基于應用型人才培養的單片機原理教學改革研究

吳全玉,陳 杰

(皖西學院機械與電子工程學院,安徽六安237012)

基于應用型人才培養的單片機原理教學改革研究

吳全玉,陳 杰

(皖西學院機械與電子工程學院,安徽六安237012)

單片機原理課程對于電子、電信、計算機和自動控制等專業的學生來說是一門重要的專業基礎課程,但由于長期以來大都采用傳統的教學模式,缺乏一定的改革和創新,導致單片機原理課程的教學內容和手段都顯得陳舊。針對這種狀況,我們引入多媒體教學和傳統教學模式相結合、匯編語言教學中引入標準C語言、學生研究性學習項目立項和Keil C51等幾方面來進行探索性的改革,通過問卷調查的方式發現,大部分學生對單片機原理的教學改革是認可的。

單片機原理;教學改革;多媒體教學;標準C語言;Keil C51

單片機原理課程是電子信息科學與技術、機械設計制造及其自動化專業學生的必修課,但從多年學生平時上課的表現和考試的結果,以及從學生走向工作崗位的問題反饋來看,我校的單片機原理課程教學當中存在著一些不足之處。如教學內容過于陳舊,匯編語言的教學方式過于死板,實踐的方法跟不上當今工作崗位的要求等。為響應學校創建省級示范應用型本科院校的要求,全面提高我校的辦學質量和辦學水平,在2008年,我們對實用性較強的專業技術課單片機原理的教學進行了探索性的改革實踐。

1 課程教學存在的問題

多年來,我們的單片機原理課程教學都是以匯編語言為主,從每屆學生考試的結果來看,學生對匯編語言部分知識的掌握比較差。對于單片機這樣的以培養學生的產品設計應用能力為主要教學目標之一的課程來說,編程語言掌握不好,學生對單片機原理的掌握可想而知。究其原因,主要是匯編語言是低級語言,僅是機器指令的簡單符號化,寄存器使用相對高級語言操作繁雜,并且要求學生具有一定的硬件基礎知識,顯然學生在短時間內難以完全掌握。

目前大多數高校的理論教學過程都是采用先基礎后應用的模式[1],即單片機硬件結構、指令系統、匯編語言設計、外部系統擴展、接口技術和應用系統設計,這種方法雖然思路清晰,但是存在著過于機械性的弊端,缺乏生動、直觀的實物等輔助教學手段,這樣便使學生覺得學習單片機枯燥乏味,沒有現實意義,缺乏興趣,嚴重影響了教學效果。實踐教學上形式單一且重視不夠。當前的實踐課教學大多以單片機實驗箱為實驗平臺,而開設的也多為驗證性實驗。觀察中我們不難發現,學生在做實驗時大都是用實驗指導書上已經寫好的程序資料,幾乎沒有多少同學去分析程序的流程,更不用說去研究讀懂那些代碼了。另外,對于用到電路硬件的實驗,也只是按實驗指導書要求在實驗箱上做簡單的連線,沒有一個整體的電氣原理圖概念,再加上實驗條件的有限,不可能每個同學都能得到老師的輔導。導致學生過度追求實驗結果,而忽略了硬件設計、軟件調試等過程。

另外,我們的單片機教學都是以8031或MCS-51為例來進行的,多年來基本沒有變化,實際在市場上單片機已經發展出了很多品種,即使是51系列的單片機也是非常豐富的。比如:有內置看門狗的,有內置PWM的,有內置 SPI的和內置A/D、/D/A的等等。但是學生們卻知道的很少。

2 課堂教學改革

2.1 多媒體教學和傳統教學模式相結合

隨著大學教育教學改革的深入,多媒體教學將更加廣泛地應用于各種教育教學領域[2]。傳統教學方法是以課堂教學為主,以教師為中心進行的教學,而對單片機原理課程這種實踐性較強的課堂教學,顯然傳統的教學方法不能充分調動學生學習的積極性,而多媒體教學方法是通過計算機技術、網絡技術、多媒體技術和現代教學方法進行的教學活動,集文字、圖像、聲音、視頻影像、動畫等各種信息于一體[3],教學更加形象、直觀和生動。例如通過使用豐富的網絡資源,同學們能夠了解當前有關單片機的新書訊、新技術、新信息和相關領域的內容,了解單片機應用和發展的現狀。同時在每章節的最后把網絡上具有代表性的和應用性的問題搬到課堂上,組織大家一起進行討論和分析等,能使課堂學習的基礎知識和實際應用聯系在一起。這樣就可以引導同學們學會搜集和消化網絡上的有關資源,學會查閱單片機廠家提供的芯片技術資料,為將來自己進行軟硬件設計打下基礎。

2.2 在匯編語言教學中引入標準C語言

鑒于匯編語言不容易掌握,教師在講授完單片機原理硬件結構、指令系統和匯編語言程序設計章節之后,可引入單片機標準C語言的教學內容。其內容主要包括C的基本語法、C的數據結構、C的存儲結構和C的流程控制等知識要點,并且在講解的過程中跟匯編語言作對比,理解兩者在端口和中斷等定義上的不同,同學們在了解單片機硬件結構的基礎上,理解C的數據結構、存儲結構與單片機硬件結構的相互對應關系。另外,在學習的過程中,要讓同學們認識到C語言相對匯編語言的優點:如C語言的可讀性、可維護性好,便于維護和調試以及代碼重用和移植等。

