单片机教学改革的思考与探索

齐志艺　吴曼荔

[摘要]目前国内院校应用电子技术、信息工程类等专业均将《单片机原理及应用》课程作为一门重要的专业课。用人单位大都要求学生具备单片机应用能力,它是学生将来在电子类公司或电子行业工作的最基本的技能。

[关键词]单片机实训教学教学探索

中图分类号:G43文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)0710171-01

一、单片机教学存在的主要问题

单片机实训课程仍停留在验证型,利用动辄上万的实验设备做些验证型的实验,缺少创新思维过程,不仅无法积累解决实际问题的经验,而且享受不到创新的成就感。目前比较流行的单片机的片内存储器的容量在一般情况下已经足够了,且与传统教材介绍的8031、8051完全兼容。其次实训内容全班统一,虽然考核标准能够公平统一,但有些学生可以轻松完成,有些学生还可能无从下手,无法做到因材施教。且缺少过程的监督考核,可能有些学生最终是通过抄袭完成任务,无法通过分数确定学生能力的掌握情况。这种教学体系的不足之处在于:(1)以讲解大量的原理来引导学生入门,不仅使学生理解困难,而且感觉枯燥乏味;(2)教学过程中以单片机原理为核心,其应用只是点缀,造成学生应用能力的培养不足;(3)软硬件介绍分离,对单片机软硬件结合的系统设计方法强调不够,这使得学生在构建实际的单片机应用系统时缺少系统化的思路。

二、教学改革的有效途径探索

(一)教学方法的改革

1.采用任务驱动式教学法。为更好的培养学生分析问题解决问题的能力,使学生熟练掌握单片机应用系统开发、调试的技能,我们在本课程中采用了任务驱动式教学方法。例如在讲到并行口时给学生布置了8位LED流水灯这个小项目,通过这个项目学生可以掌握P0口的结构,驱动LED灯点亮的方法和循环指令等基本知识。完成这个任务后,可以继续要求学生将原来的亮点流动改为暗点流动,再改变流动方向和流动花样,这样随着任务难度的逐步加大,学生的好奇心更强,不断地尝试完成这些任务,在这一过程中就由被动的接受知识变为主动探索解决问题,也达到了灵活掌握指令的目的。

2.采用教、学、做一体化教学模式。为了配合任务驱动式教学法,使学生在学习的过程中培养实际工作能力,我们在教学中采用了教、学、做一体化的课程组织模式。学生通过亲自动手完成任务,能够深刻理解单片机内部结构和掌握编程技巧,这远比听老师讲看老师做效果好得多。充分利用现代教育技术和实验实训条件,事先给每个学生准备好能实现所有项目任务的实训用户板零件,学生自己安装实训用户板。在项目任务的教学实施过程中,将课堂搬到实验室,教师先围绕单片机功能模块的应用和需要解决实际工程问题,介绍有关背景知识和项目任务要求,给出解决方案,并分析相关程序,学生在此基础上,建立任务项目,加入程序,编译、调试、下载、运行,实现任务要求,从而全面了解单片机的开发过程。

(二)教学内容的调整

1.以C51编程训练为主。过去的单片机课程教学均要求学生掌握单片机指令系统和汇编语言编程,这样做虽然有利于学生掌握单片机内部结构和编程方法,但是由于汇编语言可移植性差,开发效率低,所以在实际工程应用中大多使用C语言进行系统开发。用C语言进行单片机程序设计是单片机开发与应用的必然趋势。单片机开发人员应该掌握C语言编程。为此我们将C51直接引入《单片机原理及应用》课程的教学中,从学生接触单片机之初,就引导学生用C语言编程,熟悉C语言的应用。同时为适应部分同学学习汇编语言的需求,在开始阶段,对一些简单的项目任务,也给出汇编语言程序。

2.注重引入单片机应用新技术。单片机应用系统的硬件设计是越简洁越好,近年来51系列单片机快速发展,不断出现新的机型和新的接口电路。为适应单片机技术的发展,在教学中不断向学生强调合理选择单片机重于系统扩展的思想,尽量多介绍各种不同配置的51系列单片机的片内资源情况。特别是在教学内容中引入了高档51单片机SILICON的C8051F系列SOC嵌入式处理器,开阔学生视野引导学生不断跟踪技术的发展。削减系统扩展中的部分陈旧内容,以介绍串行总线扩展技术和新型的串行扩展接口芯片为主。

3.修订教学大纲。按照任务驱动式教学和教、学、做一体化的思路重新修订了课程教学大纲。将整个教学环节分为基础部分和应用部分。基础部分主要以讲解单片机基本知识为主。用24个学时完成,其中包括课堂教学20学时,其中4学时在实验室组织教学,另有上机实验4学时。应用部分分为5个专题,每个专题根据具体情况设计若干个项目任务,在教学中先提出技术问题,给出解决问题的方法;再讲授单片机有关模块的功能和使用方法;最后教师提出修改了的任务要求。学生边学、边做、边练。

(三)改进单片机实训课程内容

通过对以上内容的思考,我院对单片机实训课程做了不少改进,主要内容是每组焊接制作一块单片机开发板,并在此基础上完成一项具有实际应用背景的课题。具体环节介绍如下:

1.分组:每班按学号次序2人/组指定分组,不允许自由组合,主要从就业角度考虑,今后在岗位上是没资格挑选同事的,另外也能培养学生的团结协作能力。

2.焊接练习:大多数学生在以前的电子类课程中已经具备了焊接的基本经验,在这个实训环节每位同学先焊接20个电阻,既可作为后面焊接开发板热身,同时也可检验一下学生焊接元器件的能力,发现不足可即时补课,使其务必满足实训中焊接开发板的要求。

3.焊接开发板:每组发放一套开发板套件,按规定工序焊接元器件,特别应提醒学生注意发光二极管、电容等元器件的方向。

三、明确课题要求和考核步骤

步骤1:确定软硬件设计方案,大多数课题只需在开发板上完成,硬件部分涉及较少,少数课题的要求比较高,涉及到传感器、液晶显示器、电机等I/O接口电路的设计。为方便学生查阅相关资料,在实训室提供两台连接外网的计算机供同学使用,实践结果表明效果很好,没人在这两台计算机上做无关的事,基本能做到查到后就把资料存储到自己的U盘带走,利用效率比较高。

步骤2:完成硬件电路图设计和软件流程图设计;教师帮助修改并确定硬件电路图的设计方案,学生要对软件流程图做完整说明,教师帮助学生查看是否存在逻辑错误。

步骤3:涉及硬件外围电路的设计方案通过后发放外围电路器件,根据软件流程图编程、调试。

以上每个步骤都必须与指导教师充分交流探讨后方可进行下一步。虽然教师的辅导工作量很大,但可以从过程上很好地把握学生的完成情况,也使绝大多数同学能够完成课题的目标得到保障。同时鼓励学生之间的交流探讨和帮助,由于单片机的应用范围很广,完成某一个课题涉及的面较窄,交流可使大多数学生能了解其它方向的应用情况。另外可减轻教师辅导的压力,有些学生面对老师可能有些胆怯,请教同学可能会轻松一些。

步骤4:以答辩方式进行验收考核。这样既可以杜绝滥竽充数的现象,也可给学生一定的压力,让一些平时不太努力的学生在这个环节真正地学到一些东西,另外也可区分同组成员的优劣。实训成绩将主要根据学生对待实训的态度、开发板的焊接水平、流程图的正确完整、程序编写的规范程度和与流程图是否相符、实训报告的内容等方面进行综合评定。