淺談單片機一體化教學(xué)

江門市新會機電職業(yè)技術(shù)學(xué)校 黃協(xié)榮

一、引言

目前單片機滲透到我們生活的各個領(lǐng)域，計算機的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動化過程的實時控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能IC卡等等，這些都離不開單片機。

單片機技術(shù)是電子、機電、控制等專業(yè)的重要專業(yè)技能課程，是我校機械專業(yè)的一門重要專業(yè)課，是一門結(jié)合電子、計算機等技術(shù)的應(yīng)用性很強的課程。然而在傳統(tǒng)的職業(yè)學(xué)校單片機教學(xué)中，卻存在許多問題，使得這門重要課程的教學(xué)效果不盡人意。

二、教學(xué)現(xiàn)狀

由于單片機課程的實踐性很強，在傳統(tǒng)的教學(xué)模式中，采用課堂教學(xué)+少量實驗的教學(xué)模式，學(xué)生操作次數(shù)有限，導(dǎo)致教學(xué)效果不佳。傳統(tǒng)的單片機教學(xué)過程中的實驗，常常在教學(xué)中安排一定的課時，集中在實驗室做相關(guān)的實驗。而使用的編程語言——匯編語言抽象難懂，使得學(xué)生學(xué)習(xí)熱情不高；實驗設(shè)備陳舊且模塊單元集成度高，實驗時學(xué)生若沒有弄清楚集成芯片就只能依照實驗指導(dǎo)書照搬照套，這種方式的局限性很大。特別是學(xué)生只有在規(guī)定的時間內(nèi)去實驗室才能進(jìn)行實驗，而在課堂教學(xué)過程中，特別是在學(xué)生課前預(yù)習(xí)與課后作業(yè)階段，很難有實驗的條件。

三、教學(xué)探索

針對以上提到的單片機教學(xué)中存在的問題，結(jié)合學(xué)校、學(xué)生現(xiàn)狀，為提高單片機課程的教學(xué)效果，采用“教學(xué)做一體化”的教學(xué)方法，強調(diào)以教師為主導(dǎo)，學(xué)生為主體，邊學(xué)變練，讓學(xué)生在“做中學(xué)，學(xué)中做”，體驗學(xué)習(xí)的樂趣，收獲學(xué)習(xí)的成就感。同時通過優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，采用以C語言為主，匯編語言為輔的編程語言。通過對16機械班學(xué)生進(jìn)行一體化教學(xué)改革的摸索實踐，在17機械班學(xué)生的單片機教學(xué)中取得了較好的效果。

1. 芯片選型

從第一批單片機面市至今雖然只有短短的三四十年時間，單片機的種類型號卻非常多。結(jié)合市場需求及教學(xué)實際，選擇51系列8位單片機作為教學(xué)芯片。

2. 實驗設(shè)備

學(xué)習(xí)單片機離不開實驗，以往單片機的實驗往往依賴于仿真機和單片機學(xué)習(xí)系統(tǒng)，價格昂貴，至使學(xué)習(xí)單片機的門檻很高。近年來，隨著FLASH型單片機的廣泛應(yīng)用，采用軟件模擬加寫片驗證成為一種經(jīng)濟實用的實驗方法，尤其是隨著單片機技術(shù)的發(fā)展，很多單片機都具有了ISP功能，美國SST公司推出的SST系列單片機更是集成了仿真功能，配合Keil軟件，可使用戶的目標(biāo)板直接具有仿真功能，將單片機的易用性推向一個新的高度。學(xué)校采用的平凡單片機工作室單片機實驗板，板上CPU采用SST公司的P89E554RC芯片制作的仿真機，可直接與Keil軟件通訊，使用Keil軟件提供的單步、過程單步、設(shè)置斷點等調(diào)試手段調(diào)試程序[3]。制約單片機教學(xué)效果的一個重要因素是實驗條件無法滿足課堂教學(xué)的需要，但受資金和場地條件的制約，增加實驗設(shè)備存在許多困難。

虛擬實驗室是一種基于仿真軟件構(gòu)建的虛擬實驗教學(xué)系統(tǒng)，是教學(xué)實驗室的數(shù)字化和虛擬化。虛擬實驗室具有諸如利用率高、易維護(hù)等諸多優(yōu)點，在教育領(lǐng)域中有很好的應(yīng)用價值。

