高職單片機(jī)原理與應(yīng)用課程教學(xué)改革探析

【摘 要】分析了當(dāng)前高職單片機(jī)原理與應(yīng)用課程教學(xué)存在的問(wèn)題及原因，提出了改革理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)的措施。

【關(guān)鍵詞】單片機(jī)原理與應(yīng)用課程

教學(xué)改革 實(shí)踐

【中圖分類(lèi)號(hào)】G 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【文章編號(hào)】0450-9889（2012）02C-

0118-02

單片機(jī)原理與應(yīng)用課程是高職電氣類(lèi)專(zhuān)業(yè)一門(mén)十分重要的核心課程。但是，由于該課程內(nèi)容抽象，相關(guān)課程繁多，學(xué)生普遍反映難以學(xué)習(xí)和掌握。筆者結(jié)合自己多年教改的體會(huì)，分析了單片機(jī)課程教學(xué)目前存在的一些問(wèn)題，并提出了改革其理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)的一些措施。

一、目前高職單片機(jī)教學(xué)存在的問(wèn)題及原因

（一）教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)安排與高職單片機(jī)課程的教學(xué)目標(biāo)不一致

1.理論教學(xué)內(nèi)容方面。傳統(tǒng)的單片機(jī)教材一般分為理論與實(shí)驗(yàn)兩部分。理論教材的內(nèi)容一般是以單片機(jī)的結(jié)構(gòu)為主線，先是論述單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)，接著是單片機(jī)的指令系統(tǒng)和匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)，然后是單片機(jī)的內(nèi)部資源及編程、單片機(jī)的各種接口及應(yīng)用，最后是各種外圍元器件的應(yīng)用。這樣的教材詳細(xì)講解了單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和功能，為學(xué)生全面掌握單片機(jī)的理論知識(shí)提供了便利。但是，對(duì)于高職院校的學(xué)生來(lái)說(shuō)，這樣的教材不是很適宜。因?yàn)?，第一，高職院校的學(xué)生基礎(chǔ)較差，學(xué)習(xí)能力不強(qiáng)，對(duì)于抽象的理論知識(shí)難以理解，也不很感興趣；第二，傳統(tǒng)教材的內(nèi)容陳舊，理論性強(qiáng)，實(shí)用性差，未能突出高職院校培養(yǎng)應(yīng)用型、技能型人才的特點(diǎn)；第三，傳統(tǒng)教材的內(nèi)容與實(shí)際應(yīng)用相脫節(jié)，缺少單片機(jī)開(kāi)發(fā)應(yīng)用的最新成果。

2.實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容方面。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教材一般是根據(jù)實(shí)驗(yàn)室所配備的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱來(lái)編寫(xiě)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)或一些簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。做實(shí)驗(yàn)時(shí)學(xué)生只需按給定的實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行簡(jiǎn)單的硬件連接、程序錄入和編譯下載；無(wú)須了解整個(gè)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)、調(diào)試及工作的過(guò)程。這樣的實(shí)驗(yàn)教材與理論教材的關(guān)聯(lián)是很少的，各自獨(dú)立成書(shū)，理論課與實(shí)驗(yàn)課各自為政，相互脫節(jié)，其結(jié)果必然是使理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)難以相輔相成、相互促進(jìn)。

3.教學(xué)內(nèi)容的安排上，理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)相分離。單片機(jī)課程傳統(tǒng)的教學(xué)模式一般是：理論教學(xué)在教室講解，實(shí)驗(yàn)教學(xué)在實(shí)驗(yàn)室操作，二者實(shí)施的時(shí)間、空間完全各自獨(dú)立，其中又以教室的理論教學(xué)為主。這種教學(xué)安排將理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)相分離，既無(wú)法充分發(fā)揮理論對(duì)實(shí)踐的指導(dǎo)作用，也無(wú)法及時(shí)地通過(guò)實(shí)踐來(lái)加深對(duì)理論的理解。

（二）傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的方式單一、效率和效果差，無(wú)法達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力的目的

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)大多采用實(shí)驗(yàn)箱實(shí)驗(yàn)的方式，在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行，它往往會(huì)受到諸如硬件資源、實(shí)驗(yàn)時(shí)間和實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地的限制。學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)時(shí)，一般是在實(shí)驗(yàn)教材的指導(dǎo)下，按已給出的程序（有的甚至是已調(diào)試編譯好的可執(zhí)行代碼）和已給定的實(shí)驗(yàn)連接簡(jiǎn)圖進(jìn)行，學(xué)生無(wú)須了解整個(gè)系統(tǒng)的電氣原理。因而即便學(xué)生已按要求正確無(wú)誤地完成了整個(gè)實(shí)驗(yàn)，得到了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，但他們對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的工作還是一知半解，沒(méi)有一個(gè)整體的概念，最終還是不會(huì)設(shè)計(jì)電路，有的甚至連基本的電路圖都看不懂。這種實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)方式單一，實(shí)驗(yàn)的效率和效果都很差，根本達(dá)不到培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力的目的。

