課堂教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用能力的思考

陳進(jìn)?郭龍?jiān)?/p>

摘要：課堂教學(xué)是本科教學(xué)最重要的部分，在應(yīng)用型本科教育中，怎樣在課堂教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用能力，根據(jù)“數(shù)字電子技術(shù)”和“單片機(jī)原理與接口電路”課程多年的課堂教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，從課堂教學(xué)內(nèi)容取舍、課堂教學(xué)過(guò)程中的講授、習(xí)題的布置與講解等方面對(duì)如何培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用能力進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：本科教育；課堂教學(xué)；應(yīng)用能力

作者簡(jiǎn)介：陳進(jìn)（1955-），男，湖南岳陽(yáng)人，湖南理工學(xué)院信息與通信工程學(xué)院，教授；郭龍?jiān)矗?973-），男，福建龍巖人，湖南理工學(xué)院信息與通信工程學(xué)院，副教授。（湖南 岳陽(yáng) 414006）

基金項(xiàng)目：本文系2013年湖南理工學(xué)院教改基金項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：2013B19）的研究成果。

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2014）09-0085-03

“應(yīng)用為本”是應(yīng)用型大學(xué)的根本特征，[1]應(yīng)用型本科教育如何培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用能力，許多論文針對(duì)中國(guó)高校實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)比較薄弱的情況，在如何加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)方面進(jìn)行了有益的探索和研究。

應(yīng)用型本科院校培養(yǎng)的應(yīng)用人才屬于“理論應(yīng)用型”，其應(yīng)用能力應(yīng)該體現(xiàn)為具有運(yùn)用科學(xué)理論知識(shí)和方法來(lái)綜合分析、解決問(wèn)題的綜合能力以及將解決方案付諸實(shí)施的實(shí)踐能力。[2]因此，應(yīng)當(dāng)在教學(xué)各個(gè)環(huán)節(jié)——不僅僅在實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)——全面地培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用能力。

課堂教學(xué)是本科教學(xué)最重要的部分，是人才培養(yǎng)的主陣地。[3]如何在課堂教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用能力，筆者根據(jù)多年“數(shù)字電路”和“單片機(jī)原理與接口電路”課程的課堂教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，從課堂教學(xué)內(nèi)容取舍、課堂教學(xué)過(guò)程中的講授、習(xí)題的布置與講解等方面對(duì)如何培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用能力談一些自己的體會(huì)。

一、從培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用能力出發(fā)對(duì)課堂教學(xué)內(nèi)容合理取舍

教學(xué)內(nèi)容是課堂教學(xué)的生命，從培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用能力出發(fā)，應(yīng)該合理地對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行取舍。

1.教學(xué)內(nèi)容要緊跟應(yīng)用發(fā)展

知識(shí)的創(chuàng)新和應(yīng)用日新月異，而教材內(nèi)容更改往往滯后。面對(duì)這種情況，教學(xué)內(nèi)容要緊跟應(yīng)用發(fā)展，盡可能與當(dāng)前工程實(shí)際接軌，使學(xué)生走向社會(huì)后能夠盡快上手應(yīng)用。

“單片機(jī)原理與接口技術(shù)”課程，大多數(shù)教材采用匯編語(yǔ)言編程。但是，目前單片機(jī)實(shí)際應(yīng)用中，設(shè)計(jì)與開發(fā)多使用C51語(yǔ)言編程。根據(jù)這個(gè)情況，筆者采用匯編語(yǔ)言編程的教材，補(bǔ)充講C51語(yǔ)言編程，并且在應(yīng)用編程例題上交替采用兩種編程語(yǔ)言。

隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)串行擴(kuò)展接口已經(jīng)普遍應(yīng)用，在《單片機(jī)原理及接口技術(shù)》教材[4]中，雖然介紹了單片機(jī)串行擴(kuò)展技術(shù)，并指出“單片機(jī)串行擴(kuò)展技術(shù)與并行擴(kuò)展技術(shù)相比具有顯著的優(yōu)點(diǎn)”，但在其他各種接口的章節(jié)，仍然是講授并行擴(kuò)展接口，為此筆者增加了串行接口芯片的內(nèi)容。例如在A/D接口技術(shù)中，除了講一個(gè)典型并行接口芯片0809與AT89C51接口電路外，增加了串行接口芯片AD7896與AT89C51接口電路的內(nèi)容。

2.教學(xué)內(nèi)容要從應(yīng)用角度出發(fā)突出重點(diǎn)

