单片机课程教学中学生创新能力的培养

摘要：单片机原理与接口技术作为高校计算机、电子信息等专业的主干专业课程，其理论性、实践性、设计性和综合性很强。本文结合实际经验与体会，就如何在单片机课程教学中培养学生的创新能力做出分析与探讨。

关键词：单片机；教学；创新能力

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2012）10-0078-03

单片机作为典型嵌入式系统，在我国发展至今已有二十多年的历史，广泛应用于工业控制、仪器仪表、汽车电子系统、机器人、军事、能源、通信、信息终端等众多领域，成为了电子技术智能化最普遍的使用手段。单片机课程也因此成为高校计算机类、电子信息类、电气类等专业的重要专业课程。培养满足社会发展需求的高素质创新人才，已成为高等教育发展的重要趋势和主要任务。单片机课程是一门理论性、实践性、设计性和综合性很强的课程，该课程为培养学生的实践创新能力提供了一个良好的载体。本文结合单片机实际教学与体会和科研经验，就如何在单片机教学中培养学生的创新能力做出分析与探讨。

一、明确课程目标，激发学生的学习积极性

单片机课程涉及的知识面宽，概念多，软硬件相互结合，同时该课程内容比较抽象，如单片机的内部结构、中断系统、汇编语言指令等，学生在刚开始接触的时候难以入门。为培养学生的学习积极性，可以做以下几点：（1）上好绪论课，最大限度地调动和激发学生的学习积极性。给学生展示单片机广阔的应用前景，把往届学生毕业设计开发的单片机应用板带进课堂，给他们建立单片机应用系统的初步认识，通过实物演示首先让大家对单片机系统有一个感性认识，让同学们明白，通过本课程的学习，最终自己也可以开发单片机应用系统。（2）在讲述一些抽象内容之前，列举单片机的应用实例，并将以前做过的设计实例如交通信号灯、数字显示温度计、电子密码锁等演示给学生看，给学生一个看得见、摸得着的目标。（3）以应用为背景将课程知识点有机联系起来，结合指令系统，通过演示讲解单片机系统及有关芯片的工作原理，让学生去感受、体验单片机的各种功能。使学生体会到单片机课程的实用性，明确学习目标，从而激发学生的学习积极性。

二、优化教学内容，提高课堂教学质量

1.优化教学内容。根据教学改革要求，优化教学内容，既选用内容较丰富的教材，又对教学内容进行精选。不是把一本书从头讲到尾，而是力求做到纵览全书，抓住关键的地方，突出重点的方面，分析并引导学生掌握课程内在关联性。对共性知识重点讲解，要求学生牢固掌握，例如：总线、寄存器、存储器、地址、寻址方式、I/O接口、中断、通信等。对非共性的技术细节不面面俱到，例如，对51系列单片机接口的内部结构，课堂上主要讲P0口、P1口即可；串行口可只讲方式1、方式2，波特率对应的计数初值主要讲一个最常用的，其余按照波特率正比于定时器T1溢出率的关系推算。对有些知识则只讲思路、要点、方法。教师不仅仅讲授知识，更为重要的是激发学生的思维，培养他们的创新精神。

2.教学中理论与实践相结合。单片机是一门实践性强的课程，讲授完一个章节，安排相应的基础实验。讲课时，要有意识结合一些实际产品进行分析，了解与单片机应用系统有关的各种常用芯片功能，强调单片机典型应用系统的设计方法，使学生初步具备相应的应用及开发能力。

3.充分利用现代EDA技术。单片机实验及开发系统包括仿真器、编程器、开发板、电源、以及接口等，开发环境及实验系统的搭建要花一定的时间，不方便于教师在理论课堂上作较多的演示。选用单片机软件仿真系统（如Keil、Proteus等仿真软件）来构建单片机虚拟实验室，把要实现的硬件线路原理图在Proteus画好，通过Keil生成二进制文件链到Proteus的单片机上，就可以立即进行软硬件结合的系统仿真，像使用硬件仿真器一样来调试程序。不仅能观察到程序运行时单片机寄存器、存储器和变量等内容变化，而且可以从单片机系统开发的角度直观地看到控制信号有效的先后次序、外围电路的工作状况及控制效果，提高了课堂教学质量，克服了单片机传统教学模式的缺陷。

