段英宏 田志宏 劉秀紅

[摘要]圍繞《單片機(jī)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(jī)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(shí)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(jī)；創(chuàng)新能力；教學(xué)改革

[中圖分類號(hào)]G40—057

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

[論文編號(hào)]1009—8097(2009)13—0282—03

引言

《單片機(jī)原理及應(yīng)用》課程是向?qū)W生傳授單片機(jī)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(shí)，主要培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行智能化電子系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)的能力，培養(yǎng)強(qiáng)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(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)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(jì)、參與實(shí)際的綜合設(shè)計(jì)課題和將來參加工作打下良好的基礎(chǔ)。因此搞好《單片機(jī)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(duì)提高教學(xué)質(zhì)量有著非常重要的現(xiàn)實(shí)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(dòng)化、電氣工程及其自動(dòng)化、電子信息工程三個(gè)電類專業(yè)均開設(shè)了《單片機(jī)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(jī)原理等基礎(chǔ)課程的基礎(chǔ)上，再學(xué)習(xí)《單片機(jī)原理及應(yīng)用》課程，在整個(gè)教學(xué)安排上是非常合理的。然而通過40學(xué)時(shí)的教學(xué)和一周的課程設(shè)計(jì)，最終對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況考核時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)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(dòng)學(xué)習(xí)的意識(shí)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(rèn)真思考、探索研究、積極主動(dòng)地解決問題。

2在《單片機(jī)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(shí)際問題的機(jī)會(huì)，不利于創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。

3目前實(shí)驗(yàn)課程體系驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)過多，綜合性、啟發(fā)型實(shí)驗(yàn)不夠，沒有大型設(shè)計(jì)性和綜合性實(shí)驗(yàn)，基本沒有對(duì)學(xué)生動(dòng)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(jī)主要是以考試成績(jī)確定的，因而常常出現(xiàn)“高分低能”現(xiàn)象。這種評(píng)價(jià)體系造就學(xué)生對(duì)實(shí)踐環(huán)節(jié)學(xué)習(xí)的輕視心理，即是以成績(jī)合格為目標(biāo)，而不是能力獲得為標(biāo)準(zhǔn)，限制了學(xué)生的創(chuàng)新能力。

二改革思路和方案

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

在對(duì)整個(gè)課程鏈研究的基礎(chǔ)上進(jìn)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(duì)照以前的教學(xué)大綱，了解當(dāng)前學(xué)生所學(xué)課程，對(duì)單片機(jī)的大綱做了更改，利如增加了單片機(jī)應(yīng)用典型案例、接口部分知識(shí)，刪除了同步、異步通信概念、進(jìn)制部分知識(shí)等。

這種改革符合目前國(guó)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(shí)學(xué)習(xí)盡可能多的知識(shí)，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(shí)，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(dòng)接受的地位，建立以學(xué)生為中心的實(shí)踐性教學(xué)模式。利用學(xué)生對(duì)新事物感興趣的心理特點(diǎn)，鼓勵(lì)學(xué)生積極、主動(dòng)地去探究知識(shí)，教會(huì)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新的科研方法和在自主的學(xué)習(xí)中學(xué)會(huì)創(chuàng)新。另外在現(xiàn)行開設(shè)單片機(jī)課程中，實(shí)踐內(nèi)容所占比例偏少，實(shí)驗(yàn)設(shè)備陳舊，內(nèi)容跟不上時(shí)代發(fā)展，因此進(jìn)行了實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)改革，改善教學(xué)與實(shí)踐脫節(jié)的現(xiàn)狀，使各環(huán)節(jié)相互銜接，增加創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，通過加強(qiáng)動(dòng)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(jī)的興趣，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)

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(jī)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(huì)后能做什么，并利用圖片、錄像和實(shí)物等介紹一些當(dāng)前的單片機(jī)先進(jìn)科技和教師相關(guān)單片機(jī)科研成果；邀請(qǐng)一些單片機(jī)科技公司的技術(shù)人員、知名教授來校作單片機(jī)知識(shí)專題講座；請(qǐng)一些已畢業(yè)從事與單片機(jī)技術(shù)有關(guān)的學(xué)生來現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)教育，使他們了解單片微機(jī)在工業(yè)控制、智能化儀器儀表、計(jì)算機(jī)外部設(shè)備、計(jì)算機(jī)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(jī)的重要性和必要性，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣，鼓勵(lì)他們動(dòng)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(jī)控制，從而使學(xué)生具有初步的創(chuàng)新意識(shí)。

2鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行單片機(jī)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(lì)學(xué)生利用課余時(shí)間進(jìn)行單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)，制作自己興趣的產(chǎn)品，編寫單片機(jī)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(jī)仿真軟件，讓學(xué)生在電腦上模擬實(shí)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(fèi)用，特別適合學(xué)生在單片機(jī)學(xué)習(xí)的起步階段使用。我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室里安裝了這個(gè)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(lì)有電腦的學(xué)生安裝這個(gè)軟件，讓他們利用課余時(shí)間自己動(dòng)手做做電子表、步進(jìn)電機(jī)、直流電機(jī)控制、LED顯示，AD、DA轉(zhuǎn)換，交通燈設(shè)計(jì)等方面的模擬實(shí)驗(yàn)。

(2)鼓勵(lì)有一定經(jīng)濟(jì)條件的學(xué)生買一些小型的單片機(jī)學(xué)習(xí)開發(fā)板。目前市場(chǎng)上有很多專門為在校大學(xué)生學(xué)習(xí)單片機(jī)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(jià)格低，特別適合于學(xué)生利用課余時(shí)間學(xué)習(xí)單片機(jī)開發(fā)。而實(shí)驗(yàn)室也購置一部分這樣的開發(fā)板，對(duì)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(jī)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(shí)驗(yàn)中培養(yǎng)創(chuàng)新思維

改變?cè)械膶?shí)驗(yàn)教學(xué)模式，減少驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，增加設(shè)計(jì)性、綜合性實(shí)驗(yàn)，并開放實(shí)驗(yàn)室，隨時(shí)恭候?qū)W生的來臨。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行過程中，以學(xué)生為實(shí)驗(yàn)的主體，最大限度地調(diào)動(dòng)和發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，引導(dǎo)學(xué)生積極對(duì)待實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題，并自己動(dòng)手解決這類問題。指導(dǎo)教師在實(shí)驗(yàn)的組織管理上起主要作用，而在實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)當(dāng)中出現(xiàn)的一些疑難問題。例如：在彩燈移動(dòng)實(shí)驗(yàn)中，鼓勵(lì)學(xué)生編寫不同的移動(dòng)花樣，采用多種不同方法編程，并設(shè)計(jì)電路圖，這樣將生活中常見的小產(chǎn)品與課程實(shí)驗(yàn)結(jié)合起來。使同學(xué)們加深對(duì)理論知識(shí)的

理解，學(xué)到了實(shí)際知識(shí)，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(jì)改革培養(yǎng)工程素質(zhì)，強(qiáng)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(jì)過程中，注重培養(yǎng)學(xué)生的工程素質(zhì)。從課程設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)記錄、總結(jié)調(diào)試心得等。使學(xué)生熟悉從立項(xiàng)、方案論證、軟硬件設(shè)計(jì)與調(diào)試、PCB設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、到安裝調(diào)試等電子設(shè)計(jì)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(rèn)識(shí)了良好的工程規(guī)范。在設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)創(chuàng)新性設(shè)計(jì)。在報(bào)告整理階段，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)設(shè)計(jì)過程進(jìn)行總結(jié)。從方案設(shè)計(jì)到器件選型，從程序開發(fā)到調(diào)試。都要求學(xué)生將實(shí)踐中獲取的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)文字材料，使學(xué)生在設(shè)計(jì)過程逐步體驗(yàn)本課程的系統(tǒng)性。例如，選擇電子時(shí)鐘系統(tǒng)作為課程設(shè)計(jì)的同學(xué)，其硬件電路盡管相對(duì)簡(jiǎn)單，涉及的單片機(jī)資源并不多，大部分同學(xué)都能夠很快的實(shí)現(xiàn)基本功能，但在此基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，在硬件電路基本不變的情況下，通過重新規(guī)劃設(shè)計(jì)軟件，實(shí)現(xiàn)許多如計(jì)時(shí)器、萬年歷、秒表、定時(shí)報(bào)警器等附加功能。

每年課程設(shè)計(jì)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(bào)告。這就進(jìn)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(jì)的可選題目如表2所示：

