单片机原理课程的计算思维能力培养研究

吴君鹏

摘 要：在传统的单片机原理的课程中，注重的是单片机原理和汇编指令的介绍，考核过程强调基本知识的掌握，在整个教学过程中并没有系统的把计算思维融入其教学过程中，因此学生很难将单片机的知识转化为能力。针对以上的分析，将计算思维能力的培养融入单片机的教学过程，以达到充分优化教学环节和培养学生实践能力的目的。

关键词：单片机原理课程 计算思维 计算思维能力 课程模式

中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）11（a）-0164-02

单片机原理及应用课程是电类专业以及部分非电类专业的基础课程，该课程结合了电子技术，计算机程序设计技术等内容，是一门应用性很强的课程。从国内的教学内容上来讲，多数高校还是以经典的51单片机为核心，教学内容主要包括了51单片机的硬件结构、汇编指令、汇编程序设计、片内硬件资源的使用如定时器、中断系统、异步串行通信接口以及接口技术等。

1 计算思维能力

计算思维从本质上而言源自数学思维，因此像其他所有的科学一样，其形式化解析基础是建立在数学之上。计算思维和工程思维的具有互补性与融合性。计算思维，本身代表着一种普遍的认识和普适的技能，涵盖了反映计算机科学广泛性与深入性的一系列思维活动。计算思维能力是美国的计算机科学专家周以真教授提出的，他指出计算思维是每个人都应当拥有的基本技能，无论是计算机科学家还是使用简单运算的学生都需要具备此解析的能力。计算思维是一种递归性思维，用海量的数据可以基础概念抽象化和分解化去求解、设计和理解具有复杂化系统的问题。

随着信息化进程的全面深入与泛在化程度的加深，计算思维已经成为人们认识、理解和解决问题的基本能力之一。计算思维作为一种素质，或一整套解决复杂事物的一般问题的方法与技术所有受教育者都应该具备的此能力。在信息化社会，一个人如果不具备相应的计算思维的能力，将在学习和工作的竞争中处于不利地位。

对于大多数的非计算机专业的电类专业，如电子信息工程，电子信息科学与技术专业的培养过程中也设计了部分计算机专业的专业基础课程，如C语言程序设计，微机原理与接口技术，数据结构，数值分析等课程，使学生具备了计算思维能力培养所需要的基础。但是不同于计算机科学与技术专业的培养，在其后续的课程中则偏重于信号和信息的处理等课程，在后续的课程中强调的是将计算机技术应用于本学科问题的解决。因此对于电类专业学生的培养过程中加强计算思维能力的培养是至关重要的。

2 单片机课程中的计算思维能力培养

在传统的单片机原理的课程中，注重的是单片机原理和汇编指令的介绍，同时在考核过程中也是强调基本知识的掌握，在整个教学过程中并没有系统的把计算思维融入其教学过程中，因此对于很多学生来讲，学完这门课程只是对单片机的知识了解了一遍，没有激发出学生的学习兴趣，并且很难将知识转化为能力。针对以上的分析，将计算思维能力的培养融入单片机的教学过程可以充分优化教学环节，培养学生的思维创新能力。

2.1 结合项目式教学

单片机课程的知识点和计算思维能力培养可分解为独立的子课题项目进行，各个子课题之间都具有联系性并服务于课程整体的知识体系，选择一个合适的项目题目，围绕这个具有单独教学目的的子题目，让学生围绕该项目进行程序设计的循序渐进的学习，致力于思维培养的连贯性。比如，选择基于51单片机的计算器这个题目，单片机这门课程的特点是硬件和软件相结合，硬件是基础，软件是灵魂，在这个题目包含了相关的硬件设计，如矩阵式按键，液晶或数码管显示接口，软件上则包括了相应的硬件驱动，计算程序的相关算法，让学生围绕这个题目展开思维的培养，可以使学生在学习单片机的过程中做到有的放矢，而不是毫无目的的去记忆些汇编指令或者的C语言指令。

2.2 加强实验上机，体现计算思维

重视实验上机教学与学生的实践能力过程，加强计算思维能力的在实践中的具体化过程。一般的单片机教学过程中，实验的比重并不是很大，针对这门实践性很强的课程有必要提高上机实验的比重，同时围绕项目教学的核心，在实验的过程中也是围绕项目题目逐步的展开实验教学，让实验的教学保证连续性，规范上机流程，强调过程培养的目的性，比如在上机过程中，在教师讲解完之后，学生应当遵循“实验题目分析-硬件设计-软件算法设计-编写代码-仿真-连接硬件电路-下载调试”的顺序，引导学生在实验过程中逐步培养良好的计算思维能力和编程习惯，帮助学生举一反三地学习好单片机原理这门课程。

2.3 课程模式的创新

以多维角度进行课程教学模式改革，将计算思维能力培养融入单片机课程，课程建设中体现计算思维能力培养的整体知识架构、具体路径与实践表现。

在授课方法方面，在课程教学内容未调整情况下，通过改进教学方法（例如开展小组专题研讨、项目式问题引导、小组讨论和反思、自我总结与实践的建构等）引导学生体会单片机课程及知识体系之下所蕴含的计算思维规律、系统化特征及一般方法；在授课内容重组方面，单片机课程教学的知识点相对比较基础且具有系统性，在学生具备一定专业课的基础上，进行课程设计，但需以计算思维为主线进行知识体系的重新组织，并在课程内容的结构进行有大幅度的调整与重组。在授课内容和方式的改革方面，将课程教学知识点进行加大和突出，通过与思维训练有关的知识点的结合，开设实验课程进行内化知识的外化过程，加强计算思维的通识基础培养。

3 结语

单片机原理课程是大学生思维能力培养的重要课程之一。在教学改革过程中不仅要求授课教师在教学理念上的转变，同时在授课及课程体系上要以培养学生计算思维能力为最终目标，对单片机原理课程进行全面的提升与改革。因此，推动计算思维观念的普及，致力于计算思维的常识化，促进在教育过程中对学生计算思维能力的培养，有利于提高大学生在未来竞争环境中增强竞争力。

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