《單片機原理及應用》課程改革與創新能力的培養

段英宏 田志宏 劉秀紅

[摘要]圍繞《單片機原理與應用》課程中創新能力培養存在的主要問題，開展教學改革，分析了學生學習單片機課程中存在的主要問題，介紹了為提高創新能力所采取的具體措施，教學實踐證明，該套教學方法和教學手段，能夠激發學生的學習興趣，培養學生的自主創新思維能力，有效地提高學生的綜合素質。

[關鍵詞]單片機；創新能力；教學改革

[中圖分類號]G40—057

[文獻標識碼]A

[論文編號]1009—8097(2009)13—0282—03

引言

《單片機原理及應用》課程是向學生傳授單片機技術的基礎課程，它綜合了多門基礎課和專業基礎課的知識，主要培養學生進行智能化電子系統整體設計的能力，培養強電專業學生的弱電控制能力。通過學習，使學生掌握單片機應用系統的硬件設計和軟件編程技術，可為后續更高層次專業課程的學習、畢業設計、參與實際的綜合設計課題和將來參加工作打下良好的基礎。因此搞好《單片機原理及應用》課程的教學工作，提高學生的創新能力，對提高教學質量有著非常重要的現實意義。

一目前教學中創新能力培養存在的主要問題

我院的自動化、電氣工程及其自動化、電子信息工程三個電類專業均開設了《單片機原理及應用》課程，學生在學習了電路基礎、數字電子、模擬電子、微機原理等基礎課程的基礎上，再學習《單片機原理及應用》課程，在整個教學安排上是非常合理的。然而通過40學時的教學和一周的課程設計，最終對學生的學習情況考核時發現學生對該課程的掌握情況并不十分理想，尤其是創新能力較差，主要表現在：

1學生主動學習的意識不夠，缺乏創新思想，學習過程中一旦碰到問題，很難認真思考、探索研究、積極主動地解決問題。

2在《單片機原理及應用》的教學過程中，傳統的教學還是以理論為主，以課堂授課為主，學生很少有應用具體電路解決實際問題的機會，不利于創新思維的培養。

3目前實驗課程體系驗證性實驗過多，綜合性、啟發型實驗不夠，沒有大型設計性和綜合性實驗，基本沒有對學生動手能力訓練，更不用說培養學生的創新能力。

4在傳統的教學思想和方法引導下，學習成績主要是以考試成績確定的，因而常常出現“高分低能”現象。這種評價體系造就學生對實踐環節學習的輕視心理，即是以成績合格為目標，而不是能力獲得為標準，限制了學生的創新能力。

二改革思路和方案

針對以上問題，在單片機教學中，根據學生、教材、教學設備等實際情況，將授課內容進行全面、合理的整合優化。減少冗余，加強綜合性、創新性內容，在對整個課程鏈研究的基礎上進行了課程改革，改革后的講課學時分配如表1所示：

在對整個課程鏈研究的基礎上進行課程改革，可以避免學生反復學習同一內容，但又學得不夠深入等問題。對照以前的教學大綱，了解當前學生所學課程，對單片機的大綱做了更改，利如增加了單片機應用典型案例、接口部分知識，刪除了同步、異步通信概念、進制部分知識等。

這種改革符合目前國家教育教學改革基本方針，可以減輕學業壓力，用有限的課時學習盡可能多的知識，做到“厚積”。在改革過程中注意積極開展教育創新。為培養創新意識，積極探索具有創造性的教學方法和手段，在授課中改變老師唱主角，學生當觀眾的教學模式：改變學生靜態、被動接受的地位，建立以學生為中心的實踐性教學模式。利用學生對新事物感興趣的心理特點，鼓勵學生積極、主動地去探究知識，教會學生進行創新的科研方法和在自主的學習中學會創新。另外在現行開設單片機課程中，實踐內容所占比例偏少，實驗設備陳舊，內容跟不上時代發展，因此進行了實踐性教學環節改革，改善教學與實踐脫節的現狀，使各環節相互銜接，增加創新實驗，通過加強動手能力的培養，提高了學生的綜合素質和創新能力，培養應用型本科人才。

