論單片機原理及接口技術(shù)教學(xué)改革研究

　　摘 要： 單片機原理及接口技術(shù)課程是電子、電信、自動控制和機電等專業(yè)學(xué)生的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，近二十年來隨著單片機的普及和發(fā)展，傳統(tǒng)的教學(xué)模式受到挑戰(zhàn)。為改革和創(chuàng)新單片機原理及接口技術(shù)課程的教學(xué)內(nèi)容和手段，作者引入多媒體教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)模式相結(jié)合，從教學(xué)方法、實驗室建設(shè)和實驗設(shè)備的研制等幾方面進行探索性的改革，根據(jù)學(xué)生的實際水平，在指令系統(tǒng)、匯編語言教學(xué)中，采用階梯式教學(xué)法，由淺入深，引導(dǎo)學(xué)生進行研究性學(xué)習(xí)。通過問卷調(diào)查的方式發(fā)現(xiàn)，大部分學(xué)生對單片機原理及接口技術(shù)課程的教學(xué)改革是認(rèn)可的。
　　關(guān)鍵詞： 單片機原理及接口技術(shù)課程 存在問題 改革措施
　　
　　單片機原理及接口技術(shù)課程是電子信息科學(xué)與技術(shù)、機電一體化和機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)學(xué)生的必修課，但從多年來學(xué)生平時上課的表現(xiàn)和考試的結(jié)果，以及從學(xué)生走向工作崗位后反饋的問題來看，我校單片機原理及接口技術(shù)課程教學(xué)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)校升本及創(chuàng)建省級精品課的要求，全面提高我校的辦學(xué)質(zhì)量和辦學(xué)水平，從2007年開始，我們對單片機原理及接口技術(shù)課程的教學(xué)進行了探索性的改革實踐，具體做法如下。
　　1.提出問題
　　多年來，我校的單片機原理及接口技術(shù)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)生對匯編語言部分知識的掌握比較差。對于單片機這樣的以培養(yǎng)學(xué)生的產(chǎn)品設(shè)計應(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)生對單片機原理的掌握可想而知。究其原因，主要是匯編語言是低級語言，僅是機器指令的簡單符號化，寄存器使用相對高級的語言，操作繁雜，并且要求學(xué)生具有一定的硬件基礎(chǔ)知識，顯然學(xué)生在短時間內(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，即單片機硬件結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)、匯編語言設(shè)計、外部系統(tǒng)擴展、接口技術(shù)和應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計，這種方法雖然思路清晰，但是存在著過于機械性的弊端，缺乏生動、直觀的實物等輔助教學(xué)手段，這樣便使學(xué)生覺得學(xué)習(xí)單片機枯燥乏味，沒有現(xiàn)實意義，缺乏興趣，嚴(yán)重影響了教學(xué)效果。同時，學(xué)生在實踐教學(xué)時對驗證性實驗重視不夠。當(dāng)前的實踐課教學(xué)大多以單片機實驗箱為實驗平臺，而開設(shè)的也多為驗證性實驗。學(xué)生在做這類實驗時大都是用實驗指導(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，對于用到電路硬件的實驗，也只是按實驗指導(dǎo)書要求在實驗箱上做簡單的連線，沒有一個整個系統(tǒng)電氣原理圖的概念，再加上實驗條件的有限，不可能每個同學(xué)都得到老師的輔導(dǎo)，導(dǎo)致學(xué)生過度追求實驗結(jié)果，而忽略了硬件連線、軟件調(diào)試等過程。
　　另外，我校的單片機原理及接口技術(shù)課程教學(xué)都是以MCS-51系列單片機為主來進行的，多年來基本沒有太大變化，實際在市場上單片機已經(jīng)發(fā)展出了很多品種，即使是51系列單片機也是非常豐富的，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，等等。但是學(xué)生們卻知道的很少。
　　2.教學(xué)改革措施
　　2.1課堂教學(xué)方法的改革
　　2.1.1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)已更加廣泛地應(yīng)用于各種教育教學(xué)領(lǐng)域。傳統(tǒng)教學(xué)方法是以課堂教學(xué)為主，以教師為中心進行的教學(xué)，而對單片機原理及接口技術(shù)課程這種實踐性較強的課堂教學(xué)，顯然傳統(tǒng)的教學(xué)方法不能充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，而多媒體教學(xué)方法是通過計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)和現(xiàn)代教學(xué)方法進行的教學(xué)活動，集文字、圖像、聲音、視頻影像、動畫等各種信息于一體，教學(xué)更加形象、直觀和生動。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，了解單片機應(yīng)用和發(fā)展的現(xiàn)狀。同時在每章節(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，組織大家一起進行討論和分析等，能使課堂學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)知識和實際應(yīng)用聯(lián)系在一起。這樣就可以引導(dǎo)同學(xué)們學(xué)會搜集和消化網(wǎng)絡(luò)上的有關(guān)資源，學(xué)會查閱單片機廠家提供的芯片技術(shù)資料，為將來自己進行軟硬件設(shè)計打下基礎(chǔ)。