而課程設(shè)計(jì)評(píng)分依據(jù)學(xué)生的實(shí)際完成情況和文字報(bào)告等進(jìn)行評(píng)價(jià)。例如，確定若干個(gè)基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的儀器系統(tǒng)如時(shí)鐘、點(diǎn)陣顯示器等基本功能供學(xué)生選題。在指定的時(shí)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(bào)告等，最后進(jìn)行答辯。畢業(yè)設(shè)計(jì)得分由設(shè)計(jì)產(chǎn)品功能和質(zhì)量分(40％)、畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)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(yàn)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(jī)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(qiáng)化學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握知識(shí)的作用是不可替代的，但《單片機(jī)原理》課程應(yīng)用性、實(shí)踐性都很強(qiáng)，如果仍以閉卷考試作為主要評(píng)價(jià)方法，則不能較好檢驗(yàn)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。因此對(duì)當(dāng)前的考核方法進(jìn)行了改革，并擬建立一種長(zhǎng)期的跟蹤考核制度，將考核重點(diǎn)放在學(xué)生在實(shí)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(jì)報(bào)告、機(jī)考和筆試相結(jié)合評(píng)分的方法。在課程結(jié)束后學(xué)生要提交一個(gè)設(shè)計(jì)報(bào)告，設(shè)計(jì)一種產(chǎn)品，該報(bào)告的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)為：報(bào)告(50％)+創(chuàng)新意識(shí)(30％)+程序調(diào)試(20％)。而機(jī)考指的是在實(shí)驗(yàn)室里現(xiàn)場(chǎng)考核，主要考核學(xué)生動(dòng)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(shí)的基礎(chǔ)上，更強(qiáng)調(diào)學(xué)生的創(chuàng)新性思維，在題型上進(jìn)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(jì)，電路設(shè)計(jì)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(jī)測(cè)評(píng)比例為設(shè)計(jì)報(bào)告(30％)+機(jī)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(qiáng)對(duì)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(duì)學(xué)生參與實(shí)踐活動(dòng)興趣的培養(yǎng)。將學(xué)生的課外科技活動(dòng)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(tuán)，以電氣工程及其自動(dòng)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(jī)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(shí)踐內(nèi)容，組織多種形式的實(shí)踐活動(dòng)，提出靈活多樣的實(shí)踐要求，吸引學(xué)生主動(dòng)地、有選擇地參與這些實(shí)踐活動(dòng)，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(jì)。在設(shè)計(jì)和制作過程中，教師給予適度的指導(dǎo)，使學(xué)生能夠獨(dú)立、主動(dòng)、保質(zhì)保量地完成自己的設(shè)計(jì)目標(biāo)和任務(wù)，把學(xué)生被動(dòng)地學(xué)習(xí)變成積極主動(dòng)地學(xué)習(xí)，把依賴于老師的學(xué)習(xí)變成獨(dú)立的學(xué)習(xí)和思考。設(shè)計(jì)題目和產(chǎn)品的實(shí)現(xiàn)也增強(qiáng)了學(xué)生獨(dú)立解決問題的自信心，進(jìn)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(duì)課堂教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行補(bǔ)充和提升，可以根據(jù)自己的興趣進(jìn)行選題、完成自己感興趣的課外實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、設(shè)計(jì)和電子制作，可以自己設(shè)計(jì)電子作品等，這樣就使他們?cè)谕瓿蓪W(xué)習(xí)任務(wù)的基礎(chǔ)上，使自己的創(chuàng)新思想得以實(shí)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(dòng)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(jìng)賽，推進(jìn)課程改革，提高創(chuàng)新能力

積極參加全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽、盛群杯單片機(jī)競(jìng)賽，飛思卡爾智能車競(jìng)賽等各類比賽。這些競(jìng)賽既培養(yǎng)了學(xué)生電子設(shè)計(jì)能力，提高了實(shí)踐能力，也鍛煉了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神。通過各類競(jìng)賽，掊養(yǎng)一部分學(xué)生的動(dòng)力創(chuàng)新能力，再通過宣傳，使其它學(xué)生對(duì)單片機(jī)學(xué)習(xí)產(chǎn)生興趣，為參加這些競(jìng)賽而努力，從而進(jìn)一步提高了學(xué)生的創(chuàng)新能力。

四結(jié)束語

在進(jìn)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(shí)間大大縮短，學(xué)生有了更多動(dòng)手和思考的時(shí)間，在課程結(jié)束時(shí)，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(jī)比賽中取得了優(yōu)異的成績(jī)。我們將以此為契機(jī)，積極、主動(dòng)地促進(jìn)單片機(jī)課程的進(jìn)一步改革，使單片機(jī)課程跟上時(shí)代發(fā)展的潮流，使學(xué)生學(xué)完單片機(jī)后，不僅僅具有初步單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(xiàn)

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