單片機課程教學教具開發與實踐

姚宏

[關 鍵 詞] 單片機；課程；教學；教具

[中圖分類號] TN873 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2016）03-0050-01

單片機在各大專院校中都被列為電子信息控制類專業的核心重點課，但由于其內容涉及面廣、講解抽象不易理解，學生學習該課程的興趣不濃厚，效果不理想。通過多年在教與學中摸索發現大家普遍認為該課程很有用，開課初期有很高的學習興趣，但隨著內容的展開，不能理解的知識點越來越多，就失去了學習的興趣，最終不能達到理想的教學效果。本文計劃提出一種制作教學教具的開發方法，將抽象的知識點以直觀的模型顯示在學生面前，讓學生學習的時候少走彎路，盡快找到學習單片機的方法。

學生學習的瓶頸主要表現在以下幾個方面：（1）該課程內容涵蓋硬件接口和軟件程序的緊密結合，無法做到軟硬銜接；（2）匯編語言作為計算機的底層語言邏輯性太強，理解抽象；（3）數據身份多樣性，同樣的數據既可以表示地址單元又可以表示數值，理解時容易混淆；（4）單片機的硬件結構復雜，存儲器種類繁多，理解模糊；（5）課程中大量使用十進制數、二進制數、十六進制數，學習時容易迷失于數字之中。

針對以上問題，現計劃開發出實用的教具模型，這種模型教具不只局限于實體模型，還包括一些有針對性的多媒體視頻資源，具體內容如下：

一、結合現有的實驗資源，挖掘實驗設備的使用潛力，根據市場需求選擇合理的項目，通過實驗實現，并將實現過程制作成多媒體視頻資源

實驗設備種類很多，此次選擇了YL-39開發學習板，這是最小的單片機開發系統，在該學習板上有4位數碼管顯示模塊、二極管跑馬燈模塊、紅外發射模塊、蜂鳴器模塊、獨立按鍵模塊構成，這幾個模塊代表了單片機應用非常廣泛的幾個領域，由于一些更廣更復雜的應用不適用于初學者，所以并未制作，此外通過教學反饋來看，選取最小系統LY-39學習板完全適合初學者日常教學。現總結出十個視頻錄制項目：

（1）端口的讀寫功能實現；（2）單燈閃爍功能實現；（3）四開控四燈功能實現；（4）流水燈功能的實現，流水燈是單片機最典型的應用功能，效果直觀，多變適合學生舉一反三；（5）循環彩燈功能的實現；（6）數碼管顯示數字功能的實現；（7）數碼管配合按鍵實現加1和減1運算，并顯示運算結果；（8）兩位數碼管顯示計數器；（9）“嘀嘀”報警功能的實現；（10）矩陣鍵盤識別功能的實現。

二、結合人才培養方案及教學內容要求，整理出需要通過實體輔助工具展示的知識點，找到合適的方式將其實體化，做出成品

此環節耗費的時間非常長，小組成員多次開會探討，經歷了知識點選取、知識點建模、材料選取、可行性方案分析、整體設計等幾個環節。

知識點選取環節：單片機課程的知識點很多，但不是所有知識點都適合做出實物模型，知識點的選取尤為重要，通過反復探討，初步決定將單片機數據存儲器RAM及程序存儲器ROM的存儲單元、堆棧與彈棧、數據傳輸、數據交換等幾個知識點做出實物模型。

知識點建模：通過反復探討和實驗，制定出兩套模型方案，一種是抽拉式，即數據以整字節為一個單位從底座左側抽拉，另一種是即插式，即數據以bit為一個單位從上側插入底座。

材料選取：初步方案是選用廉價的厚硬紙盒作為模型制作的材料，但做出來的視覺效果不好，后改用硬紙板做出第二代模型，效果也不理想，最后通過反復試驗，和去廣告公司實地考察，最終選擇PVC為主材料做出第三代模型，做出來的成品清晰、操作簡單、牢固不易損壞。制作即插式模型時，為了效果更好，在模型中大膽地使用了磁片元素，制作出磁片吸附式模型，即將底座插槽內加入磁鐵，然后將表示“bit”的每位數據做成帶磁片的小模塊，然后吸附在底座插槽上，在教學過程中，如果需要修改“位數據”時，只要把需要修改的“位”數據進行替換即可，方便直觀，開發出的模型已經用于日常教學中，學生反映直觀、易懂，加深學生對“字節”和“位”概念的理解。

開發出的單片機課程教學教具已經用于日常教學，由于教具的多樣性，學生總能保持很濃厚的興趣，課堂氣氛活躍。在講解單片機的硬件構成，數據存儲器RAM及程序存儲器ROM的存儲單元、堆棧與彈棧、數據傳輸、數據交換、尋址方式、特殊功能寄存器等幾個知識點時，實體模型可以直觀地展示出知識點的核心問題，學生可以較清晰地理解知識點。存在的問題是：實物模型內容還需要進一步擴充和完善，目前制作的實物模型內容太少，還有更多知識點需要繼續挖掘；視頻制作的粗糙，還需要對錄制的視頻進行后期制作，配上語音講解和字幕效果會更好。

參考文獻：

[1]楊風開，王彬，李軍.電氣類DSP實驗教學內容設計及實驗裝置研制[J].實驗室研究與探索，2008.

[2]郭天祥.概念51單片機C語言教程：入門、提高、開發、拓展全攻略[M].北京：電子工業出版社，2010.

[3]朱清慧.Proteus教程：電子線路設計、制版與仿真[M].北京：清華大學出版社，2012.