機(jī)械類專業(yè)單片機(jī)課程教學(xué)方法研究

魏航信

[摘要]針對機(jī)械類學(xué)生計(jì)算機(jī)及電子技術(shù)等方面基礎(chǔ)知識少，單片機(jī)課程學(xué)習(xí)困難等特點(diǎn)，對該門課程教學(xué)進(jìn)行了改革。在單片機(jī)教學(xué)中，采取“一點(diǎn)兩面三突出”的教學(xué)方法，以存儲器為重點(diǎn)，對單片機(jī)的軟件系統(tǒng)、硬件系統(tǒng)兩個方面進(jìn)行詳細(xì)講述。并以多媒體教學(xué)、與學(xué)生互動交流、深入淺出的教學(xué)方式等三部分相結(jié)合。使機(jī)械類學(xué)生在短時(shí)間內(nèi)能更好地掌握課程重點(diǎn)內(nèi)容，提高他們學(xué)習(xí)的積極性。通過對機(jī)械專業(yè)的本科生教學(xué)表明，該方法取得了較好的效果。

[關(guān)鍵詞]單片機(jī)；教學(xué)改革；機(jī)械

單片機(jī)以其體積小、功能強(qiáng)大、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于檢測、控制等現(xiàn)場設(shè)備和裝置上。機(jī)械類本科的機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化專業(yè)和過程裝備與控制工程專業(yè)的學(xué)生，在以后工作中，經(jīng)常要用到現(xiàn)場檢測及控制等自動化裝置，因此學(xué)好單片機(jī)課程，具有十分重要的應(yīng)用價(jià)值。

然而，由于機(jī)械類本科生在大三上半學(xué)期之前只開設(shè)了電工電子學(xué)和大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)等課程，因此學(xué)生的電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)等基礎(chǔ)知識偏少，使他們學(xué)習(xí)單片機(jī)時(shí)比較困難，以致影響了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。因此對該門課程的教學(xué)方法改革勢在必行。通過教學(xué)改革，可為提高機(jī)械類本科生的培養(yǎng)質(zhì)量。

1機(jī)械類學(xué)生學(xué)習(xí)單片機(jī)的難點(diǎn)分析

1.1寄存器或存儲單元的地址和內(nèi)容

在單片機(jī)課程中，從頭至尾、從硬件系統(tǒng)到軟件系統(tǒng)，都貫穿著一個非常重要的概念，寄存器的內(nèi)容和寄存器的地址。比如在單片機(jī)內(nèi)部組成原理一章，講述了內(nèi)部的通用數(shù)據(jù)存儲器、專用數(shù)據(jù)存儲器，其中包括寄存器組、累加器A、B寄存器、程序狀態(tài)奇PSW、DPTR16位寄存器，以及IE、TP、TCON等等，只寫都與寄存器或存儲單元有關(guān)，它們具有不同的地址。在軟件系統(tǒng)一章。講述的各種尋址方式，如直接尋址、寄存器間接尋址、變址尋址等，也主要是圍繞寄存器地址展開的，不懂得地址就無法理解這些內(nèi)容。而地址這個概念對于電子類和計(jì)算機(jī)類的本科生來說也較難理解，因此對機(jī)械類本科生就更難理解了。而對這個概念不掌握好，對單片機(jī)的真正掌握就成為紙上談兵了。

1.2學(xué)生對于單片機(jī)中的電路很難理解

由于機(jī)械類學(xué)生學(xué)習(xí)電工電子技術(shù)只有一個學(xué)期，因此對模擬電子電路知識點(diǎn)掌握較少，分析電路圖的能力不強(qiáng)。因此導(dǎo)致學(xué)生對于單片機(jī)中的相關(guān)硬件電路、擴(kuò)展電路難以理解。比如單片機(jī)外接程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器，是學(xué)生必須掌握的電路。單片機(jī)MD、D/A電路也是其工作后經(jīng)常接觸的電路，這些電路需要學(xué)生對計(jì)算機(jī)和模擬電子電路均十分熟悉，才能充分理解。而這對于機(jī)械類學(xué)生有時(shí)難以做到。

