对比创新思维训练法在单片机赛项辅导中的应用

戴仔龙

摘要：近年来，国家呼吁“大众创新，万众创业”，结合我校单片机控制装置安装与调试赛项实际的辅导情况培养具有创新意识和较强工作能力的新型人才成了职业教育的当务之急，迫切需要拟定一套与之相适应的的辅导方法—对比创新思维训练法。该训练法包括“看、听、做和思考总结”四个方面尤其在环节三“做”采用两种方案对比设计16×16LED电子班牌的硬件和软件驱动，学生在这两种方案的硬件设计和软件驱动对比的过程中实现创新思维的培养和工作能力的提高。

关键词：方案对比法；创新思维训练；工作能力；16×16LED电子班牌；

一、单片机赛项存在的问题与解决方法

（一）中职单片机赛项辅导方法现状及原因分析

自2010年我校开展中职单片机控制装置安装与调试赛项辅导以来，选拔学生参赛的流程是：首先集中举办单片机赛项的宣讲会对符合要求的学生进行宣传和动员，然后辅导教师对报名的学生进行为期几周的基础培训，最后对其进行考核并对考核通过的学生进行停课集中辅导。辅导教师一贯采用的辅导方法是：首先让学生不管采用什么方式一定要将数码管、12864点阵液晶和矩阵按键等模块的C51驱动代码背下来。其次让学生结合上述模块相关的控制任务将背诵的驱动代码键入电脑并让其找到对应的函数参数直接进行修改。最终以这种填鸭式的辅导方法一届重复一届，虽然有时也能取得一定的成绩但获奖的可持续性和稳定性很难保证，同时大部分学生对学习单片机的兴趣和积极性也大打折扣毕业以后想从事单片机应用相关岗位的同学更是少之甚少，而对于小部分能够从事单片机软硬件相关岗位的同学来说其创新意识薄弱、创造能力不足。

针对以上辅导方法存在的问题笔者对目前在校辅导过的13、14和15级电气班共计几百人的规模做过辅导效果的调查具体如表1所示。

通过表中调查数据分析大部分同学不想从事或者不能胜任单片机相关工作的原因主要有软硬件两个方面，而少部分能从事单片机相关岗位的同学却不知道如何创新。

首先在硬件方面不知道怎样采用两种以上的方案为某个电子产品设计驱动电路并对比分析其性价比，其次在软件方面不会对比分析软件驱动算法的区别与联系。

（二）具体解决问题的办法与途径

针对以上广大同学创新意识和软硬件方面存在的突出问题，只有采用方案对比创新思维训练法对软硬件两个方面进行辅导训练才能激发学生的创新意识提高其工作能力。

采用方案对比创新思维训练法将选取16×16LED电子班牌作为项目案例从“看、听、做和思考总结”四个环节进行强化训练，训练方案如图1所示。

首先在环节一将16×16LED电子班牌项目按照对比创新思维培养的要点结合电子班牌的功能要求使用两种以上的方案编写辅导教材让学生反复看；教材的硬件部分包括驱动方式、成本的对比；教材的软件部分包括对比分析不同的软件驱动之间的区别与联系。其次在环节二录制配套的软硬件对比方案的讲解视频让学生不管是在校还是在家都能观听；学生如果对某个知识点没搞明白可以反复听几遍直到完全理解为止。接下来在环节三采用方案对比创新思维训练法让学生至少使用两种方案做出16×16LED电子班牌。在做的过程中肯定会碰到采用不同方案做东西带来的各种困难和挑战，再回过头来看教材和视频。通过以上三个环节的训练不仅能够激发学生的创新意识而且还能提高以后从事单片机软硬件岗位需要的工作能力。最后在环节四进行思考总结对比不同的软硬件设计方法的特点与优劣，最终实现在对比的过程中达到培养创新思维和提高工作能力的目的。

二、对比创新思维训练法在环节三“做”的具体实施过程

创新思维的培养途径主要包括【1】：培养自主学习能力、培养提问习惯、培养多种方法解决问题的能力、培养积累别人有创造性的方法的习惯 等四个方面。其中培养多种方法对比解决问题的能力就是对比创新思维训练法的核心思想即对某一个问题进行多方位和不同角度的思考再通过综合对比选出性价比最高的解决方案，创新成果就可能产生于这一过程中。对比创新思维训练法即开拓了学生的思维又培养了学生的创造能力所以尽量采用多种方案来解决问题对标新立异培养学生的创造才能非常必要。

（一）方案对比法设计16×16LED电子班牌硬件电路

1.方案一：电子班牌并行驱动电路原理

2.方案二：电子班牌串行驱动电路原理

笔者将采用对比创新思维训练法让学生思考如何使用多种方案设计16×16LED电子班牌的硬件电路。其中已有的两种方案设计分别如图2、图3所示。分析这两种方案的区别主要表现在驱动方法和硬件成本上。

