淺談單片機(jī)教學(xué)方面的設(shè)想

靳　晶

【摘要】大多數(shù)高校在單片機(jī)原理課程的理論教學(xué)中，均是以單片機(jī)的結(jié)構(gòu)為主線，先講硬件結(jié)構(gòu)，然后是指令系統(tǒng)、軟件編程、單片機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展和各種外圍器件的應(yīng)用，最后再講一些實(shí)例。本文針對這種教學(xué)現(xiàn)狀提出了改進(jìn)教學(xué)的意見和實(shí)踐措施。

【關(guān)鍵詞】單片機(jī) 課堂教學(xué) 教學(xué)改進(jìn)

一、現(xiàn)狀分析

目前，大多數(shù)高校在單片機(jī)原理課程的理論教學(xué)中，均是以單片機(jī)的結(jié)構(gòu)為主線，先講硬件結(jié)構(gòu)，然后是指令系統(tǒng)、軟件編程、單片機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展和各種外圍器件的應(yīng)用，最后再講一些實(shí)例。在實(shí)踐教學(xué)中，現(xiàn)在普遍采用“實(shí)驗(yàn)箱”。觀察中不難發(fā)現(xiàn)，學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)時(shí)都是用指導(dǎo)書上現(xiàn)成的資料，編譯現(xiàn)成的程序，沒有人去分析程序的流程。對于單片機(jī)電路也只是按實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書在實(shí)驗(yàn)箱上做簡單的連線，沒有一個(gè)整體的電氣原理圖概念。因?yàn)閷?shí)驗(yàn)條件有限，不可能每個(gè)同學(xué)都能得到老師的輔導(dǎo)，況且實(shí)驗(yàn)課通常是以兩學(xué)時(shí)為單元進(jìn)行教學(xué)安排，而實(shí)驗(yàn)儀器的準(zhǔn)備、清理又要占用一部分時(shí)間，有些好學(xué)的同學(xué)剛搞清楚程序的思路、興趣剛起，時(shí)間卻到了，無奈只得收工。

二、意見和建議

理論教學(xué)應(yīng)注重與“實(shí)物”相結(jié)合以認(rèn)知應(yīng)用開發(fā)過程為先導(dǎo)，先動(dòng)手實(shí)踐、再理論學(xué)習(xí)、以一個(gè)完整的單片機(jī)應(yīng)用電路來打開單片機(jī)的學(xué)習(xí)之門。單片機(jī)課程的開設(shè)通常是在大二下學(xué)期，此時(shí)的同學(xué)已具備一定的基礎(chǔ)，裝過收音機(jī)、學(xué)數(shù)模電，具備最基本的讀圖識圖能力，元器件組裝焊接能力。因此，在學(xué)習(xí)單片機(jī)之前，給同學(xué)們提供一些詳細(xì)的電路圖和源程序，讓同學(xué)們自己照著資料用萬能板搭建實(shí)際電路；從元器件的安裝，到程序的編譯，程序的下載，裝機(jī)調(diào)試，查看結(jié)果寫調(diào)試報(bào)告；使大家從一開始就掌握單片機(jī)的整個(gè)開發(fā)流程及工作原理，并從中感受到電子制作的樂趣；然后再以此“實(shí)物”出發(fā)開始單片機(jī)的理論學(xué)習(xí)，這樣不但使同學(xué)們在一開始就近距離認(rèn)識了單片機(jī)，還能做到理論與實(shí)物相結(jié)合，激發(fā)了大家的學(xué)習(xí)興趣。

三、教學(xué)改進(jìn)與實(shí)踐措施

1.教學(xué)改進(jìn)

(1)增加相關(guān)教學(xué)環(huán)節(jié)學(xué)時(shí)

