單片機原理與接口技術課程教學改革

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摘要：分析了當下單片機原理與接口技術課程教學方式中存在的問題，提出了理論與實踐相結合的課程改革方法，從設置理論與實踐相結合的教學內容、結合單片機開發(fā)板進行現場教學、通過綜合應用實例貫穿教學始終、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效果，增強學生的動手能力和工程實踐能力。

關鍵詞：單片機原理與接口技術；理論與實踐相結合；教學改革

單片機原理與接口技術是目前高等院校的機電類專業(yè)開設的一門專業(yè)基礎課[1]，該課程以C語言、模擬電子線路、數字電路等課程為基礎，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獨立的單片機實驗課和課程設計，實驗課針對理論課所學的知識設計相應的實驗，使學生能結合實際應用更深入地理解理論知識，而課程設計是對單片機課程所學知識的一個綜合應用，使學生能夠進行全面的單片機系統(tǒng)設計[2]。然而，在理論課程的學習過程中，大部分學生仍認為單片機的知識內容較為零散，很多概念比較抽象，難以理解。盡管有相對應的單片機實驗課，但大多數的實驗均為驗證性實驗，實驗的學時短、難度低[3]，無法使學生真正學會使用單片機。因此，在單片機課程的教學過程中，將理論與實踐相結合，對于加深學生對理論知識的理解具有重要的意義。

1當下單片機教學存在的問題

1.1教學內容的實踐性不足

目前的單片機課程教學內容偏重于理論，缺乏實踐性，導致學生普遍認為單片機課程的很多內容非常抽象，不知道這些內容到底有什么用。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個簡單的應用實例，這不僅使得整個教學過程枯燥乏味，也讓學生對課本的知識一知半解，無法在實踐中對所學的知識進行論證。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，而調研數據顯示使用匯編語言進行單片機程序設計的教師和學生較少[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語言進行程序設計，導致學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”，使得教學效果大打折扣。

1.2教學過程中理論與實踐結合不緊密

在傳統(tǒng)的單片機教學過程中，教師根據教材的章節(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，不僅讓學生感覺枯燥乏味，也沒法理解這些理論知識該如何應用[6]。雖然在教材中也有對應的應用實例，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用實例部分。教師在教學過程中理論與實踐結合不緊密會導致學生在學習過程中理論與實踐相脫節(jié)，無法真正理解課程所學的理論知識。

2單片機課程教學改革探討

2.1設置理論與實踐相結合的教學內容

教師在授課過程中結合實際應用，設置理論與實踐相結合的教學內容，可以使學生對課本上的理論知識有更深入的理解，提高學生的聽課效果，知道“學的是什么”“學的有什么用”。以“定時器/計數器”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進行設置。為了使學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LED燈以10Hz的頻率閃爍。其中，程序(a)將定時器0設置為模式1，即16位的定時器/計數器，需要在中斷服務程序內進行重置初值操作；而程序(b)將定時器0設置為模式2，即8位自動重裝的定時器/計數器，需要通過多次中斷實現較長時間的定時。通過這兩段程序的對比可以發(fā)現，模式2少了2條重置計數器初值的語句，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結合單片機開發(fā)板進行現場教學

