創(chuàng)新實(shí)踐的單片機(jī)教學(xué)方法研究與分析論文
一、引言
隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電子產(chǎn)品在人們生活中隨處可見。在機(jī)電設(shè)備的控制中，單片機(jī)是最常見的控制器之一。因此單片機(jī)技術(shù)及應(yīng)用是機(jī)電類、電子信息類學(xué)生的必備技能。在傳統(tǒng)教學(xué)過程中，學(xué)生往往只停留在課本上，對實(shí)際應(yīng)用設(shè)計(jì)經(jīng)常無從下手。另外，不少高校的單片機(jī)課程都是以教師為主，學(xué)生被動接收，也不能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，甚至導(dǎo)致一些有興趣的學(xué)生還會因?yàn)檫@種枯燥的學(xué)習(xí)方式而產(chǎn)生逆反心理，失去興趣或信心。因此，改革傳統(tǒng)的單片機(jī)教學(xué)活動，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣和提高創(chuàng)新實(shí)踐能力，是目前高校教學(xué)改革待解決的迫切任務(wù)。
單片機(jī)原理及應(yīng)用課程是在微機(jī)原理課程基礎(chǔ)進(jìn)行學(xué)習(xí)的，它更注重于應(yīng)用能力的培養(yǎng)和訓(xùn)練。學(xué)生在學(xué)習(xí)這門課程后應(yīng)該具備獨(dú)立完成一個(gè)單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)的硬件及軟件的設(shè)計(jì)。
1.課堂教學(xué)方法改革。傳統(tǒng)的教學(xué)方式仍然是以教師為主體，按照按單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)、軟件編程、單片機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展、各種外圍器件的應(yīng)用、單片機(jī)應(yīng)用實(shí)例為主線講解。學(xué)生被動的接收老師所傳授的東西，沒有主動去思考，影響了學(xué)習(xí)的積極性。
單片機(jī)的主要學(xué)習(xí)目的是能夠解決實(shí)際問題。經(jīng)過對單片機(jī)教學(xué)過程的研究，作者對傳統(tǒng)的教學(xué)方式作了一定的調(diào)整，始終以案例為主貫穿于整個(gè)教學(xué)過程。首先，在課前提出問題，讓學(xué)生思考解決問題的方法，調(diào)動主觀能動性。問題的難度設(shè)置在講授的內(nèi)容范圍。針對問題，課程按方案、硬件和軟件三部分內(nèi)容進(jìn)行講解。如此一來，每個(gè)案例都從具體問題出發(fā)，培養(yǎng)學(xué)生從整體去分析和思考問題的能力。以“定時(shí)計(jì)數(shù)器”為例，給學(xué)生提出“交通燈”任務(wù)，根據(jù)前面所學(xué)知識，學(xué)生就很不難以實(shí)現(xiàn)。在課堂上讓學(xué)生敘述自己的方案，然后帶入新課堂知識進(jìn)行方案的比較，讓學(xué)生印象更深，再結(jié)合電路，學(xué)生可以明確的知道自己所學(xué)的知識可以應(yīng)用在哪些地方。
傳統(tǒng)課堂學(xué)生是無法真實(shí)看到實(shí)際的運(yùn)行情況，實(shí)驗(yàn)課因?yàn)闀r(shí)間有限，無法展開講解。而仿真軟件的使用，讓我們找到了一種好方法，可以有效把這兩個(gè)過程結(jié)合在一起。仿真軟件是目前世界上唯一能進(jìn)行單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行虛擬設(shè)計(jì)與仿真。結(jié)合該仿真軟件，可以在課堂上將“交通燈”的電路畫得直觀形象，還可以從軟件中直接觀測到程序執(zhí)行時(shí)各位置的狀態(tài)變化。教學(xué)中制作的單片機(jī)仿真界面。圖中即包含了單片機(jī)系統(tǒng)，還包含了交通燈和時(shí)間顯示等模塊的實(shí)際電路，可以很直接給學(xué)生介紹電路的原理和邏輯控制。
