單片機課程教學研究與實踐

孫燕琴

摘 要:單片機是許多電子類工科學生必修的一門課程,但是,學生普遍感到該課程難學。本文闡述了一種新的教學方法,以任務為教學單元,打破原有界限,不管硬件結構、指令、編程的先后順序,將各部分知識分解成一個個知識點。為了完成一個任務抽取每個部分的不同知識點,加以組合,由淺入深地引導學生,使他們的知識逐漸完善,能力逐漸提高,當所有任務完成時,已具有初步開發能力。

一、引言

20世紀80年代以來,單片機發展迅速,由于單片機具有體積小、可靠性高和價格便宜等獨特優點,現已成為工廠自動化和各控制領域的支柱產業之一。因此,職業技術學校作為以專門培養全面發展的且掌握一門專業技術為目的的技術型人才的搖籃,在學校開設的自動化、機電一體化、數控等專業中,單片機課程無疑是一門既基礎又重要的學科。然而,目前單片機教學的發展緩慢,現狀令人擔憂。因此,本文結合在教學過程中的實際例子,闡述了一種以任務為教學單元的新的教學方法。

二、教學中發現的問題

在教學過程中,學生普遍反映該課程難學,部分學生在課程過半后還沒有入門,究其原因,歸納如下:

1.先修課程基礎薄弱

單片機是一門涉及硬、軟件技術的綜合性很強的學科,除了需要具備良好的單片機專業知識外,它還要求學生必須具備數字電子技術、計算機組成原理以及模擬電子技術等方面的基礎知識。根據這一情況,開設單片機之前應先將數字電子技術、計算機組成原理和模擬電子技術等相關課程進行開設。讓學生有了相關的專業知識作為鋪墊,在以后學習單片機原理這門學科時就會很快掌握簡單的計算和原理問題。還沒見過電容、電阻,就要求學生學習單片機,這種在基礎較為薄弱的情況下,迫使學生理解,會適得其反。

2.傳統教學步驟的缺陷

傳統的單片機教學,均是以單片機的結構為主線,先講單片機的硬件結構,然后是指令、軟件編程、單片機系統的擴展和各種外圍器件的應用,最后再講一些實例。此種教學方法過于死板,模式單一,不利于學生的個性發展。因而,學生普遍感到難學。一個從未接觸過計算機結構,甚至數字電路也是剛剛接觸的學生,要理解單片機內部結構,這實在不是個容易的事。于是糊里糊涂地學完了第一部分,第二部分一開始就是尋址方式,更抽象,好多人直到學完單片機還不能理解尋址方式究竟是什么意思,然后是指令,111條指令,全部要記住,讓人望而生畏。第三部分是編程,如果說前面的東西不能理解,還能靠記憶來獲得知識的話,這部分就純是理解和掌握了。往往有的學生在課堂上對單片機每個單獨的知識點掌握得很好,一旦要設計單片機系統時就一頭霧水,更不必說編程技巧了。

3.輕視實踐課程

單片機基礎實際上是一門理論和實踐相結合的課程,然而很多教師在教學過程中,多講理論,卻輕視實踐,最后考核也是以理論考核的形式來進行,束縛了學生的創新意識和創造性能力。許多學生也反映在課堂上老師講的能聽懂,但是要在實驗室里編寫一個程序卻無從下手,從而放棄了實踐機會。導致學生對知識的理解只停留在表層概念,無法真正應用。

三、課堂教學采取的相應措施

1.激發興趣,注重理論聯系實際

從實用性角度出發,激發學生的學習興趣,排除學習單片機無用的顧慮。單片機教材中的內容理論性強,結構、指令、編程等知識的羅列讓學生不清楚該課程有何用途,在學習中表現出抵觸情緒,因此在教學過程中,多舉例聯系實際,可以調動學生的學習積極性。

例如,在學習單片機概述的過程中,我們往往籠統的介紹微機的發展,單片機的發展,單片機的用途等等,條條杠杠讓人厭煩。其實我們可以這樣來介紹:

(1)單片機就是將CPU、RAM、ROM、輸入/輸出設備做到一塊集成電路芯片中了,所以就稱為單片(單芯片)機。2.PC中的CPU一塊就要賣幾千塊錢,這么多東西做在一起,還不得買個天價!再說這塊芯片也得非常大了。其實單片機價格并不高,從幾元人民幣到幾十元人民幣,體積也不大,一般用40腳封裝,當然功能多一些的單片機也有引腳比較多的,如68引腳,功能少的只有10多個或20多個引腳,有的甚至只有8只引腳。為什么會這樣呢?功能有強弱,打個比方,市場上面有的組合音響一套才賣幾百塊錢,可是有的一臺功放機就要賣好幾千。

