機械類專業單片機課程教學方法研究

魏航信

[摘要]針對機械類學生計算機及電子技術等方面基礎知識少，單片機課程學習困難等特點，對該門課程教學進行了改革。在單片機教學中，采取“一點兩面三突出”的教學方法，以存儲器為重點，對單片機的軟件系統、硬件系統兩個方面進行詳細講述。并以多媒體教學、與學生互動交流、深入淺出的教學方式等三部分相結合。使機械類學生在短時間內能更好地掌握課程重點內容，提高他們學習的積極性。通過對機械專業的本科生教學表明，該方法取得了較好的效果。

[關鍵詞]單片機；教學改革；機械

單片機以其體積小、功能強大、可靠性高等優點，廣泛應用于檢測、控制等現場設備和裝置上。機械類本科的機械設計制造及其自動化專業和過程裝備與控制工程專業的學生，在以后工作中，經常要用到現場檢測及控制等自動化裝置，因此學好單片機課程，具有十分重要的應用價值。

然而，由于機械類本科生在大三上半學期之前只開設了電工電子學和大學計算機基礎等課程，因此學生的電子技術、計算機等基礎知識偏少，使他們學習單片機時比較困難，以致影響了學生的學習積極性。因此對該門課程的教學方法改革勢在必行。通過教學改革，可為提高機械類本科生的培養質量。

1機械類學生學習單片機的難點分析

1.1寄存器或存儲單元的地址和內容

在單片機課程中，從頭至尾、從硬件系統到軟件系統，都貫穿著一個非常重要的概念，寄存器的內容和寄存器的地址。比如在單片機內部組成原理一章，講述了內部的通用數據存儲器、專用數據存儲器，其中包括寄存器組、累加器A、B寄存器、程序狀態奇PSW、DPTR16位寄存器，以及IE、TP、TCON等等，只寫都與寄存器或存儲單元有關，它們具有不同的地址。在軟件系統一章。講述的各種尋址方式，如直接尋址、寄存器間接尋址、變址尋址等，也主要是圍繞寄存器地址展開的，不懂得地址就無法理解這些內容。而地址這個概念對于電子類和計算機類的本科生來說也較難理解，因此對機械類本科生就更難理解了。而對這個概念不掌握好，對單片機的真正掌握就成為紙上談兵了。

1.2學生對于單片機中的電路很難理解

由于機械類學生學習電工電子技術只有一個學期，因此對模擬電子電路知識點掌握較少，分析電路圖的能力不強。因此導致學生對于單片機中的相關硬件電路、擴展電路難以理解。比如單片機外接程序存儲器、數據存儲器，是學生必須掌握的電路。單片機MD、D/A電路也是其工作后經常接觸的電路，這些電路需要學生對計算機和模擬電子電路均十分熟悉，才能充分理解。而這對于機械類學生有時難以做到。

1.3學生對匯編指令難以理解

由于單片機的軟件是匯編語言，屬于低級語言。學生之前接觸到的是高級語言（如Visual Basic，或C語言），編程中不會遇到地址等概念目。而低級語言比高級語言難度更大，也需要相關計算機硬件基礎知識，因此學生對于匯編語言這樣的低級語言難以理解。

1.4學生對單片機的應用不了解

雖然單片機廣泛應用于工業和我們日常生活中，但由于我們國家的教育體制，學生很少有機會接觸實際的單片機的產品，因此他們不知道單片機有什么作用。以致他們在學習中帶有很大的盲目性，從而影響了他們的學習興趣和積極性。

2單片機課程教學改革方法

根據機械類學生在學習單片機過程中遇到的難點，以及該門課程教學大綱的規定，并通過對2009年到2015年6屆本科生的教學實踐，總結出機械類本科生單片機教學總的指導思想，可以概括為：“一點兩面三突出”。

2.1教學改革總的指導思想

所謂一點，就是在教學過程中，始終以寄存器地址和內容為主線索，貫穿于單片機的整個教學中。學生只有徹底掌握這個概念，才能對單片機的硬件和軟件真正掌握。通過教學實踐表明，對這個概念掌握得越透徹，對這門課程的學習效果越好。

