單片機(jī)原理課程教學(xué)改革研究

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)計制造及其自動化專業(yè)的必修課，從學(xué)生平時上課的表現(xiàn)和考試的結(jié)果，以及學(xué)生走上工作崗位后反饋的情況來看，筆者學(xué)校的單片機(jī)原理課程教學(xué)存在著一些不足之處。為響應(yīng)學(xué)校創(chuàng)建省級示范應(yīng)用型本科院校的號召，全面提高學(xué)校的辦學(xué)質(zhì)量和辦學(xué)水平，2008年，筆者學(xué)校對單片機(jī)原理課程的教學(xué)進(jìn)行了探索性的改革。

一、單片機(jī)原理課程教學(xué)存在的問題

1.編程語言掌握不牢

多年來，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)生對匯編語言部分的知識掌握得不好。而對于單片機(jī)原理這樣以培養(yǎng)學(xué)生產(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，對單片機(jī)原理的掌握自然無從談起。匯編語言是低級語言，僅是機(jī)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，學(xué)生顯然在短時間內(nèi)難以完全掌握。

2.教學(xué)模式單一

目前大多數(shù)高校的理論教學(xué)過程都采用先基礎(chǔ)后應(yīng)用的模式，即單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)—指令系統(tǒng)—匯編語言設(shè)計—外部系統(tǒng)擴(kuò)展—接口技術(shù)和應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計。這種模式雖然思路清晰，但是存在著過于機(jī)械化的弊端，缺乏生動、直觀的輔助教學(xué)手段，讓學(xué)生覺得學(xué)習(xí)單片機(jī)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，實踐教學(xué)形式單一且受重視程度不夠。當(dāng)前的實踐課教學(xué)大多以單片機(jī)實驗箱為實驗平臺，而開設(shè)的也多為驗證性實驗。通過觀察我們不難發(fā)現(xiàn)，學(xué)生在做實驗時大都是用實驗指導(dǎo)書上已經(jīng)寫好的程序資料，沒有多少同學(xué)會去分析程序的流程，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，學(xué)生也只是按實驗指導(dǎo)書的要求在實驗箱上做簡單的連線，沒有一個整體的電氣原理圖的概念，再加上實驗條件有限，不可能每個同學(xué)都得到老師的輔導(dǎo)，因此導(dǎo)致學(xué)生過度追求實驗結(jié)果，而忽略了硬件設(shè)計、軟件調(diào)試等過程。

3.課程內(nèi)容滯后

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。而實際上單片機(jī)已經(jīng)發(fā)展出了很多品種，即使是51系列的單片機(jī)的種類也是非常豐富的，比如有內(nèi)置看門狗、PWM、SPI和A／D、D／A等類型。但是學(xué)生們對此卻知之甚少。

二、單片機(jī)原理課程理論教學(xué)改革

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)用于各個教育教學(xué)領(lǐng)域。傳統(tǒng)教學(xué)是以課堂教學(xué)為主、以教師為中心的教學(xué)，而對單片機(jī)原理這種實踐性較強(qiáng)的課程來說，傳統(tǒng)的教學(xué)方法顯然難以充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。多媒體教學(xué)是通過計算機(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，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。又如在每章節(jié)的最后，教師可以把網(wǎng)絡(luò)上具有代表性的和應(yīng)用性的問題搬到課堂上，組織學(xué)生進(jìn)行討論和分析，使在課堂上學(xué)習(xí)到的知識能和實際應(yīng)用聯(lián)系在一起。這樣就可以引導(dǎo)學(xué)生學(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(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)計打下基礎(chǔ)。

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，教師要注意將其與匯編語言作對比，幫助學(xué)生理解二者在端口和中斷等定義上的不同。學(xué)生在了解單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，理解C的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、存儲結(jié)構(gòu)與單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)的相互對應(yīng)關(guān)系。此外，在學(xué)習(xí)的過程中，要讓學(xué)生認(rèn)識到C語言相對匯編語言的優(yōu)點，如可讀性、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。通過匯編語言和C語言進(jìn)行對照的教學(xué)模式，學(xué)生可以很快地掌握單片機(jī)原理應(yīng)用的編程，這無疑對后期的學(xué)習(xí)大有益處。

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Windows界面，同時隨著Windows版本的更新不斷完善，而最重要的一點是Keil C51生成目標(biāo)代碼的效率非常高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。

在操作的軟件系統(tǒng)界面圖中，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目管理器窗口，在該窗口既可以查看項目的文件情況，也可以查看程序執(zhí)行時寄存器的實時值J。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。

在引入標(biāo)準(zhǔn)C語言的基礎(chǔ)上，為了使學(xué)生畢業(yè)走向社會后，能夠更快地適應(yīng)企業(yè)單片機(jī)相關(guān)產(chǎn)品的開發(fā)，我們又引導(dǎo)學(xué)生掌握此開發(fā)平臺的使用方法，為他們今后開展工作打下了一個很好的基礎(chǔ)。

三、單片機(jī)原理課程實踐教學(xué)改革

1.變革傳統(tǒng)的實驗?zāi)Ｊ?/p>

我們嘗試改變了傳統(tǒng)實驗過程中以驗證性為主的實驗?zāi)Ｊ剑褐笇?dǎo)教師僅提供實驗的方向，學(xué)生根據(jù)實驗?zāi)康暮鸵筇崆邦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；根據(jù)自己的實驗過程撰寫實驗報告，包括實驗中遇到的問題以及提出解決方案。同時，教師也可以組織學(xué)生間進(jìn)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?/p>

2.充分利用課外時間

單片機(jī)原理課程的課外教學(xué)也是實踐教學(xué)中很重要的一個組成部分，而不僅僅是實驗教學(xué)的一個補充。事實上，學(xué)生可以通過組織興趣小組、參與教師的科研等多種方式進(jìn)行課外學(xué)習(xí)。例如筆者學(xué)校團(tuán)委和科技處組織學(xué)生申報研究性學(xué)習(xí)項目，這在很大程度上激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新精神，強(qiáng)化了他們的實踐能力和獨立解決實際問題的能力。另外，單片機(jī)課程任課老師也適當(dāng)?shù)貙W(xué)生課外學(xué)習(xí)進(jìn)行指導(dǎo)，針對學(xué)生感興趣的研究方向，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)生展開討論；同時鼓勵學(xué)生走出學(xué)校，參加各種嵌人式系統(tǒng)講座和校內(nèi)外組織的各種跟單片機(jī)相關(guān)的競賽活動，開闊視野，逐步增長、培養(yǎng)自己的研究能力和創(chuàng)新能力。

四、結(jié)論

在單片機(jī)課程理論教學(xué)環(huán)節(jié)和實踐環(huán)節(jié)中引入新的內(nèi)容和方法，是否提高了學(xué)生們對這門課的學(xué)習(xí)興趣和熱情呢？我們設(shè)計了單片機(jī)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。我們分別對05級和06級共計280名學(xué)生進(jìn)行了問卷調(diào)查，統(tǒng)計得出的結(jié)果是05級122名學(xué)生評出的分?jǐn)?shù)平均分為88.36，06級158名學(xué)生給出的平均分是90.02。通過學(xué)生們對改革后的單片機(jī)原理課程教學(xué)的評價可以看出，該課程并非那么難學(xué)，只要教師采用合理的教學(xué)方法，通過多種手段，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，教學(xué)效果就一定能夠得到不斷提升。

（作者單位：河北省邢臺技師學(xué)院）