面向創新型人才培養的《單片機原理及應用》的教改研究

趙延明，周少武，謝道文

(湖南科技大學信息與電氣工程學院，湖南湘潭411201)

面向創新型人才培養的《單片機原理及應用》的教改研究

趙延明，周少武，謝道文

(湖南科技大學信息與電氣工程學院，湖南湘潭411201)

針對《單片機原理及應用》教學目前存在的問題，采取理論與實踐相結合的教學方法與模式、形式多樣的實踐教學環節，充分發揮學生學習自主性，激發學生的創新意識，培養學生的創新性思維、培養動手能力和創新能力，增強《單片機原理及應用》的教學效果，推進學生素質教育。

創新;人才培養;單片機;教學改革

在科學技術飛速發展，國家的綜合國力競爭主要體現在其創新能力上，因此對于高等學校來說應大力加強創新教育，培養具有創新意識和能力的人才，提高學生的動手能力、科技創新能力、工程綜合與工程設計能力、獨立分析問題和解決問題的能力。

單片機的應用已深入國民經濟的各個領域，對很多行業技術革新和產品升級起著重要的推動作用，主要應用在智能儀器儀表、機電一體化、實時控制、過程控制、數據采集、信號處理、家用電器以及國防工業等方面?！秵纹瑱C原理及應用》是信息與電氣工程系電氣工程及其自動化專業、電子信息工程專業、通信工程專業、自動化專業的主干課程。它綜合了多門基礎課和專業基礎課的知識，是一門應用性、實踐性很強的專業課。學習該課程目的使學生掌握單片機的硬件結構、匯編指令系統、軟件編程、單片機系統擴展和各種外圍器件的應用，使學生具備單片機的硬件設計、軟件編程、調試運行等技能，扎實提高學生的動手實踐能力、創新能力，為今后的工作奠定堅實基礎。

其教學效果和教學質量直接影響著學生實踐能力、創新能力的培養與提高，因此通過《單片機原理及應用》教學改革，激發學生的創新意識，樹立學生的創新理念、培養自主創新能力，推進素質教育具有重要意義。

一 存在問題分析

《單片機原理及應用》是一門實踐性極強的綜合性課程，目前教學過程存在以下諸問題:

1．理論教學以單片機原理知識為核心，先基礎后應用的模式使得學生感覺枯燥，學習積極性和主動性不高，有畏難情緒;應用技術講授較少，具體從系統原理－＞元器件選型－＞硬件原理圖設計－＞元器件封裝－＞PCB板設計－＞元件器焊接－＞程序設計－＞系統調試這樣全過程的實例太少，很難培養學生的動手實踐能力、創新能力及技術應用能力。

2．單片機硬件結構和硬件資源與編程軟件講授分離，從目前大多數教材內容組織來看，很多章節

只講硬件，或只講軟件知識，實際上對一個系統來講，硬件和軟件是必須結合起來考慮，只有硬件設計好才能進行軟件設計，因為硬件設計中已經確定了軟件中需要的地址單元。

3．實踐環節教學模式單一，很多學校一般在規定的時間內，按照教學大綱的要求，學生按照實驗指導書敲入程序，然后觀察和分析實驗運行及結果。這種相對呆板、封閉的實驗模式很難提高學生的學習興趣，更不要說培養和發揮學生的主動性和創造性。

二 改革研究內容

針對《單片機原理及應用》課程的現狀、存在的問題以及本身的特點，準備進行如下方面進行教學研究和改革:

1．理論與實踐相結合的教學方法與模式，充分發揮學生學習自主性

改變以教師為主體、原理知識為中心、滿堂灌輸的模式，理論教學采用課堂教學與學生自學相結合方式。在按正常的教學大綱進行講授理論課的同時，開展一定量的單片機發展和應用方面的專題學術講座，介紹各種單片機的發展新動向以及怎樣進行單片機系統設計的方法和技巧，使學生能自主地以自學的形式補充哪些方面的知識;在講授每個知識點時教師精心設置思考題，使學生在課外查閱資料尋找答案;引導學生學會利用網絡資源充實專業知識和提高自主學習能力。充分體現了以學生為主體，應用能力培養為中心，有助于提高學生的學習積極性，推動了培養學生分析問題、解決問題和創新能力。

原理知識和應用緊密結合，運用“教、學、研”一體化的教學方法。在講授原理知識時，要求每個學生準備一塊簡單的單片機學習開發板，結合理論和實踐，一邊學一邊干是快捷的學習方法。將理論學習、實踐應用、作品制作有機地結合為一體，以理論教學為基礎，以實踐訓練為重點，以掌握知識和技能為教學。課程的理論教學與實踐教學融合在一起，使學生能夠在生動多樣的實驗中理解和掌握原來枯燥乏味的原理知識，適當安排學生簡單的任務，要求學生去自學相關的知識，在分析任務要求的基礎上，搜索查找資料并提出開發項目產品的初步方案，培養鍛煉學生的分析和解決問題能力。在學生進行這樣簡單制作過程中，將課本上軟件和硬件知識分離的狀況改變，有利于學生以系統的觀點認識和把握所學習的知識。這樣激發學生學習積極性，讓學生真正感覺到在“學中做、做中學、邊學邊做、邊做邊學”。

