基于应用型人才培养的单片机原理教学改革研究

吴全玉,陈 杰

(皖西学院机械与电子工程学院,安徽六安237012)

基于应用型人才培养的单片机原理教学改革研究

吴全玉,陈 杰

(皖西学院机械与电子工程学院,安徽六安237012)

单片机原理课程对于电子、电信、计算机和自动控制等专业的学生来说是一门重要的专业基础课程,但由于长期以来大都采用传统的教学模式,缺乏一定的改革和创新,导致单片机原理课程的教学内容和手段都显得陈旧。针对这种状况,我们引入多媒体教学和传统教学模式相结合、汇编语言教学中引入标准C语言、学生研究性学习项目立项和Keil C51等几方面来进行探索性的改革,通过问卷调查的方式发现,大部分学生对单片机原理的教学改革是认可的。

单片机原理;教学改革;多媒体教学;标准C语言;Keil C51

单片机原理课程是电子信息科学与技术、机械设计制造及其自动化专业学生的必修课,但从多年学生平时上课的表现和考试的结果,以及从学生走向工作岗位的问题反馈来看,我校的单片机原理课程教学当中存在着一些不足之处。如教学内容过于陈旧,汇编语言的教学方式过于死板,实践的方法跟不上当今工作岗位的要求等。为响应学校创建省级示范应用型本科院校的要求,全面提高我校的办学质量和办学水平,在2008年,我们对实用性较强的专业技术课单片机原理的教学进行了探索性的改革实践。

1 课程教学存在的问题

多年来,我们的单片机原理课程教学都是以汇编语言为主,从每届学生考试的结果来看,学生对汇编语言部分知识的掌握比较差。对于单片机这样的以培养学生的产品设计应用能力为主要教学目标之一的课程来说,编程语言掌握不好,学生对单片机原理的掌握可想而知。究其原因,主要是汇编语言是低级语言,仅是机器指令的简单符号化,寄存器使用相对高级语言操作繁杂,并且要求学生具有一定的硬件基础知识,显然学生在短时间内难以完全掌握。

目前大多数高校的理论教学过程都是采用先基础后应用的模式[1],即单片机硬件结构、指令系统、汇编语言设计、外部系统扩展、接口技术和应用系统设计,这种方法虽然思路清晰,但是存在着过于机械性的弊端,缺乏生动、直观的实物等辅助教学手段,这样便使学生觉得学习单片机枯燥乏味,没有现实意义,缺乏兴趣,严重影响了教学效果。实践教学上形式单一且重视不够。当前的实践课教学大多以单片机实验箱为实验平台,而开设的也多为验证性实验。观察中我们不难发现,学生在做实验时大都是用实验指导书上已经写好的程序资料,几乎没有多少同学去分析程序的流程,更不用说去研究读懂那些代码了。另外,对于用到电路硬件的实验,也只是按实验指导书要求在实验箱上做简单的连线,没有一个整体的电气原理图概念,再加上实验条件的有限,不可能每个同学都能得到老师的辅导。导致学生过度追求实验结果,而忽略了硬件设计、软件调试等过程。

另外,我们的单片机教学都是以8031或MCS-51为例来进行的,多年来基本没有变化,实际在市场上单片机已经发展出了很多品种,即使是51系列的单片机也是非常丰富的。比如:有内置看门狗的,有内置PWM的,有内置 SPI的和内置A/D、/D/A的等等。但是学生们却知道的很少。

2 课堂教学改革

2.1 多媒体教学和传统教学模式相结合

随着大学教育教学改革的深入,多媒体教学将更加广泛地应用于各种教育教学领域[2]。传统教学方法是以课堂教学为主,以教师为中心进行的教学,而对单片机原理课程这种实践性较强的课堂教学,显然传统的教学方法不能充分调动学生学习的积极性,而多媒体教学方法是通过计算机技术、网络技术、多媒体技术和现代教学方法进行的教学活动,集文字、图像、声音、视频影像、动画等各种信息于一体[3],教学更加形象、直观和生动。例如通过使用丰富的网络资源,同学们能够了解当前有关单片机的新书讯、新技术、新信息和相关领域的内容,了解单片机应用和发展的现状。同时在每章节的最后把网络上具有代表性的和应用性的问题搬到课堂上,组织大家一起进行讨论和分析等,能使课堂学习的基础知识和实际应用联系在一起。这样就可以引导同学们学会搜集和消化网络上的有关资源,学会查阅单片机厂家提供的芯片技术资料,为将来自己进行软硬件设计打下基础。

2.2 在汇编语言教学中引入标准C语言

鉴于汇编语言不容易掌握,教师在讲授完单片机原理硬件结构、指令系统和汇编语言程序设计章节之后,可引入单片机标准C语言的教学内容。其内容主要包括C的基本语法、C的数据结构、C的存储结构和C的流程控制等知识要点,并且在讲解的过程中跟汇编语言作对比,理解两者在端口和中断等定义上的不同,同学们在了解单片机硬件结构的基础上,理解C的数据结构、存储结构与单片机硬件结构的相互对应关系。另外,在学习的过程中,要让同学们认识到C语言相对汇编语言的优点:如C语言的可读性、可维护性好,便于维护和调试以及代码重用和移植等。

