單片機(jī)課程教學(xué)的實(shí)踐與探討

摘 要：根據(jù)單片機(jī)課程教學(xué)的特點(diǎn)，文章主要從網(wǎng)絡(luò)教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)兩個(gè)方面闡述了相關(guān)教學(xué)方法的改進(jìn)與完善，以進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主觀能動(dòng)性，提高學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)的能力。

關(guān)鍵詞：單片機(jī)課程 網(wǎng)絡(luò)教學(xué) 實(shí)驗(yàn)教學(xué) 實(shí)驗(yàn)改革

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

單片機(jī)以體積小，低功耗和控制能力強(qiáng)等特點(diǎn)在數(shù)據(jù)采集、智能儀表及過程控制等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。單片機(jī)原理及應(yīng)用作為高校機(jī)電和自動(dòng)化專業(yè)的一門基礎(chǔ)課程，其主要教學(xué)目標(biāo)是使學(xué)生掌握單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想和實(shí)現(xiàn)方法，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用單片機(jī)解決機(jī)電一體化領(lǐng)域相關(guān)實(shí)際問題的能力。單片機(jī)實(shí)踐應(yīng)用強(qiáng)的特點(diǎn)也對(duì)單片機(jī)課程教學(xué)提出了更高的要求，只有不斷改進(jìn)教學(xué)內(nèi)容、豐富教學(xué)手段、提高教學(xué)方法、激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加強(qiáng)實(shí)踐動(dòng)手能力的培養(yǎng)，才能取得良好的教學(xué)效果，實(shí)現(xiàn)教與學(xué)的最佳統(tǒng)一。

一、課程教學(xué)的現(xiàn)狀

作為一門理論性和實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，單片機(jī)的教學(xué)存在諸多個(gè)性特征。其可簡要?dú)w納如下：首先，無論是單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與工作原理，還是軟件編程與硬件連線，對(duì)于初學(xué)者來而言，直觀的第一感覺就是抽象；其次，看似瑣碎繁多的知識(shí)點(diǎn)之間并不是無章可循，而是有著嚴(yán)格知識(shí)關(guān)聯(lián)，存在著很強(qiáng)的的邏輯性和整體性；最后，課程的綜合性強(qiáng)，要較好地掌握單片機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，必須熟悉或掌握模擬電路、數(shù)字電路及自動(dòng)控制等方面的知識(shí)。針對(duì)上述特點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)在日常教學(xué)中主要存在如下幾個(gè)方面的問題。

第一，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。俗話說得好“興趣是最好的老師”。學(xué)生對(duì)單片機(jī)課程可以說是既愛又怕，愛的這門課程強(qiáng)的實(shí)用性，怕的是這門課程的抽象性。它不像其它課程那樣具有細(xì)致而清晰的思路和邏輯推理，抽象的軟硬件內(nèi)部結(jié)構(gòu)時(shí)刻考驗(yàn)著學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，使學(xué)生產(chǎn)生畏難情緒。學(xué)習(xí)興趣的激發(fā)，不存在一個(gè)統(tǒng)一的套路或模式，只有教師不斷地借鑒和學(xué)習(xí)其它更好的教學(xué)方法，同時(shí)結(jié)合自身的個(gè)性和教學(xué)特點(diǎn)，在各個(gè)教學(xué)和實(shí)踐環(huán)節(jié)中不斷地實(shí)踐、反饋和調(diào)整，從而可以將學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的激發(fā)和保持貫穿于教學(xué)始終。

第二，教學(xué)資源的質(zhì)和量。以板書為主的傳統(tǒng)授課方式固然有它的優(yōu)點(diǎn)，但也不可避免地存在三個(gè)主要問題。一是單位教學(xué)學(xué)時(shí)內(nèi)的授課信息量少，在學(xué)生已經(jīng)可以通過各種途徑獲取知識(shí)資源的今天，課堂教學(xué)信息的增加是一個(gè)必然的趨勢(shì)；二是抽象知識(shí)點(diǎn)的講解僅僅通過教師的嘴和筆是無法達(dá)到準(zhǔn)確和生動(dòng)描述的效果；三是教和學(xué)的延展度不夠，隨著下課鈴聲的響起，這節(jié)課的授課內(nèi)容往往隨著教師的離去成為無法準(zhǔn)確回顧的過去，學(xué)生的課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí)的效果也因此大打折扣。

