單片機(jī)課程教學(xué)改革實(shí)踐論文

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摘要：差異化教育是高等教育發(fā)展的一個(gè)趨勢，獨(dú)立學(xué)院要實(shí)現(xiàn)“應(yīng)用型”培養(yǎng)目標(biāo)，提高培養(yǎng)質(zhì)量，簡單復(fù)制母體學(xué)校做法并不適用。對(duì)電子信息類專業(yè)學(xué)生來講，因單片機(jī)課程較強(qiáng)的綜合性、實(shí)踐性和在學(xué)科課程群中的重要地位，對(duì)提高學(xué)生知識(shí)應(yīng)用和工程實(shí)踐能力更具現(xiàn)實(shí)意義。筆者在總結(jié)多年教學(xué)實(shí)踐基礎(chǔ)上，逐漸探索出一套操作性強(qiáng)，行之有效的課程教學(xué)實(shí)踐方法，希望對(duì)情況類似院校相關(guān)課程教學(xué)具有一定借鑒和參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：獨(dú)立學(xué)院;應(yīng)用型;單片機(jī);教學(xué)改革實(shí)踐

一、引言

作為貴州大學(xué)與社會(huì)力量合作舉辦的綜合性全日制本科獨(dú)立學(xué)院，貴州大學(xué)科技學(xué)院定位于著力培養(yǎng)本科應(yīng)用型人才。這就要求學(xué)校注重培養(yǎng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握和應(yīng)用，具有較強(qiáng)實(shí)踐能力，能適應(yīng)行業(yè)需求，解決工程中的實(shí)際問題。因生源特殊性，我院學(xué)生在學(xué)習(xí)狀態(tài)、自律性及目標(biāo)追求上與母體學(xué)校學(xué)生間存在差異。要轉(zhuǎn)變學(xué)生對(duì)待學(xué)習(xí)的態(tài)度，培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣，吸引進(jìn)課堂，增強(qiáng)動(dòng)手和實(shí)踐能力，提高培養(yǎng)質(zhì)量，需針對(duì)學(xué)生的個(gè)性和特點(diǎn)，從有關(guān)課程教學(xué)方式著手進(jìn)行改革探索尋找突破。在我院工學(xué)部開設(shè)的電子信息、計(jì)算機(jī)類專業(yè)學(xué)科課程群眾多課程中，單片機(jī)是一門承上啟下的重要專業(yè)課程。該課程涉及領(lǐng)域廣，綜合性、系統(tǒng)性、實(shí)踐性強(qiáng)，發(fā)展更新快，應(yīng)用廣，相對(duì)其他課程更有利于促進(jìn)相關(guān)專業(yè)學(xué)生知識(shí)向能力轉(zhuǎn)化，提高動(dòng)手實(shí)踐能力，培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)，對(duì)定位于培養(yǎng)“應(yīng)用型”這一目標(biāo)來說較具現(xiàn)實(shí)意義。

