單片機(jī)的創(chuàng)新融合教學(xué)方法研究

趙佰亭 賈曉芬

摘?要：在當(dāng)前新工科建設(shè)背景下，高校單片機(jī)課程教學(xué)呈現(xiàn)出創(chuàng)新教育不足的問題。為此提出一種基于教學(xué)案例的任務(wù)驅(qū)動教學(xué)模式，圍繞教學(xué)內(nèi)容凝練教學(xué)案例并分解成多個教學(xué)任務(wù)，以案例任務(wù)為主線，由學(xué)生獨(dú)立完成設(shè)計、編程和報告，掌握教學(xué)知識難點(diǎn)和重點(diǎn)。并具體論述了教學(xué)任務(wù)的凝練、設(shè)計和實(shí)施，設(shè)計了教學(xué)效果綜合評測方法，并討論了任務(wù)驅(qū)動式教學(xué)的設(shè)施保障。長時實(shí)施效果顯示，任務(wù)驅(qū)動式教學(xué)模式能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，圍繞完成任務(wù)去發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題，教學(xué)效果良好。

關(guān)鍵詞：單片機(jī)教學(xué);創(chuàng)新融合;任務(wù)式驅(qū)動;案例教學(xué)

1 緒論

單片機(jī)及接口技術(shù)是高等工科院校自動化和電氣工程等專業(yè)的核心課程，是新工科建設(shè)的重要實(shí)踐課程，以學(xué)生單片機(jī)硬件設(shè)計和軟件編程的應(yīng)用能力為培養(yǎng)目標(biāo)。課程建設(shè)的指導(dǎo)思想就是立足實(shí)踐，強(qiáng)化應(yīng)用。單片機(jī)課程的教學(xué)包含理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)兩個部分。其中，實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)包括課內(nèi)實(shí)驗(yàn)、單片機(jī)課程設(shè)計、生產(chǎn)實(shí)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計四大環(huán)節(jié)，是一個循序遞進(jìn)的培養(yǎng)過程。在單片機(jī)的課程教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中融合創(chuàng)新教學(xué)思維，不僅能夠增強(qiáng)學(xué)生動手能力，提高教學(xué)質(zhì)量，還能培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力。

單片機(jī)及接口技術(shù)課程是模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、電路等課程的融合和應(yīng)用，是理論知識和實(shí)踐技能的融會貫通。單片機(jī)課程知識的掌握，不僅僅是掌握課本上的理論知識，還需要具備相當(dāng)?shù)挠布O(shè)計知識、編程能力、開發(fā)平臺知識等，要用創(chuàng)造性的思維去解決實(shí)際具體問題。所以單片機(jī)課程的教學(xué)，不僅需要完善的理論教學(xué)體系，還需要豐富的課外實(shí)踐課程，才能綜合培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是新工科建設(shè)的新要求，是提高大學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的前提和保障。自學(xué)習(xí)能力提高比單純的學(xué)習(xí)理論教學(xué)具有更好的社會適應(yīng)性。為了能讓學(xué)生早日更容易的融入社會，大學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)是非常重要的。在強(qiáng)調(diào)學(xué)好理論課程的基礎(chǔ)上，應(yīng)用所學(xué)理論知識與實(shí)踐應(yīng)用相結(jié)合，在任務(wù)驅(qū)動式教學(xué)中，探索創(chuàng)新的設(shè)計理念和方法，提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)意愿，完成新工科建設(shè)的培養(yǎng)目標(biāo)。

2 創(chuàng)新方法融入單片機(jī)教學(xué)

2.1 培養(yǎng)創(chuàng)新意識

單片機(jī)課程的教學(xué)旨在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識。傳統(tǒng)教學(xué)模式中，以教師的教為中心，部分教師上課“片片翻，片片替”，無法吸引學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。建立以學(xué)生為中心的教學(xué)模式，鼓勵學(xué)習(xí)積極參與實(shí)踐，參與課外競賽和創(chuàng)客實(shí)驗(yàn)室，積極主動的去探索新知識。在理論實(shí)踐相結(jié)合的學(xué)習(xí)過程中，通過實(shí)踐加深理論的理解和掌握，激發(fā)學(xué)習(xí)熱情。

2.2 打破思維定勢

沒有解決不了的問題，只有想不到的方法。在解決單片機(jī)具體問題時，很多看似很困難的問題，實(shí)際上是解決方法不對。如果能打破思維定勢，換個角度思考問題，可能就很快找到解決方法。這個過程需要教師進(jìn)行合適的引導(dǎo)，打破慣有思維定勢。

2.3 培養(yǎng)發(fā)散思維

發(fā)散思維是大腦在思考問題時呈現(xiàn)出擴(kuò)散狀態(tài)，從多個角度思考問題，幫助我們更好地找到解決問題的方法。所以教師應(yīng)善于引導(dǎo)學(xué)生勤于思考敢于猜測，從四面八方考慮問題，從不同角度考慮問題，鍛煉對知識的敏銳性。

