單片機(jī)教學(xué)之我見

魏 雅

[摘要] 本文介紹了單片機(jī)原理及應(yīng)用課程的發(fā)展概況，課程建設(shè)與改革的思路，簡單闡述了教學(xué)改革的必要性，并提出了幾種教學(xué)改革的具體建議，有一定的探討價(jià)值。

[關(guān)鍵詞] 學(xué)習(xí)興趣 新型教學(xué)方式 虛實(shí)結(jié)合 工程設(shè)計(jì)

計(jì)算機(jī)控制技術(shù)已成為現(xiàn)代控制技術(shù)的主流。單片機(jī)在諸多電子設(shè)備的設(shè)計(jì)中一般充當(dāng)著控制器的作用，社會(huì)上需要大量具備電子線路設(shè)計(jì)能力和單片機(jī)編程能力的人員，主要從事智能電子產(chǎn)品的開發(fā)和維護(hù)。電子時(shí)代對(duì)我們高職院校的學(xué)生提出了更高的要求，要求我們培養(yǎng)的學(xué)生既有動(dòng)手能力又有創(chuàng)新能力，才能在當(dāng)今的市場和就業(yè)競爭中體現(xiàn)自己的實(shí)力?！秵纹瑱C(jī)原理及應(yīng)用》這門課是技術(shù)性較強(qiáng)的課程。其目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生的單片機(jī)應(yīng)用能力，完成數(shù)據(jù)和控制信息的輸入與輸出、對(duì)外界數(shù)據(jù)和控制信息的處理、定時(shí)與計(jì)數(shù)的實(shí)現(xiàn)、控制信息的顯示與報(bào)警、模擬量與數(shù)字量的轉(zhuǎn)換等實(shí)際應(yīng)用技能。讓學(xué)生掌握這些知識(shí)及應(yīng)用，從知識(shí)結(jié)構(gòu)上來看是必需的，但這門課難學(xué)也是事實(shí)。本文就“怎樣使學(xué)生在有限的時(shí)間學(xué)會(huì)這門課，并能熟練應(yīng)用到工程實(shí)踐中去” 提出了一些個(gè)人的觀點(diǎn)。

提高學(xué)生學(xué)習(xí)單片機(jī)的興趣

興趣是最好的老師，為了提高學(xué)生對(duì)單片機(jī)原理課程的學(xué)習(xí)興趣，第一次課安排在單片機(jī)實(shí)訓(xùn)室上。在第一次課的緒論中，除了簡要列舉大量圖文并茂的應(yīng)用案例外，還把接好線、調(diào)試好程序的典型案例在電腦及單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱上當(dāng)堂為學(xué)生演示，并簡要介紹它們的工作原理及應(yīng)用，創(chuàng)建一個(gè)“學(xué)習(xí)《單片機(jī)原理與應(yīng)用》課程不但有用而且有趣”的情景，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。同時(shí)，開課兩周后還邀請(qǐng)科大科技公司的技術(shù)人員來校作了“單片機(jī)與就業(yè)” 、“單片機(jī)的應(yīng)用”等專題講座，使同學(xué)們了解單片機(jī)在工業(yè)控制、智能化儀器儀表、計(jì)算機(jī)外部設(shè)備、 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與通訊技術(shù)和家用電器等領(lǐng)域的應(yīng)用及作為一個(gè)電子工程師學(xué)好單片機(jī)的重要性和必要性，更加增強(qiáng)了他們學(xué)習(xí)單片機(jī)的興趣和學(xué)好單片機(jī)的信心。

教學(xué)手段改革

1.改變授課方式

傳統(tǒng)的授課方式為：每章節(jié)都安排大量理論內(nèi)容，并在后面安排相應(yīng)的配套實(shí)驗(yàn)。并且這些實(shí)驗(yàn)教學(xué)通常以驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)為主。例如數(shù)據(jù)排序?qū)嶒?yàn)，學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書給出的程序鍵入PC機(jī)中，經(jīng)過編譯后，通過串口下載到仿真器中運(yùn)行此程序，只要輸入和操作無誤，則必定會(huì)得到正確的結(jié)果，即實(shí)現(xiàn)8051內(nèi)部RAM 單元中N個(gè)數(shù)據(jù)的排序，做這種實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)生往往只注重于實(shí)驗(yàn)結(jié)果的正確與否，而不注重程序是怎樣編出來的，對(duì)什么情況下要用哪條指令，每條指令的功能是什么等問題不甚了解。這樣的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，既不利于發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，也不利于培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)及解決實(shí)際問題的能力，使學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容缺少感性認(rèn)識(shí)，提不起學(xué)生對(duì)知識(shí)學(xué)習(xí)的興趣。同時(shí)，學(xué)生的動(dòng)手能力得不到鍛煉，教學(xué)效果自然大打折扣。

