徐鋒（淮南師范學院電氣信息工程學院，安徽淮南 232038）

單片機課程研究性教學的探索與實踐

徐鋒
（淮南師范學院電氣信息工程學院，安徽淮南 232038）

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

單片機課程；研究性教學；教學方法

引言

探究性教學是著名教育家施瓦布于20世紀中葉提出的一種全新的教學方法，要求在教師精心設計指導下，通過預先的設計和組織，引導啟發(fā)學生在學習中發(fā)現(xiàn)問題，進行探討和研究，尋求出解決方法[1]。單片機作為一門應用性實踐性很強的專業(yè)課程，在高校教育質量工程和素質人才培養(yǎng)的新形勢下如何將研究性教學切實應用于單片機課程的教學活動中，引導學生從理論學習走向實際應用，達到培養(yǎng)學生綜合素質和創(chuàng)新能力的課程建設目標，是一個非常有價值的研究課題。

一、研究背景

相比單片機技術日新月異，單片機市場日益多元細分的今天，我國大部分高校的單片機教學現(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單片機作為教學芯片，教師和學生對其他系列型號的單片機陌生，應該考慮與市場上日益多元化的單片機接軌；教材繁雜重復，各有側重，多數(shù)教材內(nèi)容跟不上單片機技術的發(fā)展，與課程應用性的特點不契合。

其次是教學手段單一，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，使得學生被動疲憊，教學效果難如人意。

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

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生真實的學習水平與技術能力，知識仍然停留在紙面上。

綜上，單片機目前的教學現(xiàn)狀與技術一線存在著一定的脫節(jié)與差距，不利于對學生單片機實踐應用與開拓創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，而單片機的學習是微觀的，本著教與學兩方面共同努力的思想，單片機教學的改革勢在必行。[2]

研究性教學是指學生在教師的指導下，為獲得科學素養(yǎng)，以類似科學探究的方式所展開的學習活動，是教師在現(xiàn)實材料的基礎上，創(chuàng)設一種類似于學術研究的情境，構建一個開放性的活動課程。通過學生自主獨立地發(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)度的教學方式和教學過程。研究性教學的目的在于啟發(fā)學生探究的動機，鼓勵學生在探究過程中的表現(xiàn)，以增進學生科學探究能力的發(fā)展。[3]

教育部2005年一號文件《關于進一步加強高等學校本科教學工作的若干意見》中指出：推動研究性教學，提高大學生創(chuàng)新能力。文件中提出了研究性教學的內(nèi)容和要求，比如實驗室和圖書資料室向學生開放，建立大學生盡早進入實驗室研究的基本制度和運行機制，增加綜合性與創(chuàng)新性實驗，積極推進討論式教學、案例教學等教學方法和合作式學習方式，讓大學生通過參與教師科學研究項目或自主確定選題開展研究等多種形式進行初步的探索性研究工作等等。文件對研究性教學內(nèi)涵的闡述與教育部的本科教學水平評估對教學的評判標準是一致的，目的是提高大學生自性主學習和獨立研究的能力。[4]

二、單片機課程的研究性教學

將研究性教學引入單片機課程教學，即在教學實踐中以教師為主導，在教學設計與過程中引入研究性教學方法，實現(xiàn)學生對知識的自主學習、自主建構。

（一）研究性課程設置

單片機課程建設要以培養(yǎng)具備一定專業(yè)能力的應用型人才為目標，邀請技術一線的企業(yè)與教育專家參與課程開發(fā)，以職業(yè)資格為課程標準，改革完善課程體系與教學內(nèi)容，重視內(nèi)容與技能的有機整合，強化學生能力的培養(yǎng)。

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

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

（二）研究性課堂教學

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

（三）研究性實驗教學

實驗教學既要配合理論教學，又要一定程度上“拋開”理論，既依據(jù)理論體系又強調(diào)實踐探索，突出應用性、體現(xiàn)趣味性，從一般演示模仿的驗證性式樣到實現(xiàn)學生的自主拓展實驗設計，提升學生的動手能力，達到切實掌握單片機應用技術的要求。[6]這里可以將與單片機教學內(nèi)容相應的子模塊如“伺服電機與機器人運動控制”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，還可在下達技術要求的基礎之上，讓學生在開放式實驗室中自行設計開發(fā)，即由驗證性實驗拓展為分析設計的綜合性實驗，使學生在“做中學”，引導學生在實驗中獨立思考，自己動手發(fā)現(xiàn)和解決問題，自主建構課程的知識與能力體系，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和專業(yè)素養(yǎng)。[7]

在實驗室建設方面可以校企合作、工學結合為基礎，向學生提供一定技術支持的開放式實訓基地，讓學生組團自主地進行拓展訓練，同時鼓勵參加各類電子設計競賽、科技創(chuàng)新比賽，鼓勵學生進行項目設計與新產(chǎn)品開發(fā)。

（四）研究性教學評價

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

在設計過程中，教師承擔輔助指導任務，鼓勵學生團隊進行全方位、多路徑的方案設計與論證，激發(fā)學生創(chuàng)新欲望，拓寬理論知識，鍛煉學生獨立面對、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計方案。

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

三、結語

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

[1]韋斯特伯里.科學·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.單片機原理與應用課程教學改革的探討[J].江西教育學院學報（綜合），2005，6（3）：95-98

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

[4]張秀軍等.普通高?！都毎飳W》研究性教學實踐與體會[J].醫(yī)學教育探索，2008，7（6）：574

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

[6]羅建，李艷梅.單片機原理及應用教學改革[J].四川師范學院學報（自然科學版），2003，3（1）：44-47

[7]李愛娟.基于三式遞進的程序設計探究教學研究與實踐[D].江蘇：揚州大學，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，淮南師范學院電氣信息工程學院講師，碩士，研究方向：電子信息工程。