單片機(jī)原理與接口技術(shù)課程教學(xué)改革

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摘要：分析了當(dāng)下單片機(jī)原理與接口技術(shù)課程教學(xué)方式中存在的問題，提出了理論與實(shí)踐相結(jié)合的課程改革方法，從設(shè)置理論與實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)內(nèi)容、結(jié)合單片機(jī)開發(fā)板進(jìn)行現(xiàn)場教學(xué)、通過綜合應(yīng)用實(shí)例貫穿教學(xué)始終、引入完善的課程考核方式四方面展開探討。對該課程的改革可以提高教學(xué)效果，增強(qiáng)學(xué)生的動手能力和工程實(shí)踐能力。

關(guān)鍵詞：單片機(jī)原理與接口技術(shù)；理論與實(shí)踐相結(jié)合；教學(xué)改革

單片機(jī)原理與接口技術(shù)是目前高等院校的機(jī)電類專業(yè)開設(shè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課[1]，該課程以C語言、模擬電子線路、數(shù)字電路等課程為基礎(chǔ)，具有很強(qiáng)的實(shí)踐性，因此，大部分高校配合單片機(jī)理論課程開設(shè)獨(dú)立的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)課和課程設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)課針對理論課所學(xué)的知識設(shè)計(jì)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生能結(jié)合實(shí)際應(yīng)用更深入地理解理論知識，而課程設(shè)計(jì)是對單片機(jī)課程所學(xué)知識的一個(gè)綜合應(yīng)用，使學(xué)生能夠進(jìn)行全面的單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[2]。然而，在理論課程的學(xué)習(xí)過程中，大部分學(xué)生仍認(rèn)為單片機(jī)的知識內(nèi)容較為零散，很多概念比較抽象，難以理解。盡管有相對應(yīng)的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)課，但大多數(shù)的實(shí)驗(yàn)均為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)的學(xué)時(shí)短、難度低[3]，無法使學(xué)生真正學(xué)會使用單片機(jī)。因此，在單片機(jī)課程的教學(xué)過程中，將理論與實(shí)踐相結(jié)合，對于加深學(xué)生對理論知識的理解具有重要的意義。

1當(dāng)下單片機(jī)教學(xué)存在的問題

1.1教學(xué)內(nèi)容的實(shí)踐性不足

目前的單片機(jī)課程教學(xué)內(nèi)容偏重于理論，缺乏實(shí)踐性，導(dǎo)致學(xué)生普遍認(rèn)為單片機(jī)課程的很多內(nèi)容非常抽象，不知道這些內(nèi)容到底有什么用。以《MCS-51單片機(jī)中斷系統(tǒng)》這章為例，教材[4]在介紹中斷系統(tǒng)的概念和原理的過程中沒有配合相應(yīng)的實(shí)例進(jìn)行講解，僅在理論知識介紹完畢后提出了2個(gè)簡單的應(yīng)用實(shí)例，這不僅使得整個(gè)教學(xué)過程枯燥乏味，也讓學(xué)生對課本的知識一知半解，無法在實(shí)踐中對所學(xué)的知識進(jìn)行論證。而且，目前幾乎所有的單片機(jī)教材中的編程實(shí)例都使用匯編語言，而調(diào)研數(shù)據(jù)顯示使用匯編語言進(jìn)行單片機(jī)程序設(shè)計(jì)的教師和學(xué)生較少[5]，因?yàn)閰R編語言的開發(fā)難度大，可移植性差且開發(fā)周期較長。然而，在單片機(jī)實(shí)驗(yàn)課中，又主要采用C語言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，導(dǎo)致學(xué)生在單片機(jī)實(shí)驗(yàn)課上，盲目地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，“知其然而不知其所以然”，使得教學(xué)效果大打折扣。

1.2教學(xué)過程中理論與實(shí)踐結(jié)合不緊密

在傳統(tǒng)的單片機(jī)教學(xué)過程中，教師根據(jù)教材的章節(jié)順序講解單片機(jī)，在課程的一開始，就介紹了大量的概念、定義等理論知識，不僅讓學(xué)生感覺枯燥乏味，也沒法理解這些理論知識該如何應(yīng)用[6]。雖然在教材中也有對應(yīng)的應(yīng)用實(shí)例，但往往都被安排在各個(gè)章節(jié)的末端，教師在介紹完所有的理論知識后，才進(jìn)行應(yīng)用實(shí)例的介紹，甚至有時(shí)候由于課時(shí)不夠，部分教師選擇直接跳過應(yīng)用實(shí)例部分。教師在教學(xué)過程中理論與實(shí)踐結(jié)合不緊密會導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中理論與實(shí)踐相脫節(jié)，無法真正理解課程所學(xué)的理論知識。