新型教學(xué)方式研究：設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)與項(xiàng)目相結(jié)合

本課程的學(xué)習(xí)，應(yīng)立足于加強(qiáng)學(xué)生實(shí)際操作能力的培養(yǎng)。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是為提高學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力而設(shè)計(jì)的，與驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)不同，它提高了實(shí)驗(yàn)的難度及綜合性，更強(qiáng)調(diào)對(duì)學(xué)生主動(dòng)性、創(chuàng)造性和動(dòng)手能力的培養(yǎng)[1]。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)常常以一個(gè)具體的項(xiàng)目為題展開，以項(xiàng)目的開發(fā)步驟作為教學(xué)順序。分析解決問題的方案、引出課程的知識(shí)點(diǎn)和技能點(diǎn)，并運(yùn)用討論、實(shí)踐、交流等形式，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，在寓教于樂中掌握分析問題和解決問題的方法。教學(xué)過程全部放在實(shí)訓(xùn)室進(jìn)行，邊講解、邊演示、邊操作、邊實(shí)驗(yàn)。能夠大大激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，課堂教學(xué)變得生動(dòng)豐富，不再是乏味深?yuàn)W的理論推導(dǎo)，而是富有挑戰(zhàn)性和創(chuàng)新性。學(xué)生可以采取分項(xiàng)目小組的形式來完成任務(wù)，通過角色輪換，熟悉整個(gè)工作過程。每個(gè)學(xué)生都能真正參與教學(xué)過程，不會(huì)出現(xiàn)“教”、“學(xué)”分離的現(xiàn)象。同學(xué)之間有了互相交流學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)，學(xué)生也能部分充當(dāng)教師的角色。同時(shí)，教師通過分析排除不同的故障現(xiàn)象，也激發(fā)了教師的教學(xué)積極性。當(dāng)把所有的項(xiàng)目完成之后，既積累了動(dòng)手實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，又掌握了單片機(jī)的理論知識(shí)點(diǎn)。采用項(xiàng)目教學(xué)，以工作任務(wù)為引領(lǐng)，將設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)與項(xiàng)目結(jié)合，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，激發(fā)學(xué)生的成就感。注重體現(xiàn)“教、學(xué)、做”一體化的高職教育理念。

課堂的具體實(shí)施可以分以下步驟進(jìn)行：

（1）實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目描述。讓學(xué)生明確本節(jié)課的學(xué)習(xí)目的，對(duì)所要做的東西有個(gè)初步的感性認(rèn)識(shí)。項(xiàng)目一般選擇現(xiàn)實(shí)生活中常見的產(chǎn)品，這樣會(huì)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性與興趣。

（2）項(xiàng)目模塊化。將項(xiàng)目內(nèi)容分成硬件設(shè)計(jì)、程序編寫、調(diào)試程序等幾個(gè)環(huán)節(jié)講解，各個(gè)環(huán)節(jié)再細(xì)分成不同的功能模塊，這樣學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容明了清楚，容易把握重點(diǎn)。

（3）理論知識(shí)點(diǎn)撥。講授項(xiàng)目中要用到的理論知識(shí)，讓學(xué)生初步了解與掌握產(chǎn)品的工作原理。

（4）實(shí)踐操作。將學(xué)生分成若干項(xiàng)目組，根據(jù)所學(xué)理論知識(shí)實(shí)現(xiàn)具體的項(xiàng)目產(chǎn)品。在完成過程中，如果碰到難解決的問題，項(xiàng)目組成員可通過討論及查閱資料解決，這樣既鍛煉了學(xué)生的動(dòng)手能力，也培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。

以項(xiàng)目數(shù)字頻率計(jì)實(shí)驗(yàn)為例，指導(dǎo)教師首先向?qū)W生明確該實(shí)驗(yàn)所要達(dá)到的目的，即利用CPU的定時(shí)計(jì)數(shù)器T0和T1相配合，來測量信號(hào)的頻率，并將測量結(jié)果送LCD或LED顯示，實(shí)驗(yàn)步驟如下：

（1）根據(jù)實(shí)驗(yàn)的目的和要求，學(xué)生通過思考提出設(shè)計(jì)方案。

（2）利用實(shí)驗(yàn)板上的硬件資源，自己動(dòng)手搭接實(shí)現(xiàn)此功能的硬件電路。

（3）編制好源程序。

（4）將所編制的源程序下載到仿真器中，用信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生輸入信號(hào)來調(diào)試系統(tǒng)。

（5）記錄實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果、分析誤差原因， 提出實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和方式上的改進(jìn)意見，寫出書面報(bào)告。

