單片機(jī)原理課程的計(jì)算思維能力培養(yǎng)研究

吳君鵬

摘 要：在傳統(tǒng)的單片機(jī)原理的課程中，注重的是單片機(jī)原理和匯編指令的介紹，考核過程強(qiáng)調(diào)基本知識的掌握，在整個(gè)教學(xué)過程中并沒有系統(tǒng)的把計(jì)算思維融入其教學(xué)過程中，因此學(xué)生很難將單片機(jī)的知識轉(zhuǎn)化為能力。針對以上的分析，將計(jì)算思維能力的培養(yǎng)融入單片機(jī)的教學(xué)過程，以達(dá)到充分優(yōu)化教學(xué)環(huán)節(jié)和培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力的目的。

關(guān)鍵詞：單片機(jī)原理課程 計(jì)算思維 計(jì)算思維能力 課程模式

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

單片機(jī)原理及應(yīng)用課程是電類專業(yè)以及部分非電類專業(yè)的基礎(chǔ)課程，該課程結(jié)合了電子技術(shù)，計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)技術(shù)等內(nèi)容，是一門應(yīng)用性很強(qiáng)的課程。從國內(nèi)的教學(xué)內(nèi)容上來講，多數(shù)高校還是以經(jīng)典的51單片機(jī)為核心，教學(xué)內(nèi)容主要包括了51單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)、匯編指令、匯編程序設(shè)計(jì)、片內(nèi)硬件資源的使用如定時(shí)器、中斷系統(tǒng)、異步串行通信接口以及接口技術(shù)等。

1 計(jì)算思維能力

計(jì)算思維從本質(zhì)上而言源自數(shù)學(xué)思維，因此像其他所有的科學(xué)一樣，其形式化解析基礎(chǔ)是建立在數(shù)學(xué)之上。計(jì)算思維和工程思維的具有互補(bǔ)性與融合性。計(jì)算思維，本身代表著一種普遍的認(rèn)識和普適的技能，涵蓋了反映計(jì)算機(jī)科學(xué)廣泛性與深入性的一系列思維活動(dòng)。計(jì)算思維能力是美國的計(jì)算機(jī)科學(xué)專家周以真教授提出的，他指出計(jì)算思維是每個(gè)人都應(yīng)當(dāng)擁有的基本技能，無論是計(jì)算機(jī)科學(xué)家還是使用簡單運(yùn)算的學(xué)生都需要具備此解析的能力。計(jì)算思維是一種遞歸性思維，用海量的數(shù)據(jù)可以基礎(chǔ)概念抽象化和分解化去求解、設(shè)計(jì)和理解具有復(fù)雜化系統(tǒng)的問題。

隨著信息化進(jìn)程的全面深入與泛在化程度的加深，計(jì)算思維已經(jīng)成為人們認(rèn)識、理解和解決問題的基本能力之一。計(jì)算思維作為一種素質(zhì)，或一整套解決復(fù)雜事物的一般問題的方法與技術(shù)所有受教育者都應(yīng)該具備的此能力。在信息化社會(huì)，一個(gè)人如果不具備相應(yīng)的計(jì)算思維的能力，將在學(xué)習(xí)和工作的競爭中處于不利地位。

對于大多數(shù)的非計(jì)算機(jī)專業(yè)的電類專業(yè)，如電子信息工程，電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的培養(yǎng)過程中也設(shè)計(jì)了部分計(jì)算機(jī)專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，如C語言程序設(shè)計(jì)，微機(jī)原理與接口技術(shù)，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，數(shù)值分析等課程，使學(xué)生具備了計(jì)算思維能力培養(yǎng)所需要的基礎(chǔ)。但是不同于計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的培養(yǎng)，在其后續(xù)的課程中則偏重于信號和信息的處理等課程，在后續(xù)的課程中強(qiáng)調(diào)的是將計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用于本學(xué)科問題的解決。因此對于電類專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)過程中加強(qiáng)計(jì)算思維能力的培養(yǎng)是至關(guān)重要的。

2 單片機(jī)課程中的計(jì)算思維能力培養(yǎng)

在傳統(tǒng)的單片機(jī)原理的課程中，注重的是單片機(jī)原理和匯編指令的介紹，同時(shí)在考核過程中也是強(qiáng)調(diào)基本知識的掌握，在整個(gè)教學(xué)過程中并沒有系統(tǒng)的把計(jì)算思維融入其教學(xué)過程中，因此對于很多學(xué)生來講，學(xué)完這門課程只是對單片機(jī)的知識了解了一遍，沒有激發(fā)出學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并且很難將知識轉(zhuǎn)化為能力。針對以上的分析，將計(jì)算思維能力的培養(yǎng)融入單片機(jī)的教學(xué)過程可以充分優(yōu)化教學(xué)環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生的思維創(chuàng)新能力。

2.1 結(jié)合項(xiàng)目式教學(xué)

