“單片機技術”課程中導引式實驗教學應用探索

呂釗　張超

摘要：為了提高學生在“單片機技術”課程學習過程中的學習興趣，培養其創新思維能力，提出了一種適用于計算機專業單片機教學的導引式實驗教學模式，給出了導引式實驗教學模式的概念與任務，分析了該教學模式的具體實施步驟，并在此基礎上詳細闡述了該教學模式的特點。

關鍵詞：導引；實驗；單片機；創新

中圖分類號：G642.423 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）24-0079-02

計算機技術作為信息社會中的核心技術，已廣泛應用到社會生產、生活的各個方面。計算機技術的應用不僅正在改變著人類生產和生活的方式，而且在一定程度上決定著許多學科的新發展，并在很大程度上影響和改變著各國綜合國力的對比，是人們競相發展的重要技術領域。[1，2]“單片機技術”作為計算機專業中的一門專業基礎課程，對培養學生的工程實踐能力、創新意識等方面都具有重要的作用。[3，4]然而在計算機專業的教學過程中發現，學生普遍對該課程的熱情不高，究其原因主要有兩個方面：一是對硬件設計不熟悉，無法完成相關學習任務；二是學習方法存在問題，對課程的學習還停留在死記硬背的狀態，無法做到活學活用。基于上述問題，筆者經過長期摸索與實踐總結出一種適用于計算機專業“單片機技術”課程的導引式實驗教學模式。該模式能夠充分培養與鍛煉學生的綜合素質與創新能力，取得了較好的教學效果。

一、導引式實驗教學模式的概念和任務

導引式實驗教學模式是指建立在實驗平臺上的，一種以理論為基礎，以實驗為提高，以增強學生創新能力為目的的教學模式。[5，6]其中，“導”是指由教師根據實驗的特點、學生的思想、知識和實際動手能力水平，引導學生主動去思考、去發現，將理論應用于實踐以提高綜合素質的過程；“引”是指在學生具備了較高的綜合素質基礎上，由教師帶領學生在更高層次上發現問題、思考問題、解決問題，“引”的過程實質上是培養創新能力的過程。在這里創新能力不僅包括理論上、實踐上的創新，同時要求學生還應該具備創新的人格、能力和思維，使他們在生活中不斷獲取創新點。該教學模式主要從以下幾個方面來培養學生的創新能力：

1.啟發創新思維

在實驗過程中，學生會經常遇到這樣或那樣的問題，要又快又好地查出問題原因并解決問題，就要求學生必須具備堅實的理論基礎，同時還需要學生以一種創新的思維來思考問題、解決問題。可見，導引式實驗教學的進行促進了創新思維的提高。

2.提高創新能力和技能

在實驗過程中，學生通過不斷操作、學習、遇到問題、解決問題等一系列過程，提高了調查研究能力、信息采集能力、獨立思考與解決問題的能力、實踐動手能力、學習和掌握新知識的能力等綜合能力。

3.培養創新意識

學生通過前期學習，在已掌握單片機相關理論的基礎上，結合前期學習過的“模擬電路”“數字電路”“微機原理”等課程內容，在指導教師的幫助下，依據書本上的原理和實驗結果，通過調查、研究、查閱中英文資料等手段，廣泛搜集資料，自己提出方案，制作關于本課程且自己感興趣的一些東西（如小型計時器、計數器、搶答器等），以培養創新思維意識。

4.完善創新情感和創新人格

實驗最后，學生需及時總結并寫出實驗報告，這有助于學生培養堅強的信念、創新的激情、強烈的事業心和責任感以及不怕困難和失敗的良好心理素質。在智力的創新情感的雙重作用下，學生的綜合才能和創新才能得到充分發揮。

二、具體實施步驟

1.教學準備階段

為了使課程順利開展，在教學實施之前，應讓學生充分掌握單片機的原理及使用方法。單片機作為一種超大規模集成電路，理論學習難度不大，但技術點與使用技巧較多，學生在學習過程中常常會發生“學得快，忘得快”的現象；另外，學生在實驗之前，可能會對一些常用儀器并沒有完全掌握，如信號發生器、示波器、邏輯分析儀等，因此為了保證教學順利開展，必須加強學生基本原理和基本技能的鍛煉。