針對單片機(jī)課程內(nèi)容抽象的特點(diǎn)，大多數(shù)高校在單片機(jī)課程設(shè)置中都包括一定比例的實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)。但仍不能充分培養(yǎng)學(xué)生的單片機(jī)開發(fā)能力，要提高學(xué)生的開發(fā)能力必須增加實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)學(xué)時(shí)。從2002年開始，相應(yīng)增加了單片機(jī)的實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)，并增加了與單片機(jī)有關(guān)的課程設(shè)計(jì)，一般都在2周左右。如電氣化與自動(dòng)化專業(yè)增加了“接口與控制課程設(shè)計(jì)”，電子信息工程專業(yè)增加了“單片機(jī)與數(shù)字系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)”。實(shí)踐證明，課程設(shè)計(jì)有效鞏固了學(xué)生的現(xiàn)有知識，并使學(xué)生深入學(xué)習(xí)和掌握了相關(guān)的延伸性知識。

(2)豐富實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容

課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)可以使學(xué)生綜合利用所學(xué)的理知識進(jìn)行系統(tǒng)的應(yīng)用設(shè)計(jì)，是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力和合素質(zhì)的有效手段。在課程設(shè)計(jì)的選題方面應(yīng)充分考慮各專業(yè)的培養(yǎng)要求，電氣工程及其自動(dòng)專業(yè)單片機(jī)課程設(shè)計(jì)的選題側(cè)重于接口的設(shè)計(jì)和制功能的實(shí)現(xiàn)，電子信息工程專業(yè)則側(cè)重于信號的輸和處理功能的實(shí)現(xiàn)。選題不局限于一個(gè)題目，鼓勵(lì)和提倡各班級以小組的形式選題，不但可以避免同題目可能出現(xiàn)的同學(xué)之間抄襲現(xiàn)象，也可以給學(xué)生多的設(shè)計(jì)內(nèi)容的選擇。

2.實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備改造

20世紀(jì)90年代末，實(shí)驗(yàn)設(shè)備多是一上位機(jī)、一臺仿真器和一個(gè)簡單的實(shí)驗(yàn)板，單片機(jī)接線直接焊好在電路板上，學(xué)生無法進(jìn)行接線操作，只能在上位機(jī)上進(jìn)行軟件編程。這樣學(xué)生對單片硬件的使用非常生疏，最終不能熟練掌握單片機(jī)系硬件電路的搭接方法。而社會所需求的從事單片機(jī)開發(fā)的人才需要同時(shí)具備軟件開發(fā)和硬件開發(fā)的能力。針對以往實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的不足，改革舊的實(shí)驗(yàn)設(shè)備勢在必行。在設(shè)備改造上，主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行了嘗試。

(1)便于學(xué)生掌握操作方法

快速的掌握實(shí)驗(yàn)設(shè)備的使用方法不僅節(jié)省了課時(shí)，使學(xué)生有更多的時(shí)間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，還能避免由于操作過難而使學(xué)生產(chǎn)生厭倦的情緒，可以提高學(xué)生的操作的積極性。在單片機(jī)實(shí)驗(yàn)設(shè)備軟件的選擇上，充分考慮了可視化操作的優(yōu)勢，在DOS操作系統(tǒng)下使用軟件可以使學(xué)生深入了解利用匯編語言對單片機(jī)編程的原理及過程。在單片機(jī)實(shí)驗(yàn)設(shè)備硬件支持的選擇上，也充分考慮設(shè)備操作的簡便性。實(shí)驗(yàn)箱以主流單片機(jī)MCS-51系列的80C52為實(shí)驗(yàn)芯片，其芯片的40個(gè)引腳，分別以插孔形式引出到在實(shí)驗(yàn)箱的電路板上，每個(gè)插孔都以鮮明的文字加以標(biāo)注，其他相關(guān)擴(kuò)展芯片電路也是如此，操作時(shí)非常方便，直接以電線進(jìn)行連接即可?？梢杂行岣吡藢W(xué)生的動(dòng)手能力，有利于幫助學(xué)生構(gòu)建開發(fā)單片機(jī)系統(tǒng)硬件電路的思想。

