创新实践的单片机教学方法研究与分析论文
一、引言
随着电子技术的发展，电子产品在人们生活中随处可见。在机电设备的控制中，单片机是最常见的控制器之一。因此单片机技术及应用是机电类、电子信息类学生的必备技能。在传统教学过程中，学生往往只停留在课本上，对实际应用设计经常无从下手。另外，不少高校的单片机课程都是以教师为主，学生被动接收，也不能激发学生的学习兴趣，甚至导致一些有兴趣的学生还会因为这种枯燥的学习方式而产生逆反心理，失去兴趣或信心。因此，改革传统的单片机教学活动，激发学习兴趣和提高创新实践能力，是目前高校教学改革待解决的迫切任务。
单片机原理及应用课程是在微机原理课程基础进行学习的，它更注重于应用能力的培养和训练。学生在学习这门课程后应该具备独立完成一个单片机嵌入式系统的硬件及软件的设计。
1.课堂教学方法改革。传统的教学方式仍然是以教师为主体，按照按单片机硬件结构、指令系统、软件编程、单片机系统的扩展、各种外围器件的应用、单片机应用实例为主线讲解。学生被动的接收老师所传授的东西，没有主动去思考，影响了学习的积极性。
单片机的主要学习目的是能够解决实际问题。经过对单片机教学过程的研究，作者对传统的教学方式作了一定的调整，始终以案例为主贯穿于整个教学过程。首先，在课前提出问题，让学生思考解决问题的方法，调动主观能动性。问题的难度设置在讲授的内容范围。针对问题，课程按方案、硬件和软件三部分内容进行讲解。如此一来，每个案例都从具体问题出发，培养学生从整体去分析和思考问题的能力。以“定时计数器”为例，给学生提出“交通灯”任务，根据前面所学知识，学生就很不难以实现。在课堂上让学生叙述自己的方案，然后带入新课堂知识进行方案的比较，让学生印象更深，再结合电路，学生可以明确的知道自己所学的知识可以应用在哪些地方。
传统课堂学生是无法真实看到实际的运行情况，实验课因为时间有限，无法展开讲解。而仿真软件的使用，让我们找到了一种好方法，可以有效把这两个过程结合在一起。仿真软件是目前世界上唯一能进行单片机应用系统进行虚拟设计与仿真。结合该仿真软件，可以在课堂上将“交通灯”的电路画得直观形象，还可以从软件中直接观测到程序执行时各位置的状态变化。教学中制作的单片机仿真界面。图中即包含了单片机系统，还包含了交通灯和时间显示等模块的实际电路，可以很直接给学生介绍电路的原理和逻辑控制。
通过案例加仿真的方法，可以调动学生的兴趣，活跃课堂的气氛，还能实现教与学的有效互动，让学生直观看到当场修改场景，达到真正的有效教学。
2.课后任务改革。经课堂研究实践发现，以任务驱动方式作为学生的课后训练，可有效的增强学生的应用能力。在课后，给学生分配一个小任务，要求学生利用仿真软件进行电路设计，并用KEILC软件进行单片机程序设计。在这个过程中，学生要求注意设计中的每一个细节，只要有一步错误，那么整个任务就无法很好的完成。并且电路是由学生独立设计，每个学生设计的电路各有特点，再把一些优秀的作业拿到课堂上演示，可以让学生体会到一种成就感。这种训练方式，学生从一开始就全面的思考整个任务，对一些不懂的电路，还能促使他们去翻阅以前所学的课程，在编程过程中遇到错误还能思考如何解决，而并不是像以往，写出代码却不知道是否正确。从而提高了学生的实际动手和解决问题的能力。
3.考核方式的改革。考核是检验学生学习效果的重要组成部分。传统的考核主要是卷面考试。卷面考试虽然可以考查学生紧握知识的程度，但无法了解学生的应用能力。因此作者在考核中加入一项综合设计。在课程结束之前的两周，针对平时的学习情况，对学生进行分组，给每个小组分配不同的设计任务，完成一个综合设计的实践训练，撰写设计报告。还安排时间，针对设计的任务的报告内容，对每个小组成员进行答辩。根据答辩情况进行打分，该成绩为期末考试成绩的组成部分。这样可以很好的考查学生实际掌握的情况和应用能力，同时也能提高学生团队协作能力。经过这几个方面的设置，可以较公平和有效的了解学生对该课程的掌握情况。
4.课外创新实践活动。单片机是一项重要的技术，应用到生活和生产中的各个方面。因此，学习单片机不能仅仅局限于课堂。在课后，作者倡导学生组成单片机创新小组，建立讨论小组，定期举行经验分享活动。从而可以交流他们在实际设计过程中遇到的问题，如果有好的思路和想法也可以到创新小组中分享和讨论。经过几届学生的积累，就可以实现“传帮带”的氛围，由老师或者高年级的同学为大家解决实际问题。
除此之外还鼓励学生参与各种科技竞赛。现在的一些常见的科技竞赛如:“全国大学生电子设计大赛”、“飞思卡尔智能汽车比赛”以及各大企业组织的如“STC单片机创新大赛”、“ARM -STM 32校园创新大赛”等，都是以单片机为主要的控制芯片。不仅可以将所学与实际应用相结合，还能达到与参赛选手相互交流能作用。对有兴趣的学生还可以参与到老师的项目中，或者在假期推荐到企业进行实习等，从而有效的搞高学生的创新实践能力。
经过课程的改革，组织学生组成课外兴趣小组，得到学院和系里的大力支持。学生自发组队参加了“单片机创新大赛”“飞思卡尔智能汽车竞赛”等科技创新比赛，取得一定的成绩。有部分低年级学生，也开始对单片机的学习产生了兴趣，主动要求加入兴趣小组，并自行购置开发板进行学习，创新小组已逐步稳健的`发展起来。
二、课程改革中出现的问题与反思
1.课堂教学内容的编排。在课堂教学改革这个过程，虽然看上去像是教学方法上做了很大的改革，但其改革的难度主要在课堂案例的编排，每个案例选择要求恰倒好处，既要结合新的课堂知识，又不能太难，超出学生学习的范围。对案例教学中，仿真实例，要认真制作仿真界面和程序，让学生有一种耳目一新的感觉，而且电路设计要求清晰明了，才能有助于学生理解。否则会适得其反，学生看到电路太复杂，会产生厌烦心理。因此，做好教学内容的编排和制作工作，是整个教学过程改革的重点。
2.考核方式和指标设置。考核方式的变更，打破了传统考核方式。容易引起部分老师和学生对考核公平性以及合理性的疑问。因此如何合理的设置考核指标，并有效的实践等问题还需要有更为行之有效的办法，并通过实际教学来检验其的有效性和合理性。
3.课外创新小组的建立。课外创新的建立是一下持续的过程。因前期参与小组的成员中有经验的学生较少，还需要老师多加引导，因此在前期建立时需要有一批老师作为小组的指导教师，定期的组织学生进行交流和互动，解决学生遇到的问题等。一旦形成一定的规模后，还应配置相应的实验室、实验设备和建立配套的管理制度，并由高年级学生组织和引导低年级学生，实现创新小组的自我管理。
三、结语
经过一段时间教改实践的努力，学生对于单片机课程的学习兴趣和在单片机应用能力等方面都有了较显著的提高。学生参加学生创新实验项目增多。以机电工程系学生为例，参与的创新项目占全院项目的约40%，基本都选用单片机作为控制芯片。创新小组的成立也初见成效，有324个创新兴趣小组。学生已经成功申请国家实用新型专利总计12项。
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