2.教學實施階段

辯證唯物主義認為：內因是根本，外因是條件，外因通過內因起作用，內因通過外因發生變化。當學生掌握了單片機的基本原理和基本使用方法后，教師便可以通過實驗引導學生進入更高層次的思考境界，使他們的思維能力發生質的飛躍。教學實施階段按學生對知識的掌握程度大致可分為以下三個步驟：

（1）基礎實驗階段——“導”的過程。該階段是為培養創新意識打基礎的過程，其主要任務是夯實基礎，使學生對所學知識實現一個由理論到實踐的飛躍。在此階段中，學生主要根據“單片機技術”課程中所學到的一些基本原理，如中斷系統、定時計數器、鍵盤接口等在實驗平臺上進行驗證實驗，使他們對原理的認識真正能從感性上升到理性。在基礎實驗階段，教師在整個實驗過程中起主導作用，也就是說教師將詳細介紹各個實驗的基本步驟，帶領學生復習所學的基礎理論，并將實驗的各個步驟與所得實驗結果記錄下來，以便學生對照；同時教師要根據實驗的特點、學生的掌握程度及時提出源于實驗卻高于實驗的更高層次的問題，引導學生進行思考。學生在該過程中應在教師的指導下，完成對基礎知識的理解與掌握并積極思考相關問題。

（2）綜合實習階段——“引”的初步。該階段是培養創新意識的中堅過程，其主要任務是使學生進一步鞏固所學知識并加以綜合應用。在此階段中，學生實驗的主要內容由單個原理實驗變為更為系統、全面、有一定應用背景的綜合性實驗，從而實現對知識的掌握由部分到整體。在實驗過程中，教師應不失時機地為學生設置一些常見問題，并要求學生盡快解決，從而使學生的系統設計能力得到進一步鞏固與提高。在提出問題與解決問題的過程中，教師應走下講臺，鼓勵學生靈活采用自學、探索、發現、討論等多種課堂形式，充分發揮學生的學習主動性，盡可能多地讓學生通過自習、類比、聯想、歸納、推演等方法找出故障原因，并鼓勵采用多種方法解決所遇到的問題。另外，為了使學生能對所學知識進行“橫向交流”，教師對于一些較為優秀的學生，應積極加以引導，使他們局部活躍起來，以帶動整個教學班的活躍；同時應從各個方面為學生創造一個良好的情境，使他們在學習過程中始終保持注意力高度集中，思維極其活躍，探求精神十分旺盛的最佳狀態。同基本實驗階段相同，在該過程中，教師仍起到主導作用，學生在教師的指導下進行實驗。所不同的是，在基礎實驗階段，學生必須嚴格按照教師的安排去做，而在這一階段中，教師更多的是對學生進行引導，使學生敢于提出自己的想法，在征得教師同意后與教師一起進行驗證。

（3）研究提高階段——“引”的升華。該階段是培養創新意識的提高過程，其主要任務是在學生完全掌握與理解單片機基礎知識的前提下，在指導教師的幫助下，依據書本上的原理和實驗結果，通過調查、研究和查閱中英文資料等手段，廣泛搜集資料，自己提出設計方案，獨立制作關于本專業且自己感興趣的一些東西，以培養創新思維意識，實現對所學知識的升華。在此階段中，教師的主要任務由以前的“導”變為現在的“引”，也就是說教師要真正融入學生，以兄長的身份來為學生的自我提高進行適當指導與幫助，使他們在制作過程中發現樂趣，鞏固知識。另外，學生在制作過程中還可能有新的發現、新的突破，使學生對所學知識感到“意猶未盡”，對后續課程充滿期待。可見，該階段可以使學生在能力、興趣、意志等方面都得到極大的提高。

