新人才培養(yǎng)模式下單片機(jī)與微機(jī)原理教改探討

高 林

（湖北民族學(xué)院 信息工程學(xué)院，湖北 恩施 445000）

隨著我國改革深入和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，涌現(xiàn)了一批以信息技術(shù)、新能源、新材料等為代表的新興產(chǎn)業(yè)。戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)是以重大技術(shù)突破和重大發(fā)展需求為基礎(chǔ)，對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)全局和長遠(yuǎn)發(fā)展具有重大引領(lǐng)帶動(dòng)作用[1]。在此背景下，湖北省教育廳在全省普通高等學(xué)校范圍內(nèi)啟動(dòng)實(shí)施戰(zhàn)略性新興(支柱)產(chǎn)業(yè)人才培養(yǎng)計(jì)劃[2]。而所謂新人才培養(yǎng)模式，就是以“校企合作”的形式培養(yǎng)戰(zhàn)略性、支柱性產(chǎn)業(yè)所需要的應(yīng)用型、復(fù)合型、技能型人才。學(xué)院電氣和電子專業(yè)根據(jù)這種情況，提出“3+1”培養(yǎng)模式，即“前3年在學(xué)校學(xué)習(xí)，后1年在企業(yè)培訓(xùn)”，為此學(xué)院還與相關(guān)企業(yè)簽訂了人才培養(yǎng)協(xié)議。在這種人才培養(yǎng)模式下，必然存在課程“學(xué)時(shí)被壓縮、時(shí)間更集中、更強(qiáng)調(diào)實(shí)踐性環(huán)節(jié)”等現(xiàn)實(shí)情況，其中，微機(jī)原理和單片機(jī)原理課程所受影響尤為典型。

微機(jī)原理和單片機(jī)原理分別作為兩門比較傳統(tǒng)的課程在電類專業(yè)中廣泛開設(shè)[3]。原本是分兩個(gè)學(xué)期進(jìn)行，微機(jī)原理是先導(dǎo)課程，單片機(jī)原理是后續(xù)課程。而在新的人才培養(yǎng)模式下，已經(jīng)改為同一學(xué)期開設(shè)。這兩門課程的內(nèi)容既相關(guān)又有明顯的區(qū)別，尤其是在使用的芯片、編程的方式及實(shí)驗(yàn)過程等方面非常類似[4]，因而，在一個(gè)學(xué)期開設(shè)，既要避免內(nèi)容重復(fù)，又要互相比較和促進(jìn)。下面將從教學(xué)過程和教學(xué)手段兩個(gè)方面對(duì)如何在同一學(xué)期很好地完成這兩門課程的教學(xué)進(jìn)行探討，以適應(yīng)當(dāng)前戰(zhàn)略性新興(支柱)產(chǎn)業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)。

1 教學(xué)過程

隨著新人才培養(yǎng)模式的建立，電氣和電子專業(yè)微機(jī)原理課程由48+8（理論+實(shí)驗(yàn)）學(xué)時(shí)變成40+16學(xué)時(shí)，單片機(jī)原理課程由28+20學(xué)時(shí)變成20+20學(xué)時(shí)，由分兩個(gè)學(xué)期開設(shè)變?yōu)橐粋€(gè)學(xué)期內(nèi)完成。這樣，在課程學(xué)時(shí)適當(dāng)減少的同時(shí)，又加強(qiáng)了實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，以提高學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力。這兩門課程無論是理論課還是實(shí)驗(yàn)課，在內(nèi)容上有很多相似之處，那么在教學(xué)過程的安排上就要考慮這種相似性，以便教學(xué)時(shí)互相對(duì)照，因而采用“比較教學(xué)法”能夠提升教學(xué)效果。

“比較教學(xué)法”是指在一定條件下，將教學(xué)活動(dòng)中的兩個(gè)或兩個(gè)以上的認(rèn)識(shí)對(duì)象，按照某種標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)照比較，以確認(rèn)認(rèn)識(shí)對(duì)象屬性的同異、地位的主次、作用的大小、性能的優(yōu)劣、關(guān)聯(lián)的模式或問題的難易，以達(dá)到辨識(shí)、了解和把握對(duì)象本質(zhì)特性的一種方法[5]。在兩門課程教學(xué)過程中采用這種方法能夠強(qiáng)化基礎(chǔ)理論的講解、減少內(nèi)容的重復(fù)、使新舊內(nèi)容前后貫通并提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，下面從理論課程和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容兩個(gè)方面進(jìn)行比較。

1.1 理論課程

新人才培養(yǎng)模式下，微機(jī)原理理論課為40學(xué)時(shí)，單片機(jī)原理為20學(xué)時(shí)，因而前者更偏向原理講解，而后者偏向?qū)嶋H應(yīng)用。兩門課程的理論課安排如表1所示。

表1 微機(jī)原理與單片機(jī)原理理論課程安排

理論課安排從1-10周，首先分別介紹8086和51單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)，這是兩門課的硬件基礎(chǔ)。接下來講解編程語言，微機(jī)原理課程詳細(xì)講解匯編語言，而51單片機(jī)由于前面開設(shè)過C語言課程，故而只須簡要介紹，占用學(xué)時(shí)較少。在接口技術(shù)部分，8086本身只是微處理器，因而其外圍電路部分幾乎全部需要擴(kuò)展，包括存儲(chǔ)器、簡單I/O接口、并口、串口、中斷控制器、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、A/D轉(zhuǎn)換器和D/A轉(zhuǎn)換器等，而且外圍各種擴(kuò)展芯片的工作原理也需要詳細(xì)講解。而對(duì)于51單片機(jī)來說，本身就是一個(gè)單芯片微機(jī)，內(nèi)部包括存儲(chǔ)器、串口、中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等，而外圍只需要根據(jù)實(shí)際擴(kuò)展并口、A/D轉(zhuǎn)換器和D/A轉(zhuǎn)換器等，而且只講應(yīng)用，不講原理，例如第6周理論課，微機(jī)原理已經(jīng)講了可編程并口芯片8255A工作原理和8086與8255A的連接，那么在單片機(jī)課上就只須說明如何通過51單片機(jī)擴(kuò)展8255A接口芯片就行。

