單片機基礎課程教學改革

郎薇薇

摘 要：本文從單片機教學實際出發(fā)，提出教學過程中出現(xiàn)的問題，提出了該課程理論教學和實際教學改革的思路。

關鍵詞：單片機教學；課程改革

1 引言

我國高校在二十世紀80年代初開始在少數(shù)高校開設單片機課程，教材內容基本是單片機生產(chǎn)商提供的技術手冊、匯編程序設計和計算機原理與接口技術的綜合體。目前單片機教材雖然較多，但基本延續(xù)了這種傳統(tǒng)的教學思路，即以單片機的知識點為主線進行單元技術教學[1]。隨著單片機教學在各層次學校的廣泛普及，這種教學思路顯現(xiàn)了明顯的不適應。系統(tǒng)設計性內容缺失和細節(jié)內容深度不夠，使一般學生在實際應用過程中仍然會遇到許多迷茫的問題。目前單片機基礎課教材的一個普遍性的問題是教學集中在分散的各個點，而對單片機系統(tǒng)整體結構性考慮不夠；重在局部和單元模塊，缺乏組織成項目的考慮。這種問題嚴重地體現(xiàn)在系統(tǒng)軟件設計中，一般學生會做例題和作業(yè)，不會設計解決實際任務的系統(tǒng)軟件。因此，單片機基礎課程教學改革的一個重點就是從知識點講授到以系統(tǒng)設計為主線，基于課程整體性并結合項目系統(tǒng)整體性考慮實施單元教學，重點提升學生系統(tǒng)性、綜合性設計能力。

2 單片機理論教學的改革

傳統(tǒng)的授課方式是以知識為驅動，知識點之間比較分散，學生學完之后沒有系統(tǒng)的概念，缺乏貫穿所有知識的主線，形成不了體系。這種教學方法亟待改革。

2.1 以項目為主線

系統(tǒng)結構性設計是一個重要的教學內容。從宏觀教學的角度考慮，我們將整個教學內容設計成基本涵蓋了本課程全部教學內容的一個項目，基于課程整體性并結合項目系統(tǒng)整體性考慮實施單元教學。對結構性的適當變化和局部內容的取舍，即可衍生和變化為其它的應用系統(tǒng)。通過這樣的教學設計，學生加大了對課程的興趣，逐漸地積累成就感，并最終能較快地進入系統(tǒng)設計者的角色，能較好地完成實際應用系統(tǒng)的設計。

2.2 教學內容和體系調整

調整應用匯編和C語言教學的比例。匯編指令有助于對單片機硬件的學習，程序代碼短、速度快，較多地應用在對時序有嚴格要求的測控系統(tǒng)中。隨著單片機硬件和軟件編譯技術的發(fā)展，代碼長度和速度已不是主要問題，重在軟件質量、開發(fā)周期和開發(fā)維護成本，大多數(shù)場合應用匯編的必要性已不存在。因此教學應以C語言為主，匯編只講解指令原理、尋址方式、必要的指令和在C語言中嵌入?yún)R編程序的方法和實例。調整單元模塊教學順序。

2.3 挖掘基本知識內容的深度

把51單片機基礎知識講透徹，對后續(xù)嵌入式系統(tǒng)深層次學習可打下良好的基礎。以外中斷的重復響應和堆棧的溢出問題為例，學生在實際應用中經(jīng)常遇到，但在教材中沒有相應的說明。前者是由于外中斷請求信號有毛刺，即使在進入中斷立即屏蔽中斷，且中斷請求信號已經(jīng)撤銷的情況下，在退出中斷后還將引起此中斷的重復響應[2]。問題在于對中斷請求信號、請求標志和響應過程這些基本知識講述不到位；后者是對堆?？臻g位置、容量及系統(tǒng)對堆棧使用沒有準確概念。類似的因基本知識講述深度不夠，導致學生困惑的問題還有很多。因此要注重研究實際應用中典型問題背后的原因，深化和細化基本知識的講授，這對實際應用和提高可起到至關重要的作用。

