單片機課程教學改革實踐論文
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摘要：差異化教育是高等教育發展的一個趨勢，獨立學院要實現“應用型”培養目標，提高培養質量，簡單復制母體學校做法并不適用。對電子信息類專業學生來講，因單片機課程較強的綜合性、實踐性和在學科課程群中的重要地位，對提高學生知識應用和工程實踐能力更具現實意義。筆者在總結多年教學實踐基礎上，逐漸探索出一套操作性強，行之有效的課程教學實踐方法，希望對情況類似院校相關課程教學具有一定借鑒和參考價值。
一、引言
作為貴州大學與社會力量合作舉辦的綜合性全日制本科獨立學院，貴州大學科技學院定位于著力培養本科應用型人才。這就要求學校注重培養學生對知識的掌握和應用，具有較強實踐能力，能適應行業需求，解決工程中的實際問題。因生源特殊性，我院學生在學習狀態、自律性及目標追求上與母體學校學生間存在差異。要轉變學生對待學習的態度，培養學習興趣，吸引進課堂，增強動手和實踐能力，提高培養質量，需針對學生的個性和特點，從有關課程教學方式著手進行改革探索尋找突破。在我院工學部開設的電子信息、計算機類專業學科課程群眾多課程中，單片機是一門承上啟下的重要專業課程。該課程涉及領域廣，綜合性、系統性、實踐性強，發展更新快，應用廣，相對其他課程更有利于促進相關專業學生知識向能力轉化，提高動手實踐能力，培養創新意識，對定位于培養“應用型”這一目標來說較具現實意義。
二、現狀存在的主要問題與成因分析
我院單片機課程通常在大三開設，先修課程眾多。原有教學主要圍繞單片機原理、指令系統、匯編程序設計、典型外圍接口等內容展開。初期出于好奇，多數學生對課程興趣濃厚。隨著教學推進，前期基礎薄弱的問題逐步暴露，學生感到困難和畏懼，學習變得被動。對獨立學院學生采取傳統方式教學，老師感到難教，學生也感到難學，教學效果自然較差。為應付考試拿到學分，學生僅憑死記硬背、生搬硬套。考完試就忘得差不多，談不上知識的增長和能力的提高，與“應用型”目標相去甚遠。分析原因，原有教學方式主要存在以下幾方面問題。1.重理論輕實踐。受繼承性教學觀念影響，傳統上教學被認為是知識的傳授和繼承，它重“學”不重“用”，重“結果”不重“過程”。教學活動中教師處于主導地位，教學過程注重理論知識講授，強調知識的系統性、完整性。對知識的應用比較忽略，認為實驗只是理論學習的補充，是對理論知識驗證的過程。對獨立學院學生來說過多枯燥理論教學安排，只會適得其反，令其產生厭學情緒。2.重原理輕應用。受過去母體學校教學方式影響，在教學內容上忽略授課對象層次。一開始就對單片機內部結構、寄存器組、存儲空間組織、尋址方式、匯編指令等原理性知識不加區分進行細致講授。接著又是匯編程序設計、典型外圍接口電路等眾多內容。受限于教學時數，對實際中的應用介紹明顯不足，甚至略過，考試也偏向原理性知識。學完這門課程學生對單片機仍感陌生，不知如何應用，具體能做什么，知識與應用脫節，只是為“學習”而學習。3.教學方法和手段不足。在以往教學中，教師通常依據教學內容從邏輯結構框圖開始，從原理角度，利用PPT進行抽象講解。再通過舉例，借助標注說明的方式，靜態地對系統的硬件工作、軟件執行逐一分析，完全忽略學生的理解、接受能力和知識儲備，講授知識與實際應用脫節。由于前期課程相關知識掌握不扎實和學習習慣等因素，學生每節課都聽得云里霧里，一片茫然，漸漸失去學習的興趣和動力。4.實驗教學與理論教學脫節，驗證性內容過多，趣味性不強。單片機課程實踐性很強，受實驗條件和教學時數等因素制約，集中實驗教學環節無法安排較多內容，綜合性與設計性項目極少。實驗一般按實驗箱附帶指導書開展，與各校理論教學脫節、內容枯燥、缺乏趣味。雖做了實驗，但學生對實驗結果背后的電路工作原理、程序代碼含義與功用、硬軟件間的協同與聯系，以及硬軟件聯合調試等仍不了解，談不上去思考、去改進和在實際中應用。
三、相關教學改革實踐措施
