论文部分内容阅读
摘要：“单片机原理及应用”是工科院校一门实用性很强的重要专业基础课，内容抽象，知识点分散，教与学难度较大。针对传统单片机教学的各种弊端，探究构建一种全新的单片机课程教学新模式，即形成一个融课堂教学、实验动手、综合设计、科技竞赛和后续课程于一体的单片机良性教学链。实践效果表明，新的教学模式能充分调动学生的学习积极性和创造性，有助于学生工程实践能力和创新能力的培养，并为后续课程设计、毕业设计等实践环节的顺利开展打下坚实基础。
关键词：单片机；教学模式；实践教学
作者简介：张静（1982-），女，江西九江人，长沙理工大学电气与信息工程学院，讲师；王英健（1958-），男，湖南长沙人，长沙理工大学电气与信息工程学院，教授。（湖南 长沙 410114）
中图分类号：G642.3 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）03- 0194-02
“单片机原理及应用”是自动化、计算机科学与技术、电子信息工程、通信工程、机电一体化等工科专业一门重要的专业基础课，与此同时，单片机应用也是工科专业毕业设计的一个重要选题方向。工科大学生学好、用好单片机，一方面可以加深对计算机原理和结构的认识，提高实践能力与工程素质，另一方面也为其在专业领域的发展构筑了一个技术平台，能提升就业竞争能力。
但是，“单片机原理及应用”这门课程综合性强，内容抽象，学起来艰涩难懂，讲起来枯燥乏味，教与学的难度很大。为此，本文从当前高校单片机教学存在的问题入手，着眼实际运用，对单片机的理论和实践教学等环节提出了改革的方案和措施，构建了一种新的单片机教学模式。
一、课程教学现状及其原因
目前单片机教学的普遍现状是：学习了多年计算机软硬件，应用起来却还是存在各种问题，尤其是程序设计方面；学生普遍反映学完课程后不会设计应用系统，也不会编制应用程序，相关的课程设计和毕业设计也反映出同样的问题。究其原因，主要表现在五个方面。
1.偏重课堂理论教学，不利于提高学生的应用能力
单片机的课程性质决定了它是一门实践性极强的课程，课程学习涉及硬件系统和程序设计技巧。而对这些技巧的掌握依赖大量的课外练习和实验室训练。目前该课程80％的时间用于课堂教学，而对硬件、软件设计的实验和训练太少。学生学完课程后仅了解一些基本知识，远未达到实际应用的要求。
2.教学方法滞后，不利于激发学生的学习兴趣
按照传统的“先基础后应用”的教学思路，单片机教学普遍以单片机的结构为主线，即“单片机硬件结构→汇编指令系统→系统扩展→接口技术→应用系统设计”的教学过程，学生只有在课程学习的最后才接触到单片机的实际应用系统，而在此之前的学习由于较为抽象，学生很容易感到学习内容枯燥乏味。
3.教学环境受限，不利于实施“课前预习—课堂指导—课后答疑”全教学过程
现在的课程教学环境基本都只有教室和实验室，老师可以在教室和实验室的课堂教学里对学生进行面对面的指导，但在完整教学过程中的另两个重要环节——“课前预习”和“课后答疑”中，教师却很难真正参与，纯靠学生自觉完成。特别是课后答疑的不及时常常会使学生刚刚激发的学习兴趣又没有了。
4.实践环节内容设置不合理，不利于培养学生的主观能动性和创新能力
传统的单片机课程实践环节主要以实验为主，要求学生完成某一典型程序的验证，其内容、步骤、电路、仪器等都是事先安排好的，学生只须按照实验指导书安排的顺序就能完成实验。通过实验，学生虽然能够学会一些开发系统的使用和操作技能，但这种实验内容上过于简单，缺乏设计性、综合性、自选性，学生的实验结果和实验报告基本上大同小异，在很大程度上抑制了学生学习的主观能动性，无法使学生获得单片机应用系统总体开发经验，更谈不上创新意识和创新能力的培养。
5.考核方式单一，不利于树立学生的正确学习导向
目前单片机课程的考核常常是平时成绩与期终成绩三七开，实验成绩计入平时成绩，期终测验重点考核理论知识，而且通常采用闭卷笔试形式。学生对待实验草草了事，相互抄袭实验报告，造成评定困难，而期终测验的闭卷考试形式决定了在一定程度上只能考查学生对某些知识点的记忆能力，很难灵活地考查学生的分析与解决问题的能力。这种考核形式使学生误以为学习单片机只要死记硬背知识原理即可，实验技能的培养并不重要，从而树立错误的学习导向。