（三）教學(xué)的方式、方法及手段有待提高

單片機(jī)技術(shù)是現(xiàn)代電子工程領(lǐng)域一門(mén)迅速發(fā)展的技術(shù)，不僅其芯片型號(hào)及功能日新月異，而且開(kāi)發(fā)其應(yīng)用系統(tǒng)的技術(shù)手段和方式方法也層出不窮，各種各樣的仿真軟件大量涌現(xiàn)，單純依靠板書(shū)教學(xué)（或“板書(shū)式”的多媒體教學(xué)）以及實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的有限實(shí)驗(yàn)，已越來(lái)越跟不上技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越適應(yīng)不了高職院校培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力的需要。

二、理論與實(shí)踐方面的改革

（一）理論教學(xué)的改革

1.重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容以適應(yīng)單片機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展。結(jié)合職業(yè)院校單片機(jī)教學(xué)的目標(biāo)及學(xué)生學(xué)習(xí)的特點(diǎn)，我們根據(jù)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的實(shí)際開(kāi)發(fā)過(guò)程，基于項(xiàng)目導(dǎo)向的原則，對(duì)單片機(jī)課程的教材進(jìn)行了重構(gòu)，開(kāi)發(fā)出新的單片機(jī)教材。新教材擯棄原來(lái)的章節(jié)概念，打破了原有的知識(shí)體系，不再以單片機(jī)的結(jié)構(gòu)為主線，而是依據(jù)任務(wù)驅(qū)動(dòng)、項(xiàng)目導(dǎo)向的教學(xué)思路，以項(xiàng)目實(shí)踐為單位來(lái)組織教學(xué)內(nèi)容，將單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)過(guò)程與單片機(jī)的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)有機(jī)地結(jié)合在一起，使學(xué)生在學(xué)習(xí)各個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)（即項(xiàng)目實(shí)踐）的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)的過(guò)程中，認(rèn)識(shí)單片機(jī)，掌握單片機(jī)，應(yīng)用單片機(jī)。對(duì)各個(gè)項(xiàng)目的編寫(xiě)，一般是先提出項(xiàng)目要求，然后給出能仿真實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)電路原理圖及程序，接著再陳述本項(xiàng)目所涉及的理論知識(shí)及本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)思想、工作原理和過(guò)程，最后是相關(guān)的理論拓展及相應(yīng)的技能拓展項(xiàng)目，以便學(xué)有余力的學(xué)生進(jìn)行更深入的學(xué)習(xí)，使之擁有廣闊的自主學(xué)習(xí)和自主創(chuàng)新的空間。所有的項(xiàng)目安排我們都遵照由淺入深的原則，通過(guò)漸進(jìn)的學(xué)習(xí)逐步提高學(xué)生的知識(shí)和技能。教學(xué)改革的基本思想是強(qiáng)調(diào)“做中學(xué)”，每一個(gè)項(xiàng)目均能通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)來(lái)展示系統(tǒng)運(yùn)行的結(jié)果，既直觀生動(dòng)又費(fèi)時(shí)不多，大大加強(qiáng)了理論與實(shí)踐的聯(lián)系。

2.引入C51語(yǔ)言的教學(xué)，降低單片機(jī)指令的學(xué)習(xí)要求及難度。傳統(tǒng)單片機(jī)的教學(xué)及其應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，一般都是以匯編語(yǔ)言作為開(kāi)發(fā)工具，因?yàn)閰R編語(yǔ)言具有代碼緊湊、執(zhí)行時(shí)間短、控制及時(shí)等優(yōu)點(diǎn)。但是隨著單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展，其編程繁瑣、可讀性差、可移植性弱等缺點(diǎn)越來(lái)越難以接受；相反，C語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)上、可讀性和可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)。因此，目前單片機(jī)C語(yǔ)言已非常流行，絕大部分的應(yīng)用系統(tǒng)均可直接用C51來(lái)編寫(xiě)，而且在企業(yè)的實(shí)際應(yīng)用中已很少有人使用匯編語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)程序。有鑒于此，我們將C51語(yǔ)言引入單片機(jī)的教學(xué)，這樣就可以將匯編語(yǔ)言及單片機(jī)的匯編指令等傳統(tǒng)中極為重要的教學(xué)內(nèi)容作為稍有了解即可的知識(shí)，使學(xué)生無(wú)須花費(fèi)大量的時(shí)間和精力去學(xué)習(xí)匯編語(yǔ)言及有關(guān)指令，從而大大降低單片機(jī)理論教學(xué)的難度。

