基于應(yīng)用型人才培養(yǎng)的單片機(jī)原理教學(xué)改革研究

吳全玉,陳 杰

(皖西學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院,安徽六安237012)

基于應(yīng)用型人才培養(yǎng)的單片機(jī)原理教學(xué)改革研究

吳全玉,陳 杰

(皖西學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院,安徽六安237012)

單片機(jī)原理課程對(duì)于電子、電信、計(jì)算機(jī)和自動(dòng)控制等專業(yè)的學(xué)生來說是一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程,但由于長期以來大都采用傳統(tǒng)的教學(xué)模式,缺乏一定的改革和創(chuàng)新,導(dǎo)致單片機(jī)原理課程的教學(xué)內(nèi)容和手段都顯得陳舊。針對(duì)這種狀況,我們引入多媒體教學(xué)和傳統(tǒng)教學(xué)模式相結(jié)合、匯編語言教學(xué)中引入標(biāo)準(zhǔn)C語言、學(xué)生研究性學(xué)習(xí)項(xiàng)目立項(xiàng)和Keil C51等幾方面來進(jìn)行探索性的改革,通過問卷調(diào)查的方式發(fā)現(xiàn),大部分學(xué)生對(duì)單片機(jī)原理的教學(xué)改革是認(rèn)可的。

單片機(jī)原理;教學(xué)改革;多媒體教學(xué);標(biāo)準(zhǔn)C語言;Keil C51

單片機(jī)原理課程是電子信息科學(xué)與技術(shù)、機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生的必修課,但從多年學(xué)生平時(shí)上課的表現(xiàn)和考試的結(jié)果,以及從學(xué)生走向工作崗位的問題反饋來看,我校的單片機(jī)原理課程教學(xué)當(dāng)中存在著一些不足之處。如教學(xué)內(nèi)容過于陳舊,匯編語言的教學(xué)方式過于死板,實(shí)踐的方法跟不上當(dāng)今工作崗位的要求等。為響應(yīng)學(xué)校創(chuàng)建省級(jí)示范應(yīng)用型本科院校的要求,全面提高我校的辦學(xué)質(zhì)量和辦學(xué)水平,在2008年,我們對(duì)實(shí)用性較強(qiáng)的專業(yè)技術(shù)課單片機(jī)原理的教學(xué)進(jìn)行了探索性的改革實(shí)踐。

1 課程教學(xué)存在的問題

多年來,我們的單片機(jī)原理課程教學(xué)都是以匯編語言為主,從每屆學(xué)生考試的結(jié)果來看,學(xué)生對(duì)匯編語言部分知識(shí)的掌握比較差。對(duì)于單片機(jī)這樣的以培養(yǎng)學(xué)生的產(chǎn)品設(shè)計(jì)應(yīng)用能力為主要教學(xué)目標(biāo)之一的課程來說,編程語言掌握不好,學(xué)生對(duì)單片機(jī)原理的掌握可想而知。究其原因,主要是匯編語言是低級(jí)語言,僅是機(jī)器指令的簡單符號(hào)化,寄存器使用相對(duì)高級(jí)語言操作繁雜,并且要求學(xué)生具有一定的硬件基礎(chǔ)知識(shí),顯然學(xué)生在短時(shí)間內(nèi)難以完全掌握。

