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《单片机原理与应用》课程教学改革与实践

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  摘   要:《单片机原理与应用》作为电子信息类专业学生的必修课程之一,具有很强的应用性和实践性。但目前老师授课现状大多数以课本知识为主体,很少使用仿真工具实际操作。几乎纯理论的输出教学使大多数学生感到课程内容十分抽象,导致学生学习兴趣匮乏。笔者根据多年的教学经验,总结了近年来单片机教学现状和主要问题,提出了对《单片机原理与应用》的教学改革的建议。
  关键词:单片机  教學改革  考核方式  实践创新能力
  中图分类号:G642                                 文献标识码:A                        文章编号:1674-098X(2019)02(b)-0199-02
  1  教学改革的必要性
  现代社会生产的结构一直在不断地发生变化,对人才的需求也不断地随着变化。如今我国国力日益强盛,邓小平提出“科技是第一生产力”的论断也不断地被证实,要提高生产力就必须不断地提升科技水平。其中比较重要的一个方面就是自控系统设计和制造业。自控系统的出现,使得社会生产中能节省大量劳动力,将人类从复杂、危险的劳动环境中解放出来并显著提高控制效率,提升企业、社会、乃至国家的生产力和竞争力。但是由于我国接触自控系统较世界各科技大国晚,我国非常缺少自控系统方面的人才,单片机更是自控系统的核心,所以社会和国家需要培养储备优秀的单片机人才。
  除此之外,如今各高校的《单片机》教材基本都是20世纪八九十年代的国外教材的译文和翻版,教材的内容知识体系已然落后陈旧,而各高校依然是使用这些落后的教材教育学生,试想又怎么能培养出优秀的人才。作为为社会造就人才的教育机构,应该关注社会行业的发展,紧跟时代的步伐,这样才能培养出社会人才。
  而且学生作为被动接受知识的个体,在教学关系中处于一个弱势的地位,如果知识的实用性和先进性很差,使得学生进入社会后不能发挥自己的价值,势必也会被学生厌弃,对教学机构也会产生不利的评价与看法,可谓两败俱伤。所以《单片机原理与应用》的课程教学改革势在必行。
  2  教学现状和主要问题
  (1)教学手段单一。有违于传统的板书教学,有条件的学校都开始使用多媒体设备来教学,希望通过多媒体的手段来丰富教学的形式,改变板书教学单调枯燥的弊端。然而,多媒体的普及在某种程度上却造成了更大的危害。许多PPT的制作仅仅是把课本上的内容复制到多媒体上,教师再按照PPT的内容进行授课。这似乎仅仅是减轻了教师的负担,把以前需要板书的内容,搬到了PPT上,从而把课堂变成了电影院。这在单片机教学上也有充分的体现,例如教师大多以描述或图片的形式来展现仿真结果,没有使用或很少使用仿真工具实际操作。并且由于课时限制、仿真工具和实验器材的缺少,在教学过程中,教师有意或无意重视理论教学,忽视实践能力的培养[2]。但是单片机的学习必须落到实际上,学会理论知识仅仅只是空中楼阁,也会导致学生实践能力的缺失。
  (2)缺少对学生独立思考能力的培养。传统的《单片机原理与应用》教学更多的以课本知识为主体[3-4],以章节的顺序向学生传授,注重于整个知识体系的培养。但知识体系的搭建不是一朝一夕的事情,漫长的知识传授无法给与学生直观的感受。在这个过程中,大多数的学生都在被动的接受着知识,没有主动去思考,完全依赖教师的传授。可是单片机课程有着知识点多,跨越性强的特点,仅仅被动的接受知识,这往往使学生顾此失彼,只学到了单片机的皮毛,无法搭建整个单片机的知识体系。而且在课堂教学中,仍存在部分教师忽视学生的消化能力,仅仅是照本宣科地把书本知识灌输给学生,这更加剧了这个问题的严重性。在这样的教学模式下,学生缺少独立思考的能力,且抑制了学生的创造力和学习积极性,无法达成教学目标。
  (3)考核方式脱离实际。考试基本上以笔试为主,从题库随机抽取试题或是任课教师自主出题,重点考察主要芯片的结构和使用方法,学生总成绩主要由平时成绩(考勤、作业)和期末考试成绩按一定比例决定[5-6]。然而,无论是平时成绩还是最终考试,考核的内容都是基于理论知识。学生对单片机的综合使用、实际设计能力却不在考试范围内,这对一门以注重实践的课程来说,是不够合理的。因此,这种仅限于理论知识的考核违背了单片机学以致用的宗旨。
  3  教学改革的几点建议
  《单片机原理与应用》课程在所有的工科专业课程中是最具有实践性和实用性的一门课程,可有效培养学生的创新思维和实践能力,因此针对单片机教学中的弊端进行研究探讨,并总结出单片机教学的几点改革意见可以概括如下。