該類實(shí)驗(yàn)與具體的項(xiàng)目相結(jié)合的最大特色就是學(xué)生不能依賴實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，而要獨(dú)立思考，完成硬件電路的設(shè)計(jì)和源程序的編寫。在調(diào)試過程中，學(xué)生自己動(dòng)手分析解決出現(xiàn)的問題，可以了解單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)的全過程，鍛煉他們的動(dòng)手能力及創(chuàng)新精神。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)與項(xiàng)目相結(jié)合可讓學(xué)生自主設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)，能激發(fā)學(xué)生的主觀能動(dòng)性和創(chuàng)造性，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新精神是非常有利的。

2.虛實(shí)結(jié)合

虛擬項(xiàng)目：實(shí)訓(xùn)室中不僅配備了單片機(jī)產(chǎn)品開發(fā)的軟硬件環(huán)境，還配置了單片機(jī)仿真工具Proteus軟件，proteus6.5可以仿真51系列、AVR，PIC等常用的MCU及其外圍電路，可以像使用仿真器一樣調(diào)試程序。我們?cè)诮虒W(xué)過程中向?qū)W生演示它的功能和使用，鼓勵(lì)有電腦的學(xué)生安裝這個(gè)軟件，利用課余時(shí)間自己動(dòng)手做LCD、LED 顯示，AD/DA轉(zhuǎn)換，交通燈設(shè)計(jì)等方面的項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)。并與教學(xué)內(nèi)容中的學(xué)習(xí)項(xiàng)目相結(jié)合，開發(fā)了一系列虛擬項(xiàng)目，讓學(xué)生隨時(shí)隨地都可以通過網(wǎng)絡(luò)完成操作訓(xùn)練，突破了實(shí)訓(xùn)室的局限性，大大優(yōu)化了教學(xué)過程。

虛擬動(dòng)畫：對(duì)于課程中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，采用虛擬動(dòng)畫的方式，將抽象的知識(shí)直觀化，有利于幫助學(xué)生理解和應(yīng)用，提高教學(xué)質(zhì)量和效率。

加強(qiáng)課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)

對(duì)“單片機(jī)原理及應(yīng)用”課程設(shè)計(jì)的目的就是讓同學(xué)們?cè)诶碚搶W(xué)習(xí)及小項(xiàng)目的基礎(chǔ)上，通過完成一個(gè)涉及單片機(jī)多種資源應(yīng)用，并具有綜合功能的系統(tǒng)目標(biāo)板的設(shè)計(jì)與編程應(yīng)用，使學(xué)生不但能夠?qū)⒄n堂上學(xué)到的理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用結(jié)合起來，而且能夠?qū)﹄娮与娐?、電子元器件、電路布線等方面的知識(shí)綜合應(yīng)用，同時(shí)在軟件編程、排錯(cuò)調(diào)試、焊接技術(shù)、相關(guān)儀器設(shè)備的使用技能等方面得到較全面的鍛煉和提高，為今后能夠獨(dú)立進(jìn)行單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì)工作打下一定的基礎(chǔ)[3]。

課程設(shè)計(jì)的時(shí)間一般只有1~2周，課題難度不宜太高，但要有一定的廣度，有一定的代表性，能夠包含課程的各個(gè)主要環(huán)節(jié)。在選題上要求學(xué)生可結(jié)合平時(shí)學(xué)習(xí)和資料收集，自己選題，也可以選擇老師布置的課題，學(xué)生自己對(duì)課題進(jìn)行分析、設(shè)計(jì)，自己動(dòng)手編程、調(diào)試、安裝、焊接并最后調(diào)試完成一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，對(duì)設(shè)計(jì)過程中涉及到相關(guān)課堂教學(xué)內(nèi)容，必須加以理解和消化，最終提交的是實(shí)物和設(shè)計(jì)報(bào)告。對(duì)課題的目的和要求是：（1）能掌握利用單片機(jī)進(jìn)行實(shí)際系統(tǒng)開發(fā)的方法和步驟。（2）能進(jìn)一步掌握中斷系統(tǒng)及其服務(wù)程序的編寫。能掌握定時(shí)系統(tǒng)、計(jì)數(shù)初值的計(jì)算和裝載等。（3）能掌握單片機(jī)接口的應(yīng)用。（4）能掌握硬件設(shè)計(jì)及焊接工藝要求。（5）能掌握單片機(jī)匯編程序的設(shè)計(jì)、編寫、調(diào)試及程序固化等工作。要求書寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告，分析設(shè)計(jì)過程中自己的運(yùn)行結(jié)果、現(xiàn)象、體驗(yàn)與收獲。

