单片机教学模式创新与人才培养方式改革

2015-03-18陶重犇李春光

湖南科技学院学报 2015年5期

关键词：课程设计单片机教学法

陶重犇李春光

（苏州科技学院，江苏苏州 215009，常州工学院，江苏常州 213002）

单片机教学模式创新与人才培养方式改革

陶重犇李春光

（苏州科技学院，江苏苏州 215009，常州工学院，江苏常州 213002）

针对单片机教学与人才培养方式中存在的问题，提出了单片机教学模式创新与人才培养方式改革思路和实施措施。在单片机教学环节中引入了项目教学法的新思路，改革传统的灌输式教育方法；在人才培养上引入了课内设计与课外项目实践、课外竞赛相结合的培养方式。通过让学生参与实际项目的方式激发和驱动学生的学习热情与积极性，从而达到增强学生理论联系实际的意识，培养具有创新能力的创新型人才的目的。

教学模式创新；培养方式创新；项目教学法；创新型人才

0　引　言

随着电子技术的发展，DSP、ARM、FPGA等新兴产品不断涌现。与这些新兴微型处理器相比，有着几十年历史的单片机感觉落后了。但是，历史久远不等于单片机没有了市场。目前，单片机仍然是中低端市场中微处理器使用量的领头羊。单片机相关课程仍然是电子信息工程、电子科学与技术、电气与自动化等一系列与电类有关专业的必修课。熟练掌握单片机产品设计、制作和调试技能的高校毕业生，越来越成为研发型企业所急需的紧俏人才。同时，学生扎实的单片机编程和实践能力又为嵌入式系统的学习奠定了良好的基础。

然而，由于该课程内容抽象，学生不仅需要了解单片机的整体硬件结构，而且还需要掌握很多的单片机指令，因此大多数学生在课程学习的时候很难入门，从而导致对单片机的学习失去信心，以至于出现了学生难学与教师难教的尴尬局面。许多的专业课教师都在摸索一些能有效地提高该课程教学效果的方法，并借此培养出具有创新实践能力的创新型人才[1]。笔者从事单片机教学以来，通过结合课程教学与课外的实践的方式，尝试探索一种单片机教学改革与创新人才相结合的新思路，也积累了较多的实际经验。本文针对传统教学方法和人才培养模式中存在的不足，介绍克服这些不足所进行的实践探索与心得体会。

1　传统教学方法的问题分析

传统的教学模式都是采取单片机理论教学先行，随后实验课程跟进的方式。理论教学的方法无外乎灌输式或填鸭式的教学模式，也就是教师讲，学生听。这种教学模式无法有效反馈学生的知识掌握情况，也脱离了单片机课程具有的实践性特征。枯燥的理论知识只会让学生在课堂上对单片机这门课程产生无趣与难学的印象[2]。

目前单片机教学中存在的问题，本文主要从主客观两个角度的六个方面进行剖析：

（1）教学方式简单单一

传统的教学一般采用以理论教学为主，实验教学为辅的方式。这种理论内容与实验内容相脱节的教学方式，往往使学生在理论教学时产生的疑问，无法得到及时的解答[3]。

（2）课程设计内容陈旧

单片机课程设计的题目和内容陈旧，不能适应当前科技发展的需求。同时，陈旧的设计内容不仅无法激发学生的主观能动性，更不能使学生的创新思维得到有效的训练。

（3）课内课外实践不足

单片机课内的实验课时有限，实验内容往往只能挑选一些重点知识点展开[4]。而课外的实践内容，比如省级、国家级电子设计大赛以及实际的项目等，感兴趣或者有能力参与的学生毕竟是少数，无法在更大层面上使大多数学生得到锻炼。

（4）学生知识储备不足

针对本组PHC患者，采用多因素逐步Cox比例风险回归模型对影响患者生存率的危险因素进行统计分析，变量赋值见表4。结果表明，术前较差的肝功能、较低的组织分化程度、门静脉侵犯、出现淋巴结转移、较高的TNM分期和高表达Pim-1蛋白是影响PHC患者生存时间的独立危险因素；而性别、年龄、肿瘤数目、肿瘤直径和术前血清AFP含量与患者总体生存期无关(表5)。

在实际教学中发现，大部分学生所具备的编程能力仅能应付计算机等级考试，实际编程经历几乎没有[5-6]。此外，单片机课程的学习需要学生有其他多门专业基础课程的坚实知识基础。

（5）学生自学能力有限

在单片机实验或者课程设计的时候，常常遇到学生遇到问题就只知道问老师怎么解决，而没有养成独立思路和解决问题的习惯。因此，如何实现以教师为主导，以学生为主体的教学实践，就需要注重培养学生独立工作、独立思考及解决问题的能力。例如，查资料、定方案等步骤都要求学生自己经过学习和思考独立完成。