三、加强师生互动，突出以学生为中心的理念

现在，虽然单片机的应用已经非常普遍，但仍有很多可以用单片机实现控制而尚未开发的项目；许多已实现单片机控制的项目，在很多方面仍需要进一步提高性能。因此，单片机的开发应用还有大量的工作要做，还大有拓展和想象空间。这些都要求我们的学生不要迷信权威，有创新精神和创新个性。为此，教师与学生之间建立平等、和谐、愉悦的教学氛围，在教与学的过程中，要以学生为中心，充分发挥教师的主导作用，学生的主动作用。加强师生互动，随时关注学生的课堂反馈，将以学生为中心的理念体现出来。在教学中，鼓励学生多思考。在掌握基本知识的前提下，相应章节都会提一些附加难度的思考题，让学生自己利用图书馆、网络查阅资料，只在必要时才加以指导。对于学生在实验过程中提的问题，尽量不是直接给出答案，而是引导他们通过学到的理论知识自己找到解决方法，让学生拥有更多自主思考空间。同时鼓励学生之间相互交流、探讨，引发思维碰撞。

四、注重实践教学，培养学生的创新能力

1.精选实验内容。实验教学具有实践性、综合性及创新性特点，在教学过程中对培养学生的实践能力、创新意识和创新能力有非常重要的作用。根据单片机课程的特点，将实验内容划分为基础性实验、综合性实验、设计性实验三个层次，难度依次由低到高，对这三个不同层次的实验模块分别采用不同的教学方式。基础性实验——由老师布置的经典实验，突出基础知识、基本原理、基本的程序编写和调试技能的掌握。在每次实验前，上理论课时结合课堂上讲解的内容对实验进行初步分析。学生通过教师的讲授之后，对实验进行预习，做到心中有数。既能强化训练开发单片机系统的基本技能，又能验证并巩固已学到的理论知识。综合性实验——由老师布置的诸如步进电机控制、脉搏计数器、上位机与下位机通信、数据采集系统等综合性较强的实验，提高学生对所学知识的综合应用能力。对程序较为复杂的实验，给出程序的基本部分，由学生去完成关键部分，这样可以节省学生的编程时间，提高效率。创新性设计实验——教师可以结合课堂上的内容，提出一些设计性题目或学生自己选择题目，查阅参考资料，设计实验方案，自主完成软硬件设计、编写程序、调试，分析并解决存在的问题。实验内容的选取要遵循由浅入深、循序渐进的原则，以适合于不同层次学生的需求。成绩好的同学得到了施展聪明才智的机会，可以设计出很有特色的方案，撰写出高质量的实验报告；成绩一般的同学也会受到鼓舞、带动，增加自觉性。

2.重视实验的每个环节。在实验中培养实事求是的科学态度，重视实验的各个方面。首先学会观察实验现象，培养观察能力。只有明察秋毫才能有所发现，有所创新。其次，要善于对实验进行科学总结。通过实验后的科学总结和严谨的分析、归纳得到规律。创新能力的培养是一项完整的系统工程，贯穿在人才培养的全过程中，渗透到教学过程的每个方面。鼓励学生进行创新，哪怕是不完善的、有缺陷的创新，不轻易否定学生的不同想法。

3.更广泛的实验教学。单片机的理论教学过程要与学生的实验紧密结合，实验教学不局限于课堂之上。通过课堂实验教学、课程设计、课外科研训练和大学生电子设计竞赛等多种实践方式结合起来，它们是对课堂教学的补充、完善和延伸。学生在低年级尽早接触单片机，在高年级中可以选一些基础好的同学参加老师的科研项目。

五、结合实际工程，开拓学生视野

单片机在工程中应用很广泛，要提高学生的综合能力，还应要将实际工程应用经验传授给学生。例如：一个单片机系统在实验室正常运行，在工业现场受到干扰则可能不能正常运行，会有哪些可能的干扰源及应采取的相应措施？这是大多数初次涉及工程项目时会遇到的，如果老师能将可能的原因、实践经验传授给学生，则会减少他们在实践中遇到的困难，有利于增加自信心，将更多的精力放在创新方面。单片机教学不仅仅来源于课本，更离不开实践及应用，结合实际项目可以增加学生们的积极性，拓宽学生视野，培养创新能力。

参考文献：

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作者简介：钟小勇（1964-），教授级高工，主要研究方向：嵌入式系统设计。