遞進式模式在單片機實驗教學中的應用研究

陳 燕，楊永雙

(鄭州輕工業(yè)學院 計算機與通信工程學院,河南 鄭州 450002)

遞進式模式在單片機實驗教學中的應用研究

陳 燕，楊永雙

(鄭州輕工業(yè)學院 計算機與通信工程學院,河南 鄭州 450002)

“單片機技術”是一門實踐性很強的課程，因此實驗教學是該課程的重要環(huán)節(jié)。如何提高單片機實驗教學質量一直是一個需要深入研究的問題。分析了目前單片機實驗教學中存在的一些問題，提出將遞進式模式引入單片機實驗教學中，并給出了相應的教學案例。實踐證明，在單片機實驗教學中采用遞進式模式教學可降低學習難度，提高學生學習的積極性和動手能力。

單片機；遞進式；實驗教學

0 引言

“單片機技術”是一門實踐性和應用性很強的課程，在電子、通信、機電等專業(yè)的課程體系中處于承上啟下的地位。該課程教學以“電路分析”“模擬電路”“數字電路”等課程為基礎，主要講授單片機的硬件系統(tǒng)、指令系統(tǒng)、中斷系統(tǒng)、定時器/計數器、串行通信等知識，旨在通過講授與實踐，使學生掌握單片機軟、硬件的開發(fā)技能，為后續(xù)課程如“嵌入式系統(tǒng)”等專業(yè)課打下基礎，同時培養(yǎng)學生的設計能力和獨立創(chuàng)新能力，為學生畢業(yè)后從事硬件或軟件方面的工作奠定良好的基礎[1-2]。然而在該課程結束后，許多學生感覺只是掌握了基本的理論知識，能完成一些簡單的實驗，當要做一個項目時，卻無從下手。究其原因是陳舊的教學模式只是“授人以魚”而非“授人以漁”。

在單片機課程教學中，實驗課用以提高學生的實踐動手能力因而占據較多的課時，若在單片機實驗課中采用有效的教學模式，則會使得單片機課程教學達到事半功倍的效果。遞進式教學模式的特點是將教學重點和難點由淺入深，層層推進，能夠引導并促進學生主動探索，充分發(fā)揮學生學習的主動性，因此將遞進式教學模式引入單片機實驗教學中是一種有效的探索。

1 單片機實驗課程采用遞進式教學模式

在單片機實驗教學中引入遞進式教學模式，即是將所需要做的各項實驗建立聯系，使各個實驗前后銜接，即后面所做的實驗可通過對前面所做的實驗進行修改來完成。

遞進式教學模式遵循“循序漸進”的教學原則。傳統(tǒng)單片機實驗課程的內容可分為3個層次，即基礎實驗、設計實驗、綜合設計實驗。一般先做基礎型實驗，掌握單片機最基本的知識和相關指令；然后做設計型實驗，對單片機某一項功能進行深入的實驗；最后做綜合型實驗，完成一個簡單的單片機應用系統(tǒng)的設計。雖然看起來也是遵循“循序漸進”的原則，但是3個層次的實驗彼此獨立，沒有連貫性，學生難以融會貫通。因此使得大多數學生可以完成基礎型和簡單設計型實驗，而無法完成綜合設計型實驗。遞進式教學模式采用前后銜接、層次分明的實驗設計，使學生在基礎型實驗的基礎上將所學知識融會貫通，并經過修改完成綜合型實驗，縮短了學生設計編程的時間，同時能夠提高學生實驗操作能力。

遞進式教學模式尊重和正視不同學生之間的差異[3]。目前，學生的學習接受能力和動手能力存在差異，若采用統(tǒng)一的實驗要求，則可能會挫傷一些能力較弱的學生的學習積極性，同時也不利于鼓勵能力較強的學生的學習熱情。遞進式教學模式針對隱性分層的學生制定不同層次的教學內容。“單片機技術”課程中每個實驗基本上都可以做進一步的擴展。對于普通的學生，實驗只要求實現基本的功能即可，讓他們體驗到“單片機技術”課程學習并不是高不可攀；對于能力較強的學生，每個實驗都可以增加一些新的功能，讓其適當解決一些難題，獲得成就感。