（6）学生创新意识淡薄

学生由于深受传统教学方法的影响，通常学习的主动性和积极性不高，创新意识也比较淡薄[7]。因此，不仅要激发学生学习的积极性，而且要从观念上使学生更注重自学能力的增强与自我动手能力的提高。

2　教学与实践方式改革

教学方法多样而丰富，既有在教育实践中积累和完善起来的，也有通过教育科研精心设计与发展起来的。尤其是伴随现代科学技术的发展，新的教学方法更是不断地涌现。教学方法除了讲授法、演示法和练习法等常见的传统方法外，国外一些知名的高等学校还提出了很多新兴的教学方法，其中包括案例教学法、发现教学法、程序教学法以及网络教学法等[8]。当然，每一种方法都有其适用的具体范围与条件，也都有其局限性。因此，在教学过程中不能机械的应用到具体教学中去，这也就是教育学中常说的“教学有法，但无定法”的深层次含义。

2.1项目教学法

本文提出的项目教学法的理论基础源于教育学中的案例教学法。案例教学法由美国哈佛大学工商管理学院于20世纪初首创。案例教学法通常使用在教育学、社会学、经济学、管理学等领域。其核心思想强调运用理论知识来解决实际的问题。途径是借助于具体的案例来帮助学生将学到的理论紧密联系实际。其优点是有利于提高学生分析问题和解决问题的能力。

①选择合适的项目；

②制定详细的实施方案与进展计划；

③对拟定的方案进行评估与讨论。

项目式教学法首先需要教师对项目进行选择与编排，并做到所选择项目符合典型性、实用性、可行性、先进性和有价值性的原则。在制定详细的教学实施方案与教学进展计划时，需要将具体项目的理论知识分解，并分散到每一个具体的实际操作步骤中去。教师对学生拟定的方案进行评估，并与学生进行讨论。这个过程包括对实施过程和讨论情况的评估。值得一提的是教师在项目教学法中处于主导地位，而学生处于主体地位。通过教师合理引导并帮助学生自主地解决项目中的难题，从而做到让学生结合项目来分析原理，达到理解与掌握知识点的目的。

2.2仿真与实际操作相结合

本着提高学生学习效率的原则，本文强调要将单片机仿真与实际的单片机实验箱结合使用的思路。目前，较为流行的单片机仿真软件Proteus ISIS是由英国Labcenter公司开发的一种电路分析与实物仿真软件。Proteus可以用于仿真、分析各种模拟器件和集成电路，并具有原理图绘制、软件调试、单片机仿真与电路仿真相结合等功能。通过将仿真软件Proteus与编译调试软件Keil C51 µVision4结合使用，就能逼真的仿真单片机所实现的实际工程项目。因此，学生不需要将大量的时间花费在将单片机与外围电子元器件进行实际的连接。通过仿真的方式就能检测项目设计方案的有效性与可靠性，这样使得学生从繁琐的线路连接中解脱出来，从而可以将更多的精力放在单片机项目的设计与编程上。

2.3C语言为主汇编为辅

目前，工程实践中C语言已经取代汇编语言，成为主流的单片机开发语言。许多的企业也非常需要和欢迎那些熟练掌握C语言编写单片机程序技能的高校毕业生。然而，目前广泛使用的高校单片机教材无一例外的将汇编语言作为主要内容进行教学。虽然，汇编语言编程具有可直接控制硬件、运行效率高等优点，但是其最大的缺点就是语句抽象造成的编程效率低下。学生通常可以读懂汇编语言的每个语句，但整个汇编程序所要解决的问题却看不懂。而当需要学生自己编程时，就会觉得困难重重。

因此，针对人才市场需求与提高学生就业率的需要。笔者认为在单片机教学实践过程中，要将C语言作为主要的单片机开发语言进行介绍。而在某些需要精确控制的地方可以适当对汇编语言多做一些介绍。这种将C语言教学为主汇编为辅，同时兼顾两者的混合编程的单片机教学方式，不仅使学生易学，而且又适应了企业对于使用C语言编程的单片机开发人才的迫切需求。

3　人才培养方式改革

3.1借助改革促进学习兴趣

兴趣总是扮演着最好老师的角色。那么，如何将提高学生对单片机课程的兴趣作为一门艺术进行研究，是每一位任课教师责无旁贷的分内之事[9]。由于单片机课程是一门实践较强的工程课程，因此当利用单片机设计与实现某个工程项目时，不仅需要学生掌握较多的硬件知识，而且对学生的编程能力的要求也较高。在开展这门对于学生要求较高的课程教学时，如果仅仅一味地对其灌输理论知识，而不注重理论知识与实例相结合的教学，那么学生容易产生畏惧情绪，从而对单片机课程的学习事倍功半。

