《單片機原理與接口技術》課堂教學探討

　　摘 要： 《單片機原理與接口技術》是一門理論性與實踐性均很強的學科電子信息技術及自動化類專業的核心專業課程。它對培養學生的工程思維能力和解決問題的能力具有重要作用。為了提高教學質量，作者結合高職學生和本課程的特點，從教學內容、教學方法和教學手段等方面進行深入探討，同時采用相應的實例予以說明。
　　關鍵詞： 《單片機原理與接口技術》 教學內容 教學方法 教學手段
　　《單片機原理與接口技術》是電子信息技術及自動化類專業的核心專業課程，是一門理論性與實踐性均很強的學科，它對培養學生的工程思維能力和解決問題的能力具有重要作用。傳統的教學和單片機教材都過分重視知識體系的演繹和推理，而在學習單片機時概念枯澀難懂，缺乏形象化的語言，無法從學習中找到與現實生活的結合點，因而大多數學生對單片機課程產生了畏懼心理，影響了學習的積極性。因此，為使學生更好地掌握《單片機原理與接口技術》這門課程，對單片機課程進行教學改革是十分必要的。
　　一、《單片機原理與接口技術》教學內容的選取
　　在單片機原理與接口技術這門課中，筆者首先以單片機考證的要求為導向選取相應的教學內容，同時在授課中根據大學生電子設計競賽的要求和學生的學習情況進行適當調整。筆者的最終目的是通過本課程的學習，使學生系統地掌握匯編語言的編程方法和C語言在這個領域的運用，掌握單片機的基本原理、接口和應用技術。筆者所用的單片機是8051系列，原因是筆者認為雖然其他系列單片機擁有著各自獨特的優勢和誘人的市場前景，但是51系列單片機借助廣泛的工程應用背景和眾多公司的不斷改進仍然會是市場上不可或缺的一款主流系列［１］。
　　當前為了單片機原理與接口技術而設計的實驗項目數量眾多，為了方便教與學，筆者只是選取流水燈實驗、十字路交通信號燈實驗、鍵盤與數碼管顯示實驗、液晶顯示屏顯示實驗、信號發生器和數字溫度計實驗、串行片外存儲器擴展實驗（I２C接口）等幾個重要而經典的實驗。之所以選取以上實驗是因為以上實驗具有代表性和易結合性。例如單片機原理與接口技術這門課程的一些基本內容如：單片機的I/O口、內部的程序和數據存儲器、單片機的指令和匯編程序的編寫、定時和計數器、中斷控制，這些都可以通過流水燈實驗根據不同的要求，編寫不同程序得以體現出來。以上這些實驗都可以覆蓋這些基本和常用的單片機原理與接口技術。在有限的時間內面對大部分學生將以上幾個實驗在課堂上講解清楚已經足夠，但是這并不意味著就已經完全掌握了單片機原理與接口技術這門課的所有內容。事實上，有一些優秀的課外書籍上的內容值得向學生推薦，如《51單片機應用實例詳解》、《新概念51單片機C語言教程》等書，這些書對于學生鍛煉自己在這方能的能力和增長自己的見識非常重要。
　　其次，適當增加單片機軟件開發平臺KeilμVision和Proteus仿真軟件的講解。在教學內容上，除了講解單片機匯編語言，還以KeilμVision為開發平臺，講解C51的開發流程。同時在實驗課上還引入Proteus仿真軟件來做單片機的仿真分析和設計。
　　最后，適當增加32位嵌入式系統應用的相關知識。從技術上考慮，目前所講授的MCS-51單片機定位在低端產品應用，而中高端的產品幾乎全部是32位嵌入式系統應用，在這樣的背景下，只講8位的系統是無法滿足未來技術發展要求的，也不利于學生的就業選擇［２］。由于課時數限制，僅對32位嵌入式系統的基本技術做一個概括講解，選擇ARM9作為對象。
　　二、綜合運用多種教學方法