針對存在的問題，經過不斷探索嘗試和實踐，逐漸摸索出一套符合我院實際情況，較行之有效的該課程教學方式，具體方法和措施如下。1.調整教學內容，以“應用”為主線，注重因材施教。首先從課程大綱著手，按照培養目標和規格要求，修訂原有教學內容及要求，配套出版相應教材。將教學內容劃為原理、硬件、軟件、仿真幾個主要單元。教學側重由“原理”向“應用”傾斜，注重知識完整性，同時強調知識的實用性和趣味性。具體做法是對“原理”部分適當弱化、降低要求，講授過程中采取和關聯課程對比的方法進行知識增量式教學，突出單片機“片內集成”這一重要特性。“硬件”部分圍繞單片機片內集成的源展開，配合恰當示例進行講解，再擴展延伸。硬件知識講解先易后難、先簡單后復雜。如講解單片機I/O口時，先從LED、撥碼開關等簡單元器件著手，從LED熄滅控制、撥碼開關狀態判斷，到利用這兩種器件實現一個簡易BCD碼加減乘除計算器，然后再到鍵盤擴展、顯示、A/D等較復雜的器件或接口電路。“軟件”部分大幅降低實際使用較少的匯編語言學習要求，強化高級語言的學習和使用。重點放在編程思維、處理算法、硬軟件協同及聯合調試上，在學生頭腦中建立“系統”的概念。“仿真”部分則引入業界主流軟件開發工具Keil和Proteus，根據實際教學情況進行實用性講解。借助這兩個軟件，學生在電腦上就可隨時隨地對教學中的實例進行硬軟件仿真、調試和驗證。這些工具的恰當應用，能事半功倍提高教學和學習的效果。使學生直觀感受到“知識”的含義，將枯燥乏味的知識變得生動，激發學生學習的熱情，體會學習的樂趣。2.豐富教學方法和手段，重視與學生互動。具體教學方法上選擇性地采取案例式、項目式等實踐證明對本課程教學較為有效的方法，手段上突出計算機仿真技術在教學中的應用。教學過程中注重引導學生發現問題、分析問題、解決問題，將相關知識融入一個個直觀可見的示例中。例如在介紹“中斷系統”這個重要知識時，通過給出一個利用單片機外中斷進行計數的簡單示例，仿真電路如下圖所示。外中斷計數仿真電路教學時，先演示讓學生直觀觀察P1口“計數值”的變化；再通過啟發，讓學生列舉生活中用到“計數”的場景；進入“場景”后，引導學生對問題思考：可采用哪些手段解決；再引入中斷概念，概略介紹中斷系統工作機制、有關SFR；接著通過仿真，分析解釋系統硬軟件工作過程，調試方法和步驟等。直觀可見的教學方式，有利于加深學生對知識的理解，像SFR對中斷系統的影響這類抽象知識，借助仿真技術能形象生動展現。最后提出要求，要學生課后思考改進。教學中多與學生交流互動，發現不足，及時調整授課內容、方式和節奏，不能只顧追趕教學進度，忽視學生的理解接受能力。3.優化實驗教學，合理安排項目，分層次多形式開展，注重知識的趣味性。與理論教學配合，課程實驗被分為基礎、擴展、綜合設計三個層次。難度由低到高，對知識的要求從基礎到綜合、從單一到全面。基礎實驗針對單片機基本片內接口資源，擴展實驗與單片機常用典型外圍接口有關，綜合設計實驗是對前述實驗內容的綜合擴展應用，涉及多個片內資源和多種接口，能更好提高學生知識應用能力和水平。對不同程度學生，每個實驗項目后都有新的問題和要求，鼓勵學生進行改進、擴展，甚至改變原設計思路和方案。為解決教學時數與實驗場地的制約，實驗采取集中與分散的方式。在課表規定的時段，以集中方式開展，其余時間則在開放實驗室或寢室分散進行，鼓勵學生“從做中學”。針對以往實驗存在的問題，在實驗箱硬件基礎上通過二次開發，重新設計項目，增強實驗的趣味性和實用性。如“鍵盤實驗”設計為簡易電子密碼鎖，“顯示實驗”設計為電子秒表等諸如此類。實驗時先仿真，對硬軟件熟悉后，再進行實物實驗。先“虛”后“實”的做法能加深學生理解，更有助于對知識的掌握和內化，同時減少實驗設備損耗。4.與創新實踐有機結合。因單片機課程的特點，在教育部主辦的“電子設計大賽”“智能汽車競賽”等學科專業競賽和課外科技活動中一直扮演重要角色。這些活動有利于提升學生知識綜合運用能力和水平，培養學生的工程意識、創新精神，及團隊協作能力。為此我院很重視和支持學生參與，設立了“電子設計”“智能汽車”等開放實驗室，配備老師進行指導，并在創新學分上給予認定，激勵學生參與意愿。
四、結束語
獨立學院學生有自己的個性和特點，對此需轉變觀念，從實情出發，不斷改革探索。這些年我院學生參與的一些學科專業賽事取得了令人鼓舞的成績，累計榮獲“電子設計大賽”全國一等獎1項，“智能汽車競賽”全國總決賽二等獎2項及西部分賽區一、二、三等獎若干的佳績，獲得貴州省教育廳、貴州大學的多次表彰。從側面反映本課程教學改革所取得的成效，學生知識應用水平和實踐技能有了顯著提高。通過對相關專業學生近幾年的畢業論文/設計選題統計發現，許多學生選擇單片機應用有關方向課題，表明多數學生對該課程的教學比較認同，頗感興趣。誠然在教改過程中，也發現許多問題和不足，鞭策我們今后仍需深化改革和完善。
作者:余軍 單位:貴州大學科技學院