第三，實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)的薄弱。如果說實(shí)驗(yàn)設(shè)備受資金等條件限制而更新較慢是一個(gè)難以短期解決的客觀問題，那么實(shí)驗(yàn)內(nèi)容多年的一成不變對(duì)課程教學(xué)和實(shí)驗(yàn)效果的影響則不言而喻，直接的表現(xiàn)形式就是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)多而自主性實(shí)驗(yàn)少。另外還有諸多的的細(xì)節(jié)方面存在問題，例如實(shí)驗(yàn)的課前預(yù)習(xí)由于各種主客觀原因而被忽略，學(xué)生到了實(shí)驗(yàn)室才翻書預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象比較普遍。導(dǎo)致部分同學(xué)已順利提前完成實(shí)驗(yàn)時(shí)，也有同學(xué)剛剛理清思路卻發(fā)現(xiàn)時(shí)間已經(jīng)不夠，久而久之，必然會(huì)影響到學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。

二、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)手段的開發(fā)與應(yīng)用

在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)環(huán)境下，教學(xué)的形式和內(nèi)容都發(fā)生了根本的改變。抽象枯燥的書本知識(shí)變成了豐富多彩的多媒體演示，多媒體課件已不僅僅是一個(gè)知識(shí)演示的工具，更是學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)知識(shí)和建構(gòu)知識(shí)的加油站；教學(xué)過程從傳統(tǒng)的歸納和演繹式的講解改變?yōu)閯?chuàng)設(shè)情境的自主和協(xié)作學(xué)習(xí)，在教學(xué)形式也體現(xiàn)出以學(xué)生為主體和以教師為主導(dǎo)的新特征。本文設(shè)計(jì)了一個(gè)Web化的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，在該平臺(tái)上可開展多種形式的網(wǎng)上教學(xué)互動(dòng)活動(dòng)，它主要包括了基于flash的多媒體教學(xué)課件、交流討論BBS系統(tǒng)、習(xí)題解答及資源鏈接等幾個(gè)部分。

(一)教學(xué)內(nèi)容的多媒體表達(dá)和知識(shí)延展

時(shí)于抽象知識(shí)點(diǎn)的講解，多媒體形式的表達(dá)和演繹是一個(gè)非常有效的解決辦法。例如單片機(jī)匯編語言的講解在以往的教學(xué)過程中是個(gè)很頭痛的問題，僅僅通過語言和有限的板書很難準(zhǔn)確表達(dá)一些抽象的概念。利用多媒體手段模仿單片機(jī)開發(fā)軟件中程序單步運(yùn)行的過程，將該程序涉及到的相關(guān)單元地址、寄存器和位地址以動(dòng)態(tài)圖形表達(dá)在指令旁邊。隨著指令的逐條運(yùn)行，相關(guān)內(nèi)容的取指令、傳數(shù)據(jù)、運(yùn)算及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)都動(dòng)態(tài)形象地表達(dá)出來。學(xué)生看起來一目了然，理解起來也深人透徹。這一環(huán)節(jié)知識(shí)難點(diǎn)的解決也就為后續(xù)知識(shí)點(diǎn)的講解鋪墊了良好的基礎(chǔ)，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性也得到了保持和提高。

與教學(xué)信息量的增加相適應(yīng)，教師的教學(xué)方法也必須同步改進(jìn)。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)課件已不單單是一個(gè)單位授課學(xué)時(shí)內(nèi)容的多媒體演示稿，而是一個(gè)知識(shí)的資源庫。在提供給學(xué)生更多學(xué)習(xí)資源的同時(shí)，也要求教師把握好相關(guān)內(nèi)容的取舍。例如一個(gè)知識(shí)點(diǎn)可能貫穿于多個(gè)章節(jié)，但是在單片機(jī)的初始教學(xué)階段，不應(yīng)過多深人地展開講解某些知識(shí)點(diǎn)，應(yīng)借助多媒體手段，讓學(xué)生有一個(gè)簡單明確的認(rèn)識(shí)即可，以保持學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，在后續(xù)環(huán)節(jié)中再循序漸進(jìn)地對(duì)其慢慢展開，一步步增加難度并提高學(xué)生的自信心。對(duì)學(xué)生而言，網(wǎng)絡(luò)資源的豐富對(duì)鍛煉和培養(yǎng)他們歸納、整理和總結(jié)資料的能力也是一個(gè)很好的鍛煉。

