“單片機(jī)原理”課程層次式教學(xué)改革研究

文章編號(hào)：1672-5913(2008)18-0060-02

摘要：本文分析了以往單片機(jī)教學(xué)存在的問(wèn)題，根據(jù)自己的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)提出了新的層次教學(xué)法，滿足了不同能力層次學(xué)生的要求，提高了教學(xué)效果和學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；教學(xué)法；層次式教學(xué)

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

1單片機(jī)原理教學(xué)存在問(wèn)題

1.1傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式

傳統(tǒng)的教學(xué)思路是按照教材的順序，先講單片機(jī)硬件基礎(chǔ)知識(shí)，再講指令系統(tǒng)和匯編語(yǔ)言程序的編制，最后講接口技術(shù)和一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用實(shí)例。學(xué)生只有在課程學(xué)習(xí)的最后才接觸到單片機(jī)的實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)，而在此之前的學(xué)習(xí)由于學(xué)習(xí)目標(biāo)不明確，學(xué)生會(huì)感到學(xué)習(xí)內(nèi)容枯燥乏味，學(xué)習(xí)了也不知道怎么用，故而學(xué)習(xí)的興趣不高。

1.2傳統(tǒng)的課堂與實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式

現(xiàn)在的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)設(shè)備很完善，能操作的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目非常多，實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書對(duì)實(shí)驗(yàn)步驟、方法等規(guī)定得很詳細(xì)，學(xué)生只能在固定的實(shí)驗(yàn)題目范圍變更接線，最多是在本程序內(nèi)修改一下程序，動(dòng)腦和動(dòng)手的機(jī)會(huì)極少。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容充其量就是主要是驗(yàn)證書本上的原理，表面上學(xué)生很好地完成了實(shí)驗(yàn)，實(shí)際上助長(zhǎng)了學(xué)生的依賴性，無(wú)法發(fā)揮學(xué)生的想象力和主觀能動(dòng)性，從某種程度上禁錮了學(xué)生的思路，扼殺了學(xué)生孕育創(chuàng)新意識(shí)，忽略工程設(shè)計(jì)方面的訓(xùn)練，缺少文獻(xiàn)資料查閱能力的訓(xùn)練，缺乏對(duì)新器件、新電路應(yīng)用的認(rèn)識(shí)，對(duì)單片機(jī)在工程中的應(yīng)用更是一知半解，這個(gè)問(wèn)題在畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中反映更強(qiáng)烈。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)缺乏完善的考核機(jī)制，實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容往往隨教師的喜好而定，且實(shí)驗(yàn)考核方法不完善，“重知識(shí)、輕能力、重記憶、輕創(chuàng)新、重理論、輕操作”的考核模式普遍存在，從一定程度上助長(zhǎng)了學(xué)生普遍不重視實(shí)際應(yīng)用的不良風(fēng)氣。

2課程層次式教學(xué)改革

單片機(jī)原理及應(yīng)用是一硬件設(shè)計(jì)和軟件編程相結(jié)合的實(shí)踐性強(qiáng)的課程，硬件是應(yīng)用基礎(chǔ)，但功能實(shí)現(xiàn)又離不開軟件，只有硬件和軟件都掌握了才能應(yīng)用，針對(duì)單片機(jī)課程這個(gè)特點(diǎn)，筆者結(jié)合多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)單片機(jī)教學(xué)提出層次式教學(xué)方法。所謂層次式就是根據(jù)單片機(jī)課程特點(diǎn)，以人的認(rèn)知規(guī)律為主線，把教學(xué)內(nèi)容分為學(xué)習(xí)單片機(jī)基本知識(shí)和功能結(jié)構(gòu)、熟練掌握基本功能應(yīng)用和單片機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用等階段方法來(lái)學(xué)習(xí)以及考核辦法。實(shí)施分層教學(xué)法首先要根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況、教學(xué)目標(biāo)以及教學(xué)學(xué)時(shí)來(lái)合理的確定這幾個(gè)授課階段的學(xué)時(shí)數(shù)。我們可以把單片機(jī)教學(xué)的層次階段概括為“學(xué)”、“練”、“用”以及“考”四個(gè)層次。

2.1學(xué)——學(xué)習(xí)單片機(jī)基本功能結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)

這個(gè)層次內(nèi)容包括單片機(jī)基本知識(shí)、硬件結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)、編程技術(shù)、匯編的編輯調(diào)試等幾大塊的內(nèi)容。教學(xué)原則可在老師指導(dǎo)下學(xué)習(xí)最起碼的基礎(chǔ)，先學(xué)“一知半解”，不求多，不求快 ，也不求“全面”，更不求“系統(tǒng)”。以老師的教授為主，讓學(xué)生感性認(rèn)識(shí)、熟悉為目的，同時(shí)在教學(xué)過(guò)程中也要采取教學(xué)技巧。

