單片機課程模塊化教學模式研究

薛偉+安劍奇+楊越

摘要：單片機課程是測控技術與儀器專業中一門重要的專業基礎課，在課程體系中起著承上啟下的作用。本文針對傳統教學模式的缺點，研究了基于模塊化思想的教學模式，將課程分為4個模塊，以模塊為單位編排教學內容，實施教學和考核。實踐結果表明，新的教學模式可有效改善教學效果，提高培養質量，對于其他專業課程的教學改革有較好的借鑒意義。

關鍵詞：單片機；模塊化；教學模式

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）01-0135-02

一、引言

單片機課程作為測控技術與儀器專業的專業基礎課[1]，對理論知識和實踐能力的要求都比較高，具有綜合性強、實踐性強的特點。單片機課程既是對前期模擬電子技術、數字電子技術、信號處理和C語言程序設計等課程知識的綜合應用，也是后續的電子測量和智能儀器設計等課程的基礎，在整個課程體系中起著承上啟下的作用，具有重要的地位。傳統的單片機課程教學模式側重于對單片機內部結構和各部件功能的介紹[2]，知識點多，抽象性強，缺乏邏輯清晰的模塊結構。隨著電子技術的迅速發展，單片機中各種新功能層出不窮，傳統的教學模式很難適應社會對學生的需求。本文針對單片機課程的特點，根據模塊化課程的設計思想[3]，將相互滲透的課程內容分解為一系列的知識模塊，按照模塊化的課程體系組織教學，使得教學模式更具科學性和適應性。

二、傳統單片機課程教學模式分析

目前的單片機課程教學模式主要按照從原理到應用[4]的內容體系組織進行，在原理部分側重于各個部件的功能介紹；在應用部分側重于擴展設計介紹，由此在教學過程中造成了以下問題：

1.原理部分知識點分散，系統性較差。單片機內部功能部件較多，每個功能部件的知識點包括內部結構原理和具體功能，內容較多，需要用到前期的很多課程知識。傳統的教學模式下，學生對大量功能部件原理的學習比較困難，難以掌握部件之間的關系，影響了對單片機系統層面的學習。

2.應用部分內容陳舊，和當前技術應用水平不匹配。在編程方面，傳統的教學模式中大多以匯編語言為主，但是匯編語言指令煩雜，可讀性和移植性較差，和社會上主流的C51編程不匹配。此外，在系統擴展設計方面，傳統的教學模式中主要講述A/D、D/A、串口、鍵盤和LED等外圍器件，沒有涉及到新的功能器件。

三、模塊化教學模式設計

模塊化教學是根據專業的培養目標和要求[5]，結合單片機課程教學大綱，將所需的知識結構和能力要求分解成幾個相對獨立的模塊，對各個模塊實施針對性的教學，最后按照各個模塊的要求組織考核。模塊化教學設計包括模塊化教學內容、模塊化教學實施和模塊化考核等三個方面。

1.模塊化教學內容。根據測控技術與儀器專業的培養目標，針對課程特點，將單片機課程的教學內容劃分為4個模塊：系統原理和結構模塊、程序語言模塊、關鍵功能模塊和應用擴展模塊。（1）系統原理和結構模塊。系統原理和結構模塊包括單片機基本概念、系統結構、CPU、存儲器、I/O口和時鐘等幾個方面的內容。通過該模塊的學習，讓學生對單片機有初步的認識，了解單片機的結構原理，能理解單片機和微機之間的區別。（2）程序語言模塊。程序語言模塊包括匯編語言和C語言兩個方面的內容。對于匯編語言，主要從理解的角度考慮，重點介紹尋址方式和指令系統。尋址方式和存儲器密切關聯，通過尋址方式的學習，進一步熟悉存儲器的結構；指令系統是編程的基礎，包括常見的幾類指令功能和格式規范，通過指令系統的學習，理解匯編程序的基本功能。對于C語言，需要從理解和編寫的角度考慮，簡略介紹標準ANSI C語言部分的知識點，重點介紹單片機C語言（C51）的編程設計。通過C51的學習，理解C51的數據類型、存儲類型和專用指針等關鍵知識點與ANSI C的差異，熟悉C51的編程特點，為后續模塊的學習打下基礎。（3）關鍵功能模塊。關鍵功能模塊包括中斷、定時/計數器和串行口等三個方面的內容，為單片機的關鍵功能系統。對于中斷系統，主要介紹中斷系統結構、響應過程和中斷服務程序設計。對于定時/計數器系統，主要介紹工作原理、時間常數的計算方法和應用程序設計。對于串行口系統，主要介紹工作方式波特率設置方式和雙機通信程序設計。三個功能模塊內容相互關聯度高，聯系緊密，其中中斷涉及到定時/計數器和串行口的知識，串行口涉及到中斷和定時/計數器的知識。因此，將這三個功能模塊內容作為一個整體講解，有助于對該部分知識點的綜合理解和運用。（4）應用擴展模塊。應用擴展模塊包括系統擴展和接口技術，為單片機的綜合應用部分。系統擴展包括三總線擴展、I/O口擴展、存儲器擴展和串口總線擴展等幾部分內容，為復雜系統的設計打下基礎；接口技術包括顯示、鍵盤、A/D、D/A和開關器件等基礎外圍功能器件，適當增加語音芯片、無線通信芯片等常用模塊的設計介紹。