二、現(xiàn)狀存在的主要問題與成因分析

我院單片機(jī)課程通常在大三開設(shè)，先修課程眾多。原有教學(xué)主要圍繞單片機(jī)原理、指令系統(tǒng)、匯編程序設(shè)計(jì)、典型外圍接口等內(nèi)容展開。初期出于好奇，多數(shù)學(xué)生對(duì)課程興趣濃厚。隨著教學(xué)推進(jìn)，前期基礎(chǔ)薄弱的問題逐步暴露，學(xué)生感到困難和畏懼，學(xué)習(xí)變得被動(dòng)。對(duì)獨(dú)立學(xué)院學(xué)生采取傳統(tǒng)方式教學(xué)，老師感到難教，學(xué)生也感到難學(xué)，教學(xué)效果自然較差。為應(yīng)付考試拿到學(xué)分，學(xué)生僅憑死記硬背、生搬硬套?？纪暝嚲屯貌畈欢?，談不上知識(shí)的增長和能力的提高，與“應(yīng)用型”目標(biāo)相去甚遠(yuǎn)。分析原因，原有教學(xué)方式主要存在以下幾方面問題。1.重理論輕實(shí)踐。受繼承性教學(xué)觀念影響，傳統(tǒng)上教學(xué)被認(rèn)為是知識(shí)的傳授和繼承，它重“學(xué)”不重“用”，重“結(jié)果”不重“過程”。教學(xué)活動(dòng)中教師處于主導(dǎo)地位，教學(xué)過程注重理論知識(shí)講授，強(qiáng)調(diào)知識(shí)的系統(tǒng)性、完整性。對(duì)知識(shí)的應(yīng)用比較忽略，認(rèn)為實(shí)驗(yàn)只是理論學(xué)習(xí)的補(bǔ)充，是對(duì)理論知識(shí)驗(yàn)證的過程。對(duì)獨(dú)立學(xué)院學(xué)生來說過多枯燥理論教學(xué)安排，只會(huì)適得其反，令其產(chǎn)生厭學(xué)情緒。2.重原理輕應(yīng)用。受過去母體學(xué)校教學(xué)方式影響，在教學(xué)內(nèi)容上忽略授課對(duì)象層次。一開始就對(duì)單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)、寄存器組、存儲(chǔ)空間組織、尋址方式、匯編指令等原理性知識(shí)不加區(qū)分進(jìn)行細(xì)致講授。接著又是匯編程序設(shè)計(jì)、典型外圍接口電路等眾多內(nèi)容。受限于教學(xué)時(shí)數(shù)，對(duì)實(shí)際中的應(yīng)用介紹明顯不足，甚至略過，考試也偏向原理性知識(shí)。學(xué)完這門課程學(xué)生對(duì)單片機(jī)仍感陌生，不知如何應(yīng)用，具體能做什么，知識(shí)與應(yīng)用脫節(jié)，只是為“學(xué)習(xí)”而學(xué)習(xí)。3.教學(xué)方法和手段不足。在以往教學(xué)中，教師通常依據(jù)教學(xué)內(nèi)容從邏輯結(jié)構(gòu)框圖開始，從原理角度，利用PPT進(jìn)行抽象講解。再通過舉例，借助標(biāo)注說明的方式，靜態(tài)地對(duì)系統(tǒng)的硬件工作、軟件執(zhí)行逐一分析，完全忽略學(xué)生的理解、接受能力和知識(shí)儲(chǔ)備，講授知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用脫節(jié)。由于前期課程相關(guān)知識(shí)掌握不扎實(shí)和學(xué)習(xí)習(xí)慣等因素，學(xué)生每節(jié)課都聽得云里霧里，一片茫然，漸漸失去學(xué)習(xí)的興趣和動(dòng)力。4.實(shí)驗(yàn)教學(xué)與理論教學(xué)脫節(jié)，驗(yàn)證性內(nèi)容過多，趣味性不強(qiáng)。單片機(jī)課程實(shí)踐性很強(qiáng)，受實(shí)驗(yàn)條件和教學(xué)時(shí)數(shù)等因素制約，集中實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)無法安排較多內(nèi)容，綜合性與設(shè)計(jì)性項(xiàng)目極少。實(shí)驗(yàn)一般按實(shí)驗(yàn)箱附帶指導(dǎo)書開展，與各校理論教學(xué)脫節(jié)、內(nèi)容枯燥、缺乏趣味。雖做了實(shí)驗(yàn)，但學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)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(xié)同與聯(lián)系，以及硬軟件聯(lián)合調(diào)試等仍不了解，談不上去思考、去改進(jìn)和在實(shí)際中應(yīng)用。