1.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

微機(jī)原理實(shí)驗(yàn)為16學(xué)時(shí)，單片機(jī)實(shí)驗(yàn)為20學(xué)時(shí)，在工程實(shí)際中后者用的更多，因而前者主要開設(shè)基礎(chǔ)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，后者則在基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)后，還要開設(shè)綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。兩門課程的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容安排如表2所示。

表2 微機(jī)原理與單片機(jī)原理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容安排

由于微機(jī)原理課程之前沒學(xué)過匯編語言，因而需要通過兩個(gè)軟件實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生熟悉匯編語言編程特點(diǎn)，單片機(jī)則不需要開設(shè)C語言軟件實(shí)驗(yàn)。在硬件接口實(shí)驗(yàn)方面，微機(jī)原理需要完成并口、串口、中斷控制、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、D/A轉(zhuǎn)換和A/D轉(zhuǎn)換等接口擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)，而單片機(jī)則除了完成自身并口、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、外部中斷、串口實(shí)驗(yàn)外，還有簡單I/O口擴(kuò)展、8255擴(kuò)展并口、D/A轉(zhuǎn)換器和A/D轉(zhuǎn)換器等實(shí)驗(yàn)。而且關(guān)于并口、串口、中斷控制、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、D/A轉(zhuǎn)換和A/D轉(zhuǎn)換的六個(gè)實(shí)驗(yàn)，在兩門實(shí)驗(yàn)課上還能夠互相對(duì)比，讓學(xué)生找出其中的異同。最后，單片機(jī)原理還要安排一個(gè)綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，先由教師出題，將前面若干個(gè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行綜合并加上一些應(yīng)用設(shè)計(jì)，然后讓學(xué)生選題，最后完成一個(gè)具有特定功能的單片機(jī)系統(tǒng)。

2 教學(xué)手段

圖1 Proteus軟件在微機(jī)原理與單片機(jī)原理課程中應(yīng)用總體框圖

除了“比較教學(xué)法”以外，采用其他先進(jìn)教學(xué)手段和教學(xué)方法是也提高教學(xué)質(zhì)量的重要手段[6]。因而，在兩門課程的教學(xué)中引入Proteus虛擬仿真軟件，能夠培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和綜合開發(fā)能力[7]。Proteus軟件可以對(duì)51單片機(jī)、8086CPU及相關(guān)接口芯片提供支持，還提供了示波器、信號(hào)發(fā)生器等虛擬儀表，是一個(gè)全開放性的仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，相當(dāng)于一個(gè)設(shè)備齊全的綜合性實(shí)驗(yàn)室[8]。Proteus軟件在微機(jī)原理與單片機(jī)原理課程中應(yīng)用的總體框圖如圖1所示。

Proteus軟件應(yīng)用于微機(jī)原理，是以8086CPU為中心；應(yīng)用于單片機(jī)原理，則以51單片機(jī)為中心。其外圍電路主要分成4個(gè)部分，分別是：

1）顯示輸出，包括發(fā)光二極管、數(shù)碼管、16*16點(diǎn)陣和液晶顯示等電路。

2）按鍵輸入，包括獨(dú)立式鍵盤和行列式鍵盤。

3）共用I/O接口，包括并口擴(kuò)展芯片8255、簡單I/O口、D/A轉(zhuǎn)換器和A/D轉(zhuǎn)換器等。

4）8086擴(kuò)展，包括存儲(chǔ)器、串口擴(kuò)展芯片 8251、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器8253和中斷控制器8259等。這部分電路51單片機(jī)不需要，因?yàn)槠鋬?nèi)部已經(jīng)包含相應(yīng)功能。

在兩門課程教學(xué)中，當(dāng)講到接口電路實(shí)例時(shí)，首先用Proteus軟件完成硬件電路，然后用EMU8086軟件（微機(jī)原理）編程[9]或者用Keil C軟件（單片機(jī)原理）編程[10]，最后將程序文件裝載到Proteus電路中進(jìn)行仿真并查看結(jié)果。這樣教學(xué)能使實(shí)例形象化，而且將運(yùn)行過程也形象化，只需要有計(jì)算機(jī)和相關(guān)的軟件就可以[11]，不需要實(shí)驗(yàn)箱，成本低廉，使用簡便。

3 結(jié)語

在戰(zhàn)略性新興(支柱)產(chǎn)業(yè)人才培養(yǎng)模式下，雖然將微機(jī)原理與單片機(jī)原理課程合并到一個(gè)學(xué)期開設(shè)，但是在兩門課程的理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入“比較教學(xué)法”后，還輔以Proteus虛擬仿真軟件這種先進(jìn)的教學(xué)手段，就能夠幫助教師強(qiáng)化對(duì)微機(jī)系統(tǒng)基本工作原理的講解，減少內(nèi)容的重復(fù)，通過對(duì)比來介紹兩門課程中各種接口電路的連接方式，以提升教學(xué)效果，而且通過Proteus仿真，能使電路實(shí)例的分析和運(yùn)行形象化，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)他們的實(shí)踐動(dòng)手能力和創(chuàng)新思維。

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