　　在單片機原理與接口技術這門課程上，傳統的教學是按循序漸進的方式進行的。這樣的教學方法有助于學生理解和掌握單片機原理與接口技術這門課的基本原理和一般設計方法，同時也有利于教學的進行。但是由于單片機原理與接口技術這門課程的抽象性和應用性等特點，傳統的教學方法難以取得較好的效果。表現在：有較多的學生因這門課的抽象性而產生厭學情緒，放棄了對這門課的學習；還有就是因為這門課的知識點內容較多，而有些學生又不去總結歸納，以致學了后面的知識就忘記了前面所學，到最后學完這門課程也只是學了個大概。
　　針對以上的現象，國內外眾多教育專家轉變教學觀念，改變傳統的教學方法，采用項目式導向法教學，取得了較好的效果。這種項目式導向法將單片機原理與接口技術這門課的基礎知識和一般的設計方法融入幾個設計好的實踐項目中，以項目完成能力訓練為中心，中間穿插必要的理論知識，在動手實驗完成項目的同時學到這門課所要求掌握的知識。這樣解決了傳統教學方法由于這門課的抽象性和實用性導致學生厭學和學不好的情況，同時還加強了與實際生產過程的聯系，促進了學生面向社會的職業能力的提升［３］。不過這種針對某一知識點而設計一個項目任務的教學方法的教學效果并不十分好，原因在于教師在教學中難以一一開展，學生疲于應付。筆者覺得應該將傳統循序漸進的教學方法和項目式導向法結合起來。例如在開始本門課程時，通過引入流水燈實驗，緊接著按照循序漸進的教學方法講述在這個實驗中涉及的單片機知識。這個實驗基本上可以覆蓋單片機的大部分基礎知識，學生不僅可以熟悉這個實驗，而且每次又可以學到新的知識。
　　筆者還在本課程教學中采用啟發式教學和討論式教學。啟發式教學是在尊重學生主體性的基礎上，教師通過引導和啟發，達到使學生獲取知識和能力的目的。在課堂上或實驗課上，留一些時間，甚至專門選一個時間給學生討論和提問，引導學生主動思考，讓學生帶著問題上課，激發他們的求知欲。而討論式教學則是在教師的指導下，一開始學生就以小組為單位，圍繞某個問題或者任務，各抒己見，通過討論或辯論活動，獲得知識和鞏固知識的教學方法。到了本課程末尾，筆者要求這些學生小組共同合作完成一個活兩個綜合實驗，例如信號發生器和數字溫度計實驗，結合液晶顯示屏顯示實驗一起在一個單片機系統里實現。在進行這些綜合實驗任務時，筆者會引導學生進行思考，講解相關的要點，然后讓學生自己思考，在小組內討論或者小組與小組間討論，最后在實驗課和課后時間完成任務。采用這樣難度稍大的教學任務，既可以讓學生了解到什么是單片機系統開發，又方便教師挑選學生中的尖子參加相關的大學生電子設計比賽。
　　三、教學手段的探討
　　在進行以上傳統的循序漸進教學和項目式導向教學時，引入計算機輔助教學，可以增大教學中的信息量，這對于一些復雜的教學內容如時序圖等有比較好的展示性。做系統開發講解的時候，計算機輔助教學方式能夠非常直觀地向學生展示整個開發流程，有利于學生接受。
　　適當地應用計算機仿真技術，如軟件proteus、multisim仿真軟件和keil軟件。引入Proteus仿真軟件，使學生建立直觀的仿真思想。在Proteus上學生可以方便地進行電路原理圖的設計和仿真測試，觀察電路的工作狀態及軟件運行后的變化情況，這對于學生的深入學習有巨大的幫助。Keil完成單片機軟件設計調試，Proteus完成硬件設計及系統運行結果查看，極大地開拓了單片機學習的空間，降低了單片機的學習成本，增強了學習效果［２］。
　　在實驗室利用單片機實驗配套教學設備，一邊進行教學和一邊動手實驗驗證也是一個極好的方法。我院在專項經費的支持下，與南京韋福教學儀器設備公司合作，購買了單片機實驗箱和實驗教材。在實驗室進行本課程的相關實驗內容，可以調動學生的多種感官，使學生學得更快和更加容易。
　　由于學院的支持和現代通信技術的廣泛應用，筆者還通過學院提供的資源進行本課程的網絡教學。筆者要求學生在課后學習本課和完成作業的過程中遇到的問題在本課程的網絡教學上提出來，然后供學生討論，或者筆者解答。一些個人遇到的問題，還可以通過一些通訊工具，