單片機課程教學(xué)研究與實踐

孫燕琴

摘 要:單片機是許多電子類工科學(xué)生必修的一門課程,但是,學(xué)生普遍感到該課程難學(xué)。本文闡述了一種新的教學(xué)方法,以任務(wù)為教學(xué)單元,打破原有界限,不管硬件結(jié)構(gòu)、指令、編程的先后順序,將各部分知識分解成一個個知識點。為了完成一個任務(wù)抽取每個部分的不同知識點,加以組合,由淺入深地引導(dǎo)學(xué)生,使他們的知識逐漸完善,能力逐漸提高,當(dāng)所有任務(wù)完成時,已具有初步開發(fā)能力。

一、引言

20世紀80年代以來,單片機發(fā)展迅速,由于單片機具有體積小、可靠性高和價格便宜等獨特優(yōu)點,現(xiàn)已成為工廠自動化和各控制領(lǐng)域的支柱產(chǎn)業(yè)之一。因此,職業(yè)技術(shù)學(xué)校作為以專門培養(yǎng)全面發(fā)展的且掌握一門專業(yè)技術(shù)為目的的技術(shù)型人才的搖籃,在學(xué)校開設(shè)的自動化、機電一體化、數(shù)控等專業(yè)中,單片機課程無疑是一門既基礎(chǔ)又重要的學(xué)科。然而,目前單片機教學(xué)的發(fā)展緩慢,現(xiàn)狀令人擔(dān)憂。因此,本文結(jié)合在教學(xué)過程中的實際例子,闡述了一種以任務(wù)為教學(xué)單元的新的教學(xué)方法。

二、教學(xué)中發(fā)現(xiàn)的問題

在教學(xué)過程中,學(xué)生普遍反映該課程難學(xué),部分學(xué)生在課程過半后還沒有入門,究其原因,歸納如下:

1.先修課程基礎(chǔ)薄弱

單片機是一門涉及硬、軟件技術(shù)的綜合性很強的學(xué)科,除了需要具備良好的單片機專業(yè)知識外,它還要求學(xué)生必須具備數(shù)字電子技術(shù)、計算機組成原理以及模擬電子技術(shù)等方面的基礎(chǔ)知識。根據(jù)這一情況,開設(shè)單片機之前應(yīng)先將數(shù)字電子技術(shù)、計算機組成原理和模擬電子技術(shù)等相關(guān)課程進行開設(shè)。讓學(xué)生有了相關(guān)的專業(yè)知識作為鋪墊,在以后學(xué)習(xí)單片機原理這門學(xué)科時就會很快掌握簡單的計算和原理問題。還沒見過電容、電阻,就要求學(xué)生學(xué)習(xí)單片機,這種在基礎(chǔ)較為薄弱的情況下,迫使學(xué)生理解,會適得其反。

2.傳統(tǒng)教學(xué)步驟的缺陷

傳統(tǒng)的單片機教學(xué),均是以單片機的結(jié)構(gòu)為主線,先講單片機的硬件結(jié)構(gòu),然后是指令、軟件編程、單片機系統(tǒng)的擴展和各種外圍器件的應(yīng)用,最后再講一些實例。此種教學(xué)方法過于死板,模式單一,不利于學(xué)生的個性發(fā)展。因而,學(xué)生普遍感到難學(xué)。一個從未接觸過計算機結(jié)構(gòu),甚至數(shù)字電路也是剛剛接觸的學(xué)生,要理解單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu),這實在不是個容易的事。于是糊里糊涂地學(xué)完了第一部分,第二部分一開始就是尋址方式,更抽象,好多人直到學(xué)完單片機還不能理解尋址方式究竟是什么意思,然后是指令,111條指令,全部要記住,讓人望而生畏。第三部分是編程,如果說前面的東西不能理解,還能靠記憶來獲得知識的話,這部分就純是理解和掌握了。往往有的學(xué)生在課堂上對單片機每個單獨的知識點掌握得很好,一旦要設(shè)計單片機系統(tǒng)時就一頭霧水,更不必說編程技巧了。

