“單片機原理”課程層次式教學改革研究

文章編號：1672-5913(2008)18-0060-02

摘要：本文分析了以往單片機教學存在的問題，根據自己的教學經驗提出了新的層次教學法，滿足了不同能力層次學生的要求，提高了教學效果和學生實踐動手能力。

關鍵詞：單片機；教學法；層次式教學

中圖分類號：G642 文獻標識碼：B

1單片機原理教學存在問題

1.1傳統的課堂教學模式

傳統的教學思路是按照教材的順序，先講單片機硬件基礎知識，再講指令系統和匯編語言程序的編制，最后講接口技術和一個單片機應用實例。學生只有在課程學習的最后才接觸到單片機的實際應用系統，而在此之前的學習由于學習目標不明確，學生會感到學習內容枯燥乏味，學習了也不知道怎么用，故而學習的興趣不高。

1.2傳統的課堂與實驗教學模式

現在的單片機實驗設備很完善，能操作的實驗項目非常多，實驗指導書對實驗步驟、方法等規定得很詳細，學生只能在固定的實驗題目范圍變更接線，最多是在本程序內修改一下程序，動腦和動手的機會極少。實驗內容充其量就是主要是驗證書本上的原理，表面上學生很好地完成了實驗，實際上助長了學生的依賴性，無法發揮學生的想象力和主觀能動性，從某種程度上禁錮了學生的思路，扼殺了學生孕育創新意識，忽略工程設計方面的訓練，缺少文獻資料查閱能力的訓練，缺乏對新器件、新電路應用的認識，對單片機在工程中的應用更是一知半解，這個問題在畢業設計環節中反映更強烈。

實驗教學缺乏完善的考核機制，實驗教學內容往往隨教師的喜好而定，且實驗考核方法不完善，“重知識、輕能力、重記憶、輕創新、重理論、輕操作”的考核模式普遍存在，從一定程度上助長了學生普遍不重視實際應用的不良風氣。

2課程層次式教學改革

單片機原理及應用是一硬件設計和軟件編程相結合的實踐性強的課程，硬件是應用基礎，但功能實現又離不開軟件，只有硬件和軟件都掌握了才能應用，針對單片機課程這個特點，筆者結合多年的教學經驗，對單片機教學提出層次式教學方法。所謂層次式就是根據單片機課程特點，以人的認知規律為主線，把教學內容分為學習單片機基本知識和功能結構、熟練掌握基本功能應用和單片機系統應用等階段方法來學習以及考核辦法。實施分層教學法首先要根據學生的實際情況、教學目標以及教學學時來合理的確定這幾個授課階段的學時數。我們可以把單片機教學的層次階段概括為“學”、“練”、“用”以及“考”四個層次。

2.1學——學習單片機基本功能結構和指令系統

這個層次內容包括單片機基本知識、硬件結構、指令系統、編程技術、匯編的編輯調試等幾大塊的內容。教學原則可在老師指導下學習最起碼的基礎，先學“一知半解”，不求多，不求快 ，也不求“全面”，更不求“系統”。以老師的教授為主，讓學生感性認識、熟悉為目的，同時在教學過程中也要采取教學技巧。

(1) 上好第一堂課

興趣是最好的老師，如何讓學生對“單片機原理與應用”課程學習感興趣第一次課精彩的開場白尤其重要。最好的方法就是現場演示，例如演示預先編好“跑馬燈控制”，先用PowerPoint演示該控制程序的硬件結構原理圖、程序清單等，然后現場把源程序經Keil C編譯成Hex文件，通過刻錄器刻錄到芯片AT80C51中，通過面包板把石英晶體和電容連接到AT80C51芯片引腳XTAL1、XTAL2以及RST上就構成了單片機的最小系統，通過P1口連接上8個LED，加上5V的電源(可通過干電池提供)確定無誤后，就可以看到結果了。整個過程只花10分鐘的時間，但卻讓學生了解這門課是與實際應用緊密結合的，并且初步了解單片機的開發過程，接著介紹單片機控制系統在工業、農業、國防等生產生活領域的應用，向學生交代課程的主要內容和教學目的，使學生對單片機系統有一個深刻的感性認識，提高學生的學習興趣，為學好本門課程奠定堅實的基礎。

