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(wèn)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(kāi)發(fā)板進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)、通過(guò)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(kāi)探討。對(duì)該課程的改革可以提高教學(xué)效果，增強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手能力和工程實(shí)踐能力。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(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(lèi)專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)的一門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課[1]，該課程以C語(yǔ)言、模擬電子線(xiàn)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(kāi)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(duì)理論課所學(xué)的知識(shí)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(shí)，而課程設(shè)計(jì)是對(duì)單片機(jī)課程所學(xué)知識(shí)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(guò)程中，大部分學(xué)生仍認(rèn)為單片機(jī)的知識(shí)內(nèi)容較為零散，很多概念比較抽象，難以理解。盡管有相對(duì)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(wú)法使學(xué)生真正學(xué)會(huì)使用單片機(jī)。因此，在單片機(jī)課程的教學(xué)過(guò)程中，將理論與實(shí)踐相結(jié)合，對(duì)于加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)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(wèn)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(guò)程中沒(méi)有配合相應(yīng)的實(shí)例進(jìn)行講解，僅在理論知識(shí)介紹完畢后提出了2個(gè)簡(jiǎn)單的應(yīng)用實(shí)例，這不僅使得整個(gè)教學(xué)過(guò)程枯燥乏味，也讓學(xué)生對(duì)課本的知識(shí)一知半解，無(wú)法在實(shí)踐中對(duì)所學(xué)的知識(shí)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(yǔ)言，而調(diào)研數(shù)據(jù)顯示使用匯編語(yǔ)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(yǔ)言的開(kāi)發(fā)難度大，可移植性差且開(kāi)發(fā)周期較長(zhǎng)。然而，在單片機(jī)實(shí)驗(yàn)課中，又主要采用C語(yǔ)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(guò)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(guò)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(kāi)始，就介紹了大量的概念、定義等理論知識(shí)，不僅讓學(xué)生感覺(jué)枯燥乏味，也沒(méi)法理解這些理論知識(shí)該如何應(yīng)用[6]。雖然在教材中也有對(duì)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(shí)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(guò)應(yīng)用實(shí)例部分。教師在教學(xué)過(guò)程中理論與實(shí)踐結(jié)合不緊密會(huì)導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中理論與實(shí)踐相脫節(jié)，無(wú)法真正理解課程所學(xué)的理論知識(shí)。

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(guò)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(duì)課本上的理論知識(shí)有更深入的理解，提高學(xué)生的聽(tīng)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(guò)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(dòng)重裝的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，需要通過(guò)多次中斷實(shí)現(xiàn)較長(zhǎng)時(shí)間的定時(shí)。通過(guò)這兩段程序的對(duì)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(yǔ)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(kāi)發(fā)板進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)

單片機(jī)開(kāi)發(fā)板是用于學(xué)習(xí)51，STC等型號(hào)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(kāi)發(fā)板，并且開(kāi)發(fā)板的附帶光盤(pán)會(huì)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(kāi)始時(shí)，鼓勵(lì)學(xué)生學(xué)習(xí)使用單片機(jī)開(kāi)發(fā)板，在教學(xué)過(guò)程中將理論知識(shí)與開(kāi)發(fā)板的應(yīng)用實(shí)例結(jié)合起來(lái)進(jìn)行講解并現(xiàn)場(chǎng)演示程序運(yùn)行的結(jié)果，可以使學(xué)生對(duì)所學(xué)的知識(shí)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(shí)點(diǎn)為例，利用普中科技的HC6800單片機(jī)開(kāi)發(fā)板對(duì)數(shù)碼管的靜態(tài)顯示和動(dòng)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(kāi)發(fā)板中的靜態(tài)數(shù)碼管原理圖如圖1a所示，測(cè)試時(shí)利用排線(xiàn)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(lái)觀察數(shù)碼段顯示字符的變化，加深學(xué)生對(duì)數(shù)碼管靜態(tài)顯示原理的理解。數(shù)碼管動(dòng)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(jué)的暫留效應(yīng)使數(shù)碼管顯示看起來(lái)是連續(xù)的。HC6800開(kāi)發(fā)板中的動(dòng)態(tài)數(shù)碼管原理圖如圖1b所示，8位數(shù)碼管的段選線(xiàn)并聯(lián)在一起，通過(guò)J12引出，而8個(gè)位選線(xiàn)由J16引出。因此，通過(guò)排線(xiàn)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(guò)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(dòng)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(dòng)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(dòng)態(tài)顯示的原理。a　靜態(tài)數(shù)碼管b　動(dòng)態(tài)數(shù)碼管圖1　HC6800開(kāi)發(fā)板靜態(tài)數(shù)碼管與動(dòng)態(tài)數(shù)碼管原理圖

2.3通過(guò)綜合應(yīng)用實(shí)例貫穿教學(xué)始終

雖然教師在授課過(guò)程中會(huì)針對(duì)不同的知識(shí)點(diǎn)舉出相應(yīng)的例子進(jìn)行說(shuō)明，但各個(gè)實(shí)例僅僅是針對(duì)單個(gè)的知識(shí)點(diǎn)，導(dǎo)致學(xué)生很難建立起不同知識(shí)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(shí)較為零散，無(wú)法串聯(lián)所學(xué)的知識(shí)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(guò)程中通過(guò)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(cè)環(huán)境溫度并通過(guò)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(chǔ)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(chǔ)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(shí)點(diǎn)。因此，通過(guò)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(shí)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(shí)體系，使學(xué)生能夠利用所學(xué)的知識(shí)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(duì)于學(xué)生學(xué)習(xí)的動(dòng)機(jī)和目的具有重要的導(dǎo)向作用，而考核的結(jié)果是評(píng)價(jià)學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)掌握情況的重要指標(biāo)。然而，大多數(shù)理論課程的評(píng)價(jià)僅僅以一次的期末考試成績(jī)決定，導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中的課堂參與度不高，不愿與教師互動(dòng)，課后也沒(méi)花時(shí)間及時(shí)鞏固所學(xué)的知識(shí)，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(shí)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(jué)性。完善的課程考核方式不僅要考查學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的掌握程度，還要兼顧學(xué)生對(duì)知識(shí)的運(yùn)用能力以及學(xué)習(xí)過(guò)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(jī)，而理論考試作為期末成績(jī)，課程的最終成績(jī)由平時(shí)成績(jī)和期末成績(jī)加權(quán)得到。

3結(jié)語(yǔ)

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(wèn)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