基于微課的單片機指令教學改革研究和實踐

李冬英，李夢奇，徐　勇

基于微課的單片機指令教學改革研究和實踐

李冬英，李夢奇，徐勇

（邵陽學院 機械與能源工程系，湖南 邵陽422004）

單片機指令系統具有功能強、指令多、內容復雜等特點，因而在教學中常常出現初學者難以理解和記憶的問題。本文基于微課體現的“短、小、精、趣”特征，根據教學內容，將一節課劃分為10分鐘左右的4～5個單元，進行單片機指令微課教學內容重構和教學系統設計，并在課堂教學中實施，課堂效果顯著。

微課；單片機；指令系統；教學方法

單片機廣泛應用在智能儀器儀表、家用電器、自動控制、工業自動化、通信、機械電子、汽車電子設備等領域。《單片機原理及應用》作為工科類專業重要的專業基礎課，是一門實踐性非常強的課程，也是很多其它課程的先修課程。在機電一體化專業的培養體系及專業學習中占據著非常重要的地位。要做好《單片機原理及應用》課程的教學，其中單片機指令系統的教學占據著舉足輕重的地位，直接影響到學生對單片機的編程及其實際應用系統的設計。因此，找到一種針對單片機指令系統的先進教學，對培養學生課程學習的能力以及解決實際工程問題的能力具有重要意義。

1　單片機指令系統的特點

單片機是單片微型計算機的簡稱，是微型計算機發展的一個重要分支。雖然目前各種高級單片機新產品層出不窮，但源自Intel公司的MCS-51系列單片機因具有應用最廣、技術最成熟等特點，仍然占據可觀的市場份額。國內各類高等院校在開設《單片機原理及應用》專業基礎課程時，單片機指令是一個重要的教學內容。單片機指令系統具有以下幾個特點：

（1）控制功能強：具有豐富的控制指令，如條件分支轉移指令、I/O口的邏輯操作指令、位處理指令等。

（2）指令繁多：8051的指令系統由111條指令組成。如果按字節數分類，有49條單字節指令、46條雙字節指令和16條三字節指令，以單字節指令為主；如果按照指令執行時間分類，有64條單周期指令、45條雙周期指令和2條四周期指令，以單周期指令為主。

（3）內容復雜，概念抽象。基于上述特點，單片機指令系統的傳統教學會讓學生感到概念抽象，內容繁雜，知識要點難以理解，為學生的學習帶來一定的難度，他們或者不能正確地理解指令的作用，或者給出指令系統中沒有定義的指令形式等等，許多學生在學習完這部分內容后，發現單片機指令還挺復雜的，就會漸漸地失去學習興趣，自然嚴重影響了課程教學效果。掌握和熟悉指令系統，能促進學生對8051硬件結構的深入理解，進而為MCS-51的高級語言編程奠定基礎，具有重要的意義。

2　單片機指令系統教學中的問題

2.1教學內容上存在的問題

目前很多單片機課程教學都以MCS-51單片機為講授對象，對于MCS-51單片機指令系統來說，共有111條指令，按功能劃分為數據傳送指令（29條）、算術運算指令（24數據傳送指令）、邏輯運算指令（24條）、控制轉移指令（17條）以及位操作指令（17條）5類。指令采用助記符表示的匯編語言指令格式如表1所示。

表1單片機匯編語言指令格式

按照課本內容排列上的講授方式介紹指令的操作功能方面在教學效果上仍然會存在一些問題，教學過程中，通過作業、實驗以及考試發現相當多的學生很容易把指令搞混淆，大部分學生對指令的理解方面存在著較多的問題，指令中目的操作數和源操作數可以以何種形式出現，完全沒有清晰的概念存在，純粹按照自己的“主觀感性主義”編程，想怎樣寫就怎樣寫，甚至隨意捏造一種新指令，用于描述自己的程序設計和實現，這種傳統的按書本內容進行的教學方式往往容易打擊學生對單片機的學習興趣和激情。

2.2教學方式方法存在的問題

單片機課程教學把培養學生動手能力作為一個重要目標來考慮，因此，跟實踐結合非常緊密，但實際上很多學校在講授單片機課程的時候，由于受到學時與實驗條件的限制，教學過程中大部分時間是講解課程的知識點，很少聯系單片機產品的開發過程及開發環境，學生主要靠實驗過程掌握有關單片機開發環境和調試過程。畢竟實驗課時非常有限，對學生來說，掌握程序設計的開發環境及調試過程比掌握程序設計的基本要素更重要，并且學生缺少程序設計的開發環境，對學習單片機指令的理論知識感到非常抽象，很容易鉆牛角尖，不能理解為什么會這樣。結果只能靠死記硬背，模模糊糊記住一些指令，印象不深刻，使用時就會琢磨不定。

因此，文章基于微課體現的短、小、精、趣等特征，根據教學內容，將一節課劃分為10min左右的4～5個單元，進行單片機指令微課教學內容重構和教學系統設計，并在課堂教學中實施，來探討MCS-51指令系統的教學方法。

3　基于微課的指令系統教學設計

3.1微課及其發展

微課是現階段的教育領域中不斷發展的新型教學模式，能夠輔助教師將教學過程有效的延伸與完善，進而促使教學目標的有效實現。微課主要包含小教學視頻以及配套的教學輔助資源，如微課件以及微教案等等。

微課要求教學活動時間短，教學目標明確，教學內容精煉。通過采用案例教學等教學策略，圍繞某個知識點而展開教學活動，學生學習起來更有針對性，微課視頻及其配套的教學輔助資源可以放置在網上，可滿足學生隨時、隨地、隨需的自主學習，提高學習效率。

