單片機教學改革初探

何秋燕 杜曉靜

鎮江船艇學院計算機教研室 江蘇 212003

0 引言

目前，具有體積小、運行可靠、功耗低等諸多優點的各種單片機芯片在工業控制、機電一體化、智能儀表、無線通信、家用電器等領域中已經得到了廣泛的應用，其使用率和普及率遠遠超過了其他類型的計算機。因此單片機原理及應用這門課程也已經成為高校計算機、自動化、電子信息等專業的一門重要課程。這門課程是一門理論性和實踐性都很強的課程，筆者通過近幾年的教學，發現在目前的單片機教學和應用中存在很多問題，嚴重影響了教學效果，本文將從單片機的教學現狀出發，提出幾點關于單片機教學改革的方案。

1 單片機的教學現狀

目前，單片機課程的教學大多還是以課堂講授為主，結合少量的實驗。課堂教學手段相對單一，教學方法不夠靈活，雖然有的在課程中采用了多媒體輔助教學方式，但往往僅是簡單的利用多媒體投影PPT教學文件，照本宣科且播放速度較快，不利于學生記筆記和識記知識，再加上實驗教學一般都是在“匯編語言程序設計”講完之后才開始進行的，這就導致在課程的開始階段，講述的都是單片機的工作原理，理論性較強，課堂教學內容比較枯燥，很容易造成學生理解困難，從而產生畏難情緒，這樣就很難激起學生的學習熱情和積極性，也達不到理想的教學效果。而單片機的實驗教學一般也是以驗證性實驗教學為主，教學的主要工具就是單片機實驗箱。在實驗教學中，學生只需要按照實驗指導書中給定的固定實驗步驟、完整的電路接線圖和編好的實驗程序或者完整的流程圖來連接實驗電路，并輸入和運行程序，最終驗證性地觀察、記錄實驗現象或者結果。這種按部就班的實驗教學方法單一、手段簡單、照葫蘆畫瓢，學生自己發揮的空間很小，束縛了學生想象力的開發，使學生不能認真自主的深入研究，提出問題、分析討論問題和解決問題，扎實地完成自己的實踐過程，掌握真實知識。同時也不利于學生創新能力的培養，從而致使學生對課程失去學習的興趣。此外，傳統的單片機實驗室教學．不僅需采購大量的硬件設備，而且設備維護需較多的時間和經費，加上反復修改程序，容易造成資源的浪費，增加設計成本，學生課余時間也很少有機會進入實驗室進行實驗板實物操作，影響了學生動手能力的提高。

2 單片機教學改革方案

2.1 理論教學改革

興趣是最好的老師，因此，激發學生學習單片機的熱情是單片機教學改革的首要任務。單片機的廣泛發展有利于單片機的教學，教師可以充分利用這一資源優勢，在第一次課的緒論中，可以簡要列舉大量圖文并茂的應用案例，尤其是學生生活中常見的，如智能手機、家用電器等，重點介紹單片機的發展前景，創建一個學習單片機課程不但有用而且有趣的情景，從而激發學生入門單片機學習的興趣。在介紹單片機種類的時候必須提醒學生不需要學習太多種類的單片機，學精一個，觸類旁通，無非在定時器和寄存器上有所不同罷了。強調學生從MCS-51系列單片機著手，51系列單片機是入門級的芯片，是初學者練手比較好的類型，這樣可以讓學生少走彎路，從而增強學生自信心，提高學習的積極性。

隨著現代信息技術的迅猛發展，可以綜合利用各種多媒體技術設計制作課件，豐富教學手段，改變傳統的“黑板加粉筆”的教學方式，從而將抽象的概念和難理解的知識表現得生動形象、通俗易懂。例如在講解8255A，8155等接口芯片時，多種不同的控制信號常常會讓學生混淆，如果我們在課件中利用動畫豐富的表現力配合講解，可將控制信號有效的先后次序及其產生的控制效果一覽無余，從而使學生能輕松地掌握這些知識難點，從而提高授課質量。再比如，當前國內開始流行一種基于EDA軟件Proteus和一款關于51系列單片機開發軟件Keil的仿真教學平臺。在這種模式下，只需一臺計算機即可完成單片機系統仿真設計的全過程，使學生真正從原理上理解單片機的工作過程及單片機系統設計方法，提升教學效果。例如：MCS-51系列單片機有2個16位的定時/計數器，有4種工作方式：方式0、方式1、方式2和方式3。當其工作在定時模式時．每個機器周期計數器自動加1；當其工作在計數模式時，外部脈沖的每一次負跳變都會使計數器自動加1。這些理論知識枯燥且難以理解，學生自己動手的機會也較少。在使用了Proteus和Keil的設計仿真平臺后，教師在理論講述的同時，可在Proteus仿真軟件中設計硬件電路，再用Keil軟件進行定時程序的編程、編譯和軟件調試，現察到仿真結果。通過多媒體教學設備．學生可以清楚地看到從硬件電路設計、編程以及軟件調試到硬件仿真的整個工程實踐的過程，使學生在理論學習的同時增加了感性認識，進—步激發學生學習的興趣，更重要的是強調了單片機軟硬件結合的系統設計方法。