(1) 上好第一堂課

興趣是最好的老師，如何讓學(xué)生對(duì)“單片機(jī)原理與應(yīng)用”課程學(xué)習(xí)感興趣第一次課精彩的開場(chǎng)白尤其重要。最好的方法就是現(xiàn)場(chǎng)演示，例如演示預(yù)先編好“跑馬燈控制”，先用PowerPoint演示該控制程序的硬件結(jié)構(gòu)原理圖、程序清單等，然后現(xiàn)場(chǎng)把源程序經(jīng)Keil C編譯成Hex文件，通過(guò)刻錄器刻錄到芯片AT80C51中，通過(guò)面包板把石英晶體和電容連接到AT80C51芯片引腳XTAL1、XTAL2以及RST上就構(gòu)成了單片機(jī)的最小系統(tǒng)，通過(guò)P1口連接上8個(gè)LED，加上5V的電源(可通過(guò)干電池提供)確定無(wú)誤后，就可以看到結(jié)果了。整個(gè)過(guò)程只花10分鐘的時(shí)間，但卻讓學(xué)生了解這門課是與實(shí)際應(yīng)用緊密結(jié)合的，并且初步了解單片機(jī)的開發(fā)過(guò)程，接著介紹單片機(jī)控制系統(tǒng)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防等生產(chǎn)生活領(lǐng)域的應(yīng)用，向?qū)W生交代課程的主要內(nèi)容和教學(xué)目的，使學(xué)生對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)有一個(gè)深刻的感性認(rèn)識(shí)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，為學(xué)好本門課程奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

(2) 實(shí)物教學(xué)法

在教學(xué)過(guò)程中，講授的理論是抽象的，最好讓學(xué)生看實(shí)物，一邊觀察實(shí)物一邊學(xué)習(xí)，把理論體現(xiàn)到實(shí)物上去，例如講芯片引腳時(shí)，讓學(xué)生看看芯片80C51實(shí)物，針對(duì)實(shí)物講引腳的功能、結(jié)構(gòu)、使用方法等；在講到單片機(jī)的定時(shí)計(jì)數(shù)、串行通信等功能時(shí)列舉一些學(xué)生們平時(shí)能夠見到的儀器設(shè)備，如在物理實(shí)驗(yàn)中用到的數(shù)字毫秒計(jì)時(shí)器、數(shù)字信號(hào)發(fā)生器等，以增加學(xué)生對(duì)單片機(jī)應(yīng)用的感性認(rèn)識(shí)，引發(fā)學(xué)生求知探索的強(qiáng)烈欲望。

(3) 指令講授技巧記憶法

指令是程序編寫的基礎(chǔ)，如何讓學(xué)生熟悉掌握MCS-51的111條指令，在按功能分為成的五類指令里，根據(jù)其功能，抓住其源、目的操作數(shù)的不同組合，再輔之以下面的教授方法，是完全能記住的。

① 指令圖示講授記憶法

圖示記憶法是把操作功能相同或相似、但其操作數(shù)不同的指令，用圖形和箭頭將目的、源操作數(shù)的關(guān)系表示出來(lái)的一種記憶方法。例如：由助記符MOV、MOVX、MOVC組成的送數(shù)組指令，可以用圖1、圖2、圖3表示。

② 英文還原講授記憶法。

單片機(jī)的操作碼助記符是該指令功能的英文縮寫，有些指令容易混淆，可將縮寫還原成英語(yǔ)原文，再對(duì)照漢語(yǔ)有助于理解其助記符含義，從而加強(qiáng)記憶。例如：短轉(zhuǎn)移(SJMP)

Short Jump；長(zhǎng)轉(zhuǎn)移(LJMP)Long jump；比較轉(zhuǎn)移(CJNE)Compare

Jump Not Equality；絕對(duì)轉(zhuǎn)移(AJMP)Absolute jump；交換(XCH)Exchange；左環(huán)移(RL)Rotate Left；進(jìn)位左環(huán)移(RLC)

Rotate Left Carry；右環(huán)移(RR)Rotate Right；進(jìn)位右環(huán)移(RRC)Rotate Right Rarry。