二、教学新模式的构建
1.改革目标
单片机教学改革的目标就是要改革传统单片机教学中的各种弊端，探究构建和谐的单片机课程教学新模式，即形成一个融课堂教学、实验动手、综合设计、科技竞赛和后续课程于一体的单片机良性教学链，为实现学生工程实践能力和创新能力的培养提供良好的环境。
2.改革探索与实践
（1）倡导“实践教学为主、课堂教学为辅”的教学思路。单片机的教学应该服务于实践，更加注重理论知识的应用和实践操作能力的培养。这样，课堂上讲述的内容就得减少，学生自学的内容则相应增加。因此，倡导“实践教学为主，课堂教学为辅”的新教学思路，课堂上重点讲授基本的知识和方法，让学生针对要搞懂的问题尽可能自己查阅资料、设计实验方案，并自己动手做实验来验证。这样学生就会在学习、实践过程中变被动为主动，巩固和理解相关的知识，从而调动学生钻研单片机及电子技术的积极性，提高其分析和解决问题的能力。
（2）推行“任务驱动”为主导的多种教学方法。单片机作为一门应用性课程，教学的一条主要途径应该是以实际应用的经验和策略的习得为主，以适度够用的概念和原理的理解为辅，主要解决“怎么做”（经验）和“怎么做更好”（策略）的问题。因此，在组织单片机课程的教学时，可以打破传统的以课程结构为主线的方式，不管硬件结构、指令、编程的先后顺序，而将各部分知识分解成一个个知识点，按照人的认知规律和由简单到复杂的原则，将课程的教学内容分解为若干个设计任务，每一个任务通过任务描述、任务分析、相关知识和任务实施来引导，以引起学生的思考，使学生在解决问题中学习知识。在确定以“任务驱动法”为主导方法后，实际教学时还可辅以问题教学、讲练结合、课堂讨论等多种教学方法，就每个任务涉及的相关知识给学生讲通讲透。随着任务的逐渐进行，知识逐渐完善，能力逐步提高，当所有任务完成时，知识点就全部学完了。需要特别说明的是，知识点的合理分解、组合、任务的合理设计等是提高教学效果的关键。
（3）创造“课前—课堂—课后”全方位、立体式的教学环境。现代教育技术特别是网络教学的发展使得课堂教学已不再是纯粹的教室课堂上老师与学生间“面对面式”的言传身教。网络教学平台的建立使得学生可以随时利用网络资源进行课程学习，并与教师进行实时互动。因此，高校教师应该充分利用网络资源，为学生建设好课程的网络教学平台，创造“课前预习—课堂指导—课后答疑讨论”的全方位、立体式教学环境。具体到单片机课程来讲，可建设网络教学资源，如开辟学习园地，将相关资源进行搜集整理、分门别类，为学生提供共享的学习资源、器件知识、工具软件等，拓展学生的知识面，增强其应用和创新能力；建立网上技术论坛，通过网络BBS实现师生实时交流，及时解答学生学习中的问题，克服传统集中答疑效率低下等问题。
（4）形成“基础—提高—创新”三层次实践教学体系。实践教学是单片机课程的重要组成部分。因此，本着“逐步引导、循环上升”的教学理念，结合实际情况，对单片机课程的实验教学及实验设备进行了大胆的改革尝试。首先，除在实验室采用现有的实验箱设备外，还向学生提供自行制作的开放式实验板供学生课外学习使用。该板成本不高（几十元钱），能提供ISP下载功能，学生可以自己焊接，自己调试，并直接将编好的程序下载到单片机里，方便学生课后练习。另外，该实验板也可作为电子竞赛、机器人竞赛的培训工具。其次，根据单片机课程的特点，将实践教学内容分为基础性、提高性、创新性三个层次。
1）基础性。开设同步实验10个，主要有指令系统实验、基本接口实验、综合设计实验等。前两类实验帮助学生弄清单片机工作原理并建立系统概念；而后一类综合设计实验旨在锻炼学生综合应用所学知识解决实际问题的能力。
2）提高性。增设趣味性强、有一定技术难度的的单片机课程设计，时间为2周。安排的内容是学生根据教师给定的题目自己设计单片机系统电路、选择器件，然后在实验箱上编写程序、调试电路，实现题目要求的功能，旨在提高学生系统设计的综合能力。