(2) 實物教學法

在教學過程中，講授的理論是抽象的，最好讓學生看實物，一邊觀察實物一邊學習，把理論體現到實物上去，例如講芯片引腳時，讓學生看看芯片80C51實物，針對實物講引腳的功能、結構、使用方法等；在講到單片機的定時計數、串行通信等功能時列舉一些學生們平時能夠見到的儀器設備，如在物理實驗中用到的數字毫秒計時器、數字信號發生器等，以增加學生對單片機應用的感性認識，引發學生求知探索的強烈欲望。

(3) 指令講授技巧記憶法

指令是程序編寫的基礎，如何讓學生熟悉掌握MCS-51的111條指令，在按功能分為成的五類指令里，根據其功能，抓住其源、目的操作數的不同組合，再輔之以下面的教授方法，是完全能記住的。

① 指令圖示講授記憶法

圖示記憶法是把操作功能相同或相似、但其操作數不同的指令，用圖形和箭頭將目的、源操作數的關系表示出來的一種記憶方法。例如：由助記符MOV、MOVX、MOVC組成的送數組指令，可以用圖1、圖2、圖3表示。

② 英文還原講授記憶法。

單片機的操作碼助記符是該指令功能的英文縮寫，有些指令容易混淆，可將縮寫還原成英語原文，再對照漢語有助于理解其助記符含義，從而加強記憶。例如：短轉移(SJMP)

Short Jump；長轉移(LJMP)Long jump；比較轉移(CJNE)Compare

Jump Not Equality；絕對轉移(AJMP)Absolute jump；交換(XCH)Exchange；左環移(RL)Rotate Left；進位左環移(RLC)

Rotate Left Carry；右環移(RR)Rotate Right；進位右環移(RRC)Rotate Right Rarry。

③ 口訣記憶法

對于有些指令，我們可以把相關的功能用精練的語言編成一句話來記憶。如PUSH direct和POP direct這兩條指令。初學者常常分不清堆棧SP的變化情況，為此編成這樣一句話：(SP的內容)加1(direct的內容)再入棧，(SP的內容)彈出(到direct單元)SP才減1。又如乘法指令中積的存放，除法指令中被除數和除數以及商的存放，都可以編成口訣記憶如下：

MULAB高位積(存于)B，低位積(存于)A；DIV ABA除以B，商(存于)A余(下)B。

總之，在講授單片機的指令系統時，充分運用技巧，寓指令于例子當中，可以將單片機實驗中的實例穿插在指令系統中介紹，并注意實例中涉及的指令盡量使用已教過的指令，讓學生盡快熟悉掌握這些指令。

(4) 模擬仿真教學法

在指令學習過程中，先用軟件進行程序運行模擬仿真，讓學生看到指令執行的真實效果，更確切地體會到每一條指令執行時的內部過程，這樣學生學指令輕松了，就激起了學習興趣，學習匯編指令時不再枯燥無味。與此同時，盡可能讓學生逐漸熟悉匯編程序編寫調試的方法、技巧等。同時教導學生多讀書上的例題和別人編寫的程序，自己再結合實際初步編寫一些程序。

2.2練——單片機基本功能應用練習

“練”這個層次主要是對單片機熟練掌握各功能模塊應用，包括基本輸入輸出應用、定時器應用、中斷應用、串行口應用、并行口擴展應用、A/D、D/A應用等，同時加強編程能力。在這個層次倡導實驗教學為主，課堂教學為輔的教學指導思想，同時加大實驗室開放力度，保證學生實驗時間。具體來說，就是以學生實驗為主，教師主要任務就是針對每個功能選擇、設計實例，同時把實例分解成若干個任務，針對每個任務細分為具體的教學知識點，以深入理解第一個層次學習的各知識點，通過對知識點的深入理解，再獨立完成每個任務所需的實驗項目來達到教學目的。所以教師在設計教學實例時，遵循由淺入深，由易到難的原則，可設計/選擇三種層次的實驗項目：