3.引入Keil及Proteus的教學(xué)，充分發(fā)揮單片機(jī)仿真軟件在理論教學(xué)上的輔助作用。Keil編譯軟件可以對(duì)匯編語(yǔ)言、C語(yǔ)言進(jìn)行編譯與調(diào)試，Proteus仿真軟件可以對(duì)數(shù)字電路、模擬電路、單片機(jī)及其外圍電路進(jìn)行仿真。將Keil編譯軟件與Proteus仿真軟件相結(jié)合，可以在計(jì)算機(jī)上調(diào)試和仿真單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的運(yùn)行情況及結(jié)果。過(guò)去，我們通常都只是將這兩個(gè)軟件應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)，而忽視了它們?cè)诶碚摻虒W(xué)上強(qiáng)大的輔助作用。實(shí)際上，在理論教學(xué)時(shí)，通過(guò)Proteus仿真，我們可以直觀地觀察到教學(xué)案例的實(shí)際運(yùn)行效果， 這樣對(duì)理論教學(xué)有很大的輔助作用，這主要體現(xiàn)在：（1）能夠直觀形象地顯示案例的運(yùn)行結(jié)果，加深學(xué)生的印象和感性的認(rèn)識(shí)，并提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和積極性；（2）可檢驗(yàn)案例設(shè)計(jì)的正確性；（3）直觀地見(jiàn)證程序的執(zhí)行過(guò)程及結(jié)果，方便理解案例程序；（4）學(xué)生課后可隨時(shí)對(duì)課本的所有案例進(jìn)行仿真驗(yàn)證和學(xué)習(xí)，以幫助學(xué)生理解課本的相關(guān)知識(shí)，使仿真實(shí)驗(yàn)成為可指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)的、可靠的“老師”；（5）通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以從嚴(yán)重依賴(lài)于實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)的狀況中徹底解脫，只要有電腦，在宿舍就可以進(jìn)行單片機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)。

（二）實(shí)踐教學(xué)改革

1.實(shí)踐內(nèi)容層次化，實(shí)驗(yàn)形式多樣化。將單片機(jī)的實(shí)驗(yàn)，按內(nèi)容深淺的不同劃分為三個(gè)層次，即驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)、綜合型實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)；按實(shí)驗(yàn)形式的不同劃分為四種，即仿真實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)箱實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)板實(shí)驗(yàn)、實(shí)際工程應(yīng)用實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)時(shí)不管是什么層次的實(shí)驗(yàn)均要求先進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，而且對(duì)于仿真實(shí)驗(yàn)除了剛開(kāi)始學(xué)習(xí)Keil和Proteus軟件時(shí)，在實(shí)驗(yàn)課堂上統(tǒng)一完成外，其他的仿真實(shí)驗(yàn)均要求學(xué)生利用課外時(shí)間在實(shí)驗(yàn)室外獨(dú)立完成。

驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)一般只進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，其內(nèi)容均選自理論教學(xué)的案例（目的是加強(qiáng)理論與實(shí)驗(yàn)的關(guān)系），均作為課外作業(yè)的形式布置給學(xué)生完成。當(dāng)然，上課時(shí)老師可以將仿真結(jié)果演示給學(xué)生看，學(xué)生在課外只需按照案例給出的程序和電路圖即可進(jìn)行相應(yīng)的仿真實(shí)驗(yàn)。做這種實(shí)驗(yàn)的效率很高，不用占用上課時(shí)間，而且其仿真效果也很好。通過(guò)這些實(shí)驗(yàn)，一方面可加深學(xué)生對(duì)理論教學(xué)內(nèi)容的理解，另一方面可讓學(xué)生逐步熟悉Keil軟件和Proteus軟件的使用。

