徐鋒（淮南師范學(xué)院電氣信息工程學(xué)院，安徽淮南 232038）

單片機(jī)課程研究性教學(xué)的探索與實踐

徐鋒
（淮南師范學(xué)院電氣信息工程學(xué)院，安徽淮南 232038）

基于研究性教學(xué)的單片機(jī)課程開發(fā)與教學(xué)的新模式，采取多種發(fā)揮學(xué)生自主學(xué)習(xí)的教學(xué)方法提高了學(xué)生的創(chuàng)新與實踐能力，是高校培養(yǎng)高水平應(yīng)用型人才的有效途徑。

單片機(jī)課程；研究性教學(xué)；教學(xué)方法

引言

探究性教學(xué)是著名教育家施瓦布于20世紀(jì)中葉提出的一種全新的教學(xué)方法，要求在教師精心設(shè)計指導(dǎo)下，通過預(yù)先的設(shè)計和組織，引導(dǎo)啟發(fā)學(xué)生在學(xué)習(xí)中發(fā)現(xiàn)問題，進(jìn)行探討和研究，尋求出解決方法[1]。單片機(jī)作為一門應(yīng)用性實踐性很強(qiáng)的專業(yè)課程，在高校教育質(zhì)量工程和素質(zhì)人才培養(yǎng)的新形勢下如何將研究性教學(xué)切實應(yīng)用于單片機(jī)課程的教學(xué)活動中，引導(dǎo)學(xué)生從理論學(xué)習(xí)走向?qū)嶋H應(yīng)用，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力的課程建設(shè)目標(biāo)，是一個非常有價值的研究課題。

一、研究背景

相比單片機(jī)技術(shù)日新月異，單片機(jī)市場日益多元細(xì)分的今天，我國大部分高校的單片機(jī)教學(xué)現(xiàn)狀與與效果并不盡如人意，主要存在以下幾點問題：

首先是基本上都采用的51單片機(jī)作為教學(xué)芯片，教師和學(xué)生對其他系列型號的單片機(jī)陌生，應(yīng)該考慮與市場上日益多元化的單片機(jī)接軌；教材繁雜重復(fù)，各有側(cè)重，多數(shù)教材內(nèi)容跟不上單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展，與課程應(yīng)用性的特點不契合。

其次是教學(xué)手段單一，大多還停留在“黑板+粉筆”或者多媒體PPT的階段，教授效率不高，填鴨式灌輸，互動少，使得學(xué)生被動疲憊，教學(xué)效果難如人意。

再次是傳統(tǒng)驗證性實驗教學(xué)方法單一，組織容易，學(xué)生照方抓藥，不利于學(xué)生自主性的培養(yǎng).即使是設(shè)計性實驗也與社會要求的單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計過程相差甚遠(yuǎn)，大多數(shù)學(xué)生難以真正掌握單片機(jī)的設(shè)計與調(diào)試技術(shù)。

最后是考核方法多數(shù)采取卷面考試的簡單方法，不能全面客觀地考察學(xué)生真實的學(xué)習(xí)水平與技術(shù)能力，知識仍然停留在紙面上。

綜上，單片機(jī)目前的教學(xué)現(xiàn)狀與技術(shù)一線存在著一定的脫節(jié)與差距，不利于對學(xué)生單片機(jī)實踐應(yīng)用與開拓創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，而單片機(jī)的學(xué)習(xí)是微觀的，本著教與學(xué)兩方面共同努力的思想，單片機(jī)教學(xué)的改革勢在必行。[2]

研究性教學(xué)是指學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，為獲得科學(xué)素養(yǎng)，以類似科學(xué)探究的方式所展開的學(xué)習(xí)活動，是教師在現(xiàn)實材料的基礎(chǔ)上，創(chuàng)設(shè)一種類似于學(xué)術(shù)研究的情境，構(gòu)建一個開放性的活動課程。通過學(xué)生自主獨立地發(fā)現(xiàn)問題、實驗、調(diào)查、信息搜集與處理、表達(dá)與交流等探索活動，獲得知識與技能，體驗發(fā)現(xiàn)與創(chuàng)造，發(fā)展情感與態(tài)度的教學(xué)方式和教學(xué)過程。研究性教學(xué)的目的在于啟發(fā)學(xué)生探究的動機(jī)，鼓勵學(xué)生在探究過程中的表現(xiàn)，以增進(jìn)學(xué)生科學(xué)探究能力的發(fā)展。[3]