(二)學(xué)習(xí)策略的制定

網(wǎng)絡(luò)教學(xué)改變了“教師為主，學(xué)生為輔”的教學(xué)形式，“學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)”的特點(diǎn)得到了更充分的體現(xiàn)。主要表現(xiàn)為三點(diǎn)：一是利用教學(xué)資源知識(shí)庫可隨時(shí)登陸學(xué)習(xí)的特性，教師可依據(jù)教學(xué)大綱設(shè)計(jì)好教學(xué)內(nèi)容和自學(xué)內(nèi)容。這樣學(xué)生就可以依據(jù)自己的學(xué)習(xí)時(shí)間和學(xué)習(xí)興趣，展開個(gè)性化的學(xué)習(xí)，在自主學(xué)習(xí)的過程中，學(xué)習(xí)的創(chuàng)造性更容易被激發(fā)出來；二是協(xié)作學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)和鍛煉，通過設(shè)置不同主題的BBS討論區(qū)，師生之間，學(xué)生之間，甚至學(xué)生與其它網(wǎng)絡(luò)終端的學(xué)習(xí)者之間都可以通過這種交互方式傳遞和交流信息，互動(dòng)和碰撞的結(jié)果將使學(xué)習(xí)的群體整體受益，學(xué)生個(gè)人也從中進(jìn)一步構(gòu)建豐富了自己的知識(shí)體系；三是教師的主導(dǎo)作用不可替代，通過對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)學(xué)習(xí)情況的反饋，及時(shí)調(diào)整教學(xué)策略和改進(jìn)教學(xué)效果是教師必須把握的關(guān)鍵一環(huán)。

三、綜合性實(shí)驗(yàn)與仿真實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)

通常的教學(xué)安排中往往重理論教學(xué)而輕實(shí)驗(yàn)教學(xué)，而忽略了兩者之間的相輔相成和相互促進(jìn)的作用。在既不能減少當(dāng)前理論教學(xué)學(xué)時(shí)，也不能增加太多實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)的情況下，如何將現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效能發(fā)揮到最大是一個(gè)亟待解決的問題。主體思路是減少驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、增加自主性實(shí)驗(yàn)，強(qiáng)化綜合性實(shí)驗(yàn)。

(一)綜合性實(shí)驗(yàn)的任務(wù)型知識(shí)分組

過去常常是同一個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容面對(duì)班級(jí)內(nèi)的所有同學(xué)，既限制了部分學(xué)生探究知識(shí)的主動(dòng)性和興趣選擇，又不可避免地使某些學(xué)生產(chǎn)生渾水摸魚的念頭，因而很難達(dá)到實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的初衷。為此，圍繞實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)成可操作性強(qiáng)，多實(shí)現(xiàn)方法或功能模塊的分組任務(wù)。例如T/C(定時(shí)器／計(jì)數(shù)器)實(shí)驗(yàn)，可根據(jù)T/C分類、功能(定時(shí)或者計(jì)數(shù))、工作方式(方式0，1，2，3共計(jì)四種)及定時(shí)時(shí)間等進(jìn)行組合的知識(shí)分組，其中定時(shí)時(shí)間可設(shè)定為小于或者大于定時(shí)器某工作方式的最大定時(shí)時(shí)間。前者可以按定時(shí)器操作的基本步驟設(shè)置定時(shí)初值、定時(shí)中斷服務(wù)程序等；而后者在無法直接完成最大定時(shí)時(shí)間的情況下，必須通過靈活設(shè)置循環(huán)子程序，通過某固定時(shí)長的倍增達(dá)到較大定時(shí)的目的，達(dá)到考察學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)的能力。在實(shí)驗(yàn)總學(xué)時(shí)不變的情況下，將單純的程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)合并，如將系統(tǒng)認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)、數(shù)碼轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)、數(shù)據(jù)排序?qū)嶒?yàn)及布爾操作實(shí)驗(yàn)4個(gè)實(shí)驗(yàn)兩兩合并為兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，這樣就為軟硬件綜合性實(shí)驗(yàn)留出了更多的時(shí)間。合并實(shí)驗(yàn)可通過提前給學(xué)生布置任務(wù)，要求他們利用單片機(jī)開發(fā)軟件在個(gè)人電腦上進(jìn)行程序的初步?jīng)]計(jì)和模擬仿真，這樣就可以實(shí)現(xiàn)在減少實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)的同時(shí)又未降低實(shí)驗(yàn)要求的目的。

