基于AT89C51的C語言實驗與實踐教學改革與探索

黃磊 傅籬 申壽云

摘 要：文中針對AT89C51的匯編語言系統開發與設計移植性差，可讀性差的缺點，從AT89C51的原理和C語言程序設計相結合的角度出發，通過實驗等實踐教學的探索，尋求了一套系統的實驗與實踐教學體系。并以AT89C51的理論為基礎，結合通用的C語言編程原理和C51程序設計的特點，采取“C51程序設計基礎—基礎實驗—課程設計—技能培訓”的模塊化教學模式，以培養動手能力強，具有應用產品設計和開發的創新型人才。這種教學模式可為同類專業的實驗和實訓教學提供參考，符合二本院校應用型人才培養轉型發展的需要，該方法具有一定的推廣價值。

關鍵詞：AT89C51；C語言程序設計；實驗與實踐教學；課程設計；技能培訓

中圖分類號：TP368.1；G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2016）06-0-02

0 引 言

隨著時代的發展，實踐教學也應與時俱進，針對現在學生的不同特點與現代社會的智能化要求，采取“C51程序設計基礎—基礎實驗—課程設計—技能培訓”的模塊化教學模式，以培養學生的動手能力和創新能力。

1 單片機原理及應用的實驗與實踐教學現狀

實踐教學環節是高等院校最重要的教學環節之一，學生的實踐能力和創新能力是衡量高等學校辦學的重要指標。傳統單片機實驗教學主要存在以下問題：

（1）采用一個實驗圍繞一個知識點的做法；

（2）實驗的編程基本上采用匯編語言設計；

（3）實驗設備采用連線方式，實驗項目內容具體化，實驗過程完全照搬實驗指導書步驟按部就班。

這種實驗方法、實驗儀器、實驗原理都完全固定的模式，使得學生在整個實驗過程中被動地達到了實驗指導書的要求，只起到 “裝配”實驗的作用，缺乏對學生能力的培養，創新更無從談起。隨著教育教學改革研究和實踐的深入，各高等學校對實驗教學內容和教學方法等都在不斷探索和改革，從更新教育觀念、強化師資隊伍建設、整合教學內容、優化資源配置、建立開放式實驗教學模式到開放實驗室等，已取得初步成效。

2 基于AT89C51的C語言實驗與實踐教學內容

針對目前高校單片機原理實驗與實踐教學的現狀，從AT89C51的基本原理和C語言程序設計相結合的角度出發，尋求一套系統的實驗與實踐教學體系，采取了“C51程序設計基礎—基礎實驗—課程設計—技能培訓”的分階段模塊化教學模式，總體結構如圖1所示。

2.1 C51程序設計基礎教學模塊

考慮到AT89C51的匯編語言程序設計移植性和可讀性差，而C語言語法簡單、可讀性和移植性好，培養學生用C51對AT89C51進行程序設計。學生接觸到的第一門高級程序設計語言就是C語言，因此具備一定的基礎，通用的C語言和C51語法是一樣的，但在面向機器時，C51編程有它自身的特點。本教學模塊要求學生不僅要掌握C51和AT89C51之間的聯系，還要了解C51和通用C語言的區別，主要從以下兩方面入手：

（1）首先把AT89C51的存儲單元包括數據存儲器單元、直接尋址單元、間接存儲單元、片外數據存儲單元和存儲器中的表格數據等與C51中的數據表達方式即變量和數據類型表示方法一一對應起來，只有這樣才能讓學生理解并掌握AT89C51如何與內外數據和電路通過C51程序來對應。

（2）培養學生學習基于AT89C51的C51程序的基本結構，包括主程序、子程序、中斷服務程序和表格數據的布局，以及全局變量和局部變量的布局。通過本模塊的學習，讓學生掌握利用C51對AT89C51編程的方法與Keil軟件的使用方法，為后續實驗和實踐教學環節提供扎實的基礎。