　　2.1.2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的問題，教師在講授完單片機原理硬件結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)和匯編語言程序設(shè)計章節(jié)之后，可引入單片機標(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的存儲結(jié)構(gòu)和C的流程控制等知識要點，并且在講解的過程中跟匯編語言作對比，理解兩者在端口和中斷等定義上的不同，使同學(xué)們在了解單片機硬件結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，理解C的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、存儲結(jié)構(gòu)與單片機硬件結(jié)構(gòu)的相互對應(yīng)關(guān)系。另外，在學(xué)習(xí)的過程中，要讓同學(xué)們認(rèn)識到C語言相對匯編語言的優(yōu)點：如C語言的可讀性、可維護性好，便于維護和調(diào)試，以及代碼重用和移植，等等。采用匯編語言和C語言進行對照的教學(xué)模式，學(xué)生可以很快地在短期內(nèi)掌握單片機原理應(yīng)用的編程，無疑會對后期的學(xué)習(xí)有相當(dāng)大的益處。
　　2.1.3引入單片機最常用的開發(fā)工具Keil C51
　　集成電路的發(fā)展使得單片機的性能不斷提高，應(yīng)用領(lǐng)域日益廣闊，單片機編譯調(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KeilSoftware公司出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，Keil C51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面，同時該軟件系統(tǒng)隨著Windows版本的更新不斷地完善，另外，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會到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。
　　在引入標(biāo)準(zhǔn)C語言的基礎(chǔ)上，為了使學(xué)生們走向社會后能夠更快適應(yīng)工廠企業(yè)的單片機相關(guān)產(chǎn)品的開發(fā)，我們又引導(dǎo)同學(xué)們掌握此開發(fā)平臺的使用方法，為以后打下了一個很好的工作基礎(chǔ)。
　　2.2實踐性教學(xué)的改革
　　2.2.1變革傳統(tǒng)的實驗?zāi)Ｊ?br/>　　我們嘗試改變傳統(tǒng)實驗過程中以驗證性為主的實驗?zāi)Ｊ?，指?dǎo)老師僅提供實驗的方向，學(xué)生根據(jù)實驗?zāi)康暮鸵螅崆邦A(yù)習(xí)，自己到圖書館或者網(wǎng)上查閱相關(guān)資料，設(shè)計實驗方案，編寫相關(guān)的實驗程序。在實驗中遇到問題可與小組成員討論解決，最后得到實驗結(jié)果。學(xué)生應(yīng)根據(jù)自己的實驗過程撰寫實驗報告，包括學(xué)生實驗中遇到的問題，以及提出的解決方案。同時教師也可以組織學(xué)生間進行交流，對各組實驗結(jié)果與報告展開分析和討論，從而提高學(xué)生的研究能力和科學(xué)實驗?zāi)芰Α?br/>　　2.2.2充分利用好課外時間
　　單片機原理及接口技術(shù)課程的課外教學(xué)也是實踐教學(xué)中很重要的一個組成部分，它不僅僅是實驗教學(xué)的一個補充。事實上，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行課外學(xué)習(xí)，這在很大程度上能夠激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新精神，強化他們的實踐能力，從而增強他們獨立解決實際問題的能力。另外，單片機課程任課老師也應(yīng)適當(dāng)?shù)貙W(xué)生課外學(xué)習(xí)予以指導(dǎo)，針對他們感興趣的研究方向，提供參考書目，引導(dǎo)學(xué)生了解最新動態(tài)，把握研究方向，與學(xué)生之間展開討論，鼓勵學(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相關(guān)的競賽活動，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。
　　3.結(jié)語
　　在單片機原理及接口技術(shù)課程教學(xué)環(huán)節(jié)和實踐環(huán)節(jié)中引入新的內(nèi)容和教學(xué)方法，是否提高了學(xué)生們對這門課的學(xué)習(xí)興趣、熱情和效果呢？我們設(shè)計了單片機原理課程評價調(diào)查表，來檢驗學(xué)生們對課程改革教學(xué)的認(rèn)可度，分別對05級和06級共計220名學(xué)生進行了問卷調(diào)查，統(tǒng)計得出的結(jié)果是05級112名學(xué)生評出的分?jǐn)?shù)平均得分是88.36分，06級108名學(xué)生給出的平均分是90.02分。可見通過同學(xué)們對改革后的單片機原理及接口技術(shù)課程教學(xué)的評價，該課程并非那么難學(xué)，只要采用合理的教學(xué)方法，通過多種手段，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，就一定能夠達到好的教學(xué)效果。
　　
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