  (1)丰富课堂教学手段。首先加入课程导入环节,通过向学生展示单片机的实物,以及简单的操作,直观的告诉学生单片机可以做什么,形成初步印象,吸引学生的兴趣。再以实际操作中的问题引发学生的思考,从而延伸出本次上课的内容。在课堂教学中,需要在PPT中增加实物图片、模拟动画以及仿真结果等,以最直观的方式促进学生的理解。同时增加例题的数目,先让学生独立的完成例题的解答,教师再通过板书的方式对例题进行解析,加深学生的印象,培养学生的独立思考的能力。课程知识讲述完成后,有效地利用教学视频,并结合仿真软件对单片机项目进行模拟仿真,有条件的话,再进行实物验证,让学生能够体会单片机操作的整个流程。因此更丰富的教学手段,有利于开拓学生的视野,提高学习主动性,有效改善了教学效果。
  (2)实践创新能力的培养。首先可以通过课后作业的形式去改善,不是传统意义上的课后习题,而是一个个简单的项目。教师根据上课的内容,以课后作业的形式让学生以小组为单位去完成简单的项目,并提交项目流程及仿真结果。这就可以让学生在完成项目的同时,既复习了单片机课程所学的知识,又熟悉了单片机系统的设计流程和程序编写,让学生将单片机理论和实践结合起来。再就是课程上的改变,在学生完成基础的理论教学课程后,以通过增加实验课的形式,让学生有机会利用单片机完成从项目设计,仿真模拟到实物验证的整个应用过程。与此同时,鼓励学生参加学科知识竞赛以及各种创新创业大赛,让学生在赛程中充分运用所学的知识,并在赛程中提高解决问题的能力,有效的培养学生的实践创新能力。   (3)采用项目教学法。首先在项目的选取上,按照由浅入深、循序渐进的原则,先从点亮一个发光二极管入手,再进行霓虹灯控制系统设计,掌握了一定的基础之后再进行中断、串口通信和时钟的设计。在进行项目教學时,要贯彻先硬件后软件的开发思路,让学生根据项目要求设计出硬件电路图,然后以此为基础画出电路流程图并编写对应的源程序,实现了基本功能之后可以根据自己的兴趣或问题进行改写程序,实现一些其他的扩展功能。这种具有延伸性的项目可以适合不同层次的学生,通过项目的设计不仅提高了学生分析问题和独立思考的能力,也更符合公司的实际需求。
  (4)改善传统的考核方式。传统的单片机课程考核过于注重理论知识的掌握,从而忽略了单片机的实际应用。为改善这个状况,单片机课程的成绩应该以三部分组成,分别是课后作业、理论考试以及课程设计。其中课后作业就是上文所提到的简单的单片机项目,而课程设计可以包括在实验课中,作为的实验课考核,也可以单独列出来作为课程的最终考核,并不受课时的影响。课程设计是相对于课后作业而言更为复杂的单片机应用系统,是对整个单片机课程的总结与综合。教师需要提出一些合适的单片机项目,学生以小组为单位选取一个项目,并在规定的时间内完成项目的设计,仿真以及实物验证,最后以小型毕业论文答辩的方式,学生通过PPT进行成果展示,任课教师进行提问,并给予评分。这样既锻炼了学生的实践能力,也是变相的教学成果展示,还为以后的毕业答辩,项目答辩等积累了经验。最终的课程成绩就是将三部分成绩按比例相加,综合考察学生的能力。
  4  结语
  单片机的出现极大地提高了工业生产的自动化程度,在我国工业控制领域具有不可取代的地位。然而由于学校教育与企业需求的不匹配,导致当前我国单片机相关专业的学生在毕业后很难胜任自己的工作。《单片机原理与应用》是一门可以在实践中促进思维能力的学科,为了使学生更好地学习实践,教师在教育教学过程中要发挥领导组织作用,通过教学改革提高学生的积极主动性,使学生在学习过程中更有目的性和方向性。因此,重视《单片机原理与应用》的课程教学改革,提高课程的教学质量具有重要的意义。
  参考文献
  [1] 董娜娜.单片机教学存在的问题及改革建议[J].山东工业技术,2017(22):270.
  [2] 冯洋.基于实践创新能力培养的单片机原理及应用课程改革与实践研究[J].高教学刊,2015(15):87-88.
  [3] 瓦依提·阿不力孜,加米拉·吾守尔,阿依佐克拉.高校单片机教学改革研究[J].开封教育学院学报,2016,36(5):123-124.
  [4] 曾树华.电气自动化专业单片机教学改革探索[J].高等职业教育(天津职业大学学报),2015,24(3):80-83.
  [5] 王桥,冀慎统,马敏耀,等.以应用能力培养为目标的实践类课程教学改革——以《单片机原理与应用》课程为例[J].高教学刊,2017(15):106-108.
  [6] 姚嘉,卢伟,马丽丽,等.基于学生创新实践能力培养的单片机教学方法的改革[J].经济师,2015(5):248-249.
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