單片機(jī)課程教學(xué)改革與探索

單片機(jī)課程教學(xué)改革與探索*

王琦，孟昕元，楊曉

(河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校 自控系，河南 新鄉(xiāng)453000)

收稿日期：*2015-03-15

作者簡(jiǎn)介：王琦(1986-)，男，河南新鄉(xiāng)人，助教，碩士，主要從事嵌入式控制系統(tǒng)研究。

摘要：?jiǎn)纹瑱C(jī)技術(shù)是自動(dòng)化類專業(yè)學(xué)生所要掌握的一項(xiàng)重要技術(shù)，但由于涉及課程較多，對(duì)學(xué)生基礎(chǔ)要求較高，在教學(xué)中存在學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高、學(xué)習(xí)效果差等問題。針對(duì)這些問題，文章分析了以體驗(yàn)式教學(xué)為基礎(chǔ)，從教學(xué)管理、培養(yǎng)計(jì)劃和教學(xué)方法三個(gè)方面進(jìn)行的教學(xué)改革。

關(guān)鍵字：?jiǎn)纹瑱C(jī)；教學(xué)改革；實(shí)踐能力；體驗(yàn)式教學(xué)；電子競(jìng)賽

中圖分類號(hào)：G642.0

1引言

單片機(jī)課程具有價(jià)格低廉、應(yīng)用廣泛、使用靈活、綜合性強(qiáng)等特點(diǎn)，在培養(yǎng)學(xué)生興趣，開展學(xué)生課外科技活動(dòng)以及將來就業(yè)及個(gè)人發(fā)展中起到了關(guān)鍵的作用。但由于單片機(jī)原理及系統(tǒng)設(shè)計(jì)這門課程涉及的專業(yè)基礎(chǔ)課程較多，如模擬電子技術(shù)，數(shù)字電子技術(shù)，C語言，傳感器與檢測(cè)技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)通信，電機(jī)控制，變頻器應(yīng)用等課程，對(duì)學(xué)生的專業(yè)知識(shí)要求較高[3]，作為一線教師，在整個(gè)課程教學(xué)中，一直被學(xué)生學(xué)習(xí)效果差、學(xué)習(xí)興趣低下、單片機(jī)編程開發(fā)能力不易掌握等問題所困擾。

近年來，筆者開始指導(dǎo)學(xué)生參加以全國(guó)大學(xué)生電子競(jìng)賽為代表的競(jìng)賽，這一類競(jìng)賽是教育部門和行業(yè)領(lǐng)先企業(yè)主導(dǎo)的面向大學(xué)生的群眾性科技活動(dòng)，不僅對(duì)學(xué)生綜合能力全方位考核，而且留下充分的設(shè)計(jì)發(fā)揮空間，注重培養(yǎng)他們的團(tuán)結(jié)協(xié)作和創(chuàng)新能力，這正是單片機(jī)課程所要達(dá)到的教學(xué)目標(biāo)。

因此，在日常教學(xué)和競(jìng)賽集訓(xùn)過程中，筆者借電子競(jìng)賽，嘗試了體驗(yàn)式教學(xué)模式，發(fā)現(xiàn)教學(xué)效果明顯，結(jié)合多位競(jìng)賽指導(dǎo)教師的經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)了幾點(diǎn)關(guān)于單片機(jī)教學(xué)改革的意見：

2實(shí)驗(yàn)管理半開放化

每年電子競(jìng)賽的題目都是對(duì)當(dāng)下單片機(jī)技術(shù)發(fā)展方向的一個(gè)指導(dǎo)，經(jīng)常參加此類競(jìng)賽，對(duì)學(xué)生和教師都是一種知識(shí)和能力的提高。

對(duì)于這樣的課外活動(dòng)，少不了要進(jìn)行資料查閱、電路設(shè)計(jì)、電路板制作、焊接和調(diào)試，必不可少的硬件設(shè)施是完成這些主要環(huán)節(jié)的前提條件。組織學(xué)生參加各類科技活動(dòng)，首先要得到學(xué)校政策上的支持和保障。目前很多本科院校實(shí)驗(yàn)室成立了創(chuàng)新實(shí)踐中心，統(tǒng)籌管理全校實(shí)驗(yàn)設(shè)備，學(xué)生可網(wǎng)上預(yù)約實(shí)驗(yàn)室工位和器材。由于我校是高職院校，課程教學(xué)過程中不同于本科重理論的教學(xué)模式，而是重視動(dòng)手實(shí)踐，無論是實(shí)驗(yàn)課時(shí)比例，還是實(shí)驗(yàn)室開課率都要遠(yuǎn)高于本科實(shí)驗(yàn)室，設(shè)備維護(hù)周期短，在優(yōu)先保證教學(xué)的前提下，目前暫時(shí)無法在全校范圍內(nèi)，供學(xué)生預(yù)約使用。

