)用》這門(mén)課程，改變以教師為主的教學(xué)模式，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性和積極性，培養(yǎng)鍛煉學(xué)生的分析與解決問(wèn)題能力以及創(chuàng)新性思維。該教學(xué)計(jì)劃的制定除了目前正常大綱要求的內(nèi)容，同時(shí)考慮了如下問(wèn)題:怎樣組織專(zhuān)題學(xué)術(shù)講座的形式和內(nèi)容才有利于開(kāi)闊學(xué)生的視野，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性;怎樣組織“教、學(xué)、研”一體化的教學(xué)方法才能做到理論聯(lián)系實(shí)踐、軟件和硬件相結(jié)合學(xué)習(xí)方式。

2制定并執(zhí)行形式多樣的實(shí)踐教學(xué)計(jì)劃

根據(jù)上述實(shí)踐教學(xué)的研究?jī)?nèi)容，逐一制定每一個(gè)環(huán)節(jié)的實(shí)踐教學(xué)的任務(wù)和要求，包括簡(jiǎn)單單片機(jī)學(xué)習(xí)開(kāi)發(fā)板措施(確定“邊學(xué)邊做”實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?nèi)容、方法)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)計(jì)劃(驗(yàn)證性、設(shè)計(jì)性和綜合性實(shí)驗(yàn)確定以及實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)修訂)、課程設(shè)計(jì)教學(xué)計(jì)劃(課程設(shè)計(jì)題目的選取、完成目的和要求)、虛擬實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建措施(Proteus構(gòu)建虛擬實(shí)驗(yàn)室的方法步驟、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的選取)、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室教學(xué)計(jì)劃(學(xué)生篩選方案和題庫(kù)、學(xué)生實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)方案)、實(shí)習(xí)教學(xué)計(jì)劃(修訂現(xiàn)有的生產(chǎn)實(shí)習(xí)和認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)計(jì)劃)等內(nèi)容。特別是創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)的項(xiàng)目的選題問(wèn)題，既要具有創(chuàng)新性的工程項(xiàng)目，又要考慮難度適當(dāng)。

四 結(jié) 語(yǔ)

采用理論與實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)方法與教學(xué)模式，做到“邊學(xué)邊做”，利用多種啟發(fā)機(jī)制激勵(lì)學(xué)生學(xué)習(xí)自主性;采用形式多樣的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，提高學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力，為國(guó)家培養(yǎng)出創(chuàng)新型人才。

［1］趙 玲，唐 嵐．單片機(jī)原理及應(yīng)用的課堂教學(xué)與實(shí)踐環(huán)節(jié)教學(xué)研究［J］．高等教育研究，2008，25(4):45－46．

［2］袁惠娟．單片機(jī)課程教改現(xiàn)狀及探究［J］．大眾科技，2009(11):148－149．

［3］謝四蓮，劉峰，張軍．“項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)法”在《單片機(jī)原理及應(yīng)用》教學(xué)中的應(yīng)用研究［J］．湖南人文科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2010(3):124－125．

G645

A

1674－5884(2012)05－0116－02

2012－03－10

全國(guó)教育科學(xué)規(guī)劃課題(DIA110270);湖南科技大學(xué)瀟湘學(xué)院教研項(xiàng)目資助(G31069)

趙延明(1973－)，男，湖南湘潭人，副教授，工學(xué)碩士，主要從事工業(yè)控制與自動(dòng)化、數(shù)據(jù)挖掘等研究。

(責(zé)任編校 羅 淵)