創新實踐的單片機教學方法研究與分析論文
一、引言
隨著電子技術的發展，電子產品在人們生活中隨處可見。在機電設備的控制中，單片機是最常見的控制器之一。因此單片機技術及應用是機電類、電子信息類學生的必備技能。在傳統教學過程中，學生往往只停留在課本上，對實際應用設計經常無從下手。另外，不少高校的單片機課程都是以教師為主，學生被動接收，也不能激發學生的學習興趣，甚至導致一些有興趣的學生還會因為這種枯燥的學習方式而產生逆反心理，失去興趣或信心。因此，改革傳統的單片機教學活動，激發學習興趣和提高創新實踐能力，是目前高校教學改革待解決的迫切任務。
單片機原理及應用課程是在微機原理課程基礎進行學習的，它更注重于應用能力的培養和訓練。學生在學習這門課程后應該具備獨立完成一個單片機嵌入式系統的硬件及軟件的設計。
1.課堂教學方法改革。傳統的教學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、單片機應用實例為主線講解。學生被動的接收老師所傳授的東西，沒有主動去思考，影響了學習的積極性。
單片機的主要學習目的是能夠解決實際問題。經過對單片機教學過程的研究，作者對傳統的教學方式作了一定的調整，始終以案例為主貫穿于整個教學過程。首先，在課前提出問題，讓學生思考解決問題的方法，調動主觀能動性。問題的難度設置在講授的內容范圍。針對問題，課程按方案、硬件和軟件三部分內容進行講解。如此一來，每個案例都從具體問題出發，培養學生從整體去分析和思考問題的能力。以“定時計數器”為例，給學生提出“交通燈”任務，根據前面所學知識，學生就很不難以實現。在課堂上讓學生敘述自己的方案，然后帶入新課堂知識進行方案的比較，讓學生印象更深，再結合電路，學生可以明確的知道自己所學的知識可以應用在哪些地方。
傳統課堂學生是無法真實看到實際的運行情況，實驗課因為時間有限，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，可以有效把這兩個過程結合在一起。仿真軟件是目前世界上唯一能進行單片機應用系統進行虛擬設計與仿真。結合該仿真軟件，可以在課堂上將“交通燈”的電路畫得直觀形象，還可以從軟件中直接觀測到程序執行時各位置的狀態變化。教學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間顯示等模塊的實際電路，可以很直接給學生介紹電路的原理和邏輯控制。
通過案例加仿真的方法，可以調動學生的興趣，活躍課堂的氣氛，還能實現教與學的有效互動，讓學生直觀看到當場修改場景，達到真正的有效教學。
2.課后任務改革。經課堂研究實踐發現，以任務驅動方式作為學生的.課后訓練，可有效的增強學生的應用能力。在課后，給學生分配一個小任務，要求學生利用仿真軟件進行電路設計，并用KEILC軟件進行單片機程序設計。在這個過程中，學生要求注意設計中的每一個細節，只要有一步錯誤，那么整個任務就無法很好的完成。并且電路是由學生獨立設計，每個學生設計的電路各有特點，再把一些優秀的作業拿到課堂上演示，可以讓學生體會到一種成就感。這種訓練方式，學生從一開始就全面的思考整個任務，對一些不懂的電路，還能促使他們去翻閱以前所學的課程，在編程過程中遇到錯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。從而提高了學生的實際動手和解決問題的能力。
3.考核方式的改革。考核是檢驗學生學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生緊握知識的程度，但無法了解學生的應用能力。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，針對平時的學習情況，對學生進行分組，給每個小組分配不同的設計任務，完成一個綜合設計的實踐訓練，撰寫設計報告。還安排時間，針對設計的任務的報告內容，對每個小組成員進行答辯。根據答辯情況進行打分，該成績為期末考試成績的組成部分。這樣可以很好的考查學生實際掌握的情況和應用能力，同時也能提高學生團隊協作能力。經過這幾個方面的設置，可以較公平和有效的了解學生對該課程的掌握情況。
4.課外創新實踐活動。單片機是一項重要的技術，應用到生活和生產中的各個方面。因此，學習單片機不能僅僅局限于課堂。在課后，作者倡導學生組成單片機創新小組，建立討論小組，定期舉行經驗分享活動。從而可以交流他們在實際設計過程中遇到的問題，如果有好的思路和想法也可以到創新小組中分享和討論。經過幾屆學生的積累，就可以實現“傳幫帶”的氛圍，由老師或者高年級的同學為大家解決實際問題。
除此之外還鼓勵學生參與各種科技競賽。現在的一些常見的科技競賽如:“全國大學生電子設計大賽”、“飛思卡爾智能汽車比賽”以及各大企業組織的如“STC單片機創新大賽”、“ARM -STM 32校園創新大賽”等，都是以單片機為主要的控制芯片。不僅可以將所學與實際應用相結合，還能達到與參賽選手相互交流能作用。對有興趣的學生還可以參與到老師的項目中，或者在假期推薦到企業進行實習等，從而有效的搞高學生的創新實踐能力。
經過課程的改革，組織學生組成課外興趣小組，得到學院和系里的大力支持。學生自發組隊參加了“單片機創新大賽”“飛思卡爾智能汽車競賽”等科技創新比賽，取得一定的成績。有部分低年級學生，也開始對單片機的學習產生了興趣，主動要求加入興趣小組，并自行購置開發板進行學習，創新小組已逐步穩健的發展起來。
二、課程改革中出現的問題與反思
1.課堂教學內容的編排。在課堂教學改革這個過程，雖然看上去像是教學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，超出學生學習的范圍。對案例教學中，仿真實例，要認真制作仿真界面和程序，讓學生有一種耳目一新的感覺，而且電路設計要求清晰明了，才能有助于學生理解。否則會適得其反，學生看到電路太復雜，會產生厭煩心理。因此，做好教學內容的編排和制作工作，是整個教學過程改革的重點。
2.考核方式和指標設置。考核方式的變更，打破了傳統考核方式。容易引起部分老師和學生對考核公平性以及合理性的疑問。因此如何合理的設置考核指標，并有效的實踐等問題還需要有更為行之有效的辦法，并通過實際教學來檢驗其的有效性和合理性。
3.課外創新小組的建立。課外創新的建立是一下持續的過程。因前期參與小組的成員中有經驗的學生較少，還需要老師多加引導，因此在前期建立時需要有一批老師作為小組的指導教師，定期的組織學生進行交流和互動，解決學生遇到的問題等。一旦形成一定的規模后，還應配置相應的實驗室、實驗設備和建立配套的管理制度，并由高年級學生組織和引導低年級學生，實現創新小組的自我管理。
三、結語
經過一段時間教改實踐的努力，學生對于單片機課程的學習興趣和在單片機應用能力等方面都有了較顯著的提高。學生參加學生創新實驗項目增多。以機電工程系學生為例，參與的創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。創新小組的成立也初見成效，有324個創新興趣小組。學生已經成功申請國家實用新型專利總計12項。
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