課堂教學(xué)要從應(yīng)用角度出發(fā)，突出重點(diǎn)，精簡(jiǎn)內(nèi)容，盡量避免或減少繁雜的理論推導(dǎo)。需要說(shuō)明的是，應(yīng)用型本科人才的“應(yīng)用性”不只是繼承性應(yīng)用，而且是創(chuàng)造性應(yīng)用。[5]因此，精簡(jiǎn)內(nèi)容并不是基礎(chǔ)知識(shí)不講，而是有些基礎(chǔ)知識(shí)還需要重點(diǎn)講授。

邏輯門電路是《數(shù)字電子技術(shù)》中作為基礎(chǔ)的一章，[6]其內(nèi)容包括了CMOS、TTL等各系列電路的內(nèi)部組成與工作原理、傳輸特性、電參數(shù)定義、邏輯功能與邏輯符號(hào)。由于這一章節(jié)內(nèi)容多，特別是集成邏輯門電路的內(nèi)部電路比較繁瑣。若教學(xué)內(nèi)容面面俱到，只能走馬觀花式講解，學(xué)生分不清主次，也無(wú)法弄懂。若對(duì)于內(nèi)部電路不講解，也同樣會(huì)使得學(xué)生知識(shí)欠缺，造成應(yīng)用能力減弱，這是有過(guò)教訓(xùn)的。[7]非微電子專業(yè)應(yīng)用中只用到與邏輯門的輸入、輸出接口，所以學(xué)生關(guān)鍵是掌握邏輯門內(nèi)部電路中的輸入、輸出電路結(jié)構(gòu)和工作原理以及與應(yīng)用相關(guān)知識(shí)，這是課堂教學(xué)的重點(diǎn)。例如，CMOS邏輯門電路，只需要詳細(xì)講解CMO反相器內(nèi)部電路，其他CMOS門的內(nèi)部電路可不講。因?yàn)楦鞣NCMOS門電路在輸入、輸出端都加了反相器作為緩沖電路。CMOS反相器內(nèi)部電路十分簡(jiǎn)單，學(xué)生容易懂。

“數(shù)字電子技術(shù)”課程中，介紹了多種集成電路芯片。從應(yīng)用角度出發(fā)教學(xué)，重點(diǎn)應(yīng)放在器件引腳、邏輯功能及典型應(yīng)用講解，而對(duì)其內(nèi)部電路，不要過(guò)于糾結(jié)。例如譯碼器74138，在本課程的存儲(chǔ)器擴(kuò)展和后續(xù)課程中都會(huì)出現(xiàn)地址譯碼，因此必須引入地址譯碼的概念，并重點(diǎn)講解地址譯碼的意義和作用。筆者在課堂教學(xué)中，通過(guò)圖1所示地址譯碼電路課件，重點(diǎn)講解地址譯碼的意義和作用。

3.教學(xué)內(nèi)容要適當(dāng)增加工具軟件的內(nèi)容

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，各種工具軟件應(yīng)運(yùn)而生。課堂教學(xué)在突出重點(diǎn)精簡(jiǎn)內(nèi)容后，留有時(shí)間講授工具軟件。這一部分內(nèi)容以教師引導(dǎo)，學(xué)生自學(xué)為主。“數(shù)字電子技術(shù)”課程引入電子線路仿真軟件Multisim 10，“單片機(jī)原理與接口技術(shù)”課程引入單片機(jī)集成開發(fā)環(huán)境Keil ?Vision4。引導(dǎo)學(xué)生對(duì)分析和設(shè)計(jì)的電路和自己編寫的程序進(jìn)行仿真，有利于培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用能力。課堂教學(xué)中，講解例題和習(xí)題時(shí)進(jìn)行仿真，有利于學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容的理解。

二、在課堂教學(xué)過(guò)程中注意培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用能力

認(rèn)真做好教學(xué)課件，讓學(xué)生有感性認(rèn)識(shí)。要通過(guò)多媒體課件，使學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)的知識(shí)有一定的直觀感覺，這種感性認(rèn)識(shí)是有利于培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用能力的。

“數(shù)字電子技術(shù)”課程中顯示譯碼器這一章節(jié)，筆者在多媒體課件中使用與實(shí)際數(shù)碼管類似的圖標(biāo)，來(lái)說(shuō)明共陰極數(shù)碼管的段碼是如何得到的，以及顯示譯碼器的功能。當(dāng)介紹了共陰極數(shù)碼管引腳為高電平時(shí)對(duì)應(yīng)LED發(fā)光后，用圖2所示課件分別給出顯示“0”，“1”，“2”的abcdefg的值和段碼，對(duì)應(yīng)LED發(fā)光和數(shù)碼管顯示對(duì)應(yīng)數(shù)字。多媒體課件不是靜止的，而是動(dòng)態(tài)的，課件中首先是數(shù)碼管顯示“0”，然后要學(xué)生考慮哪些LED發(fā)光，再使“a，b，c，d，e，f”LED發(fā)光，最后出現(xiàn)“0”的段碼“11111100”；“0”，“1”，“2”按照這個(gè)過(guò)程出現(xiàn)一次，段碼是如何得到的就很清楚了。圖2顯示的是數(shù)字“2”的段碼“11011010”的來(lái)由。