遞進式教學注重發(fā)揮學生的學習主動性。根據心理學家布魯納的學習動機理論，提出在教學過程中教師要重視學生的學習動機，內在動機比外在動機更重要[4]，而好奇心和好勝心能夠促進學生學習的內在動力。目前，單片機實驗教學中示教內容多，學生動手機會較少[4-5]，甚至一些學生只是將教師提供的參考程序或者從網上下載的程序敲打進電腦就算做完實驗。這樣學生處于被動學習狀態(tài)，對實驗過程印象不深刻，不利于發(fā)揮學生的學習主動性，也難以提高學生的動手能力和創(chuàng)新能力。遞進式教學模式需要學生在徹底了解前面所做實驗的基礎上修改程序。由于對程序的修改有多種方法，因此遞進式實驗的設計給予學生極大的發(fā)揮空間，有助于學生發(fā)揮學習的主動性[6]。

遞進式教學模式降低了實驗的難度。由于對匯編程序是初次接觸，加上匯編程序是低級語言，使得許多學生在編寫程序時無從下手，特別是當要實現的功能較為復雜時，學生更是不知從何處下手。如果安排比較復雜的實驗內容，加上實驗課時有限，那么許多學生將無法完成任務。而在遞進式教學中后一個實驗基本是在前面實驗的基礎上做進一步的修改，一般修改量并不大，因此降低了實驗的難度，提高了學生的學習興趣。另外這種訓練也有助于學生學習“借鑒”他人的程序，以便縮短自己設計的時間。

2 在單片機實驗課程中采用遞進式教學模式的案例設計

以單片機實驗中最基礎的I/O口使用和綜合性較強的電子時鐘的設計為例，分析遞進式教學模式在單片機實驗教學中的實現。

實驗1：P1口的使用。通過P1口控制發(fā)光二極管的亮滅。在該實驗中需要哪個發(fā)光二極管點亮，只需將與發(fā)光二極管相連的相應I/O口置0或置1即可。置0還是置1需要根據硬件電路來決定，畢竟單片機是一門軟硬件結合的技術。

實驗2：流水燈實驗。通過P1口控制多個發(fā)光二極管。在實驗1的基礎上，只需將與I/O口相連的發(fā)光二極管按順序點亮或熄滅即可。對于能力較強的學生，實驗2可做進一步擴展。擴展1，每個發(fā)光二極管點亮時需閃爍數次，閃爍的時間可用指令延時程序或者使用定時器定時完成。擴展2，發(fā)光二極管按指定的順序點亮，如間隔點亮等。

實驗3：1個數碼管的顯示。通過實驗2可知，若要顯示不同的內容，只需給P1口賦不同的值即可。因此若P1口輸出的是數碼管的字型碼，則可以通過P1口控制數碼管的顯示。另外若P1口輸出的值依次增加或減少，則與D/A轉換器結合，可做鋸齒波、三角波的波形發(fā)生器。

實驗4：2個數碼管的顯示(采用動態(tài)顯示，如將寄存器R0的內容顯示出來)。2個數碼管的顯示可采用靜態(tài)顯示或動態(tài)顯示的方式。采用靜態(tài)顯示只需在實驗3的基礎上添加1個數碼管和1個I/O口即可。但靜態(tài)顯示占用了過多的I/O口，而單片機的I/O口數量有限，因此在實際中常采用動態(tài)顯示的方式以節(jié)約I/O口資源。采用動態(tài)顯示的方式就要考慮如何控制2個數碼管的顯示。顯然2個數碼管的字型碼的輸出都需要同1個I/O口，以P1口為例，2個數碼管就需要交替占用P1口，即2個數碼管會交替點亮。由于眼睛視覺暫留效應，當2個數碼管交替顯示轉換的時間足夠短時，人眼是無法察覺的。因此只需在實驗3中添加以下2個內容：①選擇數碼管的指令以便2個數碼管交替占用P1口；②延時程序以便人眼能夠看到數碼管的顯示。對于能力較強的學生，實驗4可做進一步擴展。擴展1，多個數碼管的動態(tài)顯示。擴展2，為了進一步節(jié)約I/O口，采用串行口，即利用RXD和TXD輸出字型碼。