通過案例加仿真的方法，可以調(diào)動學(xué)生的興趣，活躍課堂的氣氛，還能實(shí)現(xiàn)教與學(xué)的有效互動，讓學(xué)生直觀看到當(dāng)場修改場景，達(dá)到真正的有效教學(xué)。
2.課后任務(wù)改革。經(jīng)課堂研究實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，以任務(wù)驅(qū)動方式作為學(xué)生的.課后訓(xùn)練，可有效的增強(qiáng)學(xué)生的應(yīng)用能力。在課后，給學(xué)生分配一個(gè)小任務(wù)，要求學(xué)生利用仿真軟件進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，并用KEILC軟件進(jìn)行單片機(jī)程序設(shè)計(jì)。在這個(gè)過程中，學(xué)生要求注意設(shè)計(jì)中的每一個(gè)細(xì)節(jié)，只要有一步錯(cuò)誤，那么整個(gè)任務(wù)就無法很好的完成。并且電路是由學(xué)生獨(dú)立設(shè)計(jì)，每個(gè)學(xué)生設(shè)計(jì)的電路各有特點(diǎn)，再把一些優(yōu)秀的作業(yè)拿到課堂上演示，可以讓學(xué)生體會到一種成就感。這種訓(xùn)練方式，學(xué)生從一開始就全面的思考整個(gè)任務(wù)，對一些不懂的電路，還能促使他們?nèi)シ喴郧八鶎W(xué)的課程，在編程過程中遇到錯(cuò)誤還能思考如何解決，而并不是像以往，寫出代碼卻不知道是否正確。從而提高了學(xué)生的實(shí)際動手和解決問題的能力。
3.考核方式的改革。考核是檢驗(yàn)學(xué)生學(xué)習(xí)效果的重要組成部分。傳統(tǒng)的考核主要是卷面考試。卷面考試雖然可以考查學(xué)生緊握知識的程度，但無法了解學(xué)生的應(yīng)用能力。因此作者在考核中加入一項(xiàng)綜合設(shè)計(jì)。在課程結(jié)束之前的兩周，針對平時(shí)的學(xué)習(xí)情況，對學(xué)生進(jìn)行分組，給每個(gè)小組分配不同的設(shè)計(jì)任務(wù)，完成一個(gè)綜合設(shè)計(jì)的實(shí)踐訓(xùn)練，撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告。還安排時(shí)間，針對設(shè)計(jì)的任務(wù)的報(bào)告內(nèi)容，對每個(gè)小組成員進(jìn)行答辯。根據(jù)答辯情況進(jìn)行打分，該成績?yōu)槠谀┛荚嚦煽兊慕M成部分。這樣可以很好的考查學(xué)生實(shí)際掌握的情況和應(yīng)用能力，同時(shí)也能提高學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。經(jīng)過這幾個(gè)方面的設(shè)置，可以較公平和有效的了解學(xué)生對該課程的掌握情況。
4.課外創(chuàng)新實(shí)踐活動。單片機(jī)是一項(xiàng)重要的技術(shù)，應(yīng)用到生活和生產(chǎn)中的各個(gè)方面。因此，學(xué)習(xí)單片機(jī)不能僅僅局限于課堂。在課后，作者倡導(dǎo)學(xué)生組成單片機(jī)創(chuàng)新小組，建立討論小組，定期舉行經(jīng)驗(yàn)分享活動。從而可以交流他們在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中遇到的問題，如果有好的思路和想法也可以到創(chuàng)新小組中分享和討論。經(jīng)過幾屆學(xué)生的積累，就可以實(shí)現(xiàn)“傳幫帶”的氛圍，由老師或者高年級的同學(xué)為大家解決實(shí)際問題。