(2)另外這種芯片的生產量很大,技術也很成熟,51系列的單片機已經做了十幾年,所以價格就低了。

(3)既然如此,單片機的功能肯定不強,干嗎要學它呢?話不能這樣說,實際工作中并不是任何需要計算機的場合都要求計算機有很高的性能,一個控制電冰箱溫度的計算機難道要用PIII?應用的關鍵是看是否夠用,是否有很好的性能價格比。所以8051出來十多年,依然沒有被淘汰,還在不斷的發展中。

這樣一來,學生不但對單片機有了初步的概念,而且對他的使用場合也知道了一些,就會產生這樣的想法:原來我們生活當中也能接觸到單片機啊,原來單片機也不貴啊,我學了這個課能不能也做一個單片機用用啊……從而激發學生的學習興趣。

2.采用任務驅動教學方法

在講述知識時,以任務為教學單元,打破原有界限,不管硬件結構、指令、編程的先后順序,將各部分知識分解成一個個知識點。為了完成一個任務抽取每個部分的不同知識點,加以組合,完成第一個任務就能清楚單片機的開發過程,完成第二、三個任務,就能自己模仿性地編出自己的程序,使得學習過程是一個不斷成功地完成任務的過程。當所有任務全部完成,知識點就全學完了。即便只完成部分任務,也可以去做一些程序了——事實上并沒有必要學完全部知識才可以去做開發的。任務教學的過程與實驗緊密結合,可以把每一個任務看作是一個實驗,通過實驗、實踐來發現問題,在老師的指導下、書本的理論及自己的探索總結下解決問題,從而獲得知識和能力。實驗的目的就絕非簡單的驗證,而是學生發現、獲得知識的重要組成部分。

例如,在介紹單片機外部結構時,常用方法就是拿出一塊單片機芯片(或者示意圖),說說它有多少個引腳,每個引腳的作用,能連接什么部件等,這樣學生是聽到完忘到完。在這里,我們可以提出一個任務,要用單片機點亮一只發光二極管LED。要完成這個任務,我們要做三件事:(1)給單片機連線,使它工作。(2)接上發光二極管LED。(3)發出命令,點亮二極管。在給單片機連線和連接發光二極管的過程中,我們了解了單片機的外部結構和一些引腳的功能,在點亮二極管的過程中,我們知道了指令的作用。這樣一個任務,將前后的一些知識點結合在一起,顯得直觀易懂,學生也很快能掌握怎么去點亮一個發光二極管,在實踐課中立即就可以檢驗自己對知識的掌握程度。

四、實踐教學采取的相應措施

單片機課程實際上是一門對實踐要求很強的課程,要想深入了解單片機的編程,直至單片機的開發,都離不開實踐。只有這樣,才能提高學生分析問題、解決問題的能力,才能實現把學生培養成動手和理論相結合的技術型人才。

單片機課程實踐教學包括兩方面:一是與課程同步的上機實驗;二是課程結束后的課程設計。可設置驗證型、設計型和綜合型三個層次的實驗內容,分別在課程實驗和課程設計中完成。驗證型實驗與單片機的各個理論知識點對應,培養學生對單片機的理解,消除學生對單片機的神秘感。設計型實驗在驗證型實驗的基礎上進行,培養學生的單片機系統的設計思路,設計方法及程序的編寫。綜合型實驗強調單片機系統與相關電子技術的結合,培養學生創新能力。實驗步步深入,激發學生的學習熱情,變被動學習為主動學習。在整個教學過程中,兩者缺一不可,相輔相成,通過這兩方面循序漸進的訓練,可以使學生掌握更多的編程技巧和方法,真正幫助學生提高分析問題、解決問題的能力。

由于單片機是一門實用技術課程,因此單片機課程教學內容必須符合當前單片機的發展潮流,所使用的實驗設備必須與教學內容配套。

五、結束語

總之,在教材、教學過程的安排上不能不考慮學生的接受能力。我們在教學和學習的過程中,都應該摒棄教材的限制,做到以人的認知規律為主線,而不是以課程結構為主線。當完成第一個任務即可進行單片機的初步應用嘗試,不必學完單片機的全部知識體系。隨著任務的逐漸進行,知識逐漸完善,能力逐漸提高,所有任務完成時,已具有初步開發能力。

參考文獻:

1.何燕.淺談單片機原理在職高中的教學.2007

2.金杰.單片機應用基本功.人民郵電出版社,2009

3.馬靜等.單片機原理與應用實踐教學指導書.中國計量出版社,2004

作者單位:江蘇省宜興技師學院