關于高職《單片機原理與應用》的教學改革

摘要：針對當前高職院校電類專業單片機教學的現狀，通過對單片機新教學模式的探索，闡述在“實踐優先、理論夠用、交叉互動”指導思想下，基于案例教學的單片機應用課程改革思路和教學過程。

關鍵詞：教學模式；單片機；案例教學

隨著社會生活自動化程度越來越高，自動化生產設備和智能家用電器不斷普及，大量企業的傳統手工操作設備處在往自動化方向更新升級階段，而自動化和智能控制最基礎的就是單片機的應用，因此社會對單片機開發應用人才的需求越來越大，越來越迫切。《單片機原理與應用》是高職院校機電、電子、電氣等專業普遍開設的一門專業課，改革該課程的教學方式，提高學生掌握單片機技術的水平，對社會和學校的發展都具有十分積極的意義。

高職單片機教學的現狀

教材的現狀當前，高職教材的編排通常分為系統概述、內部硬件結構、指令系統、綜合實例分析、接口技術五個部分。教材通篇以理論敘述為主，缺乏典型的應用實例，或者采用了一些不合適的例子，如許多教材介紹比較指令時采用的“冒泡”例子對初學者來說就不適用，教材與實踐操作脫節現象比較嚴重。

教學的現狀在大多數高職院校教師按照教材的編排順序進行講授，即先講硬件結構，再講指令系統，然后講應用實例，最后介紹擴展和接口技術。單片機內部結構是個看不見的東西，加上很多高職院校中的機電、電氣類專業并未開設“微機原理技術”，所以學生對CPU、RAM、ROM以及總線、地址等概念很難理解。結果就是硬件結構講完了，學生只是模糊地知道里面似乎有這些單元，但無法理解這些單元的用途，達不到教學的要求。在講授指令系統中，學生沒有明確的目的，不能體會這些指令的功能，對存儲器的結構又沒有清晰的認識，很難理解如間接尋址、變址尋址等尋址方式，所以只能機械地去記憶這些指令助記符。這種教學效果當然可想而知。

新教學模式的探索

改革的思路單片機應用技術是一門專業性和實踐性很強的課程，正是有這樣的特點才能較好地采用案例教學方法進行教學。新模式分三個層次落實教學進程。在第一層次，以生產生活中的某件簡單的單片機控制的電器為例，不系統講授硬件結構、指令，而是結合實驗，指導學生逐步完成該電器軟硬件的設計。這樣一個例子完成了，學生也對單片機有了一個基礎的認識。第二層次的案例教學是拓展系統硬件的實際功能，增加單片機內部模塊和指令的使用，教學過程同樣以理論教學配合實踐教學，在實驗室里完成為主。第三層次分配具體的設計任務，安排以學生為主的連續實訓，教師提出任務后，學生自主設計硬件和軟件。教師進行指導并提出修改意見，幫助學生完成硬件和軟件調試。這樣把單片機技術系統化、完整化、實用化。這種把課堂搬進實驗室，把實驗搬進課堂的教學方法，打破了傳統的先講理論，再動手做實驗的教學方法。它以“實踐優先、理論夠用、交叉互動”的思想為指導，是“工學結合”的課堂實踐。

教學的過程在第一堂課上只需告訴學生，單片機是一個內部有很多功能模塊的芯片，最主要的功能就是既能夠判斷它本身某些管腳所處的電位是高電平還是低電平，也能使某些管腳輸出高電平或者低電平。在使用中，通常是根據外界給它管腳電平的狀態，對應輸出另外某些管腳的電平，這個對應的關系就是開發人員編寫的程序。

在第一層次，即初級認識案例中，以霓虹燈（霹靂燈）控制為例，系統包括一個按鍵，5～8個發光二極管（小燈泡）。第一步，簡單分析硬件電路，弄清按鍵是接在單片機哪個引腳，按鍵動作時，引腳電平的變化情況；弄清二極管與單片機端口的連接狀況，要點亮二極管，對應的引腳要輸出高電平還是低電平。第二步，在對硬件電路熟悉之后，馬上引入匯編指令，MOV P0，#X1X1H，即可按照X1X1的值實現讓P0口各個引腳輸出相應的電平信號。要改變發光二極管的狀態，只要再寫一條MOV P0，#X2X2H即可。要讓單片機自動實現斷續變化就要插入延時程序，這樣就引出了延時程序。講授如何實現延時，就涉及單片機的時序、機器周期、指令周期等知識。第三步，如果要設置霓虹燈的變化模式，就要從按鍵進行輸入。這就涉及引腳信號的讀入指令，MOV A，P1，即可把P1上所有引腳的信號讀入到A寄存器中，也可以用JB Pn，rel或JNB Pn，rel等指令來判斷某一只引腳的電平信號。這就需要講授特殊寄存器A，以及判斷引腳電平信號的多種方法。當實驗做到這里，學生應該對“單片機”有一個感性和理性相結合的認識了，接下來的任務是讓學生更深入地認識和使用單片機內部豐富的功能模塊，并把霓虹燈控制系統做得更加實用而且富于變化。

第二層次，即全面認識單片機，拓展系統功能。在本案例中，可以拓展的功能有增加按鍵功能、實現二極管的漸亮漸滅（采用燈泡效果更好）、外加存儲器實現掉電保存等等。軟件方面涉及定時器延時、查表指令、按鍵軟件去抖動、鍵盤掃描、軟啟動軟關斷、通信接口等功能。當這些功能都實現之后，單片機的大部分常用指令和功能都已經掌握了，學生也入門了。

第三層次，進行以完成某個單片機最小系統為任務的連續實訓，目的在于強化學生對單片機常用功能模塊和指令的靈活應用，它以實際生產生活的單片機系統為對象，以產品化為設計要求。包括系統的圖紙設計、印刷電路板制作調試、軟件編寫等。可以選用包括鍵盤輸入、數碼管顯示、驅動大功率器件等功能的小系統作為案例。比如，全自動洗衣機、智能電風扇等。在這個過程中，要注意程序的完整性和可讀性，尤其要注意軟硬件電路設計的可靠性。

教學改革的配套措施

首先，編寫以三個教學層次案例為主體的教材，高職學生需要有血有肉的活生生的教材，這樣才能支撐實踐教學。

其次，配備人手一套的微機和單片機實驗箱或實驗板。在實施第三層次教學時，每個或每組學生自己設計、焊接、調試硬件電路，軟件調試時盡量配備單片機仿真器。只有教材和實驗設備配齊了，教學改革才能順利開展并收到良好的效果。

按照“實踐優先，理論夠用，交叉互動”的指導思想進行教學探索的核心是讓學生帶著問題去學習，帶著興趣去思考，通過書本解決問題，通過實踐驗證答案。案例教學的本質就是讓學生學習有目的，思考有動力，實踐有載體。實踐證明，案例教學這種方法具有良好的教學效果。

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作者簡介：

金珍珍（1982—），女，浙江臺州人，臺州職業技術學院助教，安徽大學電子與通信工程在職研究生，研究方向為單片機智能控制、電子技術應用。