3.2教學框架設計

對于指令系統的學習，本文基于微課方式圍繞指令展開，根據教學內容，將每學時45min的教學內容劃分為10min左右的4～5個單元，按照“案例——格式——說明——實例（舉例、互動）——對照——練習”的形式，進行單片機指令微課教學內容重構和教學系統設計，并在課堂教學中實施，錄制一小段微視頻，配以輔助的教學資源，提供給學生，學生可以按照自己的情況進行有針對性的預習和復習，消除知識盲點，教師也可以收集學生的反饋信息，以實現教師與學生之間的互動。

3.3教學實施

下面以《單片機原理及應用》課程指令系統的知識點教學為案例，介紹基于微課的課堂教學的設計與實施過程。

（1）微課教學內容的選取。課前筆者首先對教學內容進行分析，以便更好的進行微課課堂的設計。在單片機指令系統的教學過程中，從功能角度出發可以將111條指令分為5類：數據傳送、算術運算、邏輯運算、控制轉移和位操作。在功能分類的基礎上，通過歸類來進行記憶，給出助記符對應的英文單詞，給學生提供記憶指令的有效手段。

單片機指令系統的教學內容尋址方式與111條指令共需要6學時，其中尋址方式的教學需要1學時，5分時分別用來學習5類指令。每一類指令都有相似的符號和格式，只要能熟練理解，記憶其中5類中的30多條指令，其余指令就會觸類旁通。要熟記30多指令，基本上每類指令要記住有代表性的5～10條指令即可，下面筆者以“數據傳送類指令”為例，具體說明每類指令的教學過程設設計與方法。

（2）微課教學內容的微處理。筆者在講授數據傳送類指令時，先根據指令的助記符“MOV、MOVC、MOVX”將其劃分成三類指令，將具有相同助記符的8位數據傳送類指令MOV作為教學案例，將這類指令按操作數或操作數地址分別以＃data、A、Rn、@Ri、direct等的指令再進行分類。分別以累加器A、Rn、direct等為目的操作數分別列出所有指令來，并介紹其操作功能，如圖1和圖2所示。

圖1　以累加器A為目的數的傳送類指令

圖2　以直接尋址direct為目的數的傳送類指令

以上的9條數據傳送類指令中，分別選取在格式與結構上具有代表性的2條指令，只要求學生能掌握具有代表性的4條指令（如圖3所示）做為重點教學內容。

圖3　典型代表數據傳送類指令

表2　微課的腳本錄制設計

微課教學內容選取好后，接下來根據微課課時長短按照

“案例——格式——說明——實例（舉例、互動）——對照——練習”的形式將一堂課的教學內容分割成5～10分鐘的多個小片斷，先選取的內容作為案例切入主題，按照格式——說明——實例等的形式然后逐步推進，引發思考，最后以對照練習的路徑設計微課形式的教學片斷，每個片斷時長控制在10分鐘以內，如表2所示。

（3）微課在教學中的實施及效果。為了驗證微課在教學中的效果，筆者在兩個平行班級中分別采用傳統教學法和微課教學法進行對比。在采用傳統教學的班級中，學生的學習狀態非常被動，學習效果很差。指令常常混淆不清，就是在死記硬背的基礎上記住一些指令，通常在程序設計開發環境下，也不知道如何具體運用。在采用微課教學的班級中，相比前者學習效果明顯改善。上課時，通過短短的5～10分鐘時間記憶一小類指令，筆者通過教學平臺將微課視頻發給每個學生，讓學生看視頻進行自主學習。學生在學習過程中對微課表現出極大興趣，每位學生都認真觀看微課視頻，在短時間內容理解并記住一小類指令，而教師只需根據學生的學習情況對指令的功能進行指導說明。采用微課的形式，幾乎所有學生都輕松愉快地完成了單片機指令系統的學習。由此可見，采用微課的形式進行教學，不僅學生歡迎、提高了教學效果，也對單片機指令這類相對枯燥的教學內容有著重要的參考價值。

4　結語

理解和掌握單片機的指令系統是學習單片機原理及應用的基礎，如何快速準確記憶和掌握這些指令十分關鍵。將傳統教材中的指令按助記符分解為傳送、算術運算、邏輯運算和控制轉移類指令等5類，將助記符相同的指令放在一起進行對比學習，同時以A、direct、Rn和@Ri為目的操作數，分析并歸納出相關指令之間規律，教學過程中以微課形式，把復雜的教學內容分解成10分鐘左右的多個小片斷，以達到輕松記憶這些指令的目的。通過在多個教學班級進行教學實踐，教學效果明顯。

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Research and Practice on Teaching reform of Single Chip Microcomputer Instruction System Based on MCU

LI Dong-ying，LI Meng-qi，XU Yong
（Department of Mechanical and Energy Engineering,Shaoyang University，Shaoyang，Hunan 422004，China）

The sing1e chip computer command system has the characteristics of strong function，mu1tip1e instruction，so it is difficu1t for beginners to understand and remember the prob1ems in the teaching process.The paper bases on the“short，sma11，fine，and fun”features that micro course ref1ects，according to the teaching content，divides a c1ass into 4～5 units about 10 minutes separate1y，MCU instruction Micro-course reconstruction of content and teaching system design are imp1emented in the c1assroom teaching，and the effect is significant.

Micro-course；Sing1e-chip；Command system；Teaching method

G642

A

2095-980X（2016）03-0105-02

2016-02-18

邵陽學院教學改革課題（2014JG23）資助；湖南省學位與研究生教育教學改革研究課題（JG2014B060）資助

李冬英（1976-），女，博士，講師，主要研究方向：機電一體化系統的研究與教學。