論單片機原理及接口技術教學改革研究

　　摘 要： 單片機原理及接口技術課程是電子、電信、自動控制和機電等專業學生的一門重要的專業基礎課程，近二十年來隨著單片機的普及和發展，傳統的教學模式受到挑戰。為改革和創新單片機原理及接口技術課程的教學內容和手段，作者引入多媒體教學與傳統教學模式相結合，從教學方法、實驗室建設和實驗設備的研制等幾方面進行探索性的改革，根據學生的實際水平，在指令系統、匯編語言教學中，采用階梯式教學法，由淺入深，引導學生進行研究性學習。通過問卷調查的方式發現，大部分學生對單片機原理及接口技術課程的教學改革是認可的。
　　關鍵詞： 單片機原理及接口技術課程 存在問題 改革措施
　　
　　單片機原理及接口技術課程是電子信息科學與技術、機電一體化和機械設計制造及其自動化專業學生的必修課，但從多年來學生平時上課的表現和考試的結果，以及從學生走向工作崗位后反饋的問題來看，我校單片機原理及接口技術課程教學中存在著一些不足之處，如教學內容過于陳舊，匯編語言的教學方式過于死板，實踐的方法跟不上當今工作崗位的要求等。為響應學校升本及創建省級精品課的要求，全面提高我校的辦學質量和辦學水平，從2007年開始，我們對單片機原理及接口技術課程的教學進行了探索性的改革實踐，具體做法如下。
　　1.提出問題
　　多年來，我校的單片機原理及接口技術課程教學都是以匯編語言為主，從每屆學生考試的結果來看，學生對匯編語言部分知識的掌握比較差。對于單片機這樣的以培養學生的產品設計應用能力為主要教學目標之一的課程來說，編程語言掌握不好，學生對單片機原理的掌握可想而知。究其原因，主要是匯編語言是低級語言，僅是機器指令的簡單符號化，寄存器使用相對高級的語言，操作繁雜，并且要求學生具有一定的硬件基礎知識，顯然學生在短時間內難以完全掌握。
　　目前大多數高校的理論教學過程都是采用先基礎后應用的模式，即單片機硬件結構、指令系統、匯編語言設計、外部系統擴展、接口技術和應用系統設計，這種方法雖然思路清晰，但是存在著過于機械性的弊端，缺乏生動、直觀的實物等輔助教學手段，這樣便使學生覺得學習單片機枯燥乏味，沒有現實意義，缺乏興趣，嚴重影響了教學效果。同時，學生在實踐教學時對驗證性實驗重視不夠。當前的實踐課教學大多以單片機實驗箱為實驗平臺，而開設的也多為驗證性實驗。學生在做這類實驗時大都是用實驗指導書上已經寫好的程序資料，幾乎沒有多少同學去分析程序的流程，更不用說去研究讀懂那些代碼了。另外，對于用到電路硬件的實驗，也只是按實驗指導書要求在實驗箱上做簡單的連線，沒有一個整個系統電氣原理圖的概念，再加上實驗條件的有限，不可能每個同學都得到老師的輔導，導致學生過度追求實驗結果，而忽略了硬件連線、軟件調試等過程。
　　另外，我校的單片機原理及接口技術課程教學都是以MCS-51系列單片機為主來進行的，多年來基本沒有太大變化，實際在市場上單片機已經發展出了很多品種，即使是51系列單片機也是非常豐富的，比如：有內置看門狗的，有內置PWM的，有內置SPI的和內置A/D，/D/A，等等。但是學生們卻知道的很少。
　　2.教學改革措施
　　2.1課堂教學方法的改革
　　2.1.1多媒體教學和傳統教學模式相結合
　　隨著大學教育教學改革的深入，多媒體教學已更加廣泛地應用于各種教育教學領域。傳統教學方法是以課堂教學為主，以教師為中心進行的教學，而對單片機原理及接口技術課程這種實踐性較強的課堂教學，顯然傳統的教學方法不能充分調動學生學習的積極性，而多媒體教學方法是通過計算機技術、網絡技術、多媒體技術和現代教學方法進行的教學活動，集文字、圖像、聲音、視頻影像、動畫等各種信息于一體，教學更加形象、直觀和生動。例如通過使用豐富的網絡資源，同學們能夠了解當前有關單片機的新書訊、新技術、新信息和相關領域的內容，了解單片機應用和發展的現狀。同時在每章節的最后把網絡上具有代表性的和應用性的問題搬到課堂上，組織大家一起進行討論和分析等，能使課堂學習的基礎知識和實際應用聯系在一起。這樣就可以引導同學們學會搜集和消化網絡上的有關資源，學會查閱單片機廠家提供的芯片技術資料，為將來自己進行軟硬件設計打下基礎。
　　2.1.2在匯編語言教學中引入標準C語言