針對(duì)上述一些原因，提出設(shè)立“半開放”的實(shí)驗(yàn)室——?jiǎng)?chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，由專任教師負(fù)責(zé)。所謂半開放是指，教師負(fù)責(zé)統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，學(xué)生自己參與實(shí)驗(yàn)室管理，包括實(shí)驗(yàn)儀器維護(hù)，日?；ㄤN預(yù)算，列寫器件采購(gòu)計(jì)劃等。這也符合培養(yǎng)計(jì)劃中要求的，除專業(yè)技能以外，還要有一定工程管理和經(jīng)濟(jì)預(yù)算的知識(shí)和能力。

此外，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室也促成了良好的學(xué)習(xí)探討氛圍 ，同時(shí)還能為各種省級(jí)競(jìng)賽和國(guó)際級(jí)競(jìng)賽儲(chǔ)備人才，使高年級(jí)學(xué)生帶領(lǐng)低年級(jí)學(xué)生，發(fā)揮往屆生“傳、幫、帶”的作用，真正培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作、焊接水平、編程能力等單片機(jī)技術(shù)的職業(yè)素養(yǎng)。

3培養(yǎng)計(jì)劃彈性化

由于實(shí)驗(yàn)室和資金有限，并不是所有對(duì)本課程有興趣的學(xué)生都能參與創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，乍看上去，這種方法似乎主要培養(yǎng)的是拔尖人才，但實(shí)際不然。正是利用小部分參加人員及他們的成果作品，以點(diǎn)帶線，以線帶面，用學(xué)生的真實(shí)體會(huì)代替教師布置的課堂任務(wù)，去鼓舞其他未參與的人。

單片機(jī)這門課程的趣味性有目共睹，而且造價(jià)不高，學(xué)生可以利用課下自己動(dòng)手做許多有趣的小作品，有學(xué)生因此廢寢忘食甚至?xí)缯n，這無疑會(huì)對(duì)學(xué)校原本設(shè)置的教學(xué)課程發(fā)生沖突。這樣一來就必須考慮到“人的精力是有限的”，由于單片機(jī)競(jìng)賽過程中有綜合能力的全方位考核，覆蓋了相當(dāng)一部分課程知識(shí)點(diǎn)。為了更好地鼓勵(lì)課下參與實(shí)踐，培養(yǎng)計(jì)劃中應(yīng)該更加做彈性化改革，即課下制作和參加競(jìng)賽均可獲得對(duì)應(yīng)課程平時(shí)成績(jī)，以鼓勵(lì)學(xué)習(xí)主動(dòng)性，為學(xué)生進(jìn)一步創(chuàng)新提供時(shí)間。當(dāng)然這里必須有教師的督促，要定期對(duì)進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室的學(xué)生考核。

事實(shí)上，強(qiáng)調(diào)動(dòng)手實(shí)踐也正是學(xué)好單片機(jī)技術(shù)的關(guān)鍵，符合本課程的培養(yǎng)目標(biāo)。

4教學(xué)方法改革

電子競(jìng)賽中表現(xiàn)突出的學(xué)生，都是不滿足教師所教的知識(shí)，自己主動(dòng)學(xué)習(xí)，在做試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)問題，處理問題，總結(jié)積累經(jīng)驗(yàn)，最終掌握一系列維護(hù)、開發(fā)、調(diào)試的能力，成為高素質(zhì)技術(shù)應(yīng)用人才。據(jù)此，教學(xué)方法反轉(zhuǎn)，減弱教師主導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生自學(xué)，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)如下：

4.1激發(fā)學(xué)生興趣

興趣很重要，每個(gè)人都會(huì)對(duì)他感興趣的事物給予優(yōu)先注意和積極地探索，并表現(xiàn)出心馳神往。這樣一來培養(yǎng)學(xué)生興趣就變得尤為重要，而基礎(chǔ)課程往往偏重理論，與實(shí)踐結(jié)合得不深，很有可能讓學(xué)生在大學(xué)開始就對(duì)專業(yè)反感。

因此在講授C語言編程、數(shù)模電等基礎(chǔ)課程中，穿插著介紹后續(xù)的專業(yè)課程，并將電子競(jìng)賽等作品帶到基礎(chǔ)課的課堂中，給學(xué)生進(jìn)行演示，使學(xué)生在學(xué)基礎(chǔ)課程時(shí)，就對(duì)后續(xù)的專業(yè)課程產(chǎn)生濃厚的興趣。