綜合型實(shí)驗(yàn)是對(duì)單片機(jī)某一項(xiàng)目?jī)?nèi)容進(jìn)行較深入的實(shí)驗(yàn)研究，其內(nèi)容可以是理論教學(xué)中所講到的某一較大的案例，也可以是實(shí)驗(yàn)箱或?qū)嶒?yàn)板所配送的某一專(zhuān)題的實(shí)驗(yàn)案例；我們可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)的時(shí)間及實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的難易來(lái)確定是否給出電路和程序，是否只要求做仿真實(shí)驗(yàn)或是還要做實(shí)驗(yàn)箱、實(shí)驗(yàn)板實(shí)驗(yàn)等。通過(guò)這種實(shí)驗(yàn)一方面可進(jìn)一步提高學(xué)生進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)的技能，另一方面也讓學(xué)生逐步熟悉實(shí)驗(yàn)箱或?qū)嶒?yàn)板等單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)工具，為學(xué)生進(jìn)行下一步的實(shí)際工程應(yīng)用打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

課程設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)是在單片機(jī)課程學(xué)習(xí)完成后，針對(duì)單片機(jī)在實(shí)際生產(chǎn)、生活中的具體應(yīng)用而開(kāi)發(fā)的一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，如數(shù)字多用儀表的設(shè)計(jì)、紅外遙控系統(tǒng)設(shè)計(jì)、簡(jiǎn)易電子琴設(shè)計(jì)、帶農(nóng)歷的萬(wàn)年歷設(shè)計(jì)，等等。對(duì)于課程設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)，學(xué)生不再單獨(dú)進(jìn)行，而是按小組進(jìn)行，而且要求同學(xué)們按照單片機(jī)實(shí)際工程應(yīng)用的開(kāi)發(fā)程序完成整個(gè)過(guò)程，這包括軟硬件的設(shè)計(jì)、仿真實(shí)驗(yàn)的實(shí)現(xiàn)、電路板的設(shè)計(jì)與制作、元器件的購(gòu)買(mǎi)與安裝、程序的下載與運(yùn)行等。通過(guò)這種實(shí)驗(yàn)可以讓學(xué)生掌握單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的整個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程，為今后的實(shí)際工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。為了保證實(shí)驗(yàn)的成功率，增強(qiáng)學(xué)生的信心，開(kāi)始可以先選擇一個(gè)極其簡(jiǎn)單的驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行，以便讓學(xué)生熟悉整個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程，然后再真正從事復(fù)雜的課程設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)。

2.通過(guò)引入仿真實(shí)驗(yàn)，大大提高實(shí)驗(yàn)的效率和效果，從而可增加實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容和難度。如前所述，我們?cè)诶碚摻虒W(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)中均已引入Proteus仿真軟件與Keil編譯軟件，通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)，可以將很多實(shí)驗(yàn)（尤其是驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)）作為作業(yè)的形式布置給學(xué)生，要求他們?cè)谡n外仿真實(shí)現(xiàn)。對(duì)于需要用實(shí)驗(yàn)箱或?qū)嶒?yàn)板進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，我們也要求學(xué)生先在仿真軟件中實(shí)現(xiàn)，然后再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)箱（或?qū)嶒?yàn)板）的實(shí)驗(yàn)，觀察硬件運(yùn)行的結(jié)果與軟件仿真的結(jié)的差別。這樣做的目的是將整個(gè)實(shí)驗(yàn)一分為二，仿真部分學(xué)生利用課外時(shí)間在自己的電腦上完成，實(shí)際硬件實(shí)驗(yàn)的部分在實(shí)驗(yàn)室完成，從而大大提高實(shí)驗(yàn)的效率和效果，為增加實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容和難度提供可能。

【參考文獻(xiàn)】

［1］陳龍，張亞君.Proteus仿真軟件在單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用［J］.實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2009（8）

［2］唐煒.基于“項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)”的單片機(jī)類(lèi)課程實(shí)踐教學(xué)改革［J］.實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2010（5）

［3］王新剛，余潔.淺談單片機(jī)課程教學(xué)質(zhì)量的提高［J］.教育與職業(yè)，2010（11）

［4］陳宜建.虛擬實(shí)驗(yàn)在單片機(jī)教學(xué)中的應(yīng)用［J］.中國(guó)職業(yè)技術(shù)教育，2010（2）

［5］熊春如，彭小娟，劉世安.項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)在高職單片機(jī)C語(yǔ)言教學(xué)中的實(shí)踐［J］.職教論壇，2010（5）

［6］丁保華等.單片機(jī)原理與接口技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與實(shí)踐［J］.實(shí)驗(yàn)技術(shù)與理管，2010（1）

【作者簡(jiǎn)介】梁保恩（1967- ），男，廣西藤縣人，廣西工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院現(xiàn)代教育技術(shù)中心副主任，副教授，碩士。

（責(zé)編 黎 原）