③ 口訣記憶法

對(duì)于有些指令，我們可以把相關(guān)的功能用精練的語(yǔ)言編成一句話來(lái)記憶。如PUSH direct和POP direct這兩條指令。初學(xué)者常常分不清堆棧SP的變化情況，為此編成這樣一句話：(SP的內(nèi)容)加1(direct的內(nèi)容)再入棧，(SP的內(nèi)容)彈出(到direct單元)SP才減1。又如乘法指令中積的存放，除法指令中被除數(shù)和除數(shù)以及商的存放，都可以編成口訣記憶如下：

MULAB高位積(存于)B，低位積(存于)A；DIV ABA除以B，商(存于)A余(下)B。

總之，在講授單片機(jī)的指令系統(tǒng)時(shí)，充分運(yùn)用技巧，寓指令于例子當(dāng)中，可以將單片機(jī)實(shí)驗(yàn)中的實(shí)例穿插在指令系統(tǒng)中介紹，并注意實(shí)例中涉及的指令盡量使用已教過(guò)的指令，讓學(xué)生盡快熟悉掌握這些指令。

(4) 模擬仿真教學(xué)法

在指令學(xué)習(xí)過(guò)程中，先用軟件進(jìn)行程序運(yùn)行模擬仿真，讓學(xué)生看到指令執(zhí)行的真實(shí)效果，更確切地體會(huì)到每一條指令執(zhí)行時(shí)的內(nèi)部過(guò)程，這樣學(xué)生學(xué)指令輕松了，就激起了學(xué)習(xí)興趣，學(xué)習(xí)匯編指令時(shí)不再枯燥無(wú)味。與此同時(shí)，盡可能讓學(xué)生逐漸熟悉匯編程序編寫調(diào)試的方法、技巧等。同時(shí)教導(dǎo)學(xué)生多讀書上的例題和別人編寫的程序，自己再結(jié)合實(shí)際初步編寫一些程序。

2.2練——單片機(jī)基本功能應(yīng)用練習(xí)

“練”這個(gè)層次主要是對(duì)單片機(jī)熟練掌握各功能模塊應(yīng)用，包括基本輸入輸出應(yīng)用、定時(shí)器應(yīng)用、中斷應(yīng)用、串行口應(yīng)用、并行口擴(kuò)展應(yīng)用、A/D、D/A應(yīng)用等，同時(shí)加強(qiáng)編程能力。在這個(gè)層次倡導(dǎo)實(shí)驗(yàn)教學(xué)為主，課堂教學(xué)為輔的教學(xué)指導(dǎo)思想，同時(shí)加大實(shí)驗(yàn)室開放力度，保證學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)間。具體來(lái)說(shuō)，就是以學(xué)生實(shí)驗(yàn)為主，教師主要任務(wù)就是針對(duì)每個(gè)功能選擇、設(shè)計(jì)實(shí)例，同時(shí)把實(shí)例分解成若干個(gè)任務(wù)，針對(duì)每個(gè)任務(wù)細(xì)分為具體的教學(xué)知識(shí)點(diǎn)，以深入理解第一個(gè)層次學(xué)習(xí)的各知識(shí)點(diǎn)，通過(guò)對(duì)知識(shí)點(diǎn)的深入理解，再獨(dú)立完成每個(gè)任務(wù)所需的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目來(lái)達(dá)到教學(xué)目的。所以教師在設(shè)計(jì)教學(xué)實(shí)例時(shí)，遵循由淺入深，由易到難的原則，可設(shè)計(jì)/選擇三種層次的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：

① 驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，用來(lái)驗(yàn)證每一個(gè)功能模塊的工作原理，在設(shè)計(jì)時(shí)一般較簡(jiǎn)單，功能單一，就是用來(lái)加深對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解，并不斷反復(fù)修改實(shí)現(xiàn)不同功能要求，以提高基本運(yùn)用和基礎(chǔ)編程能力。

② 綜合性實(shí)驗(yàn)，多個(gè)功能模塊綜合使用，程序較復(fù)雜，使編成能力和運(yùn)用能力進(jìn)一步提高。

③ 創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，要求學(xué)生學(xué)會(huì)查閱參考資料、獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的硬件電路和程序，并對(duì)軟件進(jìn)行調(diào)試的能力。

同時(shí)要正確地引導(dǎo)學(xué)生從已熟知的內(nèi)容入手，不斷增強(qiáng)自信心、慢慢的把所學(xué)的知識(shí)有效地形成一個(gè)方向明確、思實(shí)驗(yàn)路清晰、具有內(nèi)在聯(lián)系的問(wèn)題鏈。