目前大多數(shù)高校的理論教學(xué)過程都是采用先基礎(chǔ)后應(yīng)用的模式[1],即單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)、匯編語言設(shè)計(jì)、外部系統(tǒng)擴(kuò)展、接口技術(shù)和應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì),這種方法雖然思路清晰,但是存在著過于機(jī)械性的弊端,缺乏生動(dòng)、直觀的實(shí)物等輔助教學(xué)手段,這樣便使學(xué)生覺得學(xué)習(xí)單片機(jī)枯燥乏味,沒有現(xiàn)實(shí)意義,缺乏興趣,嚴(yán)重影響了教學(xué)效果。實(shí)踐教學(xué)上形式單一且重視不夠。當(dāng)前的實(shí)踐課教學(xué)大多以單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱為實(shí)驗(yàn)平臺(tái),而開設(shè)的也多為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。觀察中我們不難發(fā)現(xiàn),學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)時(shí)大都是用實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書上已經(jīng)寫好的程序資料,幾乎沒有多少同學(xué)去分析程序的流程,更不用說去研究讀懂那些代碼了。另外,對(duì)于用到電路硬件的實(shí)驗(yàn),也只是按實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書要求在實(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,再加上實(shí)驗(yàn)條件的有限,不可能每個(gè)同學(xué)都能得到老師的輔導(dǎo)。導(dǎo)致學(xué)生過度追求實(shí)驗(yàn)結(jié)果,而忽略了硬件設(shè)計(jì)、軟件調(diào)試等過程。

另外,我們的單片機(jī)教學(xué)都是以8031或MCS-51為例來進(jìn)行的,多年來基本沒有變化,實(shí)際在市場上單片機(jī)已經(jīng)發(fā)展出了很多品種,即使是51系列的單片機(jī)也是非常豐富的。比如:有內(nèi)置看門狗的,有內(nèi)置PWM的,有內(nèi)置 SPI的和內(nèi)置A/D、/D/A的等等。但是學(xué)生們卻知道的很少。

2 課堂教學(xué)改革

2.1 多媒體教學(xué)和傳統(tǒng)教學(xué)模式相結(jié)合

隨著大學(xué)教育教學(xué)改革的深入,多媒體教學(xué)將更加廣泛地應(yīng)用于各種教育教學(xué)領(lǐng)域[2]。傳統(tǒng)教學(xué)方法是以課堂教學(xué)為主,以教師為中心進(jìn)行的教學(xué),而對(duì)單片機(jī)原理課程這種實(shí)踐性較強(qiáng)的課堂教學(xué),顯然傳統(tǒng)的教學(xué)方法不能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性,而多媒體教學(xué)方法是通過計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)和現(xiàn)代教學(xué)方法進(jìn)行的教學(xué)活動(dòng),集文字、圖像、聲音、視頻影像、動(dòng)畫等各種信息于一體[3],教學(xué)更加形象、直觀和生動(dòng)。例如通過使用豐富的網(wǎng)絡(luò)資源,同學(xué)們能夠了解當(dāng)前有關(guān)單片機(jī)的新書訊、新技術(shù)、新信息和相關(guān)領(lǐng)域的內(nèi)容,了解單片機(jī)應(yīng)用和發(fā)展的現(xiàn)狀。同時(shí)在每章節(jié)的最后把網(wǎng)絡(luò)上具有代表性的和應(yīng)用性的問題搬到課堂上,組織大家一起進(jìn)行討論和分析等,能使課堂學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)知識(shí)和實(shí)際應(yīng)用聯(lián)系在一起。這樣就可以引導(dǎo)同學(xué)們學(xué)會(huì)搜集和消化網(wǎng)絡(luò)上的有關(guān)資源,學(xué)會(huì)查閱單片機(jī)廠家提供的芯片技術(shù)資料,為將來自己進(jìn)行軟硬件設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。

2.2 在匯編語言教學(xué)中引入標(biāo)準(zhǔn)C語言

鑒于匯編語言不容易掌握,教師在講授完單片機(jī)原理硬件結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)和匯編語言程序設(shè)計(jì)章節(jié)之后,可引入單片機(jī)標(biāo)準(zhǔn)C語言的教學(xué)內(nèi)容。其內(nèi)容主要包括C的基本語法、C的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、C的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)和C的流程控制等知識(shí)要點(diǎn),并且在講解的過程中跟匯編語言作對(duì)比,理解兩者在端口和中斷等定義上的不同,同學(xué)們?cè)诹私鈫纹瑱C(jī)硬件結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,理解C的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)與單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)的相互對(duì)應(yīng)關(guān)系。另外,在學(xué)習(xí)的過程中,要讓同學(xué)們認(rèn)識(shí)到C語言相對(duì)匯編語言的優(yōu)點(diǎn):如C語言的可讀性、可維護(hù)性好,便于維護(hù)和調(diào)試以及代碼重用和移植等。