單片機開發(fā)板是用于學習51，STC等型號單片機的實驗設備，集成了單片機應用系統(tǒng)中常用的按鍵模塊、串口通信模塊、數碼管、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習資料，例如相關擴展硬件模塊、實驗程序源碼、電路原理圖、電路PCB圖等。因此，在課程開始時，鼓勵學生學習使用單片機開發(fā)板，在教學過程中將理論知識與開發(fā)板的應用實例結合起來進行講解并現場演示程序運行的結果，可以使學生對所學的知識有更深刻的理解，也能激發(fā)學生的學習興趣。以數碼管控制知識點為例，利用普中科技的HC6800單片機開發(fā)板對數碼管的靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示進行講解。單片機控制數碼管靜態(tài)顯示某個字符時，只要使相應的段(發(fā)光二極管)恒定地導通或截止即可，HC6800開發(fā)板中的靜態(tài)數碼管原理圖如圖1a所示，測試時利用排線連接JP3和P0口，程序控制P0口輸出相應的段碼實現字符的顯示，同時，可以改變段碼的值來觀察數碼段顯示字符的變化，加深學生對數碼管靜態(tài)顯示原理的理解。數碼管動態(tài)顯示是每隔一段很短的時間依次點亮一個數碼管，利用人視覺的暫留效應使數碼管顯示看起來是連續(xù)的。HC6800開發(fā)板中的動態(tài)數碼管原理圖如圖1b所示，8位數碼管的段選線并聯(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口輸出相應的位碼選通要顯示的數碼管，通過P0口輸出相應的段碼實現字符的顯示，延時一段時間后更新段碼和位碼實現動態(tài)顯示。演示時，將延時時間從1秒逐漸遞減，讓學生觀察數碼管動態(tài)顯示效果的變化，從而使學生更直觀地理解數碼管動態(tài)顯示的原理。a　靜態(tài)數碼管b　動態(tài)數碼管圖1　HC6800開發(fā)板靜態(tài)數碼管與動態(tài)數碼管原理圖

2.3通過綜合應用實例貫穿教學始終

雖然教師在授課過程中會針對不同的知識點舉出相應的例子進行說明，但各個實例僅僅是針對單個的知識點，導致學生很難建立起不同知識點之間的宏觀聯(lián)系，使得在課程結束后，學生普遍認為所學的知識較為零散，無法串聯(lián)所學的知識進行整體的單片機應用系統(tǒng)設計。因此，在授課過程中通過一個單片機綜合應用實例貫穿教學始終，可以幫助學生建立起單片機應用系統(tǒng)設計的宏觀思維。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據存儲在EEPROM并上傳給PC上位機。因此，根據溫度采集系統(tǒng)需要實現的技術指標，將其劃分為5個功能模塊，分別為菜單設置模塊、溫度采集模塊、溫度顯示模塊、數據存儲模塊和數據上傳模塊，各個模塊所實現的功能與單片機課程相關的知識點。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，使學生能夠利用所學的知識實現單片機應用系統(tǒng)的設計。

2.4引入完善的課程考核方式

課程的考核方式對于學生學習的動機和目的具有重要的導向作用，而考核的結果是評價學生對所學知識掌握情況的重要指標。然而，大多數理論課程的評價僅僅以一次的期末考試成績決定，導致學生在學習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生的學習熱情，使課程的教學效果大打折扣。因此，結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，不僅可以改善學生的學習效果，還可以提高學生的學習自覺性。完善的課程考核方式不僅要考查學生對理論知識的掌握程度，還要兼顧學生對知識的運用能力以及學習過程中的學習態(tài)度，因此將課程的考核內容劃分為考勤、課堂表現、作業(yè)和理論考試四部分，其中考勤、課堂表現和作業(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得到。

3結語

本文分析了當下單片機原理與接口技術課程教學方式中存在的理論與實踐結合不緊密、教學內容的實踐性不足等問題，結合單片機課程實踐性較強的特點，提出了理論與實踐相結合的課程改革方法，使學生能夠真正學有所得、學有所用。

參考文獻

[1]劉鳳,王洪濤,劉志華.單片機原理與應用課程實踐教學改革[J].中國電力教育,2011,(20):132-133.

[2]葛浩,林其斌.單片機課程設計教學改革與實踐[J].實驗技術與管理,2011,28(10):138-140.

[3]丁保華,張有忠,陳軍.單片機原理與接口技術實驗教學改革與實踐[J].實驗技術與管理,2010,27(1):117-119.

[4]周國運.單片機原理與接口技術[M].北京:清華大學出版社,2014.

[5]吳清收.單片機原理與接口技術教材改革研究與探索[J].教育教學論壇,2015(38):89-90.

[6]朱建光,鄭浩,劉本偉.單片機原理與接口技術教學改革與實踐[J].武漢大學學報:理學版,2012(S2):188-190.

作者：魏建崇 單位：福建江夏學院電子信息科學學院