這樣以采用匯編語言和C語言進行對照的教學模式,學生可以很快地在短期內掌握單片機原理應用的編程,無疑會對后期的學習有相當大的益處。

2.3 引入單片機最常用的開發工具Keil C51

集成電路的發展使得單片機的性能不斷提高,應用領域日益廣闊,單片機編譯調試工具也在不斷完善。最常用的開發工具Keil C51是由美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發系統,Keil C51軟件提供豐富的庫函數和功能強大的集成開發調試工具,全Window s界面,同時該軟件系統隨著Window s版本的更新不斷地完善,另外重要的一點,只要看一下編譯后生成的匯編代碼,就能體會到Keil C51生成的目標代碼效率非常高,多數語句生成的匯編代碼很緊湊,容易理解。圖1為操作的軟件系統界面圖,窗口標題欄下緊接著是菜單欄,菜單欄下面是工具欄,工具欄下面的左邊是項目管理器窗口,在該窗口既可以查看項目的文件情況,也可以查看程序執行時寄存器的實時值。在管理器窗口的右邊是編輯窗口,它的下面是命令窗口和各種輸出信息窗口,對于這些窗口可以通過視圖菜單(View)下面的命令打開或關閉。

圖1 Keil C51軟件系統界面圖

在引入標準C語言的基礎上,為了大學生們走向社會后,能夠更快適應工廠企業的單片機相關產品的開發,我們又引導同學們掌握此開發平臺的使用方法,這樣為在以后打下一個很好的工作基礎。

3 實踐教學改革

3.1 變革傳統的實驗模式

我們嘗試改變傳統實驗過程中以驗證性為主的實驗模式,指導教師僅提供實驗的方向,學生根據實驗目的和要求,提前預習,自己到圖書館或者網上查閱相關資料,設計實驗方案,編寫相關的實驗程序。在實驗中遇到問題可與小組成員討論解決,最后得到實驗結果。學生應根據自己的實驗過程撰寫實驗報告,包括學生實驗中遇到的問題,以及提出的解決方案。同時教師也可以組織學生間進行交流,對各組實驗結果與報告展開分析和討論[4],從而提高大學生的研究能力和科學實驗能力。

3.2 充分利用好課外時間

單片機原理課程的課外教學也是實踐教學中很重要的一個組成部分,它不僅僅是實驗教學的一個補充[5]。事實上,大學生可以通過組織興趣小組、參與教師的科研等各種方式進行課外學習,例如我校團委和科技處組織學生申報的研究性學習項目,在很大程度上激發了部分學生的創新精神,強化了他們的實踐能力,從而增強了他們獨立解決實際問題的能力。另外,單片機課程任課老師也適當地對學生課外學習予以指導,針對他們感興趣的研究方向,提供參考書目,引導學生了解最新動態,把握研究方向,與學生之間展開討論,鼓勵學生走出學校,參加各種嵌入式系統講座,參與校內外組織的各種跟單片機相關的競賽活動,開闊學生們的視野,增長他們的才干,逐步培養自己的研究能力和創新能力。

表1 單片機原理課程評價調查表

4 結論

在單片機課程教學環節和實踐環節中引入新的內容和教學方法,是否提高了學生們對這門課的學習興趣和熱情呢,我們設計了如表1所示的單片機原理課程評價調查表,來檢驗學生們對課程改革教學的認可度,分別對05級和06級共計280名學生進行了問卷調查,統計得出的結果是05級122名學生評出的分數平均得分88.36分,06級158名學生給出的平均分是90.02分。可見通過同學們對改革后的單片機原理課程教學的評價,其課程并非那么難學,只要我們采用合理的教學方法,通過多種手段,提高學生的學習興趣,就一定能夠達到好的教學效果。

[1]趙天翔,肖寒鵬.對單片機教學改革的探討[J].新西部,2008,(14):162.

[2]王青萍.《單片機原理及接口技術》課程教學問題及解決方法初探[J].湖北第二師范學院學報,2008,25(8):132-134.

[3]鮑立寧.淺談高校多媒體教學中存在的誤區及對策[J].皖西學院學報,2006,22(5):147-148.

[4]胡方強,牟峰.單片機課程教學改革與探索[J].中國集體經濟,2008,(6):186.

[5]劉健.實施研究性教學,培養大學生的創新能力[J].北京市財貿管理干部學院學報,2006,22(2):43-45,42.

Reform Teaching Principle and Application of MCU Based on Training Applied Talents

WU Quan-yu ,CHEN J ie
( College of Mechanical and Elect ronical Engi neering ,West Anhui Uni versty,Lu’an 237012,China)

The principle of single-chip is an important professional basic course of the students , such as major in elect ronics , telecommunications ,computers and automatic cont rol. However ,we had used a t raditional mode of teaching for a long time ,and lack of reform or innovation ,and then the teaching content s and means were out of date. In order to improve the quality of teaching ,we adopted to multi-media and traditional model combining teaching ,and teaching of assembly language with standard C ,in the same time ,we int roduced our student s to research assistant project and used Keil C51 sof tware. Finally, the result s were good by the scores of our students’answer table.

pprinciple of single-chip ;teaching reform;multi-media teaching ; standard C; Keil C51

TP368.1

A

1009-9735(2010)05-0052-03

2010-04-25

吳全玉(1977-),男,安徽碭山人,在讀博士生,研究方向:嵌入式系統的應用、信號處理與無線傳感器網絡。