三、為提高創新能力所采取具體措施

1提高學生學習單片機的興趣，培養學生創新意識

興趣是最好的老師，只有有了學習興趣，才能夠在學習中創新，喜歡創新，注意創新，發揮自身的創造性。為激發學生的學習興趣，在開課之后，我們首先向學生介紹單片機的多種應用功能及其良好的發展前景，讓學生明白學什么、為什么學和學會后能做什么，并利用圖片、錄像和實物等介紹一些當前的單片機先進科技和教師相關單片機科研成果；邀請一些單片機科技公司的技術人員、知名教授來校作單片機知識專題講座；請一些已畢業從事與單片機技術有關的學生來現場指導教育，使他們了解單片微機在工業控制、智能化儀器儀表、計算機外部設備、計算機網絡與通訊技術和家用電器等領域的應用及學好單片機的重要性和必要性，激發他們的學習興趣，鼓勵他們動腦思考有哪些領域或哪些與我們日常生活相關的電器或儀表等設備適合用單片機控制，從而使學生具有初步的創新意識。

2鼓勵學生進行單片機應用系統開發，培養學生的創新能力。

不斷鼓勵學生利用課余時間進行單片機應用系統開發，制作自己興趣的產品，編寫單片機程序。由于初學者一般沒有開發板和仿真器這些設備，為了給學生創造條件，我們采取了以下措施：

(1)給學生提供一些單片機仿真軟件，讓學生在電腦上模擬實際系統，編寫軟件。例如提供了proteus仿真軟件，它可以仿真51系列、AVR，PIC等常用的MCU及其外圍電路，還可以和keil軟件互聯，可以像使用仿真器一樣調試程序。又不需要任何費用，特別適合學生在單片機學習的起步階段使用。我們在實驗室里安裝了這個軟件，并在教學過程中向學生演示它的功能和使用，鼓勵有電腦的學生安裝這個軟件，讓他們利用課余時間自己動手做做電子表、步進電機、直流電機控制、LED顯示，AD、DA轉換，交通燈設計等方面的模擬實驗。

(2)鼓勵有一定經濟條件的學生買一些小型的單片機學習開發板。目前市場上有很多專門為在校大學生學習單片機量身定做學習開發板、主控芯片。包括凌陽、51系列、AVR系統等，它們價格低，特別適合于學生利用課余時間學習單片機開發。而實驗室也購置一部分這樣的開發板，對學生開放，給學生創造自主學習和開發單片機系統的環境，從而培養了學生的創新能力。

3在實驗中培養創新思維

改變原有的實驗教學模式，減少驗證性實驗，增加設計性、綜合性實驗，并開放實驗室，隨時恭候學生的來臨。在整個實驗進行過程中，以學生為實驗的主體，最大限度地調動和發揮學生的主觀能動性，引導學生積極對待實驗中出現的問題，并自己動手解決這類問題。指導教師在實驗的組織管理上起主要作用，而在實驗中僅起指導作用，給學生指明方向，避免多走彎路，并解答實驗當中出現的一些疑難問題。例如：在彩燈移動實驗中，鼓勵學生編寫不同的移動花樣，采用多種不同方法編程，并設計電路圖，這樣將生活中常見的小產品與課程實驗結合起來。使同學們加深對理論知識的

理解，學到了實際知識，培養了分析問題、解決問題的能力，培養學生的創新思維。

4通過課程設計改革培養工程素質，強化創新能力。

創新能力不僅僅體現在一些制作發明上，更重要的是要有必要的工程素質。在課程設計過程中，注重培養學生的工程素質。從課程設計選題開始，就要求學生注意收集相關資料、作好分工、做好實驗記錄、總結調試心得等。使學生熟悉從立項、方案論證、軟硬件設計與調試、PCB設計、結構設計、到安裝調試等電子設計的全過程，系統地培養學生的學習能力、交流能力、合作能力，使學生理解并認識了良好的工程規范。在設計階段，引導學生從不同角度觀察問題、提出問題、解決問題，注意實現創新性設計。在報告整理階段，引導學生對設計過程進行總結。從方案設計到器件選型，從程序開發到調試。都要求學生將實踐中獲取的經驗總結文字材料，使學生在設計過程逐步體驗本課程的系統性。例如，選擇電子時鐘系統作為課程設計的同學，其硬件電路盡管相對簡單，涉及的單片機資源并不多，大部分同學都能夠很快的實現基本功能，但在此基礎上，引導學生進行創新設計，在硬件電路基本不變的情況下，通過重新規劃設計軟件，實現許多如計時器、萬年歷、秒表、定時報警器等附加功能。

每年課程設計的題目既可從教師給定的題目中選擇，也可以自行擬定，自行擬定的題目在做之前要提交可行性報告。這就進一步鍛煉了學生的創新能力。2007—2008學年我專業的課程設計的可選題目如表2所示：