2.4 培養(yǎng)逆向思維

當(dāng)出現(xiàn)問題解決不了時，不妨倒過來想，這就是逆向思維。逆向思維也是一種重要的創(chuàng)新思維方法，對學(xué)生解決問題有顯著的創(chuàng)新作用。從結(jié)果出發(fā)，靈活運(yùn)用排除法、歸納法和演繹法，不僅僅是重復(fù)別人道路，要實(shí)現(xiàn)新的突破。

3 融入方法研究

3.1 理論教學(xué)啟發(fā)創(chuàng)新

理論教學(xué)是枯燥無味的，很容易讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，產(chǎn)生疲憊感和懈怠，只有在任務(wù)驅(qū)動的促進(jìn)之下，才能激發(fā)新的強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)激情。在理論教學(xué)中，引入單片機(jī)教學(xué)案例，以生動活潑的案例問題，引導(dǎo)學(xué)生思考，使學(xué)生成為參與者和問題的解決者，增加學(xué)生的代入感，主動去探究新知識。

3.2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)開拓創(chuàng)新

課程實(shí)驗(yàn)是課堂理論教學(xué)延續(xù)，是課堂理論知識掌握情況的檢驗(yàn)，是學(xué)生動手能力的提升，是解決問題方法的驗(yàn)證。開設(shè)綜合應(yīng)用實(shí)驗(yàn)和設(shè)計實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生自主制訂實(shí)驗(yàn)方案，充分挖掘?qū)W生潛能，不僅有助于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維，還可以使學(xué)生由被動應(yīng)付實(shí)踐轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃友芯繉?shí)踐。

3.3 課程設(shè)計應(yīng)用創(chuàng)新

課程設(shè)計中既要注重培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考的能力，又要注重培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作的能力。讓同學(xué)們設(shè)計一個基于單片機(jī)的綜合系統(tǒng)，要以學(xué)生為主體，例如，制定設(shè)計方案、查找設(shè)計資料、確定設(shè)計參數(shù)等步驟都是由學(xué)生自己經(jīng)過思考和討論提出的，教師只是在組織討論、答疑、設(shè)計思路和調(diào)試方面給予指導(dǎo)。

3.4 課外科技實(shí)踐激勵創(chuàng)新

單片機(jī)課程相關(guān)的國家A類賽事包括“全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽”“飛思卡爾杯全國大學(xué)生智能汽車競賽”“互聯(lián)網(wǎng)+”等。參加上述競賽活動，是大學(xué)生在實(shí)踐中檢驗(yàn)自己單片機(jī)等課程學(xué)習(xí)成果的重要環(huán)節(jié)。在競賽過程中，學(xué)生不但能夠根據(jù)自己所學(xué)的知識，針對具體的任務(wù)進(jìn)行設(shè)計，同時又能夠根據(jù)設(shè)計結(jié)果，鞏固理論基礎(chǔ)，課外學(xué)術(shù)競賽會極大的激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)和動手的熱情。

4 任務(wù)驅(qū)動教學(xué)模式

以知識教學(xué)為中心的傳統(tǒng)教學(xué)模式，是以老師為主體，而不是學(xué)生，重在教而不在學(xué)，忽視了學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性，影響了學(xué)生創(chuàng)新意識的培養(yǎng)，已經(jīng)不適應(yīng)新型高級人才的培養(yǎng)需求。因此在單片機(jī)教學(xué)中，設(shè)計了任務(wù)驅(qū)動式教學(xué)模式，變教師硬教為學(xué)生主動學(xué)、有目的地學(xué)。在學(xué)習(xí)過程，學(xué)生是主體，通過教師和同學(xué)的幫助和協(xié)作，使用必要的材料、工具和儀器，獲得使用單片機(jī)所應(yīng)具備的各類知識。

4.1 任務(wù)設(shè)計

任務(wù)的設(shè)計要與單片機(jī)課程的具體內(nèi)容相結(jié)合，考慮課程章節(jié)內(nèi)容的難度、知識點(diǎn)的分布及知識點(diǎn)的相關(guān)性，既要滿足教學(xué)的規(guī)律性，又要留給學(xué)生發(fā)揮拓展空間。首先針對單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)及原理、匯編語言與程序設(shè)計、單片機(jī)的C語言、中斷系統(tǒng)、定時計數(shù)器、串行口及應(yīng)用和接口技術(shù)，將課程章節(jié)內(nèi)容分解成一個個具體的小知識點(diǎn)，打破原有教學(xué)內(nèi)容的組織結(jié)構(gòu)，選取典型教學(xué)案例，設(shè)計教學(xué)任務(wù)。保證學(xué)生循序漸進(jìn)的學(xué)習(xí)，像玩游戲打通關(guān)一樣，完成第一個任務(wù)可以掌握單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)原理，完成第二個任務(wù)，能夠編寫自己的程序代碼，完成第三個任務(wù)，能夠解決一個具體實(shí)際小問題，使學(xué)習(xí)成為一個水到渠成的過程。