2．形式多樣的實踐教學環節，增強學生的動手能力和創新能力

實踐教學環節是培養和提高學生的實踐動手能力、創新能力的關鍵途徑之一。改變目前《單片機原理及應用》課程的實踐教學模式單一的現狀，開展形式多樣的實踐教學環節來完善該門課的教學模式。

＞簡單單片機學習開發板

在講授原理知識時，要求每個學生準備一塊簡單的單片機學習開發板，邊學邊做，增強對原理知識、軟硬件結合、系統概念的理解和掌握。

＞單片機實驗箱

按實驗教學大綱的基本要求，在實驗箱上完成規定的實驗。采用驗證性實驗來熟悉實驗箱硬件原理和編程環境;采用設計性和綜合性實驗，實驗指導書只給出實驗的任務和要求、以及實驗的原理性說明，學生必須根據實驗的目的和要求獨立實驗，然后觀察實驗現象，分析實驗結果，寫出實驗報告，來提高學生綜合分析問題和解決問題的能力，逐步引入系統設計的概念，為課程設計做準備。

＞課程設計

按課程設計教學大綱的基本要求，教師給出具有一定難度的課題，要求學生獨立設計課題的硬件電路原理圖、PCB圖以及相應的程序，并對軟硬件進行聯機調試，然后觀察實驗現象，分析實驗結果，寫出課程設計說明書。在課程設計教學中，充分調動學生的積極性與創造性，激發學生的創新思維，培養其綜合應用素質。

＞虛擬單片機實驗室

為了克服只有在實驗室才能完成實踐教學的不足，把Proteus引入實踐教學中，構建起虛擬單片機實驗室，使學生能夠在課余時間進行實驗學習，解決實踐教學課時不足的問題。

＞創新實驗室

充分利用現在信息與電氣工程系擁有的國家級電子與電氣技術實驗中心的創新實驗室，鼓勵學生利用業余時間強化動手和創新能力。篩選既有潛力又有興趣的部分學生進入創新實驗室重點指導，使這部分學生能夠獨立完成具有實際工程意義的項目(包括原理電路設計、元器件選型、元器件封裝、PCB板制作、電子元器件的焊接、軟件設計、聯機調試等工作)，并組織積極參加各級電子競賽、挑戰杯，培養這些學生的動手和創新能力。力圖通過部分學生的重點培養來帶動全體學生的學習積極性，從而提升單片機教學的整體教學質量，是使學生政治掌握一門實用技術，從而增強就業競爭力。

＞生產實習和認識實習

通過生產實習和認識實習加深學生對電子產品設計、電子元器件焊接、系統設計整體概念的理解，培養學生獨立思考能力、動手能力和創新能力。

三 改革研究目標

1制定并執行切實可行的理論與實踐相結合理論教學計劃

為了更好地引導學生學習好《單片機原理及應用》這門課程，改變以教師為主的教學模式，提高學生的學習自主性和積極性，培養鍛煉學生的分析與解決問題能力以及創新性思維。該教學計劃的制定除了目前正常大綱要求的內容，同時考慮了如下問題:怎樣組織專題學術講座的形式和內容才有利于開闊學生的視野，激發學生的學習自主性;怎樣組織“教、學、研”一體化的教學方法才能做到理論聯系實踐、軟件和硬件相結合學習方式。

2制定并執行形式多樣的實踐教學計劃

根據上述實踐教學的研究內容，逐一制定每一個環節的實踐教學的任務和要求，包括簡單單片機學習開發板措施(確定“邊學邊做”實驗目的、內容、方法)、實驗教學計劃(驗證性、設計性和綜合性實驗確定以及實驗指導書修訂)、課程設計教學計劃(課程設計題目的選取、完成目的和要求)、虛擬實驗室構建措施(Proteus構建虛擬實驗室的方法步驟、實驗項目的選取)、創新實驗室教學計劃(學生篩選方案和題庫、學生實驗室培養方案)、實習教學計劃(修訂現有的生產實習和認識實習計劃)等內容。特別是創新性實驗的項目的選題問題，既要具有創新性的工程項目，又要考慮難度適當。

四 結 語

采用理論與實踐相結合的教學方法與教學模式，做到“邊學邊做”，利用多種啟發機制激勵學生學習自主性;采用形式多樣的實踐教學環節，培養學生的創新思維，提高學生的實踐動手能力、創新能力，為國家培養出創新型人才。

［1］趙 玲，唐 嵐．單片機原理及應用的課堂教學與實踐環節教學研究［J］．高等教育研究，2008，25(4):45－46．

［2］袁惠娟．單片機課程教改現狀及探究［J］．大眾科技，2009(11):148－149．

［3］謝四蓮，劉峰，張軍．“項目驅動法”在《單片機原理及應用》教學中的應用研究［J］．湖南人文科技學院學報，2010(3):124－125．

G645

A

1674－5884(2012)05－0116－02

2012－03－10

全國教育科學規劃課題(DIA110270);湖南科技大學瀟湘學院教研項目資助(G31069)

趙延明(1973－)，男，湖南湘潭人，副教授，工學碩士，主要從事工業控制與自動化、數據挖掘等研究。

(責任編校 羅 淵)