单片机课程教学研究与实践

孙燕琴

摘 要:单片机是许多电子类工科学生必修的一门课程,但是,学生普遍感到该课程难学。本文阐述了一种新的教学方法,以任务为教学单元,打破原有界限,不管硬件结构、指令、编程的先后顺序,将各部分知识分解成一个个知识点。为了完成一个任务抽取每个部分的不同知识点,加以组合,由浅入深地引导学生,使他们的知识逐渐完善,能力逐渐提高,当所有任务完成时,已具有初步开发能力。

一、引言

20世纪80年代以来,单片机发展迅速,由于单片机具有体积小、可靠性高和价格便宜等独特优点,现已成为工厂自动化和各控制领域的支柱产业之一。因此,职业技术学校作为以专门培养全面发展的且掌握一门专业技术为目的的技术型人才的摇篮,在学校开设的自动化、机电一体化、数控等专业中,单片机课程无疑是一门既基础又重要的学科。然而,目前单片机教学的发展缓慢,现状令人担忧。因此,本文结合在教学过程中的实际例子,阐述了一种以任务为教学单元的新的教学方法。

二、教学中发现的问题

在教学过程中,学生普遍反映该课程难学,部分学生在课程过半后还没有入门,究其原因,归纳如下:

1.先修课程基础薄弱

单片机是一门涉及硬、软件技术的综合性很强的学科,除了需要具备良好的单片机专业知识外,它还要求学生必须具备数字电子技术、计算机组成原理以及模拟电子技术等方面的基础知识。根据这一情况,开设单片机之前应先将数字电子技术、计算机组成原理和模拟电子技术等相关课程进行开设。让学生有了相关的专业知识作为铺垫,在以后学习单片机原理这门学科时就会很快掌握简单的计算和原理问题。还没见过电容、电阻,就要求学生学习单片机,这种在基础较为薄弱的情况下,迫使学生理解,会适得其反。

2.传统教学步骤的缺陷

传统的单片机教学,均是以单片机的结构为主线,先讲单片机的硬件结构,然后是指令、软件编程、单片机系统的扩展和各种外围器件的应用,最后再讲一些实例。此种教学方法过于死板,模式单一,不利于学生的个性发展。因而,学生普遍感到难学。一个从未接触过计算机结构,甚至数字电路也是刚刚接触的学生,要理解单片机内部结构,这实在不是个容易的事。于是糊里糊涂地学完了第一部分,第二部分一开始就是寻址方式,更抽象,好多人直到学完单片机还不能理解寻址方式究竟是什么意思,然后是指令,111条指令,全部要记住,让人望而生畏。第三部分是编程,如果说前面的东西不能理解,还能靠记忆来获得知识的话,这部分就纯是理解和掌握了。往往有的学生在课堂上对单片机每个单独的知识点掌握得很好,一旦要设计单片机系统时就一头雾水,更不必说编程技巧了。

3.轻视实践课程

单片机基础实际上是一门理论和实践相结合的课程,然而很多教师在教学过程中,多讲理论,却轻视实践,最后考核也是以理论考核的形式来进行,束缚了学生的创新意识和创造性能力。许多学生也反映在课堂上老师讲的能听懂,但是要在实验室里编写一个程序却无从下手,从而放弃了实践机会。导致学生对知识的理解只停留在表层概念,无法真正应用。

三、课堂教学采取的相应措施

1.激发兴趣,注重理论联系实际

从实用性角度出发,激发学生的学习兴趣,排除学习单片机无用的顾虑。单片机教材中的内容理论性强,结构、指令、编程等知识的罗列让学生不清楚该课程有何用途,在学习中表现出抵触情绪,因此在教学过程中,多举例联系实际,可以调动学生的学习积极性。

例如,在学习单片机概述的过程中,我们往往笼统的介绍微机的发展,单片机的发展,单片机的用途等等,条条杠杠让人厌烦。其实我们可以这样来介绍:

(1)单片机就是将CPU、RAM、ROM、输入/输出设备做到一块集成电路芯片中了,所以就称为单片(单芯片)机。2.PC中的CPU一块就要卖几千块钱,这么多东西做在一起,还不得买个天价!再说这块芯片也得非常大了。其实单片机价格并不高,从几元人民币到几十元人民币,体积也不大,一般用40脚封装,当然功能多一些的单片机也有引脚比较多的,如68引脚,功能少的只有10多个或20多个引脚,有的甚至只有8只引脚。为什么会这样呢?功能有强弱,打个比方,市场上面有的组合音响一套才卖几百块钱,可是有的一台功放机就要卖好几千。

