單片機課程教學方法的探討

陳東焰

摘 要：在單片機教學中存在著兩大難題，一是硬件系統的組成、原理的理解，另一是程序的編寫。在教學中為了突破難點，通過對學生學情的分析，制作了可視化教學資源，試圖以動畫等形式展示知識點和編程思路。通過采用信息化教學手段、可視化教學和“讀、做、套、改、編”五步教學法，使學生能理解原理、能編寫程序。

關鍵詞：單片機；編程；教學方法；可視化教學

《單片機應用技術》是機電類學生的必修課程，也是一門學生難學、老師難教的課程。針對高職學生、以“電子時鐘”項目為例來探討教學中的方法使用和教學效果。

目前多數學校的《單片機應用技術》課程已采用理實一體的項目式教學，在進行理論學習的同時，也要制作出產品。對于高職學生而言，前期學習過一些專業課程和實踐操作，為本課程的學習奠定了基礎。但高職學生的理論知識相對薄弱，且掌握不夠牢固、易遺忘，抽象思維、邏輯思維能力不強，注意力易分散，針對這樣的情況，采取的教學方法是：一、以動畫等可視化的形象解釋原理、程序運作，促進理解，二、反復強化訓練，鞏固編程技巧。

首先，來說說可視化教學。

人們通過視覺接收的信息量是最大的，大約占總信息量的70%～80%，人們常說“一圖勝千字”，圖形是最直觀的語言，易讀、易懂、易記而且記憶長久，在教學中可以用可視化的方式提高教學效果。單片機教學的可視化分為“知識可視化”與“思維可視化”。《單片機應用》課程中硬件系統的組成、原理不易理解，可以使用系統原理圖等來制作動畫，比如，定時器的邏輯電路結構圖中GATE位的賦值決定了開關控制信號的來源（在邏輯電路圖中動態給出開關控制信號通過各門電路的計算過程）、C/的賦值決定了雙聯開關的接通方向（開關旋轉、接通內部振蕩器電路或外部引腳）、M1M2的賦值決定了計數的容量（給出容量位數示意圖），綜合在一起決定了定時/計數器工作狀態的設置。通過TMOD設置過程的可視化，讓學生加深印象，理解設置方法。教學中思維可視化則體現在綜合應用和程序編寫上。程序的運行無論是用實際電路還是仿真軟件，只能看到最終的結果，中間的運行過程是看不見摸不著的，學生編程時由于領悟不夠，經常不是丟三落四就是干脆寫錯，為了能讓學生理解程序編寫流程并記住關鍵的語句，經過長期的教學探索，發現使用動畫這種形式，能起到很好的助理解、助記憶的效果。比如，定時器的使用必須由方式設置、開啟、賦初值、查詢（含溢出標志處理）/中斷幾方面才能完成，通過動畫，理解定時器使用的完整過程。另外，可以采用可視的交互式動畫形式精講程序，讓眼睛“看到”程序指揮器件運作和運算過程，跟隨程序的運行來理解程序。

然后，來看看五步強化教學法。

學習過程序編寫的人都知道，程序編寫的能力不是一蹴而就的，尤其職業學校的學生更做不到“無中生有”，所以根據高職學生的“慢熱、理解淺、易遺忘”特點總結出使用“讀、做、套、改、編”五個步驟，根據學生的“最近發展區”來建立支架，將學生的智力從一個水平引導到更高的水平，從而達到教學目標。

第一步：讀——就是讀透典型程序

老師提供交互式解釋程序的動畫，或制作成微課，供學生課前預習或上課時使用。通過動畫分析、理解程序的運行和達到的功能。例如“電子時鐘”項目中，使用查詢方式實現定時器的使用，對應的語句有“TMOD=0X01；”（使用T0方式1）、“TR0=1；”（開啟）、“TH0=0X3c； TL0=0Xb0；”（機器主頻為12MHz時的初值）、“while（！TF0）；”（查詢方式）、“TF0=0； ”（查詢方式下清除標志位）五段，學生通過看到定時器設置、開啟時器件的動作，知道：設置了合適的C/位，才能讓雙聯開關接內部振蕩器來定時；設置了合適的門控位并讓TR0=1，電路的開關才能閉合，計數波才能進入計數器；設置了合適的工作方式才能有合適的容器裝數據。因定時的不同就有不同的初值，時間到，容器會因裝滿而溢出，通過動畫解釋為何要重裝初值，如何裝；溢出要如何才能被發現；進入下一次的定時前，為何要去除標志位。使用動畫還能清楚地解釋諸如多重循環嵌套、數據如何交給數碼管去顯示等等。

第二步：做——看到實際效果

在理實一體教學中，學生使用實訓設備，組裝硬件，進行軟件調試，生成產品。這個環節旨在讓學生感受學以致用的樂趣，增長興趣、增強自信。

第三步：套——依葫蘆畫瓢，強化理解程序

提出一個改動不大的新任務，通過依葫蘆畫瓢的操作，加深、強化對典型程序的理解。比如把電子時鐘改成日歷（為降低難度，假設每月均為30天）。

第四步：改——加大變化幅度

比如，編寫一個包裝生產線的計數程序，要求能顯示出產品已裝箱的箱數和在裝箱內的產品個數。

第五步：編——進一步大變化幅度

比如，制作一個精確到0.01秒的電子秒表，并用一個按鍵來控制秒表的開啟、停止和清零。這必然要進行初值的重新計算、循環關系的重新確立、數碼管顯示數字位置的調整，以及按鍵的使用。

在以上的五步中，需要精心設計學生的操作內容，由簡到難，循序漸進，通過螺旋式上升的編程訓練，讓學生反復使用時鐘程序的框架，通過多次改動，邊改邊做，徹底理解程序、掌握編寫技巧。

在《單片機應用》教學中采用可視化教學后，將看不見摸不著工作原理、器件動作、軟件流程變成可見的畫面，將程序的運行由虛變實，脫離空洞的說教；采用五步強化編程訓練，編制多重子任務，通過讀、做、套、改、編，使學生掌握程序編寫；采用信息化教學，使用交互式資源，為學生搭建腳手架，突破難點，倡導學生自主學習。

通過一系列教學手段的使用，基本上能突破教學上兩大難點，增強學生的求知欲，培養學生創新能力，提高課堂教學效率，達到較好的教學效果。

參考文獻

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