因此，教师在教学过程中就需要从教学方式与教学内容这两个方面来着手改革，并借助改革的成果来促进学生的学习兴趣与热情。在教学方式上，要做到能够吸引学生的注意。比如，将单片机的第一堂课放在单片机实验室中进行，并指导学生在实验箱上搭建一个彩灯的实验平台。当你指导学生点亮那些五颜六色、绚丽夺目的彩灯时，相信此刻也点亮了学生心中那盏“兴趣之灯”。在教学内容上，要将本文提出的项目教学法贯彻到整个教学活动实践中，并按照典型性与创新性相结合的原则安排教学内容。从而使学生带着饱满的学习兴趣和热情，在增长知识和获取技能的同时，也收获到完成项目的成就感与自豪感。

3.2借助创新项目提高课程设计质量

课程设计的宗旨就是要培养学生独立思考问题、解决问题的能力和创新精神。学生的创新精神的激发需要指导教师为其引入最新的项目或课题。可以将传统的单片机课程设计项目，包括交通灯、电子钟、点阵屏显示、电子琴等作为基础性实验，而将单片机在目前比较热门领域中的应用，比如可穿戴式传感器、机器人等。这样不仅能激发学生的学习兴趣，而且使得教学也紧跟科技的前沿。创新项目的选取需要遵循实用性与可行性的原则。课题设计的项目最好是一些较为新颖的产品。比如能够自主避障的移动机器人小车、遥控机器人小车、语音控制机器人等。另外，根据素质教育“因材施教”的要求，还需要根据学生的自身情况以及设计的难易程度为学生选择合理的课题。

此外，课程设计的实施过程要以教师指导评估为主导，学生独立完成为主体来实现。教师主要负责为学生选择能够培养其能力的创新型项目或课题，在设计思路和调试方面给予一些基本的指导，并且对学生完成的项目或课题进行合理的评估与总结。同学主要负责制定设计方案、查阅相关资料、确定设计参数等步骤。除此之外，学生在课程设计中还应该掌握利用编译软件Keil 编写和调试程序，利用软件Proteus绘制原理图并仿真，利用电烙铁进行电路板焊接，以及使用万用表、示波器等方面的知识和技能。

3.3借助竞赛锻炼学生创新实践能力

现在可供大学生参加的电子类竞赛较多，比如全国大学生电子设计竞赛、各省市的大学生电子设计竞赛、中国机器人大赛RoboCup公开赛等。此类比赛中涉及的内容大多是利用单片机的系统设计与实现的。选拔一批学习兴趣浓厚、基本功扎实、创新能力强的同学参加机器人大赛、电子设计大赛，证明了这是一种激励学生更深入钻研单片机的有效办法。同时通过这一部分同学的带动，也会调动和推动全体同学的学习积极性。

目前，通过成立机器人兴趣班，让参加机器人比赛的小组成员自己绘制流程图、编写与调试程序模块、选购元器件等方式培训学生。当然，指导老师给予必要的指导与技术支持。学生通过自己动手制作机器人不仅培养了动手能力，而且激发了他们的钻研与创新的精神。在RoboCup机器人大赛和全国电子竞赛中获得的优异成绩不仅使得学生获得了荣誉，而且点燃了他们的学习热情和自信心。因此，借助于竞赛活动不仅锻炼了学生的实践创新能力，而且对教学工作也产生了积极的影响。

4　结　论

单片机教学模式的改革与创新的目的是为了提高教学质量，培养具有创新精神的与创新能力的创新型人才。教学改革的宗旨就是以学生为本，目的就是培养创新型人才。因此，教学改革与培养人才即相辅相成，又互相促进。只有通过不断地探索和改革教学方法，提高学生学习单片机课程的兴趣，通过项目教学的方法提高学生的工程实践能力和创新能力。采用理论与实践项目相结合的教育教学模式，做到“两条腿走路”，激发学生学习自主性，培养学生的创新意识与创新思维，提高学生的动手能力，最终为国家培养出具有创新思维与能力的专门人才。

[1]朱湘萍,包本刚,熊文元.“四元一体”教研活动模式的构建与创新[J].湖南科技学院学报,2013,34(8):38-40.

[2]刘成刚,李常峰.传感器项目化教学的研究与改革[J].中国科教创新导刊,2013,1(30):80.

[3]赵延明,周少武,谢道文.面向创新型人才培养的《单片机原理及应用》的教改研究[J].当代教育理论与实践, 2012:4 (5):116-117.

[4]包敬海,张大平,陆安山等.浅谈面向应用型人才培养的单片机课程的改革[J].钦州学院学报,2013,28(8):20-23.

[5]周朝霞,纪艺娟.单片机课程教学方式改革与实践[J].湖南科技学院学报,2014,35(10):31-34.

[6]贾萍,丁向荣,胡美兰.“教、学、做"一体化单片机教学实验平台的设计与应用[J].实验技术与管理,2012,29(6):139-142.

[7]陈卉.单片机原理及其教学创新技术研究[J].创新教育, 2011,1(32):144-145.

[8]周川.简明高等教育学,河海大学出版社,2006:148.

[9]段作章,田业茹.学习兴趣的发生学探析[J].教育科学, 2012,28(3):33-37.

（责任编校：何俊华）

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