除此之外還鼓勵(lì)學(xué)生參與各種科技競賽。現(xiàn)在的一些常見的科技競賽如:“全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽”、“飛思卡爾智能汽車比賽”以及各大企業(yè)組織的如“STC單片機(jī)創(chuàng)新大賽”、“ARM -STM 32校園創(chuàng)新大賽”等，都是以單片機(jī)為主要的控制芯片。不僅可以將所學(xué)與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，還能達(dá)到與參賽選手相互交流能作用。對有興趣的學(xué)生還可以參與到老師的項(xiàng)目中，或者在假期推薦到企業(yè)進(jìn)行實(shí)習(xí)等，從而有效的搞高學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力。
經(jīng)過課程的改革，組織學(xué)生組成課外興趣小組，得到學(xué)院和系里的大力支持。學(xué)生自發(fā)組隊(duì)參加了“單片機(jī)創(chuàng)新大賽”“飛思卡爾智能汽車競賽”等科技創(chuàng)新比賽，取得一定的成績。有部分低年級學(xué)生，也開始對單片機(jī)的學(xué)習(xí)產(chǎn)生了興趣，主動要求加入興趣小組，并自行購置開發(fā)板進(jìn)行學(xué)習(xí)，創(chuàng)新小組已逐步穩(wěn)健的發(fā)展起來。
二、課程改革中出現(xiàn)的問題與反思
1.課堂教學(xué)內(nèi)容的編排。在課堂教學(xué)改革這個(gè)過程，雖然看上去像是教學(xué)方法上做了很大的改革，但其改革的難度主要在課堂案例的編排，每個(gè)案例選擇要求恰倒好處，既要結(jié)合新的課堂知識，又不能太難，超出學(xué)生學(xué)習(xí)的范圍。對案例教學(xué)中，仿真實(shí)例，要認(rèn)真制作仿真界面和程序，讓學(xué)生有一種耳目一新的感覺，而且電路設(shè)計(jì)要求清晰明了，才能有助于學(xué)生理解。否則會適得其反，學(xué)生看到電路太復(fù)雜，會產(chǎn)生厭煩心理。因此，做好教學(xué)內(nèi)容的編排和制作工作，是整個(gè)教學(xué)過程改革的重點(diǎn)。
2.考核方式和指標(biāo)設(shè)置。考核方式的變更，打破了傳統(tǒng)考核方式。容易引起部分老師和學(xué)生對考核公平性以及合理性的疑問。因此如何合理的設(shè)置考核指標(biāo)，并有效的實(shí)踐等問題還需要有更為行之有效的辦法，并通過實(shí)際教學(xué)來檢驗(yàn)其的有效性和合理性。
3.課外創(chuàng)新小組的建立。課外創(chuàng)新的建立是一下持續(xù)的過程。因前期參與小組的成員中有經(jīng)驗(yàn)的學(xué)生較少，還需要老師多加引導(dǎo)，因此在前期建立時(shí)需要有一批老師作為小組的指導(dǎo)教師，定期的組織學(xué)生進(jìn)行交流和互動，解決學(xué)生遇到的問題等。一旦形成一定的規(guī)模后，還應(yīng)配置相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)室、實(shí)驗(yàn)設(shè)備和建立配套的管理制度，并由高年級學(xué)生組織和引導(dǎo)低年級學(xué)生，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新小組的自我管理。
三、結(jié)語
經(jīng)過一段時(shí)間教改實(shí)踐的努力，學(xué)生對于單片機(jī)課程的學(xué)習(xí)興趣和在單片機(jī)應(yīng)用能力等方面都有了較顯著的提高。學(xué)生參加學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目增多。以機(jī)電工程系學(xué)生為例，參與的創(chuàng)新項(xiàng)目占全院項(xiàng)目的約40%，基本都選用單片機(jī)作為控制芯片。創(chuàng)新小組的成立也初見成效，有324個(gè)創(chuàng)新興趣小組。學(xué)生已經(jīng)成功申請國家實(shí)用新型專利總計(jì)12項(xiàng)。
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