在設(shè)計(jì)過程中，對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)中應(yīng)注意的問題、可能出現(xiàn)的問題，都應(yīng)學(xué)會(huì)靈活應(yīng)對(duì)和解決。更重要的是讓學(xué)生自己去體驗(yàn)每個(gè)環(huán)節(jié)完成的艱辛，這不僅有助于學(xué)生懂得各種知識(shí)的重要作用，也有利于培養(yǎng)學(xué)生從實(shí)際出發(fā)，掌握解決問題的能力和社會(huì)交往的能力，不至于“紙上談兵”。

強(qiáng)化畢業(yè)設(shè)計(jì)與工程設(shè)計(jì)

理論指導(dǎo)實(shí)踐，實(shí)踐檢驗(yàn)理論，在畢業(yè)設(shè)計(jì)中，要求指導(dǎo)教師注重學(xué)生工程能力的培養(yǎng)， 從選題開始瞄準(zhǔn)學(xué)科發(fā)展動(dòng)態(tài)與實(shí)際應(yīng)用問題，使畢業(yè)設(shè)計(jì)課題有新意，實(shí)現(xiàn)方法有突破，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性，必須讓學(xué)生在設(shè)計(jì)中真題真做，真刀真槍地進(jìn)行設(shè)計(jì)[2]。在計(jì)算機(jī)及電類專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)中，以單片機(jī)為工具的應(yīng)用開發(fā)非常普遍，學(xué)生興趣及就業(yè)需求相當(dāng)高，以單片機(jī)為工具設(shè)計(jì)的“大屏幕顯示屏控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)” 、“單片機(jī)溫度檢測與控制系統(tǒng)” 、“單片機(jī)多功能時(shí)鐘系統(tǒng)” 、“卡讀寫器” 等畢業(yè)設(shè)計(jì)課題，針對(duì)學(xué)生興趣及就業(yè)需求，理論聯(lián)系實(shí)際，培養(yǎng)學(xué)生扎實(shí)的專業(yè)知識(shí)和能力，受到師生的一致好評(píng)。同時(shí)在畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，必須嚴(yán)格要求。制訂了畢業(yè)設(shè)計(jì)條例、畢業(yè)設(shè)計(jì)論文工作流程、畢業(yè)設(shè)計(jì)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)。每位同學(xué)20分鐘論文答辯時(shí)間，這對(duì)學(xué)生、對(duì)指導(dǎo)教師提出了更高的要求，對(duì)教師的教學(xué)也起到很好的促進(jìn)作用。學(xué)生在畢業(yè)論文中體會(huì)到：這次設(shè)計(jì)也是一次鍛煉的好機(jī)會(huì)，在學(xué)習(xí)和鞏固新、老知識(shí)的同時(shí)，訓(xùn)練了自己綜合運(yùn)用知識(shí)的能力、分析解決新問題的能力，同時(shí)也提高了自己的工程實(shí)踐能力；在設(shè)計(jì)的過程中，與設(shè)計(jì)小組同學(xué)一同學(xué)習(xí)、一同討論，大家集思廣益，發(fā)揚(yáng)了團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，為完成設(shè)計(jì)任務(wù)共同努力，從中領(lǐng)悟到凡事只要用心去做，一定能做好。

采用多種評(píng)價(jià)方式

不同的評(píng)價(jià)方式可以有不同的效果。

（1）改革傳統(tǒng)的教學(xué)評(píng)價(jià)手段和方法，采用階段評(píng)價(jià)、目標(biāo)評(píng)價(jià)、項(xiàng)目評(píng)價(jià)、理論與實(shí)踐一體化評(píng)價(jià)模式。

（2）關(guān)注評(píng)價(jià)的多元性，結(jié)合課堂提問、學(xué)生作業(yè)、平時(shí)測驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)、技能競賽及考試情況，綜合評(píng)定學(xué)生成績。

（3）應(yīng)注重學(xué)生動(dòng)手能力和實(shí)踐中分析問題、解決問題能力的考核，對(duì)學(xué)習(xí)和應(yīng)用上有創(chuàng)新的學(xué)生應(yīng)給予特別鼓勵(lì)，要綜合評(píng)價(jià)學(xué)生能力。

多年來，在教研室的幾位老師共同努力下，對(duì)單片機(jī)課程的教學(xué)方法及實(shí)踐作了許多的研究、改革和探索，已取得了初步成果，我們將進(jìn)一步探索適合新時(shí)期人才培養(yǎng)目標(biāo)的理論與實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)模式，構(gòu)建旨在培養(yǎng)工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的新的教學(xué)模式，努力提高教學(xué)質(zhì)量。提高學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新思維的水平。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉輝.從電子設(shè)計(jì)競賽看單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革與創(chuàng)新［J］.長沙大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，（5）：99-100.

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[3]周曉雁.單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的嘗試［J］.山東工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（社科版），1995，（2）：93-94.

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作者單位：陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 陜西咸陽