面向创新型人才培养的《单片机原理及应用》的教改研究

2012-04-02赵延明周少武谢道文

当代教育理论与实践 2012年5期

关键词：单片机原理及应用课程设计原理

赵延明，周少武，谢道文

(湖南科技大学信息与电气工程学院，湖南湘潭411201)

面向创新型人才培养的《单片机原理及应用》的教改研究

赵延明，周少武，谢道文

(湖南科技大学信息与电气工程学院，湖南湘潭411201)

针对《单片机原理及应用》教学目前存在的问题，采取理论与实践相结合的教学方法与模式、形式多样的实践教学环节，充分发挥学生学习自主性，激发学生的创新意识，培养学生的创新性思维、培养动手能力和创新能力，增强《单片机原理及应用》的教学效果，推进学生素质教育。

创新;人才培养;单片机;教学改革

在科学技术飞速发展，国家的综合国力竞争主要体现在其创新能力上，因此对于高等学校来说应大力加强创新教育，培养具有创新意识和能力的人才，提高学生的动手能力、科技创新能力、工程综合与工程设计能力、独立分析问题和解决问题的能力。

单片机的应用已深入国民经济的各个领域，对很多行业技术革新和产品升级起着重要的推动作用，主要应用在智能仪器仪表、机电一体化、实时控制、过程控制、数据采集、信号处理、家用电器以及国防工业等方面。《单片机原理及应用》是信息与电气工程系电气工程及其自动化专业、电子信息工程专业、通信工程专业、自动化专业的主干课程。它综合了多门基础课和专业基础课的知识，是一门应用性、实践性很强的专业课。学习该课程目的使学生掌握单片机的硬件结构、汇编指令系统、软件编程、单片机系统扩展和各种外围器件的应用，使学生具备单片机的硬件设计、软件编程、调试运行等技能，扎实提高学生的动手实践能力、创新能力，为今后的工作奠定坚实基础。

其教学效果和教学质量直接影响着学生实践能力、创新能力的培养与提高，因此通过《单片机原理及应用》教学改革，激发学生的创新意识，树立学生的创新理念、培养自主创新能力，推进素质教育具有重要意义。

一存在问题分析

《单片机原理及应用》是一门实践性极强的综合性课程，目前教学过程存在以下诸问题:

1．理论教学以单片机原理知识为核心，先基础后应用的模式使得学生感觉枯燥，学习积极性和主动性不高，有畏难情绪;应用技术讲授较少，具体从系统原理－＞元器件选型－＞硬件原理图设计－＞元器件封装－＞PCB板设计－＞元件器焊接－＞程序设计－＞系统调试这样全过程的实例太少，很难培养学生的动手实践能力、创新能力及技术应用能力。

2．单片机硬件结构和硬件资源与编程软件讲授分离，从目前大多数教材内容组织来看，很多章节

只讲硬件，或只讲软件知识，实际上对一个系统来讲，硬件和软件是必须结合起来考虑，只有硬件设计好才能进行软件设计，因为硬件设计中已经确定了软件中需要的地址单元。

3．实践环节教学模式单一，很多学校一般在规定的时间内，按照教学大纲的要求，学生按照实验指导书敲入程序，然后观察和分析实验运行及结果。这种相对呆板、封闭的实验模式很难提高学生的学习兴趣，更不要说培养和发挥学生的主动性和创造性。

二改革研究内容

针对《单片机原理及应用》课程的现状、存在的问题以及本身的特点，准备进行如下方面进行教学研究和改革:

1．理论与实践相结合的教学方法与模式，充分发挥学生学习自主性

改变以教师为主体、原理知识为中心、满堂灌输的模式，理论教学采用课堂教学与学生自学相结合方式。在按正常的教学大纲进行讲授理论课的同时，开展一定量的单片机发展和应用方面的专题学术讲座，介绍各种单片机的发展新动向以及怎样进行单片机系统设计的方法和技巧，使学生能自主地以自学的形式补充哪些方面的知识;在讲授每个知识点时教师精心设置思考题，使学生在课外查阅资料寻找答案;引导学生学会利用网络资源充实专业知识和提高自主学习能力。充分体现了以学生为主体，应用能力培养为中心，有助于提高学生的学习积极性，推动了培养学生分析问题、解决问题和创新能力。