教育部2005年一號文件《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)高等學(xué)校本科教學(xué)工作的若干意見》中指出：推動研究性教學(xué)，提高大學(xué)生創(chuàng)新能力。文件中提出了研究性教學(xué)的內(nèi)容和要求，比如實驗室和圖書資料室向?qū)W生開放，建立大學(xué)生盡早進(jìn)入實驗室研究的基本制度和運行機(jī)制，增加綜合性與創(chuàng)新性實驗，積極推進(jìn)討論式教學(xué)、案例教學(xué)等教學(xué)方法和合作式學(xué)習(xí)方式，讓大學(xué)生通過參與教師科學(xué)研究項目或自主確定選題開展研究等多種形式進(jìn)行初步的探索性研究工作等等。文件對研究性教學(xué)內(nèi)涵的闡述與教育部的本科教學(xué)水平評估對教學(xué)的評判標(biāo)準(zhǔn)是一致的，目的是提高大學(xué)生自性主學(xué)習(xí)和獨立研究的能力。[4]

二、單片機(jī)課程的研究性教學(xué)

將研究性教學(xué)引入單片機(jī)課程教學(xué)，即在教學(xué)實踐中以教師為主導(dǎo)，在教學(xué)設(shè)計與過程中引入研究性教學(xué)方法，實現(xiàn)學(xué)生對知識的自主學(xué)習(xí)、自主建構(gòu)。

（一）研究性課程設(shè)置

單片機(jī)課程建設(shè)要以培養(yǎng)具備一定專業(yè)能力的應(yīng)用型人才為目標(biāo)，邀請技術(shù)一線的企業(yè)與教育專家參與課程開發(fā)，以職業(yè)資格為課程標(biāo)準(zhǔn)，改革完善課程體系與教學(xué)內(nèi)容，重視內(nèi)容與技能的有機(jī)整合，強(qiáng)化學(xué)生能力的培養(yǎng)。

本文提出一個以智能巡航機(jī)器人為工程對象的項目案例為主線的單片機(jī)課程配置方案，即以單片機(jī)工程師的典型工作任務(wù)為依據(jù)，組織序化教學(xué)內(nèi)容，形成以功能分類的模塊化的課程結(jié)構(gòu)。

具體模塊劃分為：單片機(jī)開發(fā)環(huán)境與機(jī)器人智能；單片機(jī)輸出接口與伺服電機(jī)控制；機(jī)器人巡航動作控制；單片機(jī)輸入接口與機(jī)器人觸覺導(dǎo)航；單片機(jī)I/O接口與機(jī)器人紅外線跟蹤；定時/計數(shù)器與機(jī)器人距離檢測；機(jī)器人應(yīng)用單片機(jī)UART實現(xiàn)串行通信控制；LCD模塊與機(jī)器人集成技術(shù)；溫度及其他傳感器擴(kuò)展與智能機(jī)器人。這種以項目實踐為主的教學(xué)內(nèi)容很容易將教學(xué)情境與工作過程相結(jié)合，實現(xiàn)教與學(xué)的一體化。

（二）研究性課堂教學(xué)

研究性課堂教學(xué)要求教師引導(dǎo)學(xué)生自主設(shè)計、制作和拓展案例，掌握大量實用方法、技巧和經(jīng)驗，讓學(xué)生在真實的環(huán)境中學(xué)以致用。善教者必善問，在課堂教學(xué)中應(yīng)圍繞單片機(jī)工作原理與案例設(shè)計，將課程內(nèi)容有重點分層次地進(jìn)行講述，適時向給學(xué)生提出問題，激發(fā)學(xué)生的問題意識，培養(yǎng)學(xué)生自主探究的學(xué)習(xí)習(xí)慣。[5]如在講解單片機(jī)循環(huán)結(jié)構(gòu)程序設(shè)計時，可以提出一個LED流水燈的延時設(shè)計問題，讓學(xué)生以分組的形式進(jìn)行設(shè)計方案的討論，教師根據(jù)學(xué)生討論方案提出具有典型性的可行方案，并進(jìn)行驗證性講解，。單片機(jī)技術(shù)內(nèi)容日新月異，作為教師需要讓學(xué)生能夠了解當(dāng)前有關(guān)單片機(jī)技術(shù)的最新資訊，同時鼓勵學(xué)生在技術(shù)論壇上多與其他學(xué)生與研究人員進(jìn)行交流。

（三）研究性實驗教學(xué)