(2)另外这种芯片的生产量很大,技术也很成熟,51系列的单片机已经做了十几年,所以价格就低了。

(3)既然如此,单片机的功能肯定不强,干吗要学它呢?话不能这样说,实际工作中并不是任何需要计算机的场合都要求计算机有很高的性能,一个控制电冰箱温度的计算机难道要用PIII?应用的关键是看是否够用,是否有很好的性能价格比。所以8051出来十多年,依然没有被淘汰,还在不断的发展中。

这样一来,学生不但对单片机有了初步的概念,而且对他的使用场合也知道了一些,就会产生这样的想法:原来我们生活当中也能接触到单片机啊,原来单片机也不贵啊,我学了这个课能不能也做一个单片机用用啊……从而激发学生的学习兴趣。

2.采用任务驱动教学方法

在讲述知识时,以任务为教学单元,打破原有界限,不管硬件结构、指令、编程的先后顺序,将各部分知识分解成一个个知识点。为了完成一个任务抽取每个部分的不同知识点,加以组合,完成第一个任务就能清楚单片机的开发过程,完成第二、三个任务,就能自己模仿性地编出自己的程序,使得学习过程是一个不断成功地完成任务的过程。当所有任务全部完成,知识点就全学完了。即便只完成部分任务,也可以去做一些程序了——事实上并没有必要学完全部知识才可以去做开发的。任务教学的过程与实验紧密结合,可以把每一个任务看作是一个实验,通过实验、实践来发现问题,在老师的指导下、书本的理论及自己的探索总结下解决问题,从而获得知识和能力。实验的目的就绝非简单的验证,而是学生发现、获得知识的重要组成部分。

例如,在介绍单片机外部结构时,常用方法就是拿出一块单片机芯片(或者示意图),说说它有多少个引脚,每个引脚的作用,能连接什么部件等,这样学生是听到完忘到完。在这里,我们可以提出一个任务,要用单片机点亮一只发光二极管LED。要完成这个任务,我们要做三件事:(1)给单片机连线,使它工作。(2)接上发光二极管LED。(3)发出命令,点亮二极管。在给单片机连线和连接发光二极管的过程中,我们了解了单片机的外部结构和一些引脚的功能,在点亮二极管的过程中,我们知道了指令的作用。这样一个任务,将前后的一些知识点结合在一起,显得直观易懂,学生也很快能掌握怎么去点亮一个发光二极管,在实践课中立即就可以检验自己对知识的掌握程度。

四、实践教学采取的相应措施

单片机课程实际上是一门对实践要求很强的课程,要想深入了解单片机的编程,直至单片机的开发,都离不开实践。只有这样,才能提高学生分析问题、解决问题的能力,才能实现把学生培养成动手和理论相结合的技术型人才。

单片机课程实践教学包括两方面:一是与课程同步的上机实验;二是课程结束后的课程设计。可设置验证型、设计型和综合型三个层次的实验内容,分别在课程实验和课程设计中完成。验证型实验与单片机的各个理论知识点对应,培养学生对单片机的理解,消除学生对单片机的神秘感。设计型实验在验证型实验的基础上进行,培养学生的单片机系统的设计思路,设计方法及程序的编写。综合型实验强调单片机系统与相关电子技术的结合,培养学生创新能力。实验步步深入,激发学生的学习热情,变被动学习为主动学习。在整个教学过程中,两者缺一不可,相辅相成,通过这两方面循序渐进的训练,可以使学生掌握更多的编程技巧和方法,真正帮助学生提高分析问题、解决问题的能力。

由于单片机是一门实用技术课程,因此单片机课程教学内容必须符合当前单片机的发展潮流,所使用的实验设备必须与教学内容配套。

五、结束语

总之,在教材、教学过程的安排上不能不考虑学生的接受能力。我们在教学和学习的过程中,都应该摒弃教材的限制,做到以人的认知规律为主线,而不是以课程结构为主线。当完成第一个任务即可进行单片机的初步应用尝试,不必学完单片机的全部知识体系。随着任务的逐渐进行,知识逐渐完善,能力逐渐提高,所有任务完成时,已具有初步开发能力。

参考文献:

1.何燕.浅谈单片机原理在职高中的教学.2007

2.金杰.单片机应用基本功.人民邮电出版社,2009

3.马静等.单片机原理与应用实践教学指导书.中国计量出版社,2004

作者单位:江苏省宜兴技师学院