3 實踐教學模式的改革

3.1 基于項目引領的實驗模式

我們許多課程的實驗課教學模式，基本上都出于傳統(tǒng)的公共基礎課實踐教學。其特點是對單一某個理論教學內容進行實驗演示和驗證。由于思維的慣性，這種傳統(tǒng)自然也延續(xù)到單片機實驗課中，致使學生綜合性實驗能力較弱，完成課程設計和實際應用設計的難度較大。作為嵌入式基礎和初級應用的單片機基礎課程，其最大特點是工程性。單片機本身是一個強大的系統(tǒng)集成工具，學生在專業(yè)知識基礎上用單片機及相關器件進行綜合分析和設計，最終要制作出滿足用戶要求的產(chǎn)品。因此，單片機實驗課的主體思路是綜合性、工程性。基于這一點，我們對實驗課在宏觀上調整為基于項目引領的實驗模式。首先是將基礎性實驗以Proteus軟件仿真形式在理論課上實驗和演示；其次是配合理論課將整個學期的實驗課安排成一個應用項目，將整個項目按照內部資源、擴展資源、前向通道、后向通道和人機通道等部分分解成各個模塊作為每次試驗課的內容。學生在完成單次試驗的基礎上，從軟硬件的角度對項目整體架構不斷地加深認識和理解，最后完成一個項目的全過程實驗。在這個過程中，學生不斷地積累系統(tǒng)級分析設計的能力，不斷地積累著成就感。學生增強了對實驗課的興趣，大幅提高了單片機實驗課的效率和效果。

3.2 多種實驗手段的綜合運用

現(xiàn)在高校學生基本上都基于實驗箱做實驗。相對于傳統(tǒng)實驗手段（手工焊接或用面包板），實驗箱在單片機應用系統(tǒng)的軟件實驗方面具有優(yōu)越性，但在硬件實驗方面，則現(xiàn)出其明顯的弊端。學生按照實驗指導書的指示在實驗箱上連接各端子，學生大多不去了解這種連接后形成的電路；沒有從設計、元器件連接、調試到完成全過程的鍛煉；實驗箱資源有限；不能進行多種硬件方案的試驗、硬件電路的優(yōu)化設計和創(chuàng)新。我們根據(jù)實驗不同分別采用不同的實驗手段。應用面包板的實驗，側重于自己設計電路實驗方案、創(chuàng)新潛能的開發(fā)和硬件系統(tǒng)級調試技術的學習；手工焊接的實驗側重于實際動手技能和模塊及硬件調試方法的學習和鍛煉；應用試驗箱的實驗則重點側重于復雜系統(tǒng)的編程和軟件調試。同時，這些實驗手段的綜合應用，給學生創(chuàng)造了一個寬松的軟硬件實驗環(huán)境和發(fā)揮創(chuàng)造性的空間，增大了實驗課的吸引力，促進了對理論教學的理解，達到了很好的效果。

3.3 發(fā)掘第二課堂的深度和廣度

單片機課外教學活動是可行和必要的。組織成立學生課外活動小組，為學生設計階段性任務。這些任務可以是承擔科研項目的分解部分，也可以是有意義和價值的小題目。學生的任務可以指標化，小組實行優(yōu)勝劣汰。這對學生提高課程興趣、加深理解、拓展知識和帶動整體學習起到了重要作用。每年一次由教育部和信息產(chǎn)業(yè)部共同舉辦的大學生電子設計競賽，是一次極好的單片機實踐教學活動。要進行規(guī)范整理，優(yōu)化模塊設計，使之成為標準件，進而成為教學資源，進而促進教學教改工作進展和良好學風校風的建設。

4 結語

單片計算機是技術發(fā)展快速的IT前沿技術。要改變思路，以特別的眼光研究這門特殊的課程。我們從教學體系、理論教學、實踐教學和自主學習等全方位進行的研究探討，在教學實際中呈現(xiàn)了良好的效果。

參考文獻

[1]陳海宴.51單片機原理及應用[M].北京：北京航空航天大學出版社.2010：62-65.

[2]劉南平.電子產(chǎn)品設計與制作技術[J].科學出版社，2008：45-46