單片機原理與接口技術(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，提出了理論與實踐相結(jié)合的課程改革方法，從設(shè)置理論與實踐相結(jié)合的教學(xué)內(nèi)容、結(jié)合單片機開發(fā)板進行現(xiàn)場教學(xué)、通過綜合應(yīng)用實例貫穿教學(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，增強學(xué)生的動手能力和工程實踐能力。

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

單片機原理與接口技術(shù)是目前高等院校的機電類專業(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)，具有很強的實踐性，因此，大部分高校配合單片機理論課程開設(shè)獨立的單片機實驗課和課程設(shè)計，實驗課針對理論課所學(xué)的知識設(shè)計相應(yīng)的實驗，使學(xué)生能結(jié)合實際應(yīng)用更深入地理解理論知識，而課程設(shè)計是對單片機課程所學(xué)知識的一個綜合應(yīng)用，使學(xué)生能夠進行全面的單片機系統(tǒng)設(shè)計[2]。然而，在理論課程的學(xué)習(xí)過程中，大部分學(xué)生仍認為單片機的知識內(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)的單片機實驗課，但大多數(shù)的實驗均為驗證性實驗，實驗的學(xué)時短、難度低[3]，無法使學(xué)生真正學(xué)會使用單片機。因此，在單片機課程的教學(xué)過程中，將理論與實踐相結(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)下單片機教學(xué)存在的問題

1.1教學(xué)內(nèi)容的實踐性不足

目前的單片機課程教學(xué)內(nèi)容偏重于理論，缺乏實踐性，導(dǎo)致學(xué)生普遍認為單片機課程的很多內(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)的實例進行講解，僅在理論知識介紹完畢后提出了2個簡單的應(yīng)用實例，這不僅使得整個教學(xué)過程枯燥乏味，也讓學(xué)生對課本的知識一知半解，無法在實踐中對所學(xué)的知識進行論證。而且，目前幾乎所有的單片機教材中的編程實例都使用匯編語言，而調(diào)研數(shù)據(jù)顯示使用匯編語言進行單片機程序設(shè)計的教師和學(xué)生較少[5]，因為匯編語言的開發(fā)難度大，可移植性差且開發(fā)周期較長。然而，在單片機實驗課中，又主要采用C語言進行程序設(shè)計，導(dǎo)致學(xué)生在單片機實驗課上，盲目地進行實驗操作，“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)過程中理論與實踐結(jié)合不緊密

在傳統(tǒng)的單片機教學(xué)過程中，教師根據(jù)教材的章節(jié)順序講解單片機，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)用實例，但往往都被安排在各個章節(jié)的末端，教師在介紹完所有的理論知識后，才進行應(yīng)用實例的介紹，甚至有時候由于課時不夠，部分教師選擇直接跳過應(yīng)用實例部分。教師在教學(xué)過程中理論與實踐結(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單片機課程教學(xué)改革探討

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

教師在授課過程中結(jié)合實際應(yīng)用，設(shè)置理論與實踐相結(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“定時器/計數(shù)器”的工作模式講解為例，MCS-51的定時器T0和T1共有4種工作模式，通過模式寄存器TMOD進行設(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)均實現(xiàn)LED燈以10Hz的頻率閃爍。其中，程序(a)將定時器0設(shè)置為模式1，即16位的定時器/計數(shù)器，需要在中斷服務(wù)程序內(nèi)進行重置初值操作；而程序(b)將定時器0設(shè)置為模式2，即8位自動重裝的定時器/計數(shù)器，需要通過多次中斷實現(xiàn)較長時間的定時。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，但存在定時時間較短的缺點。

2.2結(jié)合單片機開發(fā)板進行現(xiàn)場教學(xué)

單片機開發(fā)板是用于學(xué)習(xí)51，STC等型號單片機的實驗設(shè)備，集成了單片機應(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)有很多價格低廉(一般50～200元不等)、性能穩(wěn)定、功能全面的單片機開發(fā)板，并且開發(fā)板的附帶光盤會提供詳細的學(xué)習(xí)資料，例如相關(guān)擴展硬件模塊、實驗程序源碼、電路原理圖、電路PCB圖等。因此，在課程開始時，鼓勵學(xué)生學(xué)習(xí)使用單片機開發(fā)板，在教學(xué)過程中將理論知識與開發(fā)板的應(yīng)用實例結(jié)合起來進行講解并現(xiàn)場演示程序運行的結(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)碼管控制知識點為例，利用普中科技的HC6800單片機開發(fā)板對數(shù)碼管的靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示進行講解。單片機控制數(shù)碼管靜態(tài)顯示某個字符時，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)的段碼實現(xiàn)字符的顯示，同時，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間依次點亮一個數(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)的段碼實現(xiàn)字符的顯示，延時一段時間后更新段碼和位碼實現(xiàn)動態(tài)顯示。演示時，將延時時間從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舉出相應(yīng)的例子進行說明，但各個實例僅僅是針對單個的知識點，導(dǎo)致學(xué)生很難建立起不同知識點之間的宏觀聯(lián)系，使得在課程結(jié)束后，學(xué)生普遍認為所學(xué)的知識較為零散，無法串聯(lián)所學(xué)的知識進行整體的單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計。因此，在授課過程中通過一個單片機綜合應(yīng)用實例貫穿教學(xué)始終，可以幫助學(xué)生建立起單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的宏觀思維。以單片機溫度采集系統(tǒng)為例，該系統(tǒng)實時檢測環(huán)境溫度并通過LCD顯示溫度值，每隔一定的時間將采集的溫度數(shù)據(jù)存儲在EEPROM并上傳給PC上位機。因此，根據(jù)溫度采集系統(tǒng)需要實現(xiàn)的技術(shù)指標，將其劃分為5個功能模塊，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，各個模塊所實現(xiàn)的功能與單片機課程相關(guān)的知識點。因此，通過單片機溫度采集系統(tǒng)可以有效地將單片機課程中分散的知識點進行串聯(lián)，幫助學(xué)生建立起各個獨立章節(jié)之間的聯(lián)系，組成一個有效的知識體系，使學(xué)生能夠利用所學(xué)的知識實現(xiàn)單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計。

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)的動機和目的具有重要的導(dǎo)向作用，而考核的結(jié)果是評價學(xué)生對所學(xué)知識掌握情況的重要指標。然而，大多數(shù)理論課程的評價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，課后也沒花時間及時鞏固所學(xué)的知識，而選擇在考前臨時抱佛腳，匆匆忙忙地彌補缺漏的知識點。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)合單片機課程實踐性較強的特點，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)這三部分作為平時成績，而理論考試作為期末成績，課程的最終成績由平時成績和期末成績加權(quán)得到。

3結(jié)語

本文分析了當(dāng)下單片機原理與接口技術(shù)課程教學(xué)方式中存在的理論與實踐結(jié)合不緊密、教學(xué)內(nèi)容的實踐性不足等問題，結(jié)合單片機課程實踐性較強的特點，提出了理論與實踐相結(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。

參考文獻

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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