2單片機(jī)課程教學(xué)改革探討

2.1設(shè)置理論與實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)內(nèi)容

教師在授課過程中結(jié)合實(shí)際應(yīng)用，設(shè)置理論與實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)內(nèi)容，可以使學(xué)生對課本上的理論知識有更深入的理解，提高學(xué)生的聽課效果，知道“學(xué)的是什么”“學(xué)的有什么用”。以“定時(shí)器/計(jì)數(shù)器”的工作模式講解為例，MCS-51的定時(shí)器T0和T1共有4種工作模式，通過模式寄存器TMOD進(jìn)行設(shè)置。為了使學(xué)生更容易理解不同工作模式之間的區(qū)別，程序(a)和(b)均實(shí)現(xiàn)LED燈以10Hz的頻率閃爍。其中，程序(a)將定時(shí)器0設(shè)置為模式1，即16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，需要在中斷服務(wù)程序內(nèi)進(jìn)行重置初值操作；而程序(b)將定時(shí)器0設(shè)置為模式2，即8位自動重裝的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，需要通過多次中斷實(shí)現(xiàn)較長時(shí)間的定時(shí)。通過這兩段程序的對比可以發(fā)現(xiàn)，模式2少了2條重置計(jì)數(shù)器初值的語句，在中斷頻繁的情況下，可以明顯提高CPU的工作效率，但存在定時(shí)時(shí)間較短的缺點(diǎn)。

2.2結(jié)合單片機(jī)開發(fā)板進(jìn)行現(xiàn)場教學(xué)

單片機(jī)開發(fā)板是用于學(xué)習(xí)51，STC等型號單片機(jī)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，集成了單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中常用的按鍵模塊、串口通信模塊、數(shù)碼管、1602液晶屏、紅外接收模塊、溫度傳感器DS18B20、光敏電阻等。目前，市面上已經(jīng)有很多價(jià)格低廉(一般50～200元不等)、性能穩(wěn)定、功能全面的單片機(jī)開發(fā)板，并且開發(fā)板的附帶光盤會提供詳細(xì)的學(xué)習(xí)資料，例如相關(guān)擴(kuò)展硬件模塊、實(shí)驗(yàn)程序源碼、電路原理圖、電路PCB圖等。因此，在課程開始時(shí)，鼓勵學(xué)生學(xué)習(xí)使用單片機(jī)開發(fā)板，在教學(xué)過程中將理論知識與開發(fā)板的應(yīng)用實(shí)例結(jié)合起來進(jìn)行講解并現(xiàn)場演示程序運(yùn)行的結(jié)果，可以使學(xué)生對所學(xué)的知識有更深刻的理解，也能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。以數(shù)碼管控制知識點(diǎn)為例，利用普中科技的HC6800單片機(jī)開發(fā)板對數(shù)碼管的靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示進(jìn)行講解。單片機(jī)控制數(shù)碼管靜態(tài)顯示某個(gè)字符時(shí)，只要使相應(yīng)的段(發(fā)光二極管)恒定地導(dǎo)通或截止即可，HC6800開發(fā)板中的靜態(tài)數(shù)碼管原理圖如圖1a所示，測試時(shí)利用排線連接JP3和P0口，程序控制P0口輸出相應(yīng)的段碼實(shí)現(xiàn)字符的顯示，同時(shí)，可以改變段碼的值來觀察數(shù)碼段顯示字符的變化，加深學(xué)生對數(shù)碼管靜態(tài)顯示原理的理解。數(shù)碼管動態(tài)顯示是每隔一段很短的時(shí)間依次點(diǎn)亮一個(gè)數(shù)碼管，利用人視覺的暫留效應(yīng)使數(shù)碼管顯示看起來是連續(xù)的。HC6800開發(fā)板中的動態(tài)數(shù)碼管原理圖如圖1b所示，8位數(shù)碼管的段選線并聯(lián)在一起，通過J12引出，而8個(gè)位選線由J16引出。因此，通過排線將J12與P0相連，J16與P2相連，程序控制P2口輸出相應(yīng)的位碼選通要顯示的數(shù)碼管，通過P0口輸出相應(yīng)的段碼實(shí)現(xiàn)字符的顯示，延時(shí)一段時(shí)間后更新段碼和位碼實(shí)現(xiàn)動態(tài)顯示。演示時(shí)，將延時(shí)時(shí)間從1秒逐漸遞減，讓學(xué)生觀察數(shù)碼管動態(tài)顯示效果的變化，從而使學(xué)生更直觀地理解數(shù)碼管動態(tài)顯示的原理。a　靜態(tài)數(shù)碼管b　動態(tài)數(shù)碼管圖1　HC6800開發(fā)板靜態(tài)數(shù)碼管與動態(tài)數(shù)碼管原理圖