這樣以采用匯編語言和C語言進(jìn)行對(duì)照的教學(xué)模式,學(xué)生可以很快地在短期內(nèi)掌握單片機(jī)原理應(yīng)用的編程,無疑會(huì)對(duì)后期的學(xué)習(xí)有相當(dāng)大的益處。

2.3 引入單片機(jī)最常用的開發(fā)工具Keil C51

集成電路的發(fā)展使得單片機(jī)的性能不斷提高,應(yīng)用領(lǐng)域日益廣闊,單片機(jī)編譯調(diào)試工具也在不斷完善。最常用的開發(fā)工具Keil C51是由美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語言軟件開發(fā)系統(tǒng),Keil C51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具,全Window s界面,同時(shí)該軟件系統(tǒng)隨著Window s版本的更新不斷地完善,另外重要的一點(diǎn),只要看一下編譯后生成的匯編代碼,就能體會(huì)到Keil C51生成的目標(biāo)代碼效率非常高,多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊,容易理解。圖1為操作的軟件系統(tǒng)界面圖,窗口標(biāo)題欄下緊接著是菜單欄,菜單欄下面是工具欄,工具欄下面的左邊是項(xiàng)目管理器窗口,在該窗口既可以查看項(xiàng)目的文件情況,也可以查看程序執(zhí)行時(shí)寄存器的實(shí)時(shí)值。在管理器窗口的右邊是編輯窗口,它的下面是命令窗口和各種輸出信息窗口,對(duì)于這些窗口可以通過視圖菜單(View)下面的命令打開或關(guān)閉。

圖1 Keil C51軟件系統(tǒng)界面圖

在引入標(biāo)準(zhǔn)C語言的基礎(chǔ)上,為了大學(xué)生們走向社會(huì)后,能夠更快適應(yīng)工廠企業(yè)的單片機(jī)相關(guān)產(chǎn)品的開發(fā),我們又引導(dǎo)同學(xué)們掌握此開發(fā)平臺(tái)的使用方法,這樣為在以后打下一個(gè)很好的工作基礎(chǔ)。

3 實(shí)踐教學(xué)改革

3.1 變革傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?/h3>

我們嘗試改變傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)過程中以驗(yàn)證性為主的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?指導(dǎo)教師僅提供實(shí)驗(yàn)的方向,學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?提前預(yù)習(xí),自己到圖書館或者網(wǎng)上查閱相關(guān)資料,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案,編寫相關(guān)的實(shí)驗(yàn)程序。在實(shí)驗(yàn)中遇到問題可與小組成員討論解決,最后得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果。學(xué)生應(yīng)根據(jù)自己的實(shí)驗(yàn)過程撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告,包括學(xué)生實(shí)驗(yàn)中遇到的問題,以及提出的解決方案。同時(shí)教師也可以組織學(xué)生間進(jìn)行交流,對(duì)各組實(shí)驗(yàn)結(jié)果與報(bào)告展開分析和討論[4],從而提高大學(xué)生的研究能力和科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>

