創(chuàng )新實(shí)踐的單片機教學(xué)方法研究與分析論文
一、引言
隨著(zhù)電子技術(shù)的發(fā)展，電子產(chǎn)品在人們生活中隨處可見(jiàn)。在機電設備的控制中，單片機是最常見(jiàn)的控制器之一。因此單片機技術(shù)及應用是機電類(lèi)、電子信息類(lèi)學(xué)生的必備技能。在傳統教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生往往只停留在課本上，對實(shí)際應用設計經(jīng)常無(wú)從下手。另外，不少高校的單片機課程都是以教師為主，學(xué)生被動(dòng)接收，也不能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣，甚至導致一些有興趣的學(xué)生還會(huì )因為這種枯燥的學(xué)習方式而產(chǎn)生逆反心理，失去興趣或信心。因此，改革傳統的單片機教學(xué)活動(dòng)，激發(fā)學(xué)習興趣和提高創(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)。
單片機原理及應用課程是在微機原理課程基礎進(jìn)行學(xué)習的，它更注重于應用能力的培養和訓練。學(xué)生在學(xué)習這門(mén)課程后應該具備獨立完成一個(gè)單片機嵌入式系統的硬件及軟件的設計。
1.課堂教學(xué)方法改革。傳統的教學(xué)方式仍然是以教師為主體，按照按單片機硬件結構、指令系統、軟件編程、單片機系統的擴展、各種外圍器件的應用、單片機應用實(shí)例為主線(xiàn)講解。學(xué)生被動(dòng)的接收老師所傳授的東西，沒(méi)有主動(dòng)去思考，影響了學(xué)習的積極性。
單片機的主要學(xué)習目的是能夠解決實(shí)際問(wèn)題。經(jīng)過(guò)對單片機教學(xué)過(guò)程的研究，作者對傳統的教學(xué)方式作了一定的調整，始終以案例為主貫穿于整個(gè)教學(xué)過(guò)程。首先，在課前提出問(wèn)題，讓學(xué)生思考解決問(wèn)題的方法，調動(dòng)主觀(guān)能動(dòng)性。問(wèn)題的難度設置在講授的內容范圍。針對問(wèn)題，課程按方案、硬件和軟件三部分內容進(jìn)行講解。如此一來(lái)，每個(gè)案例都從具體問(wèn)題出發(fā)，培養學(xué)生從整體去分析和思考問(wèn)題的能力。以“定時(shí)計數器”為例，給學(xué)生提出“交通燈”任務(wù)，根據前面所學(xué)知識，學(xué)生就很不難以實(shí)現。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，再結合電路，學(xué)生可以明確的知道自己所學(xué)的知識可以應用在哪些地方。
傳統課堂學(xué)生是無(wú)法真實(shí)看到實(shí)際的運行情況，實(shí)驗課因為時(shí)間有限，無(wú)法展開(kāi)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(guò)程結合在一起。仿真軟件是目前世界上唯一能進(jìn)行單片機應用系統進(jìn)行虛擬設計與仿真。結合該仿真軟件，可以在課堂上將“交通燈”的電路畫(huà)得直觀(guān)形象，還可以從軟件中直接觀(guān)測到程序執行時(shí)各位置的狀態(tài)變化。教學(xué)中制作的單片機仿真界面。圖中即包含了單片機系統，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(guò)案例加仿真的方法，可以調動(dòng)學(xué)生的興趣，活躍課堂的氣氛，還能實(shí)現教與學(xué)的有效互動(dòng)，讓學(xué)生直觀(guān)看到當場(chǎng)修改場(chǎng)景，達到真正的有效教學(xué)。
2.課后任務(wù)改革。經(jīng)課堂研究實(shí)踐發(fā)現，以任務(wù)驅動(dòng)方式作為學(xué)生的.課后訓練，可有效的增強學(xué)生的應用能力。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)行電路設計，并用KEILC軟件進(jìn)行單片機程序設計。在這個(gè)過(guò)程中，學(xué)生要求注意設計中的每一個(gè)細節，只要有一步錯誤，那么整個(gè)任務(wù)就無(wú)法很好的完成。并且電路是由學(xué)生獨立設計，每個(gè)學(xué)生設計的電路各有特點(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(huì )到一種成就感。這種訓練方式，學(xué)生從一開(kāi)始就全面的思考整個(gè)任務(wù)，對一些不懂的電路，還能促使他們去翻閱以前所學(xué)的課程，在編程過(guò)程中遇到錯誤還能思考如何解決，而并不是像以往，寫(xiě)出代碼卻不知道是否正確。從而提高了學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手和解決問(wèn)題的能力。