單片機(jī)課程的知識點(diǎn)和計(jì)算思維能力培養(yǎng)可分解為獨(dú)立的子課題項(xiàng)目進(jìn)行，各個(gè)子課題之間都具有聯(lián)系性并服務(wù)于課程整體的知識體系，選擇一個(gè)合適的項(xiàng)目題目，圍繞這個(gè)具有單獨(dú)教學(xué)目的的子題目，讓學(xué)生圍繞該項(xiàng)目進(jìn)行程序設(shè)計(jì)的循序漸進(jìn)的學(xué)習(xí)，致力于思維培養(yǎng)的連貫性。比如，選擇基于51單片機(jī)的計(jì)算器這個(gè)題目，單片機(jī)這門課程的特點(diǎn)是硬件和軟件相結(jié)合，硬件是基礎(chǔ)，軟件是靈魂，在這個(gè)題目包含了相關(guān)的硬件設(shè)計(jì)，如矩陣式按鍵，液晶或數(shù)碼管顯示接口，軟件上則包括了相應(yīng)的硬件驅(qū)動(dòng)，計(jì)算程序的相關(guān)算法，讓學(xué)生圍繞這個(gè)題目展開思維的培養(yǎng)，可以使學(xué)生在學(xué)習(xí)單片機(jī)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(qiáng)實(shí)驗(yàn)上機(jī)，體現(xiàn)計(jì)算思維

重視實(shí)驗(yàn)上機(jī)教學(xué)與學(xué)生的實(shí)踐能力過程，加強(qiáng)計(jì)算思維能力的在實(shí)踐中的具體化過程。一般的單片機(jī)教學(xué)過程中，實(shí)驗(yàn)的比重并不是很大，針對這門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程有必要提高上機(jī)實(shí)驗(yàn)的比重，同時(shí)圍繞項(xiàng)目教學(xué)的核心，在實(shí)驗(yàn)的過程中也是圍繞項(xiàng)目題目逐步的展開實(shí)驗(yàn)教學(xué)，讓實(shí)驗(yàn)的教學(xué)保證連續(xù)性，規(guī)范上機(jī)流程，強(qiáng)調(diào)過程培養(yǎng)的目的性，比如在上機(jī)過程中，在教師講解完之后，學(xué)生應(yīng)當(dāng)遵循“實(shí)驗(yàn)題目分析-硬件設(shè)計(jì)-軟件算法設(shè)計(jì)-編寫代碼-仿真-連接硬件電路-下載調(diào)試”的順序，引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中逐步培養(yǎng)良好的計(jì)算思維能力和編程習(xí)慣，幫助學(xué)生舉一反三地學(xué)習(xí)好單片機(jī)原理這門課程。

2.3 課程模式的創(chuàng)新

以多維角度進(jìn)行課程教學(xué)模式改革，將計(jì)算思維能力培養(yǎng)融入單片機(jī)課程，課程建設(shè)中體現(xiàn)計(jì)算思維能力培養(yǎng)的整體知識架構(gòu)、具體路徑與實(shí)踐表現(xiàn)。

在授課方法方面，在課程教學(xué)內(nèi)容未調(diào)整情況下，通過改進(jìn)教學(xué)方法（例如開展小組專題研討、項(xiàng)目式問題引導(dǎo)、小組討論和反思、自我總結(jié)與實(shí)踐的建構(gòu)等）引導(dǎo)學(xué)生體會(huì)單片機(jī)課程及知識體系之下所蘊(yùn)含的計(jì)算思維規(guī)律、系統(tǒng)化特征及一般方法；在授課內(nèi)容重組方面，單片機(jī)課程教學(xué)的知識點(diǎn)相對比較基礎(chǔ)且具有系統(tǒng)性，在學(xué)生具備一定專業(yè)課的基礎(chǔ)上，進(jìn)行課程設(shè)計(jì)，但需以計(jì)算思維為主線進(jìn)行知識體系的重新組織，并在課程內(nèi)容的結(jié)構(gòu)進(jìn)行有大幅度的調(diào)整與重組。在授課內(nèi)容和方式的改革方面，將課程教學(xué)知識點(diǎn)進(jìn)行加大和突出，通過與思維訓(xùn)練有關(guān)的知識點(diǎn)的結(jié)合，開設(shè)實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行內(nèi)化知識的外化過程，加強(qiáng)計(jì)算思維的通識基礎(chǔ)培養(yǎng)。

3 結(jié)語

單片機(jī)原理課程是大學(xué)生思維能力培養(yǎng)的重要課程之一。在教學(xué)改革過程中不僅要求授課教師在教學(xué)理念上的轉(zhuǎn)變，同時(shí)在授課及課程體系上要以培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維能力為最終目標(biāo)，對單片機(jī)原理課程進(jìn)行全面的提升與改革。因此，推動(dòng)計(jì)算思維觀念的普及，致力于計(jì)算思維的常識化，促進(jìn)在教育過程中對學(xué)生計(jì)算思維能力的培養(yǎng)，有利于提高大學(xué)生在未來競爭環(huán)境中增強(qiáng)競爭力。

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