三、相關(guān)教學(xué)改革實(shí)踐措施

針對(duì)存在的問題，經(jīng)過不斷探索嘗試和實(shí)踐，逐漸摸索出一套符合我院實(shí)際情況，較行之有效的該課程教學(xué)方式，具體方法和措施如下。1.調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，以“應(yīng)用”為主線，注重因材施教。首先從課程大綱著手，按照培養(yǎng)目標(biāo)和規(guī)格要求，修訂原有教學(xué)內(nèi)容及要求，配套出版相應(yīng)教材。將教學(xué)內(nèi)容劃為原理、硬件、軟件、仿真幾個(gè)主要單元。教學(xué)側(cè)重由“原理”向“應(yīng)用”傾斜，注重知識(shí)完整性，同時(shí)強(qiáng)調(diào)知識(shí)的實(shí)用性和趣味性。具體做法是對(duì)“原理”部分適當(dāng)弱化、降低要求，講授過程中采取和關(guān)聯(lián)課程對(duì)比的方法進(jìn)行知識(shí)增量式教學(xué)，突出單片機(jī)“片內(nèi)集成”這一重要特性。“硬件”部分圍繞單片機(jī)片內(nèi)集成的源展開，配合恰當(dāng)示例進(jìn)行講解，再擴(kuò)展延伸。硬件知識(shí)講解先易后難、先簡單后復(fù)雜。如講解單片機(jī)I/O口時(shí)，先從LED、撥碼開關(guān)等簡單元器件著手，從LED熄滅控制、撥碼開關(guān)狀態(tài)判斷，到利用這兩種器件實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡易BCD碼加減乘除計(jì)算器，然后再到鍵盤擴(kuò)展、顯示、A/D等較復(fù)雜的器件或接口電路?！败浖辈糠执蠓档蛯?shí)際使用較少的匯編語言學(xué)習(xí)要求，強(qiáng)化高級(jí)語言的學(xué)習(xí)和使用。重點(diǎn)放在編程思維、處理算法、硬軟件協(xié)同及聯(lián)合調(diào)試上，在學(xué)生頭腦中建立“系統(tǒng)”的概念?！胺抡妗辈糠謩t引入業(yè)界主流軟件開發(fā)工具Keil和Proteus，根據(jù)實(shí)際教學(xué)情況進(jìn)行實(shí)用性講解。借助這兩個(gè)軟件，學(xué)生在電腦上就可隨時(shí)隨地對(duì)教學(xué)中的實(shí)例進(jìn)行硬軟件仿真、調(diào)試和驗(yàn)證。這些工具的恰當(dāng)應(yīng)用，能事半功倍提高教學(xué)和學(xué)習(xí)的效果。使學(xué)生直觀感受到“知識(shí)”的含義，將枯燥乏味的知識(shí)變得生動(dòng)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情，體會(huì)學(xué)習(xí)的樂趣。2.豐富教學(xué)方法和手段，重視與學(xué)生互動(dòng)。具體教學(xué)方法上選擇性地采取案例式、項(xiàng)目式等實(shí)踐證明對(duì)本課程教學(xué)較為有效的方法，手段上突出計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用。教學(xué)過程中注重引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題，將相關(guān)知識(shí)融入一個(gè)個(gè)直觀可見的示例中。例如在介紹“中斷系統(tǒng)”這個(gè)重要知識(shí)時(shí)，通過給出一個(gè)利用單片機(jī)外中斷進(jìn)行計(jì)數(shù)的簡單示例，仿真電路如下圖所示。外中斷計(jì)數(shù)仿真電路教學(xué)時(shí)，先演示讓學(xué)生直觀觀察P1口“計(jì)數(shù)值”的變化；再通過啟發(fā)，讓學(xué)生列舉生活中用到“計(jì)數(shù)”的場景；進(jìn)入“場景”后，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)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(tǒng)工作機(jī)制、有關(guān)SFR；接著通過仿真，分析解釋系統(tǒng)硬軟件工作過程，調(diào)試方法和步驟等。直觀可見的教學(xué)方式，有利于加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解，像SFR對(duì)中斷系統(tǒng)的影響這類抽象知識(shí)，借助仿真技術(shù)能形象生動(dòng)展現(xiàn)。最后提出要求，要學(xué)生課后思考改進(jìn)。教學(xué)中多與學(xué)生交流互動(dòng)，發(fā)現(xiàn)不足，及時(shí)調(diào)整授課內(nèi)容、方式和節(jié)奏，不能只顧追趕教學(xué)進(jìn)度，忽視學(xué)生的理解接受能力。3.優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)，合理安排項(xiàng)目，分層次多形式開展，注重知識(shí)的趣味性。與理論教學(xué)配合，課程實(shí)驗(yàn)被分為基礎(chǔ)、擴(kuò)展、綜合設(shè)計(jì)三個(gè)層次。難度由低到高，對(duì)知識(shí)的要求從基礎(chǔ)到綜合、從單一到全面?；A(chǔ)實(shí)驗(yàn)針對(duì)單片機(jī)基本片內(nèi)接口資源，擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)與單片機(jī)常用典型外圍接口有關(guān)，綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)是對(duì)前述實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的綜合擴(kuò)展應(yīng)用，涉及多個(gè)片內(nèi)資源和多種接口，能更好提高學(xué)生知識(shí)應(yīng)用能力和水平。對(duì)不同程度學(xué)生，每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目后都有新的問題和要求，鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行改進(jìn)、擴(kuò)展，甚至改變?cè)O(shè)計(jì)思路和方案。為解決教學(xué)時(shí)數(shù)與實(shí)驗(yàn)場地的制約，實(shí)驗(yàn)采取集中與分散的方式。在課表規(guī)定的時(shí)段，以集中方式開展，其余時(shí)間則在開放實(shí)驗(yàn)室或?qū)嬍曳稚⑦M(jìn)行，鼓勵(lì)學(xué)生“從做中學(xué)”。針對(duì)以往實(shí)驗(yàn)存在的問題，在實(shí)驗(yàn)箱硬件基礎(chǔ)上通過二次開發(fā)，重新設(shè)計(jì)項(xiàng)目，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的趣味性和實(shí)用性。如“鍵盤實(shí)驗(yàn)”設(shè)計(jì)為簡易電子密碼鎖，“顯示實(shí)驗(yàn)”設(shè)計(jì)為電子秒表等諸如此類。實(shí)驗(yàn)時(shí)先仿真，對(duì)硬軟件熟悉后，再進(jìn)行實(shí)物實(shí)驗(yàn)。先“虛”后“實(shí)”的做法能加深學(xué)生理解，更有助于對(duì)知識(shí)的掌握和內(nèi)化，同時(shí)減少實(shí)驗(yàn)設(shè)備損耗。4.與創(chuàng)新實(shí)踐有機(jī)結(jié)合。因單片機(jī)課程的特點(diǎn)，在教育部主辦的“電子設(shè)計(jì)大賽”“智能汽車競賽”等學(xué)科專業(yè)競賽和課外科技活動(dòng)中一直扮演重要角色。這些活動(dòng)有利于提升學(xué)生知識(shí)綜合運(yùn)用能力和水平，培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)、創(chuàng)新精神，及團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。為此我院很重視和支持學(xué)生參與，設(shè)立了“電子設(shè)計(jì)”“智能汽車”等開放實(shí)驗(yàn)室，配備老師進(jìn)行指導(dǎo)，并在創(chuàng)新學(xué)分上給予認(rèn)定，激勵(lì)學(xué)生參與意愿。