為了提高學生對寄存器地址和內容這個概念的理解，首先采用多媒體教學手段，制作了相應的動畫，把抽象概念形象化，使學生能更好地理解。同時為了加深學生印象，從第二章開始，每次上課前，讓學生把這個概念復習2分鐘，通過反復強化記憶。使學生將其掌握。有了這個基礎之后，再推廣到數據總線、地址總線和控制總線概念上，學生就能掌握好單片機硬件系統和軟件系統的內容。

所謂兩面，是指在教學類容上，以單片機的軟件系統和硬件系統為重點。不能忽視任何一個方面，二者是不可分割的一個有機整體。在講述硬件系統時，要讓學生知道它們是為軟件服務的。在講軟件（匯編程序）時，要讓學生知道這個程序在單片機硬件的什么位置存放，對應的硬件功能是什么。只有這樣學生才能真正掌握軟、硬件等相關知識點。

所謂三突出，是指教學方法上，突出多媒體教學、和學生互動交流、深入淺出的教學方式，提高教學效果。

在單片機課程中，有許多電路圖。并有許多比較抽象的概念（如寄存器，地址總線，數據總線，控制總線等），對于此，采用多媒體教學手段，可以取得較好地效果，因為它可以將抽象的理論形象化。

由于單片機這門課程有很多知識難點，為了使學生能真正理解和掌握知識點，還需要采取互動的方式。這主要通過提問和討論等方式進行。比如在講到存儲器地址范圍這個概念，雖然已經講了很多次，但為了讓學生更能加深印象，課堂上，讓學生在黑板前自己根據電路圖來判斷存儲器地址范圍。通過某個學生做題，他就真正的掌握了該知識點，其他同學也對此有了很深的印象。

針對機械類學生的特點，以及單片機課程的難度，最重要的是采取深入淺出的教學方法，把一個難以理解的知識通過很簡單的語言表達出來，使學生容易理解。要真正做到這一點其實很不容易，對教師提出了更高的要求，教師自己必須對這門課程有深厚的理論和實踐基礎，才能做到課堂上隨機應變、脫口而出。但如果教師真正做到這一點，那么會取得非常好的教學效果。關于這點，有一個例子，在講單片機外擴存儲器章節中，單片機訪問外部程序存儲器的過程這個知識點其實很難理解，但在教學中，先給學生出了一個腦筋急轉彎，然后再問學生一個問題，最后根據這個問題講解單片機訪問外部程序存儲器的過程，學生很快就明白了，而且學生當時在課堂上的學習積極性很高，上課能專心聽講，教學效果非常好。

2.2其它教學方法

由于學生對單片機的應用不十分了解，使他們學習帶有盲目性。因此教師在課堂上，需要給學生多講一講某個電路的應用。只有和實際相結合，學生才有興趣學習。比如講單片機擴展應用，可以給他們講抽油機的智能控制器（這對他們以后工作很有幫助）。在講單片機振蕩電路時，可以給他們講日常生活中遙控器的結構、修理方法，在講譯碼器時，可以講手機顯示屏工作原理等等。通過這些，讓學生知道自己學的單片機是非常有用的。

此外，根據教育心理學相關理論，有時還需要對學生進行適當鼓勵和表揚，以激發學生的學習興趣。比如在課堂上提問，對回答正確的同學加以表揚，并給他計一次平時成績。對做作業很認真的同學，在課堂上點名表揚。這些都可以提高學生的學習興趣。從教學實踐來看，這也是一個非常有效的激勵方法。

3結論

根據機械類本科生的知識特點，以及本科生微機原理及接口技術（單片機）教學大綱的要求，對單片機教學進行了改革。通過“一點兩面三突出”的教學方法，以存儲器為主線，以單片機的軟件系統、硬件系統為重點，以多媒體教學、與學生互動交流、深入淺出教學方式為依托，使機械類學生能更好地掌握課程相關內容，提高他們學習的興趣和積極性。這些都是一些有益的嘗試，但還有更多的工作要做。例如，在教學中引入PROTEUS仿真軟件，如何提高學生的實驗和動手能力、實驗與科研結合的問題等，有待我們今后進一步探索。

[責任編輯：楊玉潔]