(二)CAI輔助仿真實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)

由于Keil c、Wave等仿真開發(fā)軟件很容易通過網(wǎng)絡(luò)下載獲得，學(xué)生對(duì)單純軟件實(shí)驗(yàn)的程序調(diào)試可在利用課余時(shí)間在個(gè)人電腦上進(jìn)行，但硬件的連接以及軟硬件的聯(lián)合調(diào)試一般必須在實(shí)驗(yàn)室才能完成，在對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的熟悉和調(diào)試過程中，實(shí)驗(yàn)時(shí)間已經(jīng)點(diǎn)點(diǎn)滴滴的消失了。如何讓學(xué)生更有效地提前熟悉實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的相關(guān)內(nèi)容成為集中高效開展實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵，考慮到學(xué)生個(gè)人配備單片機(jī)實(shí)驗(yàn)開發(fā)系統(tǒng)的成本和承受力，開發(fā)了虛擬的仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)充分模擬真實(shí)的軟硬件實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，讓學(xué)生可以在電腦上完成真實(shí)實(shí)驗(yàn)中的硬件連線，程序運(yùn)行、仿真調(diào)試及結(jié)果顯示等功能。例如單片機(jī)片外存儲(chǔ)器的擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)，在仿真實(shí)驗(yàn)界面上給出相關(guān)器件的引腳圖，學(xué)生通過順序點(diǎn)擊兩個(gè)引腳完成連線，然后進(jìn)行控制程序設(shè)計(jì)。如果連線和程序設(shè)計(jì)正確，單步或全速運(yùn)行程序可動(dòng)態(tài)形象地看到程序執(zhí)行過程中相關(guān)單元和寄存器內(nèi)容的變化。仿真實(shí)驗(yàn)在某種程度上有效地增加了實(shí)驗(yàn)的有效時(shí)間，使學(xué)生能有更充裕的時(shí)間去分析問題、研究問題及解決問題，更有利于學(xué)生在綜合性實(shí)驗(yàn)發(fā)揮他們的主動(dòng)性、創(chuàng)造性和動(dòng)手能力。

四、結(jié)語

單片機(jī)課程教學(xué)實(shí)踐證明：單片機(jī)課程的理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)之間是一個(gè)相輔相成的關(guān)系，改革的關(guān)鍵是兩者必須相適應(yīng)地做出同步改進(jìn)才有可能取得好的效果。單片機(jī)課程教學(xué)網(wǎng)站應(yīng)用的表明，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)是發(fā)揮學(xué)生自主學(xué)習(xí)、個(gè)性學(xué)習(xí)和協(xié)作學(xué)習(xí)的一個(gè)良好平臺(tái)；仿真實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)創(chuàng)造了實(shí)驗(yàn)室之外的的設(shè)計(jì)環(huán)境，有效增加了真實(shí)實(shí)驗(yàn)的時(shí)間，提高了實(shí)驗(yàn)效果。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)和傳統(tǒng)教學(xué)各有自身的優(yōu)勢(shì)和不足，應(yīng)該做到揚(yáng)長避短、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、相得益彰，才有可能動(dòng)態(tài)滿足課程教學(xué)的實(shí)際要求。

參考文獻(xiàn)

[1]梅麗風(fēng)，藍(lán)和惠，任國臣，單片機(jī)課程教學(xué)改革的探索[J].遼寧工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué)版)，2008，10(4)：114—116

[2]謝幼如，網(wǎng)絡(luò)時(shí)代教學(xué)模式與教學(xué)設(shè)計(jì)研究策略[C]//黃榮懷，等，第六屆全球華人計(jì)算機(jī)教育應(yīng)用大會(huì)暨全國教育信息化論壇論文集，北京：中央廣播電視大學(xué)出版社，2002，426—430

[3]唐永紅，單片機(jī)實(shí)踐教學(xué)探索[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2007.29(1)：72—73

(文字編輯、責(zé)任校對(duì)：賈俊蘭)