3.2 充分利用好課外時(shí)間

單片機(jī)原理課程的課外教學(xué)也是實(shí)踐教學(xué)中很重要的一個(gè)組成部分,它不僅僅是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一個(gè)補(bǔ)充[5]。事實(shí)上,大學(xué)生可以通過組織興趣小組、參與教師的科研等各種方式進(jìn)行課外學(xué)習(xí),例如我校團(tuán)委和科技處組織學(xué)生申報(bào)的研究性學(xué)習(xí)項(xiàng)目,在很大程度上激發(fā)了部分學(xué)生的創(chuàng)新精神,強(qiáng)化了他們的實(shí)踐能力,從而增強(qiáng)了他們獨(dú)立解決實(shí)際問題的能力。另外,單片機(jī)課程任課老師也適當(dāng)?shù)貙?duì)學(xué)生課外學(xué)習(xí)予以指導(dǎo),針對(duì)他們感興趣的研究方向,提供參考書目,引導(dǎo)學(xué)生了解最新動(dòng)態(tài),把握研究方向,與學(xué)生之間展開討論,鼓勵(lì)學(xué)生走出學(xué)校,參加各種嵌入式系統(tǒng)講座,參與校內(nèi)外組織的各種跟單片機(jī)相關(guān)的競賽活動(dòng),開闊學(xué)生們的視野,增長他們的才干,逐步培養(yǎng)自己的研究能力和創(chuàng)新能力。

表1 單片機(jī)原理課程評(píng)價(jià)調(diào)查表

4 結(jié)論

在單片機(jī)課程教學(xué)環(huán)節(jié)和實(shí)踐環(huán)節(jié)中引入新的內(nèi)容和教學(xué)方法,是否提高了學(xué)生們對(duì)這門課的學(xué)習(xí)興趣和熱情呢,我們?cè)O(shè)計(jì)了如表1所示的單片機(jī)原理課程評(píng)價(jià)調(diào)查表,來檢驗(yàn)學(xué)生們對(duì)課程改革教學(xué)的認(rèn)可度,分別對(duì)05級(jí)和06級(jí)共計(jì)280名學(xué)生進(jìn)行了問卷調(diào)查,統(tǒng)計(jì)得出的結(jié)果是05級(jí)122名學(xué)生評(píng)出的分?jǐn)?shù)平均得分88.36分,06級(jí)158名學(xué)生給出的平均分是90.02分。可見通過同學(xué)們對(duì)改革后的單片機(jī)原理課程教學(xué)的評(píng)價(jià),其課程并非那么難學(xué),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,就一定能夠達(dá)到好的教學(xué)效果。

[1]趙天翔,肖寒鵬.對(duì)單片機(jī)教學(xué)改革的探討[J].新西部,2008,(14):162.

[2]王青萍.《單片機(jī)原理及接口技術(shù)》課程教學(xué)問題及解決方法初探[J].湖北第二師范學(xué)院學(xué)報(bào),2008,25(8):132-134.

[3]鮑立寧.淺談高校多媒體教學(xué)中存在的誤區(qū)及對(duì)策[J].皖西學(xué)院學(xué)報(bào),2006,22(5):147-148.

[4]胡方強(qiáng),牟峰.單片機(jī)課程教學(xué)改革與探索[J].中國集體經(jīng)濟(jì),2008,(6):186.

[5]劉健.實(shí)施研究性教學(xué),培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新能力[J].北京市財(cái)貿(mào)管理干部學(xué)院學(xué)報(bào),2006,22(2):43-45,42.

Reform Teaching Principle and Application of MCU Based on Training Applied Talents

WU Quan-yu ,CHEN J ie
( College of Mechanical and Elect ronical Engi neering ,West Anhui Uni versty,Lu’an 237012,China)

The principle of single-chip is an important professional basic course of the students , such as major in elect ronics , telecommunications ,computers and automatic cont rol. However ,we had used a t raditional mode of teaching for a long time ,and lack of reform or innovation ,and then the teaching content s and means were out of date. In order to improve the quality of teaching ,we adopted to multi-media and traditional model combining teaching ,and teaching of assembly language with standard C ,in the same time ,we int roduced our student s to research assistant project and used Keil C51 sof tware. Finally, the result s were good by the scores of our students’answer table.

pprinciple of single-chip ;teaching reform;multi-media teaching ; standard C; Keil C51

TP368.1

A

1009-9735(2010)05-0052-03

2010-04-25

吳全玉(1977-),男,安徽碭山人,在讀博士生,研究方向:嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用、信號(hào)處理與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。