然后很容易引入七段顯示譯碼器的功能：輸入的十進(jìn)制數(shù)代碼進(jìn)行譯碼，輸出段碼abcdefg，點(diǎn)亮LED顯示器的各段，顯示對(duì)應(yīng)的數(shù)碼。圖3是說(shuō)明74HC4511的譯碼功能的課件界面。

1.注重從總體思路入手，培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用能力

課堂教學(xué)中比較復(fù)雜的問(wèn)題，教師應(yīng)該從總體思路合理引導(dǎo)，使學(xué)生先明白總體思想，就比較容易理解具體的步驟，這樣也能夠培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題和設(shè)計(jì)電路時(shí)從總體思路入手的習(xí)慣。

例如，“數(shù)字電子技術(shù)”講解8位D/A采用雙極性輸出方式所設(shè)計(jì)的電路的原理，必須先講清楚設(shè)計(jì)總體思路：利用已有的單極性輸出D/A電路，設(shè)計(jì)雙極性輸出電路，措施是：數(shù)字提升，模擬下降。第一，數(shù)字提升，將輸入的帶符號(hào)的二進(jìn)制補(bǔ)碼+128，變成單極性數(shù)字量；第二，采用單極性轉(zhuǎn)換電路得到單極性輸出模擬量；第三，模擬下降，將輸出模擬量-5V，變成雙極性輸出模擬量。這個(gè)總體思路清楚了，實(shí)現(xiàn)數(shù)字提升、模擬下降的具體方法就好理解了。

“單片機(jī)原理與接口技術(shù)”課程中，串行通信編程，也必須先講清楚程序設(shè)計(jì)總體思路。以較簡(jiǎn)單的雙機(jī)通信方式1發(fā)送編程為例。首先要強(qiáng)調(diào)發(fā)送時(shí)只要將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)送到發(fā)送緩沖器，則串行口自動(dòng)地按照指定的數(shù)據(jù)格式、波特率從TXD引腳發(fā)送。發(fā)送完后，TI=1，產(chǎn)生串行口中斷。

編程需要解決什么問(wèn)題？主程序：編程指定發(fā)送數(shù)據(jù)格式和波特率，中斷設(shè)置；需要發(fā)送到數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好，發(fā)送數(shù)據(jù)指針指向發(fā)送第一個(gè)數(shù)據(jù)；將發(fā)送的第一個(gè)數(shù)據(jù)，送入發(fā)送緩沖區(qū)；中斷服務(wù)子程序：判斷需要發(fā)送的全部數(shù)據(jù)是否發(fā)送完，完了退出，如未完，發(fā)送數(shù)據(jù)指針下移，將下一個(gè)發(fā)送數(shù)據(jù)送入發(fā)送緩沖區(qū)。編程的總體思路清晰了，再講解相關(guān)程序就容易理解了。

2.盡量貼近實(shí)際，讓學(xué)生盡早接觸應(yīng)用

課堂教學(xué)中，相關(guān)示例要盡量貼近實(shí)際應(yīng)用，讓學(xué)生盡早接觸應(yīng)用，同時(shí)也讓學(xué)生容易理解。

《數(shù)字電子技術(shù)》第9章中，教材采用的一個(gè)泛指的工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制對(duì)象，說(shuō)明為什么需要D/A和A/D。為了貼近實(shí)際應(yīng)用，筆者采用一個(gè)染色鍋溫度控制實(shí)例來(lái)說(shuō)明，如圖5所示。

“單片機(jī)原理與接口技術(shù)”課程中，C51編程一章的例題都是與硬件電路無(wú)關(guān)的軟件編程，而單片機(jī)實(shí)際應(yīng)用主要是根據(jù)硬件電路設(shè)計(jì)程序。因此，筆者講解一個(gè)軟件與硬件結(jié)合的例題，電路如圖6所示，并且在?Vision_4下進(jìn)行仿真調(diào)試，使學(xué)生盡早進(jìn)入單片機(jī)應(yīng)用的境界，同時(shí)在作業(yè)中也安排了一個(gè)類似習(xí)題。