3）创新性。动员与鼓励学生积极申报校级创新性实验项目、学生校级科研立项、校级“挑战杯”科技作品项目，参加各类竞赛或参与教师的科研课题等，提高单片机技术的实际开发能力和实践能力。
（5）采用以能力考核为主的考核新方式。考核的目的在于检查教学效果，以便改进教学工作，提高教学质量，督促学生积极努力地学习。对于单片机这种应用性极强的课程，考核方式应以能力考核为主，考查学生是否真正能学以致用。为此，在考核方式上做了以下尝试。
1）理论考试和实操考试相结合。理论考试和实操考试都及格时，本课程才能获得学分。这样做可以避免有些学生因实操薄弱而用理论成绩弥补的现象，引导学生强化实践能力的锻炼。
2）理论考试采用闭卷＋开卷的形式。闭卷考试主要考查学生对基础知识的掌握程度，总分为40分，题型采用客观题形式，答案唯一；开卷考试主要考查学生对知识的应用能力，总分为60分，题型采用分析和程序设计题，答案不唯一，可以引导学生开动脑筋编写最佳程序，培养学生严密的逻辑思维和推理能力。
3）实操考试采用口试＋实操作品的形式。口试和实操作品成绩各占50％。口试试题出自于综合实验，目的是检查学生对综合实验的掌握程度和上机调试水平；实操作品考查是根据实操作品的效果及实验报告的完成质量给学生一个综合评定，主要考查学生的应用能力和实践能力。
三、总结
本文在分析当前单片机教学现状及原因的基础上，从教学思路、教学方法、教学环境、教学体系、考核方式等方面对教学改革的方案和措施进行了探索和实践。近三年的实践效果表明，新的教学模式适应了单片机教学的实际，充分调动了学生的积极性和创造性，一个融课堂教学、实验动手、综合设计、科技竞赛和后续课程于一体的单片机良性教学链已初步形成。
参考文献：
[1]陈铁军.《MCS-51单片机原理及应用》教学改革探索[J].中国成人教育,2006,(2):129-130.
[2]王嫣,谭立新.单片机原理及接口技术课程的教学研究[J].中州大学学报,2004,21(4):124-126.
[3]张霓.关于“单片机原理及应用”课程教学改革的几点思考[J].电气电子教学学报,2004,26(5):21-23.
[4]雷建龙,吴相林,冯雪姣.加强实践性、提高趣味性,改进单片机原理教学方法的探索[J]. 教育理论与实践,2002,(S1):75-76.
（责任编辑：王祝萍）
关键词：单片机；教学模式；实践教学
作者简介：张静（1982-），女，江西九江人，长沙理工大学电气与信息工程学院，讲师；王英健（1958-），男，湖南长沙人，长沙理工大学电气与信息工程学院，教授。（湖南 长沙 410114）
中图分类号：G642.3 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）03- 0194-02
“单片机原理及应用”是自动化、计算机科学与技术、电子信息工程、通信工程、机电一体化等工科专业一门重要的专业基础课，与此同时，单片机应用也是工科专业毕业设计的一个重要选题方向。工科大学生学好、用好单片机，一方面可以加深对计算机原理和结构的认识，提高实践能力与工程素质，另一方面也为其在专业领域的发展构筑了一个技术平台，能提升就业竞争能力。
但是，“单片机原理及应用”这门课程综合性强，内容抽象，学起来艰涩难懂，讲起来枯燥乏味，教与学的难度很大。为此，本文从当前高校单片机教学存在的问题入手，着眼实际运用，对单片机的理论和实践教学等环节提出了改革的方案和措施，构建了一种新的单片机教学模式。
一、课程教学现状及其原因
目前单片机教学的普遍现状是：学习了多年计算机软硬件，应用起来却还是存在各种问题，尤其是程序设计方面；学生普遍反映学完课程后不会设计应用系统，也不会编制应用程序，相关的课程设计和毕业设计也反映出同样的问题。究其原因，主要表现在五个方面。
1.偏重课堂理论教学，不利于提高学生的应用能力
单片机的课程性质决定了它是一门实践性极强的课程，课程学习涉及硬件系统和程序设计技巧。而对这些技巧的掌握依赖大量的课外练习和实验室训练。目前该课程80％的时间用于课堂教学，而对硬件、软件设计的实验和训练太少。学生学完课程后仅了解一些基本知识，远未达到实际应用的要求。