3.考核方式的改革�？己耸菣z驗學(xué)生學(xué)習效果的重要組成部分。傳統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(wú)法了解學(xué)生的應用能力。因此作者在考核中加入一項綜合設計。在課程結束之前的兩周，針對平時(shí)的學(xué)習情況，對學(xué)生進(jìn)行分組，給每個(gè)小組分配不同的設計任務(wù)，完成一個(gè)綜合設計的實(shí)踐訓練，撰寫(xiě)設計報告。還安排時(shí)間，針對設計的任務(wù)的報告內容，對每個(gè)小組成員進(jìn)行答辯。根據答辯情況進(jìn)行打分，該成績(jì)?yōu)槠谀┛荚嚦煽?jì)的組成部分。這樣可以很好的考查學(xué)生實(shí)際掌握的情況和應用能力，同時(shí)也能提高學(xué)生團隊協(xié)作能力。經(jīng)過(guò)這幾個(gè)方面的設置，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(dòng)。單片機是一項重要的技術(shù)，應用到生活和生產(chǎn)中的各個(gè)方面。因此，學(xué)習單片機不能僅僅局限于課堂。在課后，作者倡導學(xué)生組成單片機創(chuàng )新小組，建立討論小組，定期舉行經(jīng)驗分享活動(dòng)。從而可以交流他們在實(shí)際設計過(guò)程中遇到的問(wèn)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(guò)幾屆學(xué)生的積累，就可以實(shí)現“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(wèn)題。
除此之外還鼓勵學(xué)生參與各種科技競賽�，F在的一些常見(jiàn)的科技競賽如:“全國大學(xué)生電子設計大賽”、“飛思卡爾智能汽車(chē)比賽”以及各大企業(yè)組織的如“STC單片機創(chuàng )新大賽”、“ARM -STM 32校園創(chuàng )新大賽”等，都是以單片機為主要的控制芯片。不僅可以將所學(xué)與實(shí)際應用相結合，還能達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目中，或者在假期推薦到企業(yè)進(jìn)行實(shí)習等，從而有效的搞高學(xué)生的創(chuàng )新實(shí)踐能力。
經(jīng)過(guò)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)組隊參加了“單片機創(chuàng )新大賽”“飛思卡爾智能汽車(chē)競賽”等科技創(chuàng )新比賽，取得一定的成績(jì)。有部分低年級學(xué)生，也開(kāi)始對單片機的學(xué)習產(chǎn)生了興趣，主動(dòng)要求加入興趣小組，并自行購置開(kāi)發(fā)板進(jìn)行學(xué)習，創(chuàng )新小組已逐步穩健的發(fā)展起來(lái)。
二、課程改革中出現的問(wèn)題與反思
1.課堂教學(xué)內容的編排。在課堂教學(xué)改革這個(gè)過(guò)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，既要結合新的課堂知識，又不能太難，超出學(xué)生學(xué)習的范圍。對案例教學(xué)中，仿真實(shí)例，要認真制作仿真界面和程序，讓學(xué)生有一種耳目一新的感覺(jué)，而且電路設計要求清晰明了，才能有助于學(xué)生理解。否則會(huì )適得其反，學(xué)生看到電路太復雜，會(huì )產(chǎn)生厭煩心理。因此，做好教學(xué)內容的編排和制作工作，是整個(gè)教學(xué)過(guò)程改革的重點(diǎn)。
2.考核方式和指標設置�？己朔绞降淖兏�，打破了傳統考核方式。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(wèn)。因此如何合理的設置考核指標，并有效的實(shí)踐等問(wèn)題還需要有更為行之有效的辦法，并通過(guò)實(shí)際教學(xué)來(lái)檢驗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的過(guò)程。因前期參與小組的成員中有經(jīng)驗的學(xué)生較少，還需要老師多加引導，因此在前期建立時(shí)需要有一批老師作為小組的指導教師，定期的組織學(xué)生進(jìn)行交流和互動(dòng)，解決學(xué)生遇到的問(wèn)題等。一旦形成一定的規模后，還應配置相應的實(shí)驗室、實(shí)驗設備和建立配套的管理制度，并由高年級學(xué)生組織和引導低年級學(xué)生，實(shí)現創(chuàng )新小組的自我管理。
三、結語(yǔ)
經(jīng)過(guò)一段時(shí)間教改實(shí)踐的努力，學(xué)生對于單片機課程的學(xué)習興趣和在單片機應用能力等方面都有了較顯著(zhù)的提高。學(xué)生參加學(xué)生創(chuàng )新實(shí)驗項目增多。以機電工程系學(xué)生為例，參與的創(chuàng )新項目占全院項目的約40%，基本都選用單片機作為控制芯片。創(chuàng )新小組的成立也初見(jiàn)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(zhuān)利總計12項。
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