（1）驱动方法上：

方案一采用的是4片并入并出锁存器74AC573和2片8路反向器UNL2003组成的并行扩展驱动方式而方案二采用的是由4片串入并出锁存器74HC595组成的串行扩展驱动方式，并行驱动比串行驱动需要的控制器的I/O口 图3 串行驱动16×16LED电子班牌原理圖（输入输出口）多。其次在电平驱动上方案一基础单元采用的是8×8共阴型点阵需要高电平驱动才能点亮而方案二基础单元采用的是8×8共阳型点阵需要低电平驱动点亮。我们知道普通51单片机的IO接口的驱动能力弱，对于8×8点阵这种外围器件采用低电平驱动比采用高电平驱动显示字符的亮度高视觉效果好。不管是对控制器IO口的需求数量还是电平驱动上方案二要优于方案一。

（2）硬件成本上：

方案一需要DB0～DB7、COL0、COL1、ROW0和ROW1共12个控制器接口而方案二只需要P14、P15和P16共3个控制器接口。需要控制器接口资源越少选型时控制器的成本就越低，有利于批量生产时产品的市场竞争。在外围芯片成本差不多的基础上方案一比方案二增加了2片UNL2003的成本，故方案二的硬件成本要比方案一低。

（二）方案对比法设计16×16LED电子班牌软件驱动方法

1.方案一： 16×16LED电子班牌显示单个汉子并行软件编写流程。

2.方案二： 16×16LED电子班牌显示单个汉子串行软件编写流程。

在学生分析对比已有的两种方案对应的串并行硬件驱动方法与成本后接下来让学生思考如何根据方案一与方案二的硬件电路设计流程图其中方案一与方案二软件驱动对应的流程图如图4与图5所示。根据两种方案的流程图编写对应的软件驱动并对比分析软件驱动的区别与联系。

3.串并行软件驱动的区别。方案一要想点亮16X16点阵中的任意一个LED，可以直接并行锁存该LED对应的行码和列码，要想显示一个汉字通过每隔1ms依次送1-16行选通码然后送1-16列汉字码利用人眼的视觉暂留效应达到动态显示汉字的效果。而方案二要想点亮任意一个LED，每次要连续串行发送4个字节才能选通该行点亮该列。要想显示一个汉字在主循环中以4个字节为单位循环串行发送也是利用人眼的视觉暂留效应达到动态显示汉字的效果其中这4个字节为16行选通编码与16列汉字编码。

4.串并行软件驱动的联系。串行与并行控制都是在芯片的串行移位时钟和输出锁存时钟的配合下实现的，虽然串行按从低到高或者从高到低一位一位发送，但在输出时仍然采用并行传送。

通过以上对比分析串并行软硬件方案和进一步对比串并行传输数据的区别与联系，在此过程中学生的创新意识必将得到培养，工作能力必将得到提高。

三、对比创新思维训练法实施的成效

（一）培养了创新思维提高了工作能力

学生通过对比16×16LED电子班牌两种硬件与软件设计方案后其创新思维的培养和工作能力的提高都有明显的改善主要表现在：1.成本意识强烈。以前同学们在完成一个电子产品制作的过程中硬件上主要关注产品的功能很少关心如何在实现产品功能的前提下使成本最小化而现在采用对比创新思维训练法后一个产品会考虑几个方案而每一个方案中的每一个元器件的成本都要经过严格的考虑，最终才能确立方案。2.解决方案的多样化。没有采用这种训练法之前同学们一般就是按部就班的实现产品的功能即可而现在对于某个具体产品同学们都会结合对比创新思维训练法的要求尝试用几种方案来实现它的功能。3.软件编写的规范化。以前同学们在编写驱动软件时很少画流程图来编写程序，出现问题时很难查找。采用创新思维训练法后所有的方案都是先画流程图再编写驱动，即使出现问题调试起来也非常方便。

图5串行动态扫描汉字显示流程图

（二）相关赛项成绩稳步提升

自单片机控制装置安装与调试赛项在对比方案创新思维训练法的环节三实施3年以来，在教育部门举办的技能比賽和创新创业比赛中成绩稳步前进，在国家、省、市举办的单片机控制装置安装与调试赛项中屡次获奖；在省、市举办的教师和学生创新创业大赛中师生提交作品的获奖率达70%以上。

（三）毕业生受企业欢迎

在刚刚结束的2016年5月校园招聘会中，经过对比创新思维训练法培养的学生一次就业率达98%以上。经调查从事的工种基本上是电工电子相关的岗位，高就业率和专业对口率很大一部分原因是用人单位肯定我们的学生在校期间培养的创新意识和工作能力。

四、结语

在国家出台《加快发展现代职业教育》的十三五规划的新形式下，只有培养的学生受到用人单位的好评、受家长的肯定，学校才能实现良性循环，发展才能蒸蒸日上。而创新与工作能力又是衡量毕业生竞争力的关键内容，我们的教学辅导训练方法也要不断的进行创新才能使培养的每一届毕业生具备较强的创新意识和工作能力。

参考文献：

[1]杨启林.培养学生创新能力的四种方法[OL].百度文库