3.輕視實踐課程

單片機基礎(chǔ)實際上是一門理論和實踐相結(jié)合的課程,然而很多教師在教學(xué)過程中,多講理論,卻輕視實踐,最后考核也是以理論考核的形式來進行,束縛了學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)造性能力。許多學(xué)生也反映在課堂上老師講的能聽懂,但是要在實驗室里編寫一個程序卻無從下手,從而放棄了實踐機會。導(dǎo)致學(xué)生對知識的理解只停留在表層概念,無法真正應(yīng)用。

三、課堂教學(xué)采取的相應(yīng)措施

1.激發(fā)興趣,注重理論聯(lián)系實際

從實用性角度出發(fā),激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,排除學(xué)習(xí)單片機無用的顧慮。單片機教材中的內(nèi)容理論性強,結(jié)構(gòu)、指令、編程等知識的羅列讓學(xué)生不清楚該課程有何用途,在學(xué)習(xí)中表現(xiàn)出抵觸情緒,因此在教學(xué)過程中,多舉例聯(lián)系實際,可以調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

例如,在學(xué)習(xí)單片機概述的過程中,我們往往籠統(tǒng)的介紹微機的發(fā)展,單片機的發(fā)展,單片機的用途等等,條條杠杠讓人厭煩。其實我們可以這樣來介紹:

(1)單片機就是將CPU、RAM、ROM、輸入/輸出設(shè)備做到一塊集成電路芯片中了,所以就稱為單片(單芯片)機。2.PC中的CPU一塊就要賣幾千塊錢,這么多東西做在一起,還不得買個天價!再說這塊芯片也得非常大了。其實單片機價格并不高,從幾元人民幣到幾十元人民幣,體積也不大,一般用40腳封裝,當(dāng)然功能多一些的單片機也有引腳比較多的,如68引腳,功能少的只有10多個或20多個引腳,有的甚至只有8只引腳。為什么會這樣呢?功能有強弱,打個比方,市場上面有的組合音響一套才賣幾百塊錢,可是有的一臺功放機就要賣好幾千。

(2)另外這種芯片的生產(chǎn)量很大,技術(shù)也很成熟,51系列的單片機已經(jīng)做了十幾年,所以價格就低了。

(3)既然如此,單片機的功能肯定不強,干嗎要學(xué)它呢?話不能這樣說,實際工作中并不是任何需要計算機的場合都要求計算機有很高的性能,一個控制電冰箱溫度的計算機難道要用PIII?應(yīng)用的關(guān)鍵是看是否夠用,是否有很好的性能價格比。所以8051出來十多年,依然沒有被淘汰,還在不斷的發(fā)展中。

這樣一來,學(xué)生不但對單片機有了初步的概念,而且對他的使用場合也知道了一些,就會產(chǎn)生這樣的想法:原來我們生活當(dāng)中也能接觸到單片機啊,原來單片機也不貴啊,我學(xué)了這個課能不能也做一個單片機用用啊……從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

2.采用任務(wù)驅(qū)動教學(xué)方法

在講述知識時,以任務(wù)為教學(xué)單元,打破原有界限,不管硬件結(jié)構(gòu)、指令、編程的先后順序,將各部分知識分解成一個個知識點。為了完成一個任務(wù)抽取每個部分的不同知識點,加以組合,完成第一個任務(wù)就能清楚單片機的開發(fā)過程,完成第二、三個任務(wù),就能自己模仿性地編出自己的程序,使得學(xué)習(xí)過程是一個不斷成功地完成任務(wù)的過程。當(dāng)所有任務(wù)全部完成,知識點就全學(xué)完了。即便只完成部分任務(wù),也可以去做一些程序了——事實上并沒有必要學(xué)完全部知識才可以去做開發(fā)的。任務(wù)教學(xué)的過程與實驗緊密結(jié)合,可以把每一個任務(wù)看作是一個實驗,通過實驗、實踐來發(fā)現(xiàn)問題,在老師的指導(dǎo)下、書本的理論及自己的探索總結(jié)下解決問題,從而獲得知識和能力。實驗的目的就絕非簡單的驗證,而是學(xué)生發(fā)現(xiàn)、獲得知識的重要組成部分。