这样以采用汇编语言和C语言进行对照的教学模式,学生可以很快地在短期内掌握单片机原理应用的编程,无疑会对后期的学习有相当大的益处。

2.3 引入单片机最常用的开发工具Keil C51

集成电路的发展使得单片机的性能不断提高,应用领域日益广阔,单片机编译调试工具也在不断完善。最常用的开发工具Keil C51是由美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统,Keil C51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具,全Window s界面,同时该软件系统随着Window s版本的更新不断地完善,另外重要的一点,只要看一下编译后生成的汇编代码,就能体会到Keil C51生成的目标代码效率非常高,多数语句生成的汇编代码很紧凑,容易理解。图1为操作的软件系统界面图,窗口标题栏下紧接着是菜单栏,菜单栏下面是工具栏,工具栏下面的左边是项目管理器窗口,在该窗口既可以查看项目的文件情况,也可以查看程序执行时寄存器的实时值。在管理器窗口的右边是编辑窗口,它的下面是命令窗口和各种输出信息窗口,对于这些窗口可以通过视图菜单(View)下面的命令打开或关闭。

图1 Keil C51软件系统界面图

在引入标准C语言的基础上,为了大学生们走向社会后,能够更快适应工厂企业的单片机相关产品的开发,我们又引导同学们掌握此开发平台的使用方法,这样为在以后打下一个很好的工作基础。

3 实践教学改革

3.1 变革传统的实验模式

我们尝试改变传统实验过程中以验证性为主的实验模式,指导教师仅提供实验的方向,学生根据实验目的和要求,提前预习,自己到图书馆或者网上查阅相关资料,设计实验方案,编写相关的实验程序。在实验中遇到问题可与小组成员讨论解决,最后得到实验结果。学生应根据自己的实验过程撰写实验报告,包括学生实验中遇到的问题,以及提出的解决方案。同时教师也可以组织学生间进行交流,对各组实验结果与报告展开分析和讨论[4],从而提高大学生的研究能力和科学实验能力。

3.2 充分利用好课外时间

单片机原理课程的课外教学也是实践教学中很重要的一个组成部分,它不仅仅是实验教学的一个补充[5]。事实上,大学生可以通过组织兴趣小组、参与教师的科研等各种方式进行课外学习,例如我校团委和科技处组织学生申报的研究性学习项目,在很大程度上激发了部分学生的创新精神,强化了他们的实践能力,从而增强了他们独立解决实际问题的能力。另外,单片机课程任课老师也适当地对学生课外学习予以指导,针对他们感兴趣的研究方向,提供参考书目,引导学生了解最新动态,把握研究方向,与学生之间展开讨论,鼓励学生走出学校,参加各种嵌入式系统讲座,参与校内外组织的各种跟单片机相关的竞赛活动,开阔学生们的视野,增长他们的才干,逐步培养自己的研究能力和创新能力。

表1 单片机原理课程评价调查表

4 结论

在单片机课程教学环节和实践环节中引入新的内容和教学方法,是否提高了学生们对这门课的学习兴趣和热情呢,我们设计了如表1所示的单片机原理课程评价调查表,来检验学生们对课程改革教学的认可度,分别对05级和06级共计280名学生进行了问卷调查,统计得出的结果是05级122名学生评出的分数平均得分88.36分,06级158名学生给出的平均分是90.02分。可见通过同学们对改革后的单片机原理课程教学的评价,其课程并非那么难学,只要我们采用合理的教学方法,通过多种手段,提高学生的学习兴趣,就一定能够达到好的教学效果。

[1]赵天翔,肖寒鹏.对单片机教学改革的探讨[J].新西部,2008,(14):162.

[2]王青萍.《单片机原理及接口技术》课程教学问题及解决方法初探[J].湖北第二师范学院学报,2008,25(8):132-134.

[3]鲍立宁.浅谈高校多媒体教学中存在的误区及对策[J].皖西学院学报,2006,22(5):147-148.

[4]胡方强,牟峰.单片机课程教学改革与探索[J].中国集体经济,2008,(6):186.

[5]刘健.实施研究性教学,培养大学生的创新能力[J].北京市财贸管理干部学院学报,2006,22(2):43-45,42.

Reform Teaching Principle and Application of MCU Based on Training Applied Talents

WU Quan-yu ,CHEN J ie
( College of Mechanical and Elect ronical Engi neering ,West Anhui Uni versty,Lu’an 237012,China)

The principle of single-chip is an important professional basic course of the students , such as major in elect ronics , telecommunications ,computers and automatic cont rol. However ,we had used a t raditional mode of teaching for a long time ,and lack of reform or innovation ,and then the teaching content s and means were out of date. In order to improve the quality of teaching ,we adopted to multi-media and traditional model combining teaching ,and teaching of assembly language with standard C ,in the same time ,we int roduced our student s to research assistant project and used Keil C51 sof tware. Finally, the result s were good by the scores of our students’answer table.

pprinciple of single-chip ;teaching reform;multi-media teaching ; standard C; Keil C51

TP368.1

A

1009-9735(2010)05-0052-03

2010-04-25

吴全玉(1977-),男,安徽砀山人,在读博士生,研究方向:嵌入式系统的应用、信号处理与无线传感器网络。