(2)便于實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的擴(kuò)展

采用了仿真器和實(shí)驗(yàn)箱分離的實(shí)驗(yàn)設(shè)備。該設(shè)備既支持定時(shí)計(jì)數(shù)器、串行口、輸入輸出口以及中斷系統(tǒng)等基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)，也支持諸如USB擴(kuò)展和CPLD擴(kuò)展的擴(kuò)展性實(shí)驗(yàn)。同時(shí)，學(xué)生自己動(dòng)手制作的單片機(jī)電路板也可以利用仿真器調(diào)試。滿足各種學(xué)生的學(xué)習(xí)的需求，豐富了人才培養(yǎng)的特色。

(3)便于學(xué)生與社會需求接軌

學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，是學(xué)生掌握課堂上講授的理論知識的必要的輔助手段，也是以后進(jìn)入社會從事單片機(jī)開發(fā)工作的必要基礎(chǔ)。所以在選擇實(shí)驗(yàn)改革上也要充分考慮到這一點(diǎn)。所選擇設(shè)備的上位機(jī)軟件采用的是德國Keil公司開發(fā)的keilC51uVision2軟件開發(fā)平臺，此開發(fā)平臺在全世界具有通用性。學(xué)生如果掌握了此開發(fā)平臺的使用方法，在以后從事單片機(jī)開發(fā)工作時(shí)，將有一個(gè)很好的工作基礎(chǔ)。

3.教學(xué)手段和方式的實(shí)踐

在以往的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，對于實(shí)驗(yàn)器材的硬件認(rèn)識，多采用集中講授，而對于上位機(jī)軟件的使用，以實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的形式使學(xué)生掌握。實(shí)踐證明，這種方法非常枯燥且效率不高。另外，在實(shí)驗(yàn)過程中，各實(shí)驗(yàn)小組會出現(xiàn)的各種不同的錯(cuò)誤，沒有合適的方法和足夠的時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)一的演示和分析，如果能夠?qū)λ霈F(xiàn)問題都演示給學(xué)生并讓他們分析，將會有效提高學(xué)生的實(shí)踐能力。

(1)多媒體教學(xué)手段的實(shí)踐

利用多媒體技術(shù)，我們可以集中演示上位機(jī)軟件的使用方法。通過計(jì)算機(jī)和大屏幕，在較短時(shí)間內(nèi)可以直觀有效地將上位機(jī)軟件的使用方法和各菜單功能演示給大家，在此過程中，增強(qiáng)了學(xué)生的感性認(rèn)識，提高了實(shí)驗(yàn)課的效率。例如，對于程序的調(diào)試，如果只是教條的告訴學(xué)生其中的某條指令具有某種功能，學(xué)生會難以理解，但是如果在上位機(jī)軟件中形象演示出此指令的執(zhí)行結(jié)果，學(xué)生會很容易理解并掌握此指令。

(2)課題提問方式的實(shí)踐

針對某些學(xué)生在做基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)時(shí)，僅按照實(shí)驗(yàn)步驟操作不加思考的情況，嘗試了提問的方式。在學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過程中，對于實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)問題和內(nèi)容進(jìn)行提問，促使學(xué)生在對這些問題進(jìn)行思考，使其掌握了重點(diǎn)知識，改善了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)效果。

(3)其他方式的實(shí)踐

我們也嘗試了其他方式來培養(yǎng)學(xué)生扎實(shí)的基本功和較高的動(dòng)手能力。這些方式均是以培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、全面分析問題和創(chuàng)新能力為出發(fā)點(diǎn)。如問題不回答方式，即在實(shí)驗(yàn)過程中，對于學(xué)生提出的有能力自己解決的問題不解答，給他們一段獨(dú)立思考的時(shí)間，培養(yǎng)他們獨(dú)立分析和解決問題的能力。

四、結(jié)論

通過上述的實(shí)踐環(huán)節(jié)教學(xué)改革與實(shí)踐，單片機(jī)實(shí)踐教學(xué)取得了較好的效果，學(xué)生的動(dòng)手能力明顯提高，有效增強(qiáng)了對單片機(jī)的深入學(xué)習(xí)和開發(fā)的興趣?？傊瑔纹瑱C(jī)并不像有些人想象的那么難，只要我們采用合理的教學(xué)方法，通過多種手段，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)、認(rèn)真的工程素養(yǎng)，讓更多的學(xué)生愛上單片機(jī)。