例如,在介紹單片機外部結(jié)構(gòu)時,常用方法就是拿出一塊單片機芯片(或者示意圖),說說它有多少個引腳,每個引腳的作用,能連接什么部件等,這樣學(xué)生是聽到完忘到完。在這里,我們可以提出一個任務(wù),要用單片機點亮一只發(fā)光二極管LED。要完成這個任務(wù),我們要做三件事:(1)給單片機連線,使它工作。(2)接上發(fā)光二極管LED。(3)發(fā)出命令,點亮二極管。在給單片機連線和連接發(fā)光二極管的過程中,我們了解了單片機的外部結(jié)構(gòu)和一些引腳的功能,在點亮二極管的過程中,我們知道了指令的作用。這樣一個任務(wù),將前后的一些知識點結(jié)合在一起,顯得直觀易懂,學(xué)生也很快能掌握怎么去點亮一個發(fā)光二極管,在實踐課中立即就可以檢驗自己對知識的掌握程度。

四、實踐教學(xué)采取的相應(yīng)措施

單片機課程實際上是一門對實踐要求很強的課程,要想深入了解單片機的編程,直至單片機的開發(fā),都離不開實踐。只有這樣,才能提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力,才能實現(xiàn)把學(xué)生培養(yǎng)成動手和理論相結(jié)合的技術(shù)型人才。

單片機課程實踐教學(xué)包括兩方面:一是與課程同步的上機實驗;二是課程結(jié)束后的課程設(shè)計?？稍O(shè)置驗證型、設(shè)計型和綜合型三個層次的實驗內(nèi)容,分別在課程實驗和課程設(shè)計中完成。驗證型實驗與單片機的各個理論知識點對應(yīng),培養(yǎng)學(xué)生對單片機的理解,消除學(xué)生對單片機的神秘感。設(shè)計型實驗在驗證型實驗的基礎(chǔ)上進行,培養(yǎng)學(xué)生的單片機系統(tǒng)的設(shè)計思路,設(shè)計方法及程序的編寫。綜合型實驗強調(diào)單片機系統(tǒng)與相關(guān)電子技術(shù)的結(jié)合,培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力。實驗步步深入,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情,變被動學(xué)習(xí)為主動學(xué)習(xí)。在整個教學(xué)過程中,兩者缺一不可,相輔相成,通過這兩方面循序漸進的訓(xùn)練,可以使學(xué)生掌握更多的編程技巧和方法,真正幫助學(xué)生提高分析問題、解決問題的能力。

由于單片機是一門實用技術(shù)課程,因此單片機課程教學(xué)內(nèi)容必須符合當(dāng)前單片機的發(fā)展潮流,所使用的實驗設(shè)備必須與教學(xué)內(nèi)容配套。

五、結(jié)束語

總之,在教材、教學(xué)過程的安排上不能不考慮學(xué)生的接受能力。我們在教學(xué)和學(xué)習(xí)的過程中,都應(yīng)該摒棄教材的限制,做到以人的認知規(guī)律為主線,而不是以課程結(jié)構(gòu)為主線。當(dāng)完成第一個任務(wù)即可進行單片機的初步應(yīng)用嘗試,不必學(xué)完單片機的全部知識體系。隨著任務(wù)的逐漸進行,知識逐漸完善,能力逐漸提高,所有任務(wù)完成時,已具有初步開發(fā)能力。

參考文獻:

1.何燕.淺談單片機原理在職高中的教學(xué).2007

2.金杰.單片機應(yīng)用基本功.人民郵電出版社,2009

3.馬靜等.單片機原理與應(yīng)用實踐教學(xué)指導(dǎo)書.中國計量出版社,2004

作者單位:江蘇省宜興技師學(xué)院