2.3用——單片機(jī)的應(yīng)用實(shí)踐

這個(gè)層次主要是把單片機(jī)分散、獨(dú)立的知識(shí)融會(huì)貫通，集中應(yīng)用到具體系統(tǒng)中去，培養(yǎng)學(xué)生單片機(jī)的實(shí)際綜合開發(fā)能力，通常以課程設(shè)計(jì)的形式體現(xiàn)。在設(shè)計(jì)之前只為學(xué)生作簡(jiǎn)單的提示，主要靠學(xué)生自己去摸索，學(xué)會(huì)查閱參考資料，自己決定采用什么方案、如何選用芯片、如何組織器件、如何編程實(shí)現(xiàn)等，并對(duì)軟硬件進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試、指標(biāo)測(cè)試。在調(diào)試過(guò)程中，學(xué)生學(xué)會(huì)自己動(dòng)手分析結(jié)果，解決實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問(wèn)題，在解決問(wèn)題的過(guò)程中進(jìn)一步加深對(duì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)的理解，提高學(xué)生獨(dú)立學(xué)習(xí)的能力，增強(qiáng)學(xué)生的自信心。當(dāng)課題完成后，還要求學(xué)生寫出課程設(shè)計(jì)報(bào)告，使課程設(shè)計(jì)的過(guò)程與畢業(yè)設(shè)計(jì)相似，使學(xué)生了解完成一個(gè)課題的全過(guò)程。這樣的課程設(shè)計(jì)不僅提高了學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)能力，而且培養(yǎng)了學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，為他們今后進(jìn)一步的學(xué)習(xí)和深造打下了基礎(chǔ)。實(shí)踐證明在完成課程設(shè)計(jì)后，學(xué)生的設(shè)計(jì)能力和實(shí)際動(dòng)手能力普遍提高了。

2.4考——單片機(jī)教學(xué)的考核

為了強(qiáng)化學(xué)生的動(dòng)手能力和應(yīng)用能力，對(duì)課程的考核成績(jī)采用結(jié)構(gòu)化成績(jī)，由3部分組成:主卷成績(jī)(期終理論筆試)占40%，副卷成績(jī)占30%，平時(shí)實(shí)驗(yàn)成績(jī)30%組成，創(chuàng)新、論文等作另外加分。

平時(shí)實(shí)驗(yàn)成績(jī)主要由出勤率、實(shí)驗(yàn)態(tài)度、實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力、實(shí)驗(yàn)成功率和實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)等內(nèi)容組成。實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)依據(jù)學(xué)生實(shí)驗(yàn)記錄、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容完成情況及實(shí)驗(yàn)報(bào)告質(zhì)量等組成。

副卷成績(jī)主要包括課程設(shè)計(jì)成績(jī)和實(shí)驗(yàn)考核成績(jī)。課程設(shè)計(jì)成績(jī)主要是考查學(xué)生在知識(shí)運(yùn)用上表現(xiàn)出來(lái)的獨(dú)立設(shè)計(jì)和綜合分析能力以及解決問(wèn)題的能力，要求學(xué)生重視平時(shí)知識(shí)的積累、能力的培養(yǎng)和樹立嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。實(shí)驗(yàn)考核要求學(xué)生現(xiàn)場(chǎng)抽題完成，允許學(xué)生帶教材、作業(yè)本和輔導(dǎo)書參加考試，但不能討論，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成一個(gè)較為簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，并且現(xiàn)場(chǎng)完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。教師根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果現(xiàn)場(chǎng)給予評(píng)分，旨在考查學(xué)生的理論基礎(chǔ)和應(yīng)用知識(shí)的能力。

加分項(xiàng)用于鼓勵(lì)和培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神。當(dāng)學(xué)生有所創(chuàng)新、有不同于其他同學(xué)的設(shè)計(jì)功能、程序部分涉及教學(xué)以外的知識(shí)、協(xié)助老師完成科研成果、發(fā)表相關(guān)的論文時(shí)，教師酌情加分。新的考核方式更注重實(shí)踐能力的培養(yǎng)。

3結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)幾年實(shí)踐證明，這種教學(xué)方法能滿足不同能力的學(xué)生的需求，逐步改變了學(xué)生對(duì)單片機(jī)技術(shù)畏懼的態(tài)度，從下手到自行開發(fā)出實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品，這都是加強(qiáng)教學(xué)改革的結(jié)果。本教學(xué)方法符合我校提出的加強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐能力，培養(yǎng)“應(yīng)用型、開發(fā)型”人才為目標(biāo)，開拓學(xué)生出口(就業(yè))。當(dāng)然在教學(xué)改革中仍然有大量的工作要做，還有許多課題有待進(jìn)一步探索、完善。

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