在一體化教學(xué)中結(jié)合利用Proteus仿真軟件來構(gòu)建單片機虛擬實驗室，運用它強大的仿真功能來仿真單片機實驗、并可以在仿真后使用硬件實驗平臺進(jìn)行實驗以取得更直觀、真實的實驗結(jié)果[4]。通過“虛實兩平臺”的一體化教學(xué)，從而讓學(xué)生掌握單片機的應(yīng)用方法，特別是對以后工作中經(jīng)常應(yīng)用的機電設(shè)備控制應(yīng)用有較深的認(rèn)識和了解；使本校的單片機課堂教學(xué)與實驗?zāi)芤蕴摂M仿真、真實環(huán)境并行的方式進(jìn)行。

3. 編程語言

匯編語言具有代碼緊湊、運行效率高、可直接對硬件內(nèi)部進(jìn)行控制，但語句抽象、編程效率低。而如今企業(yè)開發(fā)一般以C語言為主，C語言學(xué)起來比較容易，所以在單片機編程語言的選擇上選擇以C語言為主，編程語言為輔。

4. 教學(xué)內(nèi)容

根據(jù)目前職業(yè)學(xué)校的教學(xué)特點，以就業(yè)為導(dǎo)向，實現(xiàn)加強素質(zhì)教育、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的目標(biāo)，在教學(xué)內(nèi)容的安排上，結(jié)合實際生產(chǎn)需求，依照“項目導(dǎo)向、任務(wù)驅(qū)動、能力培養(yǎng)”的現(xiàn)代職業(yè)教育理念，精選以“調(diào)速風(fēng)扇”等工作任務(wù)，每個工作任務(wù)均融入單片機應(yīng)用與調(diào)試崗位所要求的知識、技能。如在單個發(fā)光二極管閃爍的項目教學(xué)中，在理論上完全摒棄一般51單片機教材中的單片機概述、基礎(chǔ)知識、51單片機結(jié)構(gòu)和51單片機指令系統(tǒng)這樣的傳統(tǒng)框架，而是將課程內(nèi)容進(jìn)行整合，教給學(xué)生如下知識：數(shù)字電路中發(fā)光二極管亮滅控制、51單片機P0-P3端口和程序控制發(fā)光二極管亮滅。學(xué)生學(xué)到理論之后，馬上可以用于實踐、指導(dǎo)實踐，體現(xiàn)學(xué)中做的理念。實踐不僅可以促進(jìn)學(xué)生技能水平的提高，而且可以檢驗理論、深化理論。因此，在項目制定中，實踐教學(xué)部分要充分考慮理論知識的延伸，真正體現(xiàn)做中學(xué)的理念。

5. 網(wǎng)絡(luò)資源

互聯(lián)網(wǎng)上單片機的參考資料很多，學(xué)生可以利用網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行進(jìn)一步學(xué)習(xí)單片機，還可以通過學(xué)校網(wǎng)站和文件共享的方式，利用網(wǎng)絡(luò)將虛擬仿真的教學(xué)資源向?qū)W生開放，使學(xué)生在課余能運用虛擬仿真進(jìn)行課前預(yù)習(xí)、完成課后作業(yè)，并且可以通過它來完成課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計的大部分工作。

6. 實踐創(chuàng)新

通過一段時間的學(xué)習(xí)，借助學(xué)校技能節(jié)活動的開展，組織學(xué)生進(jìn)行綜合應(yīng)用大賽，讓學(xué)生通過開發(fā)一個完整的單片機應(yīng)用系統(tǒng)對單片機的各個模塊系統(tǒng)地聯(lián)系起來，發(fā)揮大家的實踐創(chuàng)新能力。

四、結(jié)語

在單片機教學(xué)中開展教學(xué)做一體化嘗試，打破了傳統(tǒng)的以章節(jié)為主的教學(xué)框架，通過項目教學(xué)整合了課程內(nèi)容，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，實現(xiàn)了理論教學(xué)與實踐教學(xué)的有機統(tǒng)一。通過“教、學(xué)、做”一體化的教學(xué)模式提高了教學(xué)效果，切實培養(yǎng)了學(xué)生專業(yè)技能和職業(yè)素質(zhì)。