《單片機(jī)原理與接口技術(shù)》課堂教學(xué)探討

　　摘 要： 《單片機(jī)原理與接口技術(shù)》是一門(mén)理論性與實(shí)踐性均很強(qiáng)的學(xué)科電子信息技術(shù)及自動(dòng)化類專業(yè)的核心專業(yè)課程。它對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的工程思維能力和解決問(wèn)題的能力具有重要作用。為了提高教學(xué)質(zhì)量，作者結(jié)合高職學(xué)生和本課程的特點(diǎn)，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)手段等方面進(jìn)行深入探討，同時(shí)采用相應(yīng)的實(shí)例予以說(shuō)明。
　　關(guān)鍵詞： 《單片機(jī)原理與接口技術(shù)》 教學(xué)內(nèi)容 教學(xué)方法 教學(xué)手段
　　《單片機(jī)原理與接口技術(shù)》是電子信息技術(shù)及自動(dòng)化類專業(yè)的核心專業(yè)課程，是一門(mén)理論性與實(shí)踐性均很強(qiáng)的學(xué)科，它對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的工程思維能力和解決問(wèn)題的能力具有重要作用。傳統(tǒng)的教學(xué)和單片機(jī)教材都過(guò)分重視知識(shí)體系的演繹和推理，而在學(xué)習(xí)單片機(jī)時(shí)概念枯澀難懂，缺乏形象化的語(yǔ)言，無(wú)法從學(xué)習(xí)中找到與現(xiàn)實(shí)生活的結(jié)合點(diǎn)，因而大多數(shù)學(xué)生對(duì)單片機(jī)課程產(chǎn)生了畏懼心理，影響了學(xué)習(xí)的積極性。因此，為使學(xué)生更好地掌握《單片機(jī)原理與接口技術(shù)》這門(mén)課程，對(duì)單片機(jī)課程進(jìn)行教學(xué)改革是十分必要的。
　　一、《單片機(jī)原理與接口技術(shù)》教學(xué)內(nèi)容的選取
　　在單片機(jī)原理與接口技術(shù)這門(mén)課中，筆者首先以單片機(jī)考證的要求為導(dǎo)向選取相應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容，同時(shí)在授課中根據(jù)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽的要求和學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。筆者的最終目的是通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生系統(tǒng)地掌握匯編語(yǔ)言的編程方法和C語(yǔ)言在這個(gè)領(lǐng)域的運(yùn)用，掌握單片機(jī)的基本原理、接口和應(yīng)用技術(shù)。筆者所用的單片機(jī)是8051系列，原因是筆者認(rèn)為雖然其他系列單片機(jī)擁有著各自獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和誘人的市場(chǎng)前景，但是51系列單片機(jī)借助廣泛的工程應(yīng)用背景和眾多公司的不斷改進(jìn)仍然會(huì)是市場(chǎng)上不可或缺的一款主流系列［１］。
　　當(dāng)前為了單片機(jī)原理與接口技術(shù)而設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目數(shù)量眾多，為了方便教與學(xué)，筆者只是選取流水燈實(shí)驗(yàn)、十字路交通信號(hào)燈實(shí)驗(yàn)、鍵盤(pán)與數(shù)碼管顯示實(shí)驗(yàn)、液晶顯示屏顯示實(shí)驗(yàn)、信號(hào)發(fā)生器和數(shù)字溫度計(jì)實(shí)驗(yàn)、串行片外存儲(chǔ)器擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)（I２C接口）等幾個(gè)重要而經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)。之所以選取以上實(shí)驗(yàn)是因?yàn)橐陨蠈?shí)驗(yàn)具有代表性和易結(jié)合性。例如單片機(jī)原理與接口技術(shù)這門(mén)課程的一些基本內(nèi)容如：?jiǎn)纹瑱C(jī)的I/O口、內(nèi)部的程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、單片機(jī)的指令和匯編程序的編寫(xiě)、定時(shí)和計(jì)數(shù)器、中斷控制，這些都可以通過(guò)流水燈實(shí)驗(yàn)根據(jù)不同的要求，編寫(xiě)不同程序得以體現(xiàn)出來(lái)。以上這些實(shí)驗(yàn)都可以覆蓋這些基本和常用的單片機(jī)原理與接口技術(shù)。在有限的時(shí)間內(nèi)面對(duì)大部分學(xué)生將以上幾個(gè)實(shí)驗(yàn)在課堂上講解清楚已經(jīng)足夠，但是這并不意味著就已經(jīng)完全掌握了單片機(jī)原理與接口技術(shù)這門(mén)課的所有內(nèi)容。事實(shí)上，有一些優(yōu)秀的課外書(shū)籍上的內(nèi)容值得向?qū)W生推薦，如《51單片機(jī)應(yīng)用實(shí)例詳解》、《新概念51單片機(jī)C語(yǔ)言教程》等書(shū)，這些書(shū)對(duì)于學(xué)生鍛煉自己在這方能的能力和增長(zhǎng)自己的見(jiàn)識(shí)非常重要。