① 驗證性實驗，用來驗證每一個功能模塊的工作原理，在設計時一般較簡單，功能單一，就是用來加深對知識點的理解，并不斷反復修改實現不同功能要求，以提高基本運用和基礎編程能力。

② 綜合性實驗，多個功能模塊綜合使用，程序較復雜，使編成能力和運用能力進一步提高。

③ 創新性實驗，要求學生學會查閱參考資料、獨立設計實驗的硬件電路和程序，并對軟件進行調試的能力。

同時要正確地引導學生從已熟知的內容入手，不斷增強自信心、慢慢的把所學的知識有效地形成一個方向明確、思實驗路清晰、具有內在聯系的問題鏈。

2.3用——單片機的應用實踐

這個層次主要是把單片機分散、獨立的知識融會貫通，集中應用到具體系統中去，培養學生單片機的實際綜合開發能力，通常以課程設計的形式體現。在設計之前只為學生作簡單的提示，主要靠學生自己去摸索，學會查閱參考資料，自己決定采用什么方案、如何選用芯片、如何組織器件、如何編程實現等，并對軟硬件進行聯機調試、指標測試。在調試過程中，學生學會自己動手分析結果，解決實驗中出現的問題，在解決問題的過程中進一步加深對單片機應用系統軟硬件設計的理解，提高學生獨立學習的能力，增強學生的自信心。當課題完成后，還要求學生寫出課程設計報告，使課程設計的過程與畢業設計相似，使學生了解完成一個課題的全過程。這樣的課程設計不僅提高了學生的綜合設計能力，而且培養了學生嚴謹的科學態度，為他們今后進一步的學習和深造打下了基礎。實踐證明在完成課程設計后，學生的設計能力和實際動手能力普遍提高了。

2.4考——單片機教學的考核

為了強化學生的動手能力和應用能力，對課程的考核成績采用結構化成績，由3部分組成:主卷成績(期終理論筆試)占40%，副卷成績占30%，平時實驗成績30%組成，創新、論文等作另外加分。

平時實驗成績主要由出勤率、實驗態度、實驗動手能力、實驗成功率和實驗報告成績等內容組成。實驗報告成績依據學生實驗記錄、實驗內容完成情況及實驗報告質量等組成。

副卷成績主要包括課程設計成績和實驗考核成績。課程設計成績主要是考查學生在知識運用上表現出來的獨立設計和綜合分析能力以及解決問題的能力，要求學生重視平時知識的積累、能力的培養和樹立嚴謹的科學態度。實驗考核要求學生現場抽題完成，允許學生帶教材、作業本和輔導書參加考試，但不能討論，在規定時間內完成一個較為簡單的設計性實驗，并且現場完成實驗報告。教師根據實驗結果現場給予評分，旨在考查學生的理論基礎和應用知識的能力。

加分項用于鼓勵和培養學生創新精神。當學生有所創新、有不同于其他同學的設計功能、程序部分涉及教學以外的知識、協助老師完成科研成果、發表相關的論文時，教師酌情加分。新的考核方式更注重實踐能力的培養。

3結束語

經過幾年實踐證明，這種教學方法能滿足不同能力的學生的需求，逐步改變了學生對單片機技術畏懼的態度，從下手到自行開發出實驗產品，這都是加強教學改革的結果。本教學方法符合我校提出的加強學生的實踐能力，培養“應用型、開發型”人才為目標，開拓學生出口(就業)。當然在教學改革中仍然有大量的工作要做，還有許多課題有待進一步探索、完善。

參 考 文 獻

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