4.2 任務(wù)實(shí)施

任務(wù)實(shí)施包括四個階段：任務(wù)提出;軟硬件分析;引導(dǎo)完成;總結(jié)討論。首先教師提出問題時，要明確需要解決的具體問題，所需要的軟硬件知識，并給出學(xué)習(xí)要點(diǎn)。進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行硬件設(shè)計和軟件設(shè)計分析，設(shè)計硬件原理圖和印刷電路板圖，然后討論軟件功能流程，并編寫調(diào)試程序。針對案例中出現(xiàn)的難點(diǎn)問題，可以通過多媒體教學(xué)進(jìn)行演示和指導(dǎo)，幫助學(xué)生解決。

案例任務(wù)的完成可以幫助學(xué)生掌握一個新的知識模塊，因此學(xué)習(xí)目的性非常強(qiáng)。完成一系列任務(wù)后，最后設(shè)計一個綜合性任務(wù)，從硬件元器件的選型到電路的設(shè)計再到軟件編寫調(diào)試等，使學(xué)生全面掌握單片機(jī)的開發(fā)流程，最后完成任務(wù)的總結(jié)報告。總結(jié)報告包括任務(wù)目的、實(shí)施過程、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的記錄、總結(jié)和解釋，同時強(qiáng)調(diào)團(tuán)隊(duì)合作，增強(qiáng)與人協(xié)作能力。從課堂學(xué)習(xí)、互動提問、主動思考等方面來看，任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法取得了良好的效果，學(xué)生對這門課程的興趣也比過去有所提高。

4.3 教學(xué)測評

在單片機(jī)的課程中，單純的死記硬背并不意味著掌握所需知識，因?yàn)閱纹瑱C(jī)的學(xué)習(xí)重在應(yīng)用。由于通常采用閉卷考試的方式，學(xué)生想要獲得較高的學(xué)分，就會把大量精力放在死記硬背課本知識上，從而造成時間和精力的雙重浪費(fèi)。教學(xué)評測是對教學(xué)效果的綜合評價，一方面是評價教授效果，另一方面是評測學(xué)習(xí)效果。合理的教學(xué)評價機(jī)制有利于激勵教與學(xué)的積極性。教學(xué)評測可分為兩個方面：任務(wù)完成度評測和綜合評測。每次教學(xué)任務(wù)結(jié)束，應(yīng)及時對學(xué)生的任務(wù)完成度進(jìn)行評測，客觀的評價和建議有助于學(xué)生下一步的學(xué)習(xí)。學(xué)期末進(jìn)行綜合評測，與任務(wù)評測一起設(shè)計合適的權(quán)重系數(shù)，得到學(xué)生的總評成績。

4.4 保障措施

在做中教，在做中學(xué)，在實(shí)踐中學(xué)習(xí)單片機(jī)理論，用學(xué)習(xí)的理論指導(dǎo)實(shí)踐，努力走“實(shí)踐—理論—實(shí)踐”之路。學(xué)校、學(xué)院和有關(guān)部門可以從以下方面設(shè)計保障措施。首先，注重加強(qiáng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐、實(shí)訓(xùn)能力的鍛煉和培養(yǎng)，通過學(xué)校投入建立與現(xiàn)代生產(chǎn)力相適應(yīng)的教學(xué)和實(shí)踐實(shí)驗(yàn)環(huán)境，提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?chuàng)新能力和處理實(shí)際問題的能力。其次，增加開放實(shí)驗(yàn)的數(shù)量和時間，增設(shè)大學(xué)生創(chuàng)客實(shí)驗(yàn)室等，積極開展特色教育，鼓勵學(xué)生參加電子設(shè)計大賽、挑戰(zhàn)杯等科技競賽和科技創(chuàng)新活動。最后，要加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室的彈性管理制度，針對創(chuàng)新融合的需求，對實(shí)驗(yàn)室管理文件進(jìn)行細(xì)化和補(bǔ)充，以政策引導(dǎo)學(xué)生積極創(chuàng)新、敢于創(chuàng)新。

5 結(jié)語

在單片機(jī)課程的教學(xué)過程中，如何解決教與學(xué)的矛盾，使學(xué)生從被動的接受知識變成主動獲取知識，是當(dāng)前本科教學(xué)面臨的重要問題。為了改變傳統(tǒng)教學(xué)模式忽視實(shí)踐教育的現(xiàn)狀，設(shè)計了基于案例教學(xué)的任務(wù)式教學(xué)模式。面向?qū)W生的教學(xué)過程中，以學(xué)生為主體為中心，重視創(chuàng)新素養(yǎng)加強(qiáng)實(shí)踐培養(yǎng)，以培養(yǎng)學(xué)生解決問題能力為標(biāo)準(zhǔn)，不斷創(chuàng)新教學(xué)理念完善教學(xué)方法，為新工科建設(shè)培育高素質(zhì)精英人才。

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作者簡介：趙佰亭（1981—?），男，漢族，棗莊人，博士，副教授，主要從事深度學(xué)習(xí)領(lǐng)域的研究工作。