1.3學(xué)生對匯編指令難以理解

由于單片機(jī)的軟件是匯編語言，屬于低級語言。學(xué)生之前接觸到的是高級語言（如Visual Basic，或C語言），編程中不會遇到地址等概念目。而低級語言比高級語言難度更大，也需要相關(guān)計(jì)算機(jī)硬件基礎(chǔ)知識，因此學(xué)生對于匯編語言這樣的低級語言難以理解。

1.4學(xué)生對單片機(jī)的應(yīng)用不了解

雖然單片機(jī)廣泛應(yīng)用于工業(yè)和我們?nèi)粘Ｉ钪校捎谖覀儑业慕逃w制，學(xué)生很少有機(jī)會接觸實(shí)際的單片機(jī)的產(chǎn)品，因此他們不知道單片機(jī)有什么作用。以致他們在學(xué)習(xí)中帶有很大的盲目性，從而影響了他們的學(xué)習(xí)興趣和積極性。

2單片機(jī)課程教學(xué)改革方法

根據(jù)機(jī)械類學(xué)生在學(xué)習(xí)單片機(jī)過程中遇到的難點(diǎn)，以及該門課程教學(xué)大綱的規(guī)定，并通過對2009年到2015年6屆本科生的教學(xué)實(shí)踐，總結(jié)出機(jī)械類本科生單片機(jī)教學(xué)總的指導(dǎo)思想，可以概括為：“一點(diǎn)兩面三突出”。

2.1教學(xué)改革總的指導(dǎo)思想

所謂一點(diǎn)，就是在教學(xué)過程中，始終以寄存器地址和內(nèi)容為主線索，貫穿于單片機(jī)的整個教學(xué)中。學(xué)生只有徹底掌握這個概念，才能對單片機(jī)的硬件和軟件真正掌握。通過教學(xué)實(shí)踐表明，對這個概念掌握得越透徹，對這門課程的學(xué)習(xí)效果越好。

為了提高學(xué)生對寄存器地址和內(nèi)容這個概念的理解，首先采用多媒體教學(xué)手段，制作了相應(yīng)的動畫，把抽象概念形象化，使學(xué)生能更好地理解。同時(shí)為了加深學(xué)生印象，從第二章開始，每次上課前，讓學(xué)生把這個概念復(fù)習(xí)2分鐘，通過反復(fù)強(qiáng)化記憶。使學(xué)生將其掌握。有了這個基礎(chǔ)之后，再推廣到數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線概念上，學(xué)生就能掌握好單片機(jī)硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)的內(nèi)容。

所謂兩面，是指在教學(xué)類容上，以單片機(jī)的軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)為重點(diǎn)。不能忽視任何一個方面，二者是不可分割的一個有機(jī)整體。在講述硬件系統(tǒng)時(shí)，要讓學(xué)生知道它們是為軟件服務(wù)的。在講軟件（匯編程序）時(shí)，要讓學(xué)生知道這個程序在單片機(jī)硬件的什么位置存放，對應(yīng)的硬件功能是什么。只有這樣學(xué)生才能真正掌握軟、硬件等相關(guān)知識點(diǎn)。

所謂三突出，是指教學(xué)方法上，突出多媒體教學(xué)、和學(xué)生互動交流、深入淺出的教學(xué)方式，提高教學(xué)效果。

在單片機(jī)課程中，有許多電路圖。并有許多比較抽象的概念（如寄存器，地址總線，數(shù)據(jù)總線，控制總線等），對于此，采用多媒體教學(xué)手段，可以取得較好地效果，因?yàn)樗梢詫⒊橄蟮睦碚撔蜗蠡?/p>