實驗教學(xué)既要配合理論教學(xué)，又要一定程度上“拋開”理論，既依據(jù)理論體系又強(qiáng)調(diào)實踐探索，突出應(yīng)用性、體現(xiàn)趣味性，從一般演示模仿的驗證性式樣到實現(xiàn)學(xué)生的自主拓展實驗設(shè)計，提升學(xué)生的動手能力，達(dá)到切實掌握單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)的要求。[6]這里可以將與單片機(jī)教學(xué)內(nèi)容相應(yīng)的子模塊如“伺服電機(jī)與機(jī)器人運動控制”等作為實驗選題，這些課題既是針對一個知識點的專項題目，也是對之前所學(xué)知識的綜合運用。在實驗安排上，，除了驗證性的操作之外，還可在下達(dá)技術(shù)要求的基礎(chǔ)之上，讓學(xué)生在開放式實驗室中自行設(shè)計開發(fā)，即由驗證性實驗拓展為分析設(shè)計的綜合性實驗，使學(xué)生在“做中學(xué)”，引導(dǎo)學(xué)生在實驗中獨立思考，自己動手發(fā)現(xiàn)和解決問題，自主建構(gòu)課程的知識與能力體系，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和專業(yè)素養(yǎng)。[7]

在實驗室建設(shè)方面可以校企合作、工學(xué)結(jié)合為基礎(chǔ)，向?qū)W生提供一定技術(shù)支持的開放式實訓(xùn)基地，讓學(xué)生組團(tuán)自主地進(jìn)行拓展訓(xùn)練，同時鼓勵參加各類電子設(shè)計競賽、科技創(chuàng)新比賽，鼓勵學(xué)生進(jìn)行項目設(shè)計與新產(chǎn)品開發(fā)。

（四）研究性教學(xué)評價

考試不是目的而是一種教學(xué)手段，可以將單片機(jī)課程設(shè)計作為主要的考核評價手段，課程設(shè)計的選題既要考慮對知識體系的綜合覆蓋，又要強(qiáng)調(diào)靈活性、開拓性；既可以是教師指定的題目，也可以是由學(xué)生根據(jù)個人興趣提交的經(jīng)過教師認(rèn)可的題目。

在設(shè)計過程中，教師承擔(dān)輔助指導(dǎo)任務(wù)，鼓勵學(xué)生團(tuán)隊進(jìn)行全方位、多路徑的方案設(shè)計與論證，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新欲望，拓寬理論知識，鍛煉學(xué)生獨立面對、分析與解決問題。如對于某一選題可以針對不同型號芯片的選型采取不同的硬件電路設(shè)計方案。

學(xué)生團(tuán)隊通過分析討論選擇出最優(yōu)方案，并通過分解任務(wù)進(jìn)行小組內(nèi)部的分工協(xié)作，最終完成各具特色的作品，并以PPT答辯的形式進(jìn)行考核評價。

三、結(jié)語

作為教師要積極研究課程內(nèi)容，發(fā)掘研究性課題，在教學(xué)過程中引入案例教學(xué)、任務(wù)驅(qū)動等多種研究性教學(xué)方法；要善于引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，在探究過程中充分體現(xiàn)教學(xué)互動的思想，充分調(diào)動學(xué)生的主觀能動性，使得學(xué)生能夠全身心投入到設(shè)計實踐的過程中去。

[1]韋斯特伯里.科學(xué)·課程與通識教育——施瓦布選集[M].北京：中國輕工業(yè)出版社，2008：6

[2]劉剛，蔡十華.單片機(jī)原理與應(yīng)用課程教學(xué)改革的探討[J].江西教育學(xué)院學(xué)報（綜合），2005，6（3）：95-98

[3]唐超穎，姜斌.“自動控制原理”課程的探究性教學(xué)實踐[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報，2007，（6）：91-93

[4]張秀軍等.普通高?！都?xì)胞生物學(xué)》研究性教學(xué)實踐與體會[J].醫(yī)學(xué)教育探索，2008，7（6）：574

[5]范培明.如何在探究型課堂中運用設(shè)疑導(dǎo)學(xué)藝術(shù)[J].考試周刊，2007，（10）：69-71

[6]羅建，李艷梅.單片機(jī)原理及應(yīng)用教學(xué)改革[J].四川師范學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2003，3（1）：44-47

[7]李愛娟.基于三式遞進(jìn)的程序設(shè)計探究教學(xué)研究與實踐[D].江蘇：揚州大學(xué)，2009：9

Exploration and practice of research-based teaching on single chip microcomputer

XU Feng

This paper try to explore the way and approach of research-based teaching on Single Chip Microcomputer.The educational practice shows that adopting the teaching methods of bringing students’autonomous study makes students foster their consciousness and practical ability，satisfied with the cultivation of high quality talents with high practice ability and creative ability of the 21'centery.

curricula of single chip microcomputer；research-based teaching；teaching method

G642

A

1009-9530（2012）03-0101-02

2011-12-27

徐鋒（1977-），男，淮南師范學(xué)院電氣信息工程學(xué)院講師，碩士，研究方向：電子信息工程。