2.2 基礎實驗教學模塊

信息技術學科是實踐性極強的學科。本模塊教學過程采用教師精講，學生多練的教學方法，選擇以實現單個簡單功能的實驗作為教學主要內容，目的是讓學生掌握AT89C51各種功能的實現方法，進行有目標、有實際效果的操作。采用從AT89C51內部功能到外部擴展，從簡單功能到復雜功能的實現方式。具體包括AT89C51I/O端口的控制和編程、定時器的工作原理、中斷的控制、串行通信、鍵盤和數碼管顯示、字符型液晶顯示、漢字顯示、熱電偶傳感器和數字式傳感器的測溫、蜂鳴器的控制、紅外收發控制、直流電機控制和步進電機控制等。通過在實驗室內完成一系列的實驗項目，培養學生掌握AT89C51基礎知識和外圍資源應用以及相關編程的知識，培養學生的應用編程意識，為后續的課程設計和技能培訓打下堅實的基礎。

2.3 課程設計教學模塊

該模塊教學采取教師為主導、學生為主體的教學模式，在教學過程中注重發掘和培養學生的主動性，以學生自主設計為主，根據自己所掌握的知識，確定一個設計課題，課題應具有一定的綜合性，要求學生能夠基本自行完成電路制作、程序編寫、下載及調試運行，直至達到設計要求，教師起輔助指導作用，直接參與學生的討論。具體過程包括單片機最小系統的制作、設計項目單元電路的設計和制作、程序編寫、程序下載并聯機調試。通過實施一個具體的項目來培養學生掌握AT89C51產品開發和設計的一般過程，并提高學生綜合運用所學知識的能力和動手能力。

2.4 技能培訓教學模塊

該教學模塊以班級為單位，通過集中的技能培訓和分散的項目設計與實施，培養學生合作完成較為復雜的大型項目設計與開發能力。教學分為兩個環節，第一個環節對學生進行集中培訓，學習的內容包括各種傳感器的測試和實驗，各個課題方向的產品制作和設計的基本原理與流程，如開關電源項目、智能玩具車項目、無線收發項目等。第二個環節以課題組為單位，根據學生的興趣愛好，把相同興趣的同學聯合起來完成一項具體的項目。項目實施前創設學習的資源和環境是教師最主要的工作，教師需要多途徑提供機會讓學生綜合應用所學的知識，為學生提供多種學習資源。學生在獨立完成項目之前，教師要進行適當的引導，如新知識的講解、項目具體實施過程的解釋等。本模塊教學過程中要充分發揮學生的主動性和創新精神，讓學生根據自身項目完成情況來實現自我反饋，與此同時，教師不能忽略協助指導作用，學生若在完成項目的過程中遇到困難，教師應及時給予指導，把握好尺度，針對不同層次的學生指導的深度要有所不同，始終貫徹學生自己發現知識，提高技能的宗旨。項目實施的過程就是學生自己探索鉆研的過程，項目完成之后還要進行思路總結和技巧總結等，以達到學眾人之所長的目的。思路總結幫助學生清晰地掌握項目完成的最佳思考方法，找到理論知識的不足，幫助學生從多種解決問題的技巧中對其優缺點及適用范圍進行評價。這樣一來，相同課題組的同學可以全面吸收整個項目活動的精髓，最終達到培養學生創新和團隊合作的教學目標。

3 結 語

經過幾年的教學實踐，基于AT89C51以C語言為基礎，對C51單片機編程進行了系統訓練，然后對AT89C51采取“C51程序設計基礎—基礎實驗—課程設計—技能培訓”的遞進式教學模式，大大提高了學生的工程技術及應用能力和創新能力。這種教學模式著重學生綜合素質及可持續發展能力的培養，可以推廣到同類專業的實驗和實訓教學中，符合二本院校應用型人才培養轉型發展的需要，具有一定的推廣價值。

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