四、結(jié)束語

獨(dú)立學(xué)院學(xué)生有自己的個(gè)性和特點(diǎn)，對(duì)此需轉(zhuǎn)變觀念，從實(shí)情出發(fā)，不斷改革探索。這些年我院學(xué)生參與的一些學(xué)科專業(yè)賽事取得了令人鼓舞的成績，累計(jì)榮獲“電子設(shè)計(jì)大賽”全國一等獎(jiǎng)1項(xiàng)，“智能汽車競賽”全國總決賽二等獎(jiǎng)2項(xiàng)及西部分賽區(qū)一、二、三等獎(jiǎng)若干的佳績，獲得貴州省教育廳、貴州大學(xué)的多次表彰。從側(cè)面反映本課程教學(xué)改革所取得的成效，學(xué)生知識(shí)應(yīng)用水平和實(shí)踐技能有了顯著提高。通過對(duì)相關(guān)專業(yè)學(xué)生近幾年的畢業(yè)論文/設(shè)計(jì)選題統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，許多學(xué)生選擇單片機(jī)應(yīng)用有關(guān)方向課題，表明多數(shù)學(xué)生對(duì)該課程的教學(xué)比較認(rèn)同，頗感興趣。誠然在教改過程中，也發(fā)現(xiàn)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(xué)科技學(xué)院