實驗5：秒表的設計。若實驗4中寄存器R0的內容每1 s加1，那么實驗4可以轉換為一個秒表。因此實驗5可在實驗4的基礎上，需添加2個內容：①添加1 s的定時，將R0的內容每1 s加1，即添加定時器中斷程序(添加定時/計數器、中斷系統(tǒng)的使用);②添加控制語句使得R0的內容到59時返回到0，以便完成秒表的設計。

實驗6：電子時鐘。實驗5只是一個秒表，若再添加4個數碼管分別用于小時和分鐘的顯示，則可完成電子時鐘的設計。對于能力較強的學生，實驗6可做進一步擴展。擴展1，再添加數碼管分別用于顯示年、月、日。擴展2，添加開始、停止、復位等按鍵(添加獨立式按鍵和外部中斷的使用)，添加置初始值按鍵(添加行列式按鍵的使用)，這樣即可更加接近于現實生活中的電子時鐘。

在上述案例中電子時鐘的設計幾乎涵蓋了單片機技術中大部分必須掌握的理論知識，即涉及到I/O口的使用、定時/計數器、中斷系統(tǒng)、數碼管的顯示、按鍵的使用等內容。從該案例可以看出，采用遞進式教學模式，可以將該課程所學知識點前后聯系起來，不斷地加深學生對理論知識的理解；能夠讓學生學會如何“借鑒”或者“修改”別人的程序以便快速完成自己的程序；可以滿足不同層次學生的需求。同時，遞進式教學過程對于學生進行復雜單片機程序的設計也具有積極的意義。

3 結束語

雖然遞進式教學模式需要教師花費大量的時間和精力在課前設計合理的實驗內容，在課間悉心引導學生，在課后輔導能力較強的學生對實驗做進一步的改進。但遞進式教學模式是根據教學內容難易程度，從簡單到復雜，進行遞進式分層教學，可以滿足不同學生的需要，充分發(fā)揮每個學生的學習潛能，并有助于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力；同時遞進式教學中強調以學生的“學”為中心，教師僅需適當指導和啟發(fā)學生，讓學生主動接受知識、主動分析和解決問題，提高了學生學習的主動性。因此將遞進式教學引入單片機實驗教學是一種有效的嘗試。實踐教學證明，在單片機實驗教學中采用遞進式教學模式，能夠明顯提高學生的學習興趣，培養(yǎng)學生的實際動手能力，使學生初步具有電子產品的研發(fā)能力。

[1] 余紅珍.任務驅動教學法在單片機實驗教學中的應用[J].軟件導刊，2012,11(12):205-206.

[2] 丁保華,張有忠,陳軍,等.單片機原理與接口技術實驗教學改革與實踐[J].實驗技術與管理,2010，27(1):117-119.

[3] 宋秋前.關于分層遞進教學的教學論思考[J].中國教育學刊,2000,17(3):46-48.

[4] 陳琦,劉儒德.當代教育心理學[M].北京:北京師范大學出版社,2007:21-35.

[5] 王艷林，李東.單片機原理及應用教學項目設計[J].教育教學論壇，2016(20)：64-65.

[6] 鄒國鋒，傅桂霞，李震梅，等.電信專業(yè)遞進式“Matlab”課程教學模式探索[J].電氣電子教學學報，2016，38(5):84-86.

Research on Progressive Mode in Experiment Teaching of Single Chip Microcomputer

ChenYan,YangYongshuang

(College of Computer and Communication Engineer,Zhengzhou University of Light Industry,Zhengzhou Henan 450002)

MCU technology is a practical course in which the experimental teaching plays an important part.How to improve the experimental teaching quality of MCU is always a problem needing further study.This paper analyzes the problems existing in experimental teaching of MCU,proposes that the progressive mode be introduced into the MCU,and presents the corresponding teaching cases.Practice has proved that use of progressive mode in the MCU experimental teaching can reduce the learning difficulty,improve the students' learning enthusiasm and practical ability.

MCU;progressive type;experimental teaching

2016-12-02

陳燕，講師，碩士。

10.3969/j.issn.2095-4565.2017.05.014

G642.0

A

2095-4565(2017)05-0064-03

(責任編輯高嵩)