2.3通過綜合應(yīng)用實(shí)例貫穿教學(xué)始終

雖然教師在授課過程中會針對不同的知識點(diǎn)舉出相應(yīng)的例子進(jìn)行說明，但各個(gè)實(shí)例僅僅是針對單個(gè)的知識點(diǎn)，導(dǎo)致學(xué)生很難建立起不同知識點(diǎn)之間的宏觀聯(lián)系，使得在課程結(jié)束后，學(xué)生普遍認(rèn)為所學(xué)的知識較為零散，無法串聯(lián)所學(xué)的知識進(jìn)行整體的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)。因此，在授課過程中通過一個(gè)單片機(jī)綜合應(yīng)用實(shí)例貫穿教學(xué)始終，可以幫助學(xué)生建立起單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的宏觀思維。以單片機(jī)溫度采集系統(tǒng)為例，該系統(tǒng)實(shí)時(shí)檢測環(huán)境溫度并通過LCD顯示溫度值，每隔一定的時(shí)間將采集的溫度數(shù)據(jù)存儲在EEPROM并上傳給PC上位機(jī)。因此，根據(jù)溫度采集系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)的技術(shù)指標(biāo)，將其劃分為5個(gè)功能模塊，分別為菜單設(shè)置模塊、溫度采集模塊、溫度顯示模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊和數(shù)據(jù)上傳模塊，各個(gè)模塊所實(shí)現(xiàn)的功能與單片機(jī)課程相關(guān)的知識點(diǎn)。因此，通過單片機(jī)溫度采集系統(tǒng)可以有效地將單片機(jī)課程中分散的知識點(diǎn)進(jìn)行串聯(lián)，幫助學(xué)生建立起各個(gè)獨(dú)立章節(jié)之間的聯(lián)系，組成一個(gè)有效的知識體系，使學(xué)生能夠利用所學(xué)的知識實(shí)現(xiàn)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

2.4引入完善的課程考核方式

課程的考核方式對于學(xué)生學(xué)習(xí)的動機(jī)和目的具有重要的導(dǎo)向作用，而考核的結(jié)果是評價(jià)學(xué)生對所學(xué)知識掌握情況的重要指標(biāo)。然而，大多數(shù)理論課程的評價(jià)僅僅以一次的期末考試成績決定，導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的課堂參與度不高，不愿與教師互動，課后也沒花時(shí)間及時(shí)鞏固所學(xué)的知識，而選擇在考前臨時(shí)抱佛腳，匆匆忙忙地彌補(bǔ)缺漏的知識點(diǎn)。這種“一考定終身”的考核方式大大降低了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，使課程的教學(xué)效果大打折扣。因此，結(jié)合單片機(jī)課程實(shí)踐性較強(qiáng)的特點(diǎn)，引入完善的課程考核方式，不僅可以改善學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，還可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)自覺性。完善的課程考核方式不僅要考查學(xué)生對理論知識的掌握程度，還要兼顧學(xué)生對知識的運(yùn)用能力以及學(xué)習(xí)過程中的學(xué)習(xí)態(tài)度，因此將課程的考核內(nèi)容劃分為考勤、課堂表現(xiàn)、作業(yè)和理論考試四部分，其中考勤、課堂表現(xiàn)和作業(yè)這三部分作為平時(shí)成績，而理論考試作為期末成績，課程的最終成績由平時(shí)成績和期末成績加權(quán)得到。

3結(jié)語

本文分析了當(dāng)下單片機(jī)原理與接口技術(shù)課程教學(xué)方式中存在的理論與實(shí)踐結(jié)合不緊密、教學(xué)內(nèi)容的實(shí)踐性不足等問題，結(jié)合單片機(jī)課程實(shí)踐性較強(qiáng)的特點(diǎn)，提出了理論與實(shí)踐相結(jié)合的課程改革方法，使學(xué)生能夠真正學(xué)有所得、學(xué)有所用。

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作者：魏建崇 單位：福建江夏學(xué)院電子信息科學(xué)學(xué)院