而課程設計評分依據學生的實際完成情況和文字報告等進行評價。例如，確定若干個基于單片機實現的儀器系統如時鐘、點陣顯示器等基本功能供學生選題。在指定的時間范圍內，提交完成基本功能的儀器系統、相關文字報告等，最后進行答辯。畢業設計得分由設計產品功能和質量分(40％)、畢業設計報告分(30％)、答辨分(15％)、特色與創新分(15％)等部分組成，并要答辨。

5通過考核方法改革考核學生的創新能力

考核方法作為課程教學的最后環節，它直接檢驗教和學雙方的效果，間接指導著學生的學習。目前《單片機原理及應用》課程使用比較普遍的考核方法仍然是閉卷筆試。應該說，閉卷考試在基礎理論類課程教學中，在強化學生學習和掌握知識的作用是不可替代的，但《單片機原理》課程應用性、實踐性都很強，如果仍以閉卷考試作為主要評價方法，則不能較好檢驗學生的實踐能力和創新能力。因此對當前的考核方法進行了改革，并擬建立一種長期的跟蹤考核制度，將考核重點放在學生在實踐中發現問題的能力考核上。即將原來的純筆試改成了設計報告、機考和筆試相結合評分的方法。在課程結束后學生要提交一個設計報告，設計一種產品，該報告的評分標準為：報告(50％)+創新意識(30％)+程序調試(20％)。而機考指的是在實驗室里現場考核，主要考核學生動手能力和程序調試能力。而筆試試卷在考核學生的基礎知識的基礎上，更強調學生的創新性思維，在題型上進行了改革。減少了一些需要死記硬背的客觀題，增加了靈活多樣的程序設計，電路設計等題型。充分考核了學生的學習情況和創新能力。最終成績測評比例為設計報告(30％)+機考(20％)+筆試(50％)。

6開展第二課堂，培養學生的創造能力

為加強對學生學習的引導，我們將課堂教學延伸到課外，注意對學生參與實踐活動興趣的培養。將學生的課外科技活動納入到創新能力培養的過程中來，成立了創新電子社團，以電氣工程及其自動化、電子信息工程專業學生為主，其他專業學生也可自愿參加。由《單片機原理及應用》課程的主講教師作為主要指導教師，每周輔導1—2次，并提供不同層次的實踐內容，組織多種形式的實踐活動，提出靈活多樣的實踐要求，吸引學生主動地、有選擇地參與這些實踐活動，讓學生根據自己的發展方向，結合自己的興趣和需求，選擇適合自己的題目或感興趣的產品設計。在設計和制作過程中，教師給予適度的指導，使學生能夠獨立、主動、保質保量地完成自己的設計目標和任務，把學生被動地學習變成積極主動地學習，把依賴于老師的學習變成獨立的學習和思考。設計題目和產品的實現也增強了學生獨立解決問題的自信心，進一步提高學習的興趣。在教師的指導下，學生可以通過第二課堂對課堂教學內容進行補充和提升，可以根據自己的興趣進行選題、完成自己感興趣的課外實驗項目、設計和電子制作，可以自己設計電子作品等，這樣就使他們在完成學習任務的基礎上，使自己的創新思想得以實現。大大激發了學生的課外學習興趣和主觀能動性。也為學生提供了自由發展的空間，提高了學生的創造能力。

7依托各種競賽，推進課程改革，提高創新能力

積極參加全國大學生電子設計競賽、盛群杯單片機競賽，飛思卡爾智能車競賽等各類比賽。這些競賽既培養了學生電子設計能力，提高了實踐能力，也鍛煉了學生的團隊合作精神。通過各類競賽，掊養一部分學生的動力創新能力，再通過宣傳，使其它學生對單片機學習產生興趣，為參加這些競賽而努力，從而進一步提高了學生的創新能力。

四結束語

在進行了課程改革以后，學生的學習熱情受到了很大的激發，出現了自主式學習的熱潮。由于課程的改革，使理論教學的時間大大縮短，學生有了更多動手和思考的時間，在課程結束時，大多數同學提交了自己的作品，更有部分同學在單片機比賽中取得了優異的成績。我們將以此為契機，積極、主動地促進單片機課程的進一步改革，使單片機課程跟上時代發展的潮流，使學生學完單片機后，不僅僅具有初步單片機應用系統的設計和開發能力，還具有了一定的創新能力，有效的提高了學生的綜合素質。

參考文獻

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