　　其次，適當(dāng)增加單片機(jī)軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)KeilμVision和Proteus仿真軟件的講解。在教學(xué)內(nèi)容上，除了講解單片機(jī)匯編語(yǔ)言，還以KeilμVision為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，講解C51的開(kāi)發(fā)流程。同時(shí)在實(shí)驗(yàn)課上還引入Proteus仿真軟件來(lái)做單片機(jī)的仿真分析和設(shè)計(jì)。
　　最后，適當(dāng)增加32位嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的相關(guān)知識(shí)。從技術(shù)上考慮，目前所講授的MCS-51單片機(jī)定位在低端產(chǎn)品應(yīng)用，而中高端的產(chǎn)品幾乎全部是32位嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，在這樣的背景下，只講8位的系統(tǒng)是無(wú)法滿足未來(lái)技術(shù)發(fā)展要求的，也不利于學(xué)生的就業(yè)選擇［２］。由于課時(shí)數(shù)限制，僅對(duì)32位嵌入式系統(tǒng)的基本技術(shù)做一個(gè)概括講解，選擇ARM9作為對(duì)象。
　　二、綜合運(yùn)用多種教學(xué)方法
　　在單片機(jī)原理與接口技術(shù)這門(mén)課程上，傳統(tǒng)的教學(xué)是按循序漸進(jìn)的方式進(jìn)行的。這樣的教學(xué)方法有助于學(xué)生理解和掌握單片機(jī)原理與接口技術(shù)這門(mén)課的基本原理和一般設(shè)計(jì)方法，同時(shí)也有利于教學(xué)的進(jìn)行。但是由于單片機(jī)原理與接口技術(shù)這門(mén)課程的抽象性和應(yīng)用性等特點(diǎn)，傳統(tǒng)的教學(xué)方法難以取得較好的效果。表現(xiàn)在：有較多的學(xué)生因這門(mén)課的抽象性而產(chǎn)生厭學(xué)情緒，放棄了對(duì)這門(mén)課的學(xué)習(xí)；還有就是因?yàn)檫@門(mén)課的知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容較多，而有些學(xué)生又不去總結(jié)歸納，以致學(xué)了后面的知識(shí)就忘記了前面所學(xué)，到最后學(xué)完這門(mén)課程也只是學(xué)了個(gè)大概。
　　針對(duì)以上的現(xiàn)象，國(guó)內(nèi)外眾多教育專家轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念，改變傳統(tǒng)的教學(xué)方法，采用項(xiàng)目式導(dǎo)向法教學(xué)，取得了較好的效果。這種項(xiàng)目式導(dǎo)向法將單片機(jī)原理與接口技術(shù)這門(mén)課的基礎(chǔ)知識(shí)和一般的設(shè)計(jì)方法融入幾個(gè)設(shè)計(jì)好的實(shí)踐項(xiàng)目中，以項(xiàng)目完成能力訓(xùn)練為中心，中間穿插必要的理論知識(shí)，在動(dòng)手實(shí)驗(yàn)完成項(xiàng)目的同時(shí)學(xué)到這門(mén)課所要求掌握的知識(shí)。這樣解決了傳統(tǒng)教學(xué)方法由于這門(mén)課的抽象性和實(shí)用性導(dǎo)致學(xué)生厭學(xué)和學(xué)不好的情況，同時(shí)還加強(qiáng)了與實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程的聯(lián)系，促進(jìn)了學(xué)生面向社會(huì)的職業(yè)能力的提升［３］。不過(guò)這種針對(duì)某一知識(shí)點(diǎn)而設(shè)計(jì)一個(gè)項(xiàng)目任務(wù)的教學(xué)方法的教學(xué)效果并不十分好，原因在于教師在教學(xué)中難以一一開(kāi)展，學(xué)生疲于應(yīng)付。筆者覺(jué)得應(yīng)該將傳統(tǒng)循序漸進(jìn)的教學(xué)方法和項(xiàng)目式導(dǎo)向法結(jié)合起來(lái)。例如在開(kāi)始本門(mén)課程時(shí)，通過(guò)引入流水燈實(shí)驗(yàn)，緊接著按照循序漸進(jìn)的教學(xué)方法講述在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中涉及的單片機(jī)知識(shí)。這個(gè)實(shí)驗(yàn)基本上可以覆蓋單片機(jī)的大部分基礎(chǔ)知識(shí)，學(xué)生不僅可以熟悉這個(gè)實(shí)驗(yàn)，而且每次又可以學(xué)到新的知識(shí)。