這也就是要求教師除了自己承擔(dān)課程還要了解與自己課程相關(guān)的技術(shù)知識(shí)，在課程之間做好承前啟后。

4.2以初學(xué)者思路來講課程

筆者了解到，有一部分學(xué)生在課程剛開始時(shí)興致很高，學(xué)了一段時(shí)間后逐漸不感興趣了。通過調(diào)查問卷反饋得知，學(xué)生覺得教師太刻板，不允許他們有自己的想法。仔細(xì)詢問才得知，原來學(xué)生做實(shí)驗(yàn)時(shí)，總會(huì)遇到各種初學(xué)者的問題，此時(shí)，教師一般就會(huì)上前指導(dǎo)。對(duì)于習(xí)慣了工程思維的教師，自然而然會(huì)用專業(yè)的思維幫助學(xué)生調(diào)試程序，但有時(shí)會(huì)物極必反。教師的思維畢竟是經(jīng)過千錘百煉的，和作為初學(xué)者的學(xué)生思路不一樣，即便調(diào)試成功了，分析理解程序仍較困難，并未掌握其中奧妙。

在實(shí)際教學(xué)中筆者就多次遇到學(xué)生不理解老師為什么要把簡(jiǎn)單的程序復(fù)雜化，還不服氣地說“實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)就行了，為何還要做多余的工作”。學(xué)生說的多余的工作包含：系統(tǒng)功能模塊化，程序結(jié)構(gòu)的規(guī)劃，功能擴(kuò)展和移植性，故障安全保護(hù)，編程注釋等一些實(shí)際工程中所必需的，這正是教師一直想要培養(yǎng)的工程思想。

可以看出，教師作為長(zhǎng)輩，跟父母一樣總是怕學(xué)生繞彎路，但別忘了那句古話：吃一塹長(zhǎng)一智。讓學(xué)生自己摔跟頭，他才能印象深刻。所以編寫實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的實(shí)驗(yàn)要求時(shí)，不要一開始就按照實(shí)際工程來要求，而是將實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)成有1-2個(gè)漏洞或不完美之處，讓學(xué)生做實(shí)驗(yàn)時(shí)自己發(fā)現(xiàn)，引導(dǎo)他們改進(jìn)程序，讓工程思想潛移默化到他們的思維中去。

4.3品德培養(yǎng)

筆者所在學(xué)校對(duì)近5年的畢業(yè)生做電話反饋，以及對(duì)企業(yè)做走訪調(diào)研后發(fā)現(xiàn)，并不是學(xué)習(xí)好就一定有好工作。在社會(huì)中，任何一項(xiàng)工作都不是單獨(dú)一個(gè)人就能完成的，除了較強(qiáng)的技術(shù)能力，是否具有團(tuán)隊(duì)合作精神，負(fù)責(zé)任敢擔(dān)當(dāng)，誠(chéng)實(shí)守信等這些品質(zhì)也是企業(yè)很看重的方面，而這些往往也是最難培養(yǎng)的。

專業(yè)課教師可以借鑒“學(xué)徒制”授課方式，帶領(lǐng)學(xué)生完成課后打掃實(shí)驗(yàn)室衛(wèi)生、驗(yàn)收實(shí)驗(yàn)報(bào)告、填寫實(shí)驗(yàn)卡、統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn)耗材、維護(hù)實(shí)驗(yàn)設(shè)備等多種教學(xué)工作，多方面培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)。

5結(jié)語

根據(jù)以上的教改措施，對(duì)我校2012級(jí)和2013級(jí)自動(dòng)化相關(guān)專業(yè)進(jìn)行了教學(xué)改革。改革成效顯著，在2013年全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽中獲得了全省一等獎(jiǎng)，在2014年全國(guó)信息技術(shù)應(yīng)用水平大賽單片機(jī)項(xiàng)目中獲得了全國(guó)一等獎(jiǎng)的好成績(jī)。低年級(jí)學(xué)生經(jīng)過與學(xué)長(zhǎng)的交流，也積極利用課余時(shí)間自學(xué)單片機(jī)課程，在創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室開展電子制作，極大提高了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性，潛移默化中提高了綜合素質(zhì)。

隨著社會(huì)信息化普及，特別是近年來慕課和微課的發(fā)展，單片機(jī)的教學(xué)方法也在不斷變化，希望本文所提出的—些改革思路能夠起到拋磚引玉的作用。

(責(zé)任編輯呂春紅)

參考文獻(xiàn)：

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Teaching Reform and Exploration on Course of Microcontroller

WANG Qi，et al

(Henan Mechanical and Electrical Engineering College, Xinxiang 453000, China)

Abstract:Microcontroller technology is very important for the students of Automation. But it has higher requirements on the basis of other course, Aimed at the problem of poor learning effect, low interest in learning. The author tries the learning through practice, reform the Course System on three areas which of teaching management, training programs and teaching methods. The results showed that the majority of students improve the improve the interest in learning , cultivate a strong practical ability and professionalism.

Key word: Microcontroller; teaching reform; practical ability; learning through practice; electronic competition;