原理知识和应用紧密结合，运用“教、学、研”一体化的教学方法。在讲授原理知识时，要求每个学生准备一块简单的单片机学习开发板，结合理论和实践，一边学一边干是快捷的学习方法。将理论学习、实践应用、作品制作有机地结合为一体，以理论教学为基础，以实践训练为重点，以掌握知识和技能为教学。课程的理论教学与实践教学融合在一起，使学生能够在生动多样的实验中理解和掌握原来枯燥乏味的原理知识，适当安排学生简单的任务，要求学生去自学相关的知识，在分析任务要求的基础上，搜索查找资料并提出开发项目产品的初步方案，培养锻炼学生的分析和解决问题能力。在学生进行这样简单制作过程中，将课本上软件和硬件知识分离的状况改变，有利于学生以系统的观点认识和把握所学习的知识。这样激发学生学习积极性，让学生真正感觉到在“学中做、做中学、边学边做、边做边学”。

2．形式多样的实践教学环节，增强学生的动手能力和创新能力

实践教学环节是培养和提高学生的实践动手能力、创新能力的关键途径之一。改变目前《单片机原理及应用》课程的实践教学模式单一的现状，开展形式多样的实践教学环节来完善该门课的教学模式。

＞简单单片机学习开发板

在讲授原理知识时，要求每个学生准备一块简单的单片机学习开发板，边学边做，增强对原理知识、软硬件结合、系统概念的理解和掌握。

＞单片机实验箱

按实验教学大纲的基本要求，在实验箱上完成规定的实验。采用验证性实验来熟悉实验箱硬件原理和编程环境;采用设计性和综合性实验，实验指导书只给出实验的任务和要求、以及实验的原理性说明，学生必须根据实验的目的和要求独立实验，然后观察实验现象，分析实验结果，写出实验报告，来提高学生综合分析问题和解决问题的能力，逐步引入系统设计的概念，为课程设计做准备。

＞课程设计

按课程设计教学大纲的基本要求，教师给出具有一定难度的课题，要求学生独立设计课题的硬件电路原理图、PCB图以及相应的程序，并对软硬件进行联机调试，然后观察实验现象，分析实验结果，写出课程设计说明书。在课程设计教学中，充分调动学生的积极性与创造性，激发学生的创新思维，培养其综合应用素质。

＞虚拟单片机实验室

为了克服只有在实验室才能完成实践教学的不足，把Proteus引入实践教学中，构建起虚拟单片机实验室，使学生能够在课余时间进行实验学习，解决实践教学课时不足的问题。

＞创新实验室

充分利用现在信息与电气工程系拥有的国家级电子与电气技术实验中心的创新实验室，鼓励学生利用业余时间强化动手和创新能力。筛选既有潜力又有兴趣的部分学生进入创新实验室重点指导，使这部分学生能够独立完成具有实际工程意义的项目(包括原理电路设计、元器件选型、元器件封装、PCB板制作、电子元器件的焊接、软件设计、联机调试等工作)，并组织积极参加各级电子竞赛、挑战杯，培养这些学生的动手和创新能力。力图通过部分学生的重点培养来带动全体学生的学习积极性，从而提升单片机教学的整体教学质量，是使学生政治掌握一门实用技术，从而增强就业竞争力。

＞生产实习和认识实习

通过生产实习和认识实习加深学生对电子产品设计、电子元器件焊接、系统设计整体概念的理解，培养学生独立思考能力、动手能力和创新能力。

三改革研究目标

1制定并执行切实可行的理论与实践相结合理论教学计划

为了更好地引导学生学习好《单片机原理及应用》这门课程，改变以教师为主的教学模式，提高学生的学习自主性和积极性，培养锻炼学生的分析与解决问题能力以及创新性思维。该教学计划的制定除了目前正常大纲要求的内容，同时考虑了如下问题:怎样组织专题学术讲座的形式和内容才有利于开阔学生的视野，激发学生的学习自主性;怎样组织“教、学、研”一体化的教学方法才能做到理论联系实践、软件和硬件相结合学习方式。

2制定并执行形式多样的实践教学计划

根据上述实践教学的研究内容，逐一制定每一个环节的实践教学的任务和要求，包括简单单片机学习开发板措施(确定“边学边做”实验目的、内容、方法)、实验教学计划(验证性、设计性和综合性实验确定以及实验指导书修订)、课程设计教学计划(课程设计题目的选取、完成目的和要求)、虚拟实验室构建措施(Proteus构建虚拟实验室的方法步骤、实验项目的选取)、创新实验室教学计划(学生筛选方案和题库、学生实验室培养方案)、实习教学计划(修订现有的生产实习和认识实习计划)等内容。特别是创新性实验的项目的选题问题，既要具有创新性的工程项目，又要考虑难度适当。