　　鑒于匯編語言不容易掌握的問題，教師在講授完單片機原理硬件結構、指令系統和匯編語言程序設計章節之后，可引入單片機標準C語言的教學內容。其內容主要包括C的基本語法、C的數據結構、C的存儲結構和C的流程控制等知識要點，并且在講解的過程中跟匯編語言作對比，理解兩者在端口和中斷等定義上的不同，使同學們在了解單片機硬件結構的基礎上，理解C的數據結構、存儲結構與單片機硬件結構的相互對應關系。另外，在學習的過程中，要讓同學們認識到C語言相對匯編語言的優點：如C語言的可讀性、可維護性好，便于維護和調試，以及代碼重用和移植，等等。采用匯編語言和C語言進行對照的教學模式，學生可以很快地在短期內掌握單片機原理應用的編程，無疑會對后期的學習有相當大的益處。
　　2.1.3引入單片機最常用的開發工具Keil C51
　　集成電路的發展使得單片機的性能不斷提高，應用領域日益廣闊，單片機編譯調試工具也在不斷完善。最常用的開發工具Keil C51是由美國KeilSoftware公司出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發系統，Keil C51軟件提供豐富的庫函數和功能強大的集成開發調試工具，全Windows界面，同時該軟件系統隨著Windows版本的更新不斷地完善，另外，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會到Keil C51生成的目標代碼效率非常高，多數語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。
　　在引入標準C語言的基礎上，為了使學生們走向社會后能夠更快適應工廠企業的單片機相關產品的開發，我們又引導同學們掌握此開發平臺的使用方法，為以后打下了一個很好的工作基礎。
　　2.2實踐性教學的改革
　　2.2.1變革傳統的實驗模式
　　我們嘗試改變傳統實驗過程中以驗證性為主的實驗模式，指導老師僅提供實驗的方向，學生根據實驗目的和要求，提前預習，自己到圖書館或者網上查閱相關資料，設計實驗方案，編寫相關的實驗程序。在實驗中遇到問題可與小組成員討論解決，最后得到實驗結果。學生應根據自己的實驗過程撰寫實驗報告，包括學生實驗中遇到的問題，以及提出的解決方案。同時教師也可以組織學生間進行交流，對各組實驗結果與報告展開分析和討論，從而提高學生的研究能力和科學實驗能力。
　　2.2.2充分利用好課外時間
　　單片機原理及接口技術課程的課外教學也是實踐教學中很重要的一個組成部分，它不僅僅是實驗教學的一個補充。事實上，大學生可以通過組織興趣小組、參與教師的科研等各種方式進行課外學習，這在很大程度上能夠激發學生的創新精神，強化他們的實踐能力，從而增強他們獨立解決實際問題的能力。另外，單片機課程任課老師也應適當地對學生課外學習予以指導，針對他們感興趣的研究方向，提供參考書目，引導學生了解最新動態，把握研究方向，與學生之間展開討論，鼓勵學生走出學校，參加各種嵌入式系統講座，參與校內外組織的各種跟單片機相關的競賽活動，開闊學生們的視野，增長他們的才干，逐步培養自己的研究能力和創新能力。
　　3.結語
　　在單片機原理及接口技術課程教學環節和實踐環節中引入新的內容和教學方法，是否提高了學生們對這門課的學習興趣、熱情和效果呢？我們設計了單片機原理課程評價調查表，來檢驗學生們對課程改革教學的認可度，分別對05級和06級共計220名學生進行了問卷調查，統計得出的結果是05級112名學生評出的分數平均得分是88.36分，06級108名學生給出的平均分是90.02分。可見通過同學們對改革后的單片機原理及接口技術課程教學的評價，該課程并非那么難學，只要采用合理的教學方法，通過多種手段，提高學生的學習興趣，就一定能夠達到好的教學效果。
　　
　　參考文獻：
　　［1］劉光斌，劉冬.單片機系數實用抗干擾技術［M］.北京：人民郵電出版社，2008.
　　［2］胡漢才.單片機原理及其接口技術［M］.北京：清華大學出版社，2010.
　　［3］張善德.微型計算機系統的設計方法和接口技術［M］.北京：人民郵電出版社，2008.
　　［4］劉樂善.微型計算機接口技術及應用［M］.武漢：華中理工大學出版社，2005.