　　筆者還在本課程教學(xué)中采用啟發(fā)式教學(xué)和討論式教學(xué)。啟發(fā)式教學(xué)是在尊重學(xué)生主體性的基礎(chǔ)上，教師通過(guò)引導(dǎo)和啟發(fā)，達(dá)到使學(xué)生獲取知識(shí)和能力的目的。在課堂上或?qū)嶒?yàn)課上，留一些時(shí)間，甚至專門(mén)選一個(gè)時(shí)間給學(xué)生討論和提問(wèn)，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)思考，讓學(xué)生帶著問(wèn)題上課，激發(fā)他們的求知欲。而討論式教學(xué)則是在教師的指導(dǎo)下，一開(kāi)始學(xué)生就以小組為單位，圍繞某個(gè)問(wèn)題或者任務(wù)，各抒己見(jiàn)，通過(guò)討論或辯論活動(dòng)，獲得知識(shí)和鞏固知識(shí)的教學(xué)方法。到了本課程末尾，筆者要求這些學(xué)生小組共同合作完成一個(gè)活兩個(gè)綜合實(shí)驗(yàn)，例如信號(hào)發(fā)生器和數(shù)字溫度計(jì)實(shí)驗(yàn)，結(jié)合液晶顯示屏顯示實(shí)驗(yàn)一起在一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)里實(shí)現(xiàn)。在進(jìn)行這些綜合實(shí)驗(yàn)任務(wù)時(shí)，筆者會(huì)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考，講解相關(guān)的要點(diǎn)，然后讓學(xué)生自己思考，在小組內(nèi)討論或者小組與小組間討論，最后在實(shí)驗(yàn)課和課后時(shí)間完成任務(wù)。采用這樣難度稍大的教學(xué)任務(wù)，既可以讓學(xué)生了解到什么是單片機(jī)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，又方便教師挑選學(xué)生中的尖子參加相關(guān)的大學(xué)生電子設(shè)計(jì)比賽。
　　三、教學(xué)手段的探討
　　在進(jìn)行以上傳統(tǒng)的循序漸進(jìn)教學(xué)和項(xiàng)目式導(dǎo)向教學(xué)時(shí)，引入計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)，可以增大教學(xué)中的信息量，這對(duì)于一些復(fù)雜的教學(xué)內(nèi)容如時(shí)序圖等有比較好的展示性。做系統(tǒng)開(kāi)發(fā)講解的時(shí)候，計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)方式能夠非常直觀地向?qū)W生展示整個(gè)開(kāi)發(fā)流程，有利于學(xué)生接受。
　　適當(dāng)?shù)貞?yīng)用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，如軟件proteus、multisim仿真軟件和keil軟件。引入Proteus仿真軟件，使學(xué)生建立直觀的仿真思想。在Proteus上學(xué)生可以方便地進(jìn)行電路原理圖的設(shè)計(jì)和仿真測(cè)試，觀察電路的工作狀態(tài)及軟件運(yùn)行后的變化情況，這對(duì)于學(xué)生的深入學(xué)習(xí)有巨大的幫助。Keil完成單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)調(diào)試，Proteus完成硬件設(shè)計(jì)及系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果查看，極大地開(kāi)拓了單片機(jī)學(xué)習(xí)的空間，降低了單片機(jī)的學(xué)習(xí)成本，增強(qiáng)了學(xué)習(xí)效果［２］。
　　在實(shí)驗(yàn)室利用單片機(jī)實(shí)驗(yàn)配套教學(xué)設(shè)備，一邊進(jìn)行教學(xué)和一邊動(dòng)手實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證也是一個(gè)極好的方法。我院在專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)的支持下，與南京韋福教學(xué)儀器設(shè)備公司合作，購(gòu)買(mǎi)了單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱和實(shí)驗(yàn)教材。在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行本課程的相關(guān)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，可以調(diào)動(dòng)學(xué)生的多種感官，使學(xué)生學(xué)得更快和更加容易。
　　由于學(xué)院的支持和現(xiàn)代通信技術(shù)的廣泛應(yīng)用，筆者還通過(guò)學(xué)院提供的資源進(jìn)行本課程的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)。筆者要求學(xué)生在課后學(xué)習(xí)本課和完成作業(yè)的過(guò)程中遇到的問(wèn)題在本課程的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)上提出來(lái)，然后供學(xué)生討論，或者筆者解答。一些個(gè)人遇到的問(wèn)題，還可以通過(guò)一些通訊工具，