3.綜合考核階段

為了使學生考出自己的真實水平，使學生在考核過程中探索、求知的個性得以體現，該教學模式應與普通理論課程考試有所不同。它既要繼承普通理論課程考試較為直觀的優點，又要能夠對創新能力加以考核。因此，根據考核內容的不同，導引式實驗教學模式在“單片機技術”課程中的考核主要分為三個部分：一是基礎理論的考核。對單片機基礎理論的考核采用的是傳統的筆試方法，即由教師根據教學大綱設計考試題，重點考核學生對基礎知識的把握程度，在試卷中可以通過編程題或簡答題等形成考查學生對基礎實驗的把握能力。二是綜合能力的考核。對綜合能力考核采用的方法是口試。口試是指由教師準備一定數量的答辯題目，臨考前由學生提前30分鐘抽取題目并作以準備，然后學生現場對題目作以論述并提出自己的觀點，然后由教師質疑并要求學生回答。口試的目的是檢驗學生對以前所學各種知識綜合運用的情況，其成績由完成答辯的質量決定。三是創新能力的考核。對創新能力的考核即對在課程中學生創新實驗結果的考核，其主要作用是綜合考查學生通過學習其創新能力的提高程度。要求學生將創新成果以實物或論文形式提交，由教師根據其課題的規模、檔次、功能、創新性等情況給予綜合評定。以上三部分占總分的比例分別是40%、30%、30%。

三、導引式實驗教學模式的特點

1.理論結合實踐，培養計算機專業優秀人才

馬克思主義認知論認為，從生動的直觀到抽象的思維，并從抽象的思維到實踐，這就是認知真理和客觀現象的辯證途徑。從整體而言，教學過程也應遵循這一辯證的途徑。“紙上得來終覺淺，決知此事要躬行”，書本上的理論，只有在實踐中才能得到升華。導引式實驗教學模式強調的是以書本理論為基礎，在實驗中鞏固所學知識，鼓勵學生在實踐中檢驗所學到的知識，在實踐中發現存在的問題，在實踐中想辦法解決問題，自我創新，真正做到對知識的徹底掌握，為計算機專業優秀人才的培養打下了堅實的基礎。

2.層層推進，注重從感性到理性的認知過程

人對新事物的認知過程一般都是從感性到理性。由于單片機課程內容較為分散、知識點多，因此該教學模式從學生對單片機課程認識程度的角度出發，分為三個步驟，真正做到從易到難、從難到精、從精到通的由“導”到“引”的認識過程，使學生真正成為學習的主人，充分調動學生的學習積極性。

3.強調培養創造性，注重提高知識自適應性

素質教育是以學生為中心的主體教育，學生必須積極主動、創造性地吸收知識，這樣才能使綜合素質在和諧、均衡的情況下得到全面提高。隨著社會的不斷進步，新技術、新設備的不斷更新，這就要求計算機專業學生必須具備敏銳的觀察力、豐富的想象力、高超的創造力和超強的知識自適應性。從這一層意義上來說，導引式實驗教學更側重于授學生以“漁”而非“魚”，即教師不僅要教會學生所學的知識，更應該教會學生為什么去學，怎么樣去學，以提高學生的知識自適應性。

四、結束語

“教學有法，但無定法，貴在得法”，導引式實驗教學模式是在長期的教學實踐過程中摸索出來的一種適合于大專、本科教學的教學方法。該教學模式是以理論為基礎，以實驗驗證為鞏固，以解決問題為提高，以增強學生綜合素質和培養創新意識為目的的教學理念。該教學模式強調的是在教學過程中培養學生的理論應用與實踐能力，體現的是知識的認知過程，注重培養學生的創新意識，加強教師與學生的學教互動過程。通過學習可以使學生超脫書本，在更高的層次上理解與把握內容的內在聯系，真正提高學生的綜合素質與創新能力。

參考文獻：

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[6]任琦梅，董燕飛.“自動控制原理”實驗教學模式探討[J].中國電力教育，2013，（35）.

（責任編輯：孫晴）