三、通過(guò)做習(xí)題培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用能力

學(xué)生做習(xí)題，其實(shí)也是一種應(yīng)用，雖說(shuō)只是“紙上談兵”，但如果習(xí)題都做不好的話，就更談不上實(shí)際應(yīng)用。因此，布置習(xí)題和指導(dǎo)學(xué)生做習(xí)題也是課堂教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用能力的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。要有選擇性地布置習(xí)題。布置的習(xí)題要少而精，不要太難，但不能都是基礎(chǔ)題。筆者在“單片機(jī)原理與接口技術(shù)”課程中，除了前3章外，每一章布置一個(gè)接近應(yīng)用的綜合習(xí)題。例如第5章中斷，補(bǔ)充了一個(gè)習(xí)題如圖7所示。這個(gè)習(xí)題是一個(gè)軟件與硬件結(jié)合的比較完整的中斷編程，通過(guò)這個(gè)習(xí)題，對(duì)單片機(jī)中斷編程有一個(gè)總體的概念。

要引導(dǎo)學(xué)生對(duì)習(xí)題進(jìn)行仿真調(diào)試，特別是要求有一定能力的學(xué)生這樣做。在調(diào)試過(guò)程中，出現(xiàn)問(wèn)題盡量自己分析原因并且解決問(wèn)題，這是對(duì)于實(shí)際應(yīng)用能力培養(yǎng)是非常重要的。當(dāng)學(xué)生自己獨(dú)立或者在老師指導(dǎo)下解決了問(wèn)題，甚至學(xué)生經(jīng)過(guò)多次調(diào)試仍然不能分析出原因，最終由教師分析出原因。只要有這個(gè)過(guò)程，就培養(yǎng)了學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

“單片機(jī)原理與接口技術(shù)”課程中定時(shí)器/計(jì)數(shù)器一章中，習(xí)題要求P1.0輸出周期為400?s占空比為10%的矩形脈沖。某學(xué)生采用C51編程，進(jìn)行調(diào)試時(shí)發(fā)現(xiàn)輸出波形如圖所示與要求不符。反復(fù)檢查所編程序，沒有找到任何問(wèn)題。為什么實(shí)際輸出結(jié)果不對(duì)？在教師的指導(dǎo)下，分析其原因是C程序編譯后，中斷服務(wù)程序增加了保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)和恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)，造成中斷程序執(zhí)行時(shí)間大于40us，使得輸出波形不對(duì)。

要在課堂上認(rèn)真講解習(xí)題。對(duì)于錯(cuò)誤帶普遍性的和重點(diǎn)的習(xí)題要詳細(xì)講解，要分析學(xué)生為什么會(huì)錯(cuò)，癥結(jié)在哪？講解習(xí)題與講解例題的效果是不一樣的，因?yàn)閷W(xué)生做過(guò)這個(gè)習(xí)題，不會(huì)做或者做錯(cuò)了，是經(jīng)過(guò)思考的，再聽教師講解，就知道錯(cuò)在哪里，為什么會(huì)錯(cuò)，印象深刻。一般說(shuō)來(lái)，講解過(guò)的習(xí)題絕大多數(shù)學(xué)生都會(huì)做了。

在講解習(xí)題的過(guò)程中，要有意識(shí)地培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用能力，如仿真調(diào)試波形不符的一例，在習(xí)題課中引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行仿真，分析C51中斷程序編譯后的匯編語(yǔ)言程序執(zhí)行時(shí)間大于40us，培養(yǎng)學(xué)生自主調(diào)試能力，并針對(duì)部分學(xué)生認(rèn)為匯編語(yǔ)言無(wú)用的思想，指出即便采用C語(yǔ)言編程，在分析所出現(xiàn)的問(wèn)題時(shí)，仍然需要用到匯編語(yǔ)言。

四、結(jié)束語(yǔ)

要在課堂很好地培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用能力，首先教師本身就應(yīng)該具有較好的實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，否則就是一句空話。目前高校中一部分教師是從學(xué)校到學(xué)校，自身缺乏實(shí)際應(yīng)用能力。因此，對(duì)于應(yīng)用型的本科院校，在強(qiáng)調(diào)教師高學(xué)歷的同時(shí)，應(yīng)該注重教師的實(shí)際應(yīng)用能力。對(duì)于在校的年輕教師，應(yīng)該采用各種方式，進(jìn)行一定的應(yīng)用能力培養(yǎng)。

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注：郭龍?jiān)礊楸疚耐ㄓ嵶髡摺?/p>

（責(zé)任編輯：王意琴）