單片機原理課程的計算思維能力培養研究

吳君鵬

摘 要：在傳統的單片機原理的課程中，注重的是單片機原理和匯編指令的介紹，考核過程強調基本知識的掌握，在整個教學過程中并沒有系統的把計算思維融入其教學過程中，因此學生很難將單片機的知識轉化為能力。針對以上的分析，將計算思維能力的培養融入單片機的教學過程，以達到充分優化教學環節和培養學生實踐能力的目的。

關鍵詞：單片機原理課程 計算思維 計算思維能力 課程模式

中圖分類號：G64 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）11（a）-0164-02

單片機原理及應用課程是電類專業以及部分非電類專業的基礎課程，該課程結合了電子技術，計算機程序設計技術等內容，是一門應用性很強的課程。從國內的教學內容上來講，多數高校還是以經典的51單片機為核心，教學內容主要包括了51單片機的硬件結構、匯編指令、匯編程序設計、片內硬件資源的使用如定時器、中斷系統、異步串行通信接口以及接口技術等。

1 計算思維能力

計算思維從本質上而言源自數學思維，因此像其他所有的科學一樣，其形式化解析基礎是建立在數學之上。計算思維和工程思維的具有互補性與融合性。計算思維，本身代表著一種普遍的認識和普適的技能，涵蓋了反映計算機科學廣泛性與深入性的一系列思維活動。計算思維能力是美國的計算機科學專家周以真教授提出的，他指出計算思維是每個人都應當擁有的基本技能，無論是計算機科學家還是使用簡單運算的學生都需要具備此解析的能力。計算思維是一種遞歸性思維，用海量的數據可以基礎概念抽象化和分解化去求解、設計和理解具有復雜化系統的問題。

隨著信息化進程的全面深入與泛在化程度的加深，計算思維已經成為人們認識、理解和解決問題的基本能力之一。計算思維作為一種素質，或一整套解決復雜事物的一般問題的方法與技術所有受教育者都應該具備的此能力。在信息化社會，一個人如果不具備相應的計算思維的能力，將在學習和工作的競爭中處于不利地位。

對于大多數的非計算機專業的電類專業，如電子信息工程，電子信息科學與技術專業的培養過程中也設計了部分計算機專業的專業基礎課程，如C語言程序設計，微機原理與接口技術，數據結構，數值分析等課程，使學生具備了計算思維能力培養所需要的基礎。但是不同于計算機科學與技術專業的培養，在其后續的課程中則偏重于信號和信息的處理等課程，在后續的課程中強調的是將計算機技術應用于本學科問題的解決。因此對于電類專業學生的培養過程中加強計算思維能力的培養是至關重要的。

2 單片機課程中的計算思維能力培養

在傳統的單片機原理的課程中，注重的是單片機原理和匯編指令的介紹，同時在考核過程中也是強調基本知識的掌握，在整個教學過程中并沒有系統的把計算思維融入其教學過程中，因此對于很多學生來講，學完這門課程只是對單片機的知識了解了一遍，沒有激發出學生的學習興趣，并且很難將知識轉化為能力。針對以上的分析，將計算思維能力的培養融入單片機的教學過程可以充分優化教學環節，培養學生的思維創新能力。

2.1 結合項目式教學

單片機課程的知識點和計算思維能力培養可分解為獨立的子課題項目進行，各個子課題之間都具有聯系性并服務于課程整體的知識體系，選擇一個合適的項目題目，圍繞這個具有單獨教學目的的子題目，讓學生圍繞該項目進行程序設計的循序漸進的學習，致力于思維培養的連貫性。比如，選擇基于51單片機的計算器這個題目，單片機這門課程的特點是硬件和軟件相結合，硬件是基礎，軟件是靈魂，在這個題目包含了相關的硬件設計，如矩陣式按鍵，液晶或數碼管顯示接口，軟件上則包括了相應的硬件驅動，計算程序的相關算法，讓學生圍繞這個題目展開思維的培養，可以使學生在學習單片機的過程中做到有的放矢，而不是毫無目的的去記憶些匯編指令或者的C語言指令。

2.2 加強實驗上機，體現計算思維

重視實驗上機教學與學生的實踐能力過程，加強計算思維能力的在實踐中的具體化過程。一般的單片機教學過程中，實驗的比重并不是很大，針對這門實踐性很強的課程有必要提高上機實驗的比重，同時圍繞項目教學的核心，在實驗的過程中也是圍繞項目題目逐步的展開實驗教學，讓實驗的教學保證連續性，規范上機流程，強調過程培養的目的性，比如在上機過程中，在教師講解完之后，學生應當遵循“實驗題目分析-硬件設計-軟件算法設計-編寫代碼-仿真-連接硬件電路-下載調試”的順序，引導學生在實驗過程中逐步培養良好的計算思維能力和編程習慣，幫助學生舉一反三地學習好單片機原理這門課程。

2.3 課程模式的創新

以多維角度進行課程教學模式改革，將計算思維能力培養融入單片機課程，課程建設中體現計算思維能力培養的整體知識架構、具體路徑與實踐表現。

在授課方法方面，在課程教學內容未調整情況下，通過改進教學方法（例如開展小組專題研討、項目式問題引導、小組討論和反思、自我總結與實踐的建構等）引導學生體會單片機課程及知識體系之下所蘊含的計算思維規律、系統化特征及一般方法；在授課內容重組方面，單片機課程教學的知識點相對比較基礎且具有系統性，在學生具備一定專業課的基礎上，進行課程設計，但需以計算思維為主線進行知識體系的重新組織，并在課程內容的結構進行有大幅度的調整與重組。在授課內容和方式的改革方面，將課程教學知識點進行加大和突出，通過與思維訓練有關的知識點的結合，開設實驗課程進行內化知識的外化過程，加強計算思維的通識基礎培養。

3 結語

單片機原理課程是大學生思維能力培養的重要課程之一。在教學改革過程中不僅要求授課教師在教學理念上的轉變，同時在授課及課程體系上要以培養學生計算思維能力為最終目標，對單片機原理課程進行全面的提升與改革。因此，推動計算思維觀念的普及，致力于計算思維的常識化，促進在教育過程中對學生計算思維能力的培養，有利于提高大學生在未來競爭環境中增強競爭力。

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