2.模塊化教學實施。第一，根據4個模塊的知識點合理分配課時。根據專業教學大綱規定的48學時的總量，4個模塊的學時分別為8學時、12學時、14學時和14學時，其中3和4兩個模塊中分別包括4個學時的實驗課時。第二，應用擴展模塊的內容根據技術的發展及時調整更新，以滿足社會對技能的需求。第三，關鍵功能模塊和應用擴展模塊中均采用C51程序，通過課堂講授和實驗室實踐相結合，提高學生的C51編程能力。第四，課后習題以教學模塊為單位布置，增強學生對模塊內知識點之間邏輯聯系的了解，提高對模塊內容的整體認知程度。

3.模塊化考核。第一，試卷內容按照模塊化方式組織，4個模塊內容所占分值分別為25分、20分、25分、30分。第二，以模塊為單位建立試題庫，1和2兩個模塊的題型以填空題和問答題為主，重點考核學生對基本概念的掌握；3和4兩個模塊的題型以設計題為主，重點考核學生對知識點的綜合理解和運用能力。第三，根據各個模塊的得分情況分析各個模塊的教學效果，對得分較低的模塊，改進教學內容和教學方式。endprint

四、結論

本文從單片機課程特點出發，以提高教學效果為出發點，研究并建立了一套模塊化教學模式，將課程知識點分為4個模塊，以模塊為單位進行內容編排、實施教學和考核。近三年的實踐運行表明，明顯增強了學生的學習興趣，提高了其對知識點的理解和應用能力，考核成績平均提高了12%，教學效果有了明顯改善。對用人單位的調查反饋表明，畢業生適應單片機技術工作的周期得到縮短，解決問題的能力得到提升，可更好地滿足社會對技術人才的需求。新的模塊化教學模式優化了教學內容，使得課程教學和考核更加科學合理，有效提高了教學效果和培養質量，對于其他專業課程的教學改革具有較好的借鑒意義。

參考文獻：

[1]顧亞雄，張禾，賴欣.測控技術與儀器專業課程體系改革探索[J].實驗技術與管理，2008，25（6）：142-145.

[2]石明江，顧亞雄，張禾.單片機原理與應用課程教學改革與實踐[J].計算機教育，2011，（6）：107-109.

[3]賈豫東，張曉青.單片機實驗課模塊化教學實驗內容設置探索[J].教育教學論壇，2015，（20）：212-213.

[4]李建忠.單片機原理及應用[M].第二版.西安電子科技大學出版社，2008.

[5]岑盈盈，朱建華.電工電子實習模塊化教學模式的構建與探索[J].浙江科技學院學報，2010，22（3）：237-240.

Abstract：Single chip microcomputer course is an important specialized basic course in measurement control technology and instrument specialty，and it plays the connecting role in the course system. In this paper the teaching mode based on modular theory is investigated for the defects of traditional teaching mode. The proposed teaching mode divides the course into four modules，and it arranges the teaching content，executes teaching and assessment based on modules. The practice results show that the proposed teaching mode could improve the teaching effect and enhance cultivation quality，and it has reference value for other specialized courses.

Key words：single chip microcomputer；modularity；teaching modeendprint