机械专业单片机课程教学方法研究
摘要:针对机械专业单片机课程学时数少,学生基础薄弱、学习兴趣弱,教学要兼顾理论、实践等特点,提出融入CDIO理念的教学方法,以提高学生的学习兴趣,培养自主学习能力;采用启发式等一系列可行性教学改革方法并付诸实施,取得了良好的教学效果。
关键词:单片机课程机械专业课程改革寓教于乐
1 教学现状
《单片机技术》不仅是电子信息类专业的一门重要课程,也是机电一体化技术的重要组成部分,所以对于机械专业学生来讲也是必不可少的。然而,电子信息专业与机械专业是两个不同的专业,相同的课程需要安排不同的教学内容与教学方法才能收到良好的教学效果。文献[1]、[2]、[3]、[4]等研究了电子、自动化专业单片机课程的教学方法,提出了宝贵的建议;但是提出的教学方法和教学内容不完全适合机械专业的教学目标、学生的知识结构和接受能力。本文主要针对机械专业单片机课程的授课方法,讲课技巧提出可行性方法并付诸教学实践。
一直以来,电类、计算机类的课程对于机械专业的学生来说,总是老大难问题。这类课程通常都是考查课,学时少则32,多则48;而且是大班授课,人数少则80～90,多则160～170。学生觉得单片机看不见摸不着,编程更是头疼的事情;老师们则是心有余而力不足。因此,课题组
一直在进行《单片机技术》课程改革,希望通过教学内容与教学方法的改革,提高教学效果。
以前,课题组大多按照授课计划进行教学,内容是:单片机概述、进制数变换(2学时),单片机结构(4学时),汇编语言指令(8学时),程序(8学时),存储器、I/O口扩展(6学时),实验6学时。老师大多按部就班的讲;但当讲到进制数变换时,部分同学就已经失去了学习兴趣,讲到最后同学们也不知道什么是单片机,如何使用单片机？
传统的教学中存在的主要问题有以下几方面。
（1）改革的幅度不大,整体的讲课顺序没有本质的改变。虽然教师们进行了一定的改革,比如编写32、48学时的教材[9];自制演示板(如图1所示);以发光二极管的一盏灯点亮,多盏灯点亮,间隔点亮等等为例贯穿整个课程,但是改革的效果甚微。
(2)课程内容枯燥,缺乏启发性教学,缺乏乐趣。枯燥是电子类、机械类理论课程教学的通病,如何提高学生的学习兴趣,是快速提高教学质量的关键。
2 融入CDIO理念的教学设计
在课堂教学中,我们打破课堂教学按教材章节顺序进行讲解的方式,大胆融入CDIO理念,以既要项目法又要体现完整的体系结构为指
导思想,进行启发式教学,注重培养学生的逻辑思维和主观能动性。文献[1]、[2]、[3]等都提出了“兴趣是最好的老师”,“在第一节课就要抓住学生的眼球”等。下面就以有趣的第一讲为例介绍融入CDIO理念的教学设计,如表1所示。
以上10个步骤作为课程的第一讲,涵盖了单片机从构思到实现的全过程,可操作性强。这种从“宏观”到“微观”的教学方式得到学生的认可,在后续的课程中,学生知道为什么做,如何做,做到了哪个步骤,做到心中有数,有的放矢。第一节课讲解就牢牢吸引了同学们的目光,激发了强烈的学习兴趣。第一节课后就有好多同学来拷贝编译软件。部分同学利用课余时间尝试了液晶显示、电机控制、蜂鸣器控制等课外实验;CDIO的教学方法不仅使大部分同学学会了单片机知识,更重要的是激发了学习的兴趣,使学生们爱上了学习。
下面是学生对采用上述讲授方式的单片机课程的评价:“我的逻辑思维得到了锻炼,对知识的追求又有了新的认识,抓紧时间,努力;老师的讲解做到深入浅出,使同学们对于课程有较大的兴趣与主动性。”
3 课程改革的思路
单片机课程是一门应用性很强的课程,多年的教学实践表明,让同
学们在做项目中学会应用,是提高学习效率的有效途径。但是作为本科教学,又不能局限于几个项目,还要兼顾知识的完整性、系统性。因此,在讲课过程中,要兼顾系统性和实用性,注重能力培养。在课堂教学中要做到如下几点。
3.1 主线明晰,详略得当
传统的教学以灌输知识为主,忽视了能力的培养与提高。本课程以发光二极管并口点亮、3～8译码器点亮、调用子程序延时点亮、定时器延时点亮、按键中断点亮为主线,讲解过程中贯穿单片机硬件结构、编程指令、中断、定时器使用方法及扩展器件等教学内容。这种主线明晰的讲解方法使同学们学习思路清晰,学习目的明确,更重要的是能够使同学们快速掌握单片机知识的学习方法,终身受益。
在讲解指令时,注意详略得当。指令很多,但学时有限,如果泛泛的讲,不仅枯燥乏味、浪费时间,而且会降低学生的学习兴趣,所以将指令放到实用程序中讲解,可以达到事半功倍的效果。如:将DJNZ、NOP 指令放在延时程序点亮二极管的程序中,既讲解了循环方式,又讲解了指令。有些不常用的指令,可以让学生自学,只要教会学习指令的学习方法即可。
3.2 发挥学生主观能动性,寓教于乐
教学中,充分调动学生的学习积极性,让学生充分发表意见,开展讨论。让学生自己学,主动学。老师充分发挥指导作用。例如,第一节
课末,要求同学们看书,查资料,预习单片机发展史、作用、应用范围等,第二节课就可以以提问方式讲解叙述性的知识,可以考察学生的自学习能力、总结表达能力、独立思考能力等。又如,在讲解公交车号码的同时,讲解进制数变换知识,不仅让学生们知道进制数变换原则,还知道为什么要进制数变换。寓教于乐,可以记忆终生。
3.3 采用启发式教学,培养学生缜密的逻辑思维
在教学中,时刻运用启发式教学,培养学生缜密的逻辑思维,引导学生积极思考,由浅入深的,由表及里,给学生以豁然开朗的感觉。例如：在讲解ROM时,提及中断的入口地址,此时不必多讲,只要求同学们记住,为后续的中断埋下伏笔;还要让同学们联想到,为什么写程序时开始的几句话总是ORG 0000H,JMP START,ORG 0030H,START:MOV SP,#30H。启发同学们思考,提问START的地址最小是多少？再联想到SP的值最小是多少？把复杂的知识点分散到各细节中讲解,每章节又要串讲,讲解时要根据学情收放自如,达到既分散又浑然一体、散而不乱的教学效果。
3.4 自省法
每个知识要点讲述完成后,要求学生把相关的知识串连起来,加以思考,反省自己在知识掌握中存在的问题。这样不仅可以使学生形成连贯的思维,而且还可以养成反思的好习惯。