由于單片機(jī)這門課程有很多知識難點(diǎn)，為了使學(xué)生能真正理解和掌握知識點(diǎn)，還需要采取互動的方式。這主要通過提問和討論等方式進(jìn)行。比如在講到存儲器地址范圍這個概念，雖然已經(jīng)講了很多次，但為了讓學(xué)生更能加深印象，課堂上，讓學(xué)生在黑板前自己根據(jù)電路圖來判斷存儲器地址范圍。通過某個學(xué)生做題，他就真正的掌握了該知識點(diǎn)，其他同學(xué)也對此有了很深的印象。

針對機(jī)械類學(xué)生的特點(diǎn)，以及單片機(jī)課程的難度，最重要的是采取深入淺出的教學(xué)方法，把一個難以理解的知識通過很簡單的語言表達(dá)出來，使學(xué)生容易理解。要真正做到這一點(diǎn)其實(shí)很不容易，對教師提出了更高的要求，教師自己必須對這門課程有深厚的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)，才能做到課堂上隨機(jī)應(yīng)變、脫口而出。但如果教師真正做到這一點(diǎn)，那么會取得非常好的教學(xué)效果。關(guān)于這點(diǎn)，有一個例子，在講單片機(jī)外擴(kuò)存儲器章節(jié)中，單片機(jī)訪問外部程序存儲器的過程這個知識點(diǎn)其實(shí)很難理解，但在教學(xué)中，先給學(xué)生出了一個腦筋急轉(zhuǎn)彎，然后再問學(xué)生一個問題，最后根據(jù)這個問題講解單片機(jī)訪問外部程序存儲器的過程，學(xué)生很快就明白了，而且學(xué)生當(dāng)時(shí)在課堂上的學(xué)習(xí)積極性很高，上課能專心聽講，教學(xué)效果非常好。

2.2其它教學(xué)方法

由于學(xué)生對單片機(jī)的應(yīng)用不十分了解，使他們學(xué)習(xí)帶有盲目性。因此教師在課堂上，需要給學(xué)生多講一講某個電路的應(yīng)用。只有和實(shí)際相結(jié)合，學(xué)生才有興趣學(xué)習(xí)。比如講單片機(jī)擴(kuò)展應(yīng)用，可以給他們講抽油機(jī)的智能控制器（這對他們以后工作很有幫助）。在講單片機(jī)振蕩電路時(shí)，可以給他們講日常生活中遙控器的結(jié)構(gòu)、修理方法，在講譯碼器時(shí)，可以講手機(jī)顯示屏工作原理等等。通過這些，讓學(xué)生知道自己學(xué)的單片機(jī)是非常有用的。

此外，根據(jù)教育心理學(xué)相關(guān)理論，有時(shí)還需要對學(xué)生進(jìn)行適當(dāng)鼓勵和表揚(yáng)，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。比如在課堂上提問，對回答正確的同學(xué)加以表揚(yáng)，并給他計(jì)一次平時(shí)成績。對做作業(yè)很認(rèn)真的同學(xué)，在課堂上點(diǎn)名表揚(yáng)。這些都可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。從教學(xué)實(shí)踐來看，這也是一個非常有效的激勵方法。

3結(jié)論

根據(jù)機(jī)械類本科生的知識特點(diǎn)，以及本科生微機(jī)原理及接口技術(shù)（單片機(jī)）教學(xué)大綱的要求，對單片機(jī)教學(xué)進(jìn)行了改革。通過“一點(diǎn)兩面三突出”的教學(xué)方法，以存儲器為主線，以單片機(jī)的軟件系統(tǒng)、硬件系統(tǒng)為重點(diǎn)，以多媒體教學(xué)、與學(xué)生互動交流、深入淺出教學(xué)方式為依托，使機(jī)械類學(xué)生能更好地掌握課程相關(guān)內(nèi)容，提高他們學(xué)習(xí)的興趣和積極性。這些都是一些有益的嘗試，但還有更多的工作要做。例如，在教學(xué)中引入PROTEUS仿真軟件，如何提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)和動手能力、實(shí)驗(yàn)與科研結(jié)合的問題等，有待我們今后進(jìn)一步探索。

[責(zé)任編輯：楊玉潔]