2.教学方法滞后，不利于激发学生的学习兴趣
按照传统的“先基础后应用”的教学思路，单片机教学普遍以单片机的结构为主线，即“单片机硬件结构→汇编指令系统→系统扩展→接口技术→应用系统设计”的教学过程，学生只有在课程学习的最后才接触到单片机的实际应用系统，而在此之前的学习由于较为抽象，学生很容易感到学习内容枯燥乏味。
3.教学环境受限，不利于实施“课前预习—课堂指导—课后答疑”全教学过程
现在的课程教学环境基本都只有教室和实验室，老师可以在教室和实验室的课堂教学里对学生进行面对面的指导，但在完整教学过程中的另两个重要环节——“课前预习”和“课后答疑”中，教师却很难真正参与，纯靠学生自觉完成。特别是课后答疑的不及时常常会使学生刚刚激发的学习兴趣又没有了。
4.实践环节内容设置不合理，不利于培养学生的主观能动性和创新能力
传统的单片机课程实践环节主要以实验为主，要求学生完成某一典型程序的验证，其内容、步骤、电路、仪器等都是事先安排好的，学生只须按照实验指导书安排的顺序就能完成实验。通过实验，学生虽然能够学会一些开发系统的使用和操作技能，但这种实验内容上过于简单，缺乏设计性、综合性、自选性，学生的实验结果和实验报告基本上大同小异，在很大程度上抑制了学生学习的主观能动性，无法使学生获得单片机应用系统总体开发经验，更谈不上创新意识和创新能力的培养。
5.考核方式单一，不利于树立学生的正确学习导向
目前单片机课程的考核常常是平时成绩与期终成绩三七开，实验成绩计入平时成绩，期终测验重点考核理论知识，而且通常采用闭卷笔试形式。学生对待实验草草了事，相互抄袭实验报告，造成评定困难，而期终测验的闭卷考试形式决定了在一定程度上只能考查学生对某些知识点的记忆能力，很难灵活地考查学生的分析与解决问题的能力。这种考核形式使学生误以为学习单片机只要死记硬背知识原理即可，实验技能的培养并不重要，从而树立错误的学习导向。
二、教学新模式的构建
1.改革目标
单片机教学改革的目标就是要改革传统单片机教学中的各种弊端，探究构建和谐的单片机课程教学新模式，即形成一个融课堂教学、实验动手、综合设计、科技竞赛和后续课程于一体的单片机良性教学链，为实现学生工程实践能力和创新能力的培养提供良好的环境。
2.改革探索与实践
（1）倡导“实践教学为主、课堂教学为辅”的教学思路。单片机的教学应该服务于实践，更加注重理论知识的应用和实践操作能力的培养。这样，课堂上讲述的内容就得减少，学生自学的内容则相应增加。因此，倡导“实践教学为主，课堂教学为辅”的新教学思路，课堂上重点讲授基本的知识和方法，让学生针对要搞懂的问题尽可能自己查阅资料、设计实验方案，并自己动手做实验来验证。这样学生就会在学习、实践过程中变被动为主动，巩固和理解相关的知识，从而调动学生钻研单片机及电子技术的积极性，提高其分析和解决问题的能力。
（2）推行“任务驱动”为主导的多种教学方法。单片机作为一门应用性课程，教学的一条主要途径应该是以实际应用的经验和策略的习得为主，以适度够用的概念和原理的理解为辅，主要解决“怎么做”（经验）和“怎么做更好”（策略）的问题。因此，在组织单片机课程的教学时，可以打破传统的以课程结构为主线的方式，不管硬件结构、指令、编程的先后顺序，而将各部分知识分解成一个个知识点，按照人的认知规律和由简单到复杂的原则，将课程的教学内容分解为若干个设计任务，每一个任务通过任务描述、任务分析、相关知识和任务实施来引导，以引起学生的思考，使学生在解决问题中学习知识。在确定以“任务驱动法”为主导方法后，实际教学时还可辅以问题教学、讲练结合、课堂讨论等多种教学方法，就每个任务涉及的相关知识给学生讲通讲透。随着任务的逐渐进行，知识逐渐完善，能力逐步提高，当所有任务完成时，知识点就全部学完了。需要特别说明的是，知识点的合理分解、组合、任务的合理设计等是提高教学效果的关键。