我們還可以充分發揮校園網的優勢，培養學生自主學習的能力。可以把課程教學大綱、電子教案、教師精心制作的教學課件等教學資源上網供學生自學，并利用電子郵件、校網站的交流園地與學生進行課外交流，為學生答疑解惑，為學生提供了更為廣泛的溝通渠道與環境，提高學生交流能力。此外，在互聯網上有著豐富的教學資源，可引導學生在課余時間利用網上數字圖書館來查找學習資料，鼓勵學生登錄單片機發展和技術相關的熱門論壇，了解單片機應用熱點和發展趨勢，探討學習中的各種問題，使課堂教學延伸到了課外，擴展學生單片機知識面。學生感到自己的學習與實際應用及科技前沿并不遙遠，從而更加增強他們學習的興致和信心，也為一部分學有余力的同學在單片機領域的進一步深入學習和探索指引了方向。

2.2 實驗教學改革

在實驗的內容上，不應循規蹈矩，只完成教學所限定的內容，要讓學生在完成任務的基礎上舉一反三、循序漸進，嘗試不同的方案。例如，常見的“LED燈控制”試驗，可以讓學生先實現單個LED燈點亮；然后實現單個LED燈的閃爍；第三步實現逐個燈點亮；第四步讓學生自己設計燈閃爍的方式。在這四步完成基礎上，就可以下發模擬十字路口交通燈的任務。由于學生之前在硬件方面對于接口和LED的功能和應用已經有所了解，在軟件方面對于接口指令、延時子程序和循環程序設計也有了一定的基礎，模擬交通燈的設計難度就大大降低了。

在單片機的實驗教學中我們同樣可以采用基于Proteus和Keil的仿真教學平臺，充分仿真單片機系統的工作情況，用虛擬單片機系統代替實際硬件電路。在基于Proteus和Keil的單片機實驗教學過程中，可根據實驗指導書給出的實驗任務和要求，設計出實驗的硬件電路和程序，在Proteus仿真軟件調試通過后，再結合實驗箱搭建實際電路，進行聯機調試，觀察實驗現象并分析結果寫出實驗報告。程序運行于虛擬的MCU上，使軟件調試不再依賴實物硬件電路，仿真結果達到系統預期效果后，再進行硬件實物制作，這樣既達到了實驗效果，又經濟方便。學生還可以使用Proteus和Keil自行設計實驗，培養了綜合運用知識解決實際工程問題的能力。基于Proteus和Keil的單片機實驗教學的最大特色是沒有固定的模式，在實驗過程中，學生要自己動手分析解決實驗中出現的問題，使學生從被動應付實驗變成主動實驗，不僅提高了基本操作技能，也發揮了學生的學習自主性和創造性，而傳統的實驗教學則忽視了這一點。同時，采用仿真軟件可事先對實際工程中的問題進行研究，模擬通過再進行硬件的投入，這樣處理不僅省時省力，也可以節省因方案不正確所造成的硬件投入的浪費。

此外，我們還可以將學生分成若干個小組，組內合作共同完成一些綜合性強的實驗。通過這種模式不僅可以使學生更好的學習掌握單片機技術，同時還鍛煉了學生的團隊協作能力和創新素質能力，可以有效的提高學生綜合能力。

3 總結

單片機是一門具有很強實踐性和應用性的課程，需要不斷地研究改革教學內容、方法和手段，進而提高教學質量，培養學生的綜合素質，達到理想的教學效果。

[1] 楊治潔.單片機原理與應用[M].中國人民大學出版社.2009.

[2] 蔣繼平.淺談高職院校單片機教學[J].常州信息職業技術學院學報.2004.