（3）创造“课前—课堂—课后”全方位、立体式的教学环境。现代教育技术特别是网络教学的发展使得课堂教学已不再是纯粹的教室课堂上老师与学生间“面对面式”的言传身教。网络教学平台的建立使得学生可以随时利用网络资源进行课程学习，并与教师进行实时互动。因此，高校教师应该充分利用网络资源，为学生建设好课程的网络教学平台，创造“课前预习—课堂指导—课后答疑讨论”的全方位、立体式教学环境。具体到单片机课程来讲，可建设网络教学资源，如开辟学习园地，将相关资源进行搜集整理、分门别类，为学生提供共享的学习资源、器件知识、工具软件等，拓展学生的知识面，增强其应用和创新能力；建立网上技术论坛，通过网络BBS实现师生实时交流，及时解答学生学习中的问题，克服传统集中答疑效率低下等问题。
（4）形成“基础—提高—创新”三层次实践教学体系。实践教学是单片机课程的重要组成部分。因此，本着“逐步引导、循环上升”的教学理念，结合实际情况，对单片机课程的实验教学及实验设备进行了大胆的改革尝试。首先，除在实验室采用现有的实验箱设备外，还向学生提供自行制作的开放式实验板供学生课外学习使用。该板成本不高（几十元钱），能提供ISP下载功能，学生可以自己焊接，自己调试，并直接将编好的程序下载到单片机里，方便学生课后练习。另外，该实验板也可作为电子竞赛、机器人竞赛的培训工具。其次，根据单片机课程的特点，将实践教学内容分为基础性、提高性、创新性三个层次。
1）基础性。开设同步实验10个，主要有指令系统实验、基本接口实验、综合设计实验等。前两类实验帮助学生弄清单片机工作原理并建立系统概念；而后一类综合设计实验旨在锻炼学生综合应用所学知识解决实际问题的能力。
2）提高性。增设趣味性强、有一定技术难度的的单片机课程设计，时间为2周。安排的内容是学生根据教师给定的题目自己设计单片机系统电路、选择器件，然后在实验箱上编写程序、调试电路，实现题目要求的功能，旨在提高学生系统设计的综合能力。
3）创新性。动员与鼓励学生积极申报校级创新性实验项目、学生校级科研立项、校级“挑战杯”科技作品项目，参加各类竞赛或参与教师的科研课题等，提高单片机技术的实际开发能力和实践能力。
（5）采用以能力考核为主的考核新方式。考核的目的在于检查教学效果，以便改进教学工作，提高教学质量，督促学生积极努力地学习。对于单片机这种应用性极强的课程，考核方式应以能力考核为主，考查学生是否真正能学以致用。为此，在考核方式上做了以下尝试。
1）理论考试和实操考试相结合。理论考试和实操考试都及格时，本课程才能获得学分。这样做可以避免有些学生因实操薄弱而用理论成绩弥补的现象，引导学生强化实践能力的锻炼。
2）理论考试采用闭卷＋开卷的形式。闭卷考试主要考查学生对基础知识的掌握程度，总分为40分，题型采用客观题形式，答案唯一；开卷考试主要考查学生对知识的应用能力，总分为60分，题型采用分析和程序设计题，答案不唯一，可以引导学生开动脑筋编写最佳程序，培养学生严密的逻辑思维和推理能力。
3）实操考试采用口试＋实操作品的形式。口试和实操作品成绩各占50％。口试试题出自于综合实验，目的是检查学生对综合实验的掌握程度和上机调试水平；实操作品考查是根据实操作品的效果及实验报告的完成质量给学生一个综合评定，主要考查学生的应用能力和实践能力。
三、总结
本文在分析当前单片机教学现状及原因的基础上，从教学思路、教学方法、教学环境、教学体系、考核方式等方面对教学改革的方案和措施进行了探索和实践。近三年的实践效果表明，新的教学模式适应了单片机教学的实际，充分调动了学生的积极性和创造性，一个融课堂教学、实验动手、综合设计、科技竞赛和后续课程于一体的单片机良性教学链已初步形成。
参考文献：
[1]陈铁军.《MCS-51单片机原理及应用》教学改革探索[J].中国成人教育,2006,(2):129-130.
[2]王嫣,谭立新.单片机原理及接口技术课程的教学研究[J].中州大学学报,2004,21(4):124-126.
[3]张霓.关于“单片机原理及应用”课程教学改革的几点思考[J].电气电子教学学报,2004,26(5):21-23.
[4]雷建龙,吴相林,冯雪姣.加强实践性、提高趣味性,改进单片机原理教学方法的探索[J]. 教育理论与实践,2002,(S1):75-76.
（责任编辑：王祝萍）