单片机教学改革初探

2012-03-20何秋燕杜晓静

网络安全技术与应用 2012年9期

何秋燕杜晓静

镇江船艇学院计算机教研室江苏 212003

0 引言

目前，具有体积小、运行可靠、功耗低等诸多优点的各种单片机芯片在工业控制、机电一体化、智能仪表、无线通信、家用电器等领域中已经得到了广泛的应用，其使用率和普及率远远超过了其他类型的计算机。因此单片机原理及应用这门课程也已经成为高校计算机、自动化、电子信息等专业的一门重要课程。这门课程是一门理论性和实践性都很强的课程，笔者通过近几年的教学，发现在目前的单片机教学和应用中存在很多问题，严重影响了教学效果，本文将从单片机的教学现状出发，提出几点关于单片机教学改革的方案。

1 单片机的教学现状

目前，单片机课程的教学大多还是以课堂讲授为主，结合少量的实验。课堂教学手段相对单一，教学方法不够灵活，虽然有的在课程中采用了多媒体辅助教学方式，但往往仅是简单的利用多媒体投影PPT教学文件，照本宣科且播放速度较快，不利于学生记笔记和识记知识，再加上实验教学一般都是在“汇编语言程序设计”讲完之后才开始进行的，这就导致在课程的开始阶段，讲述的都是单片机的工作原理，理论性较强，课堂教学内容比较枯燥，很容易造成学生理解困难，从而产生畏难情绪，这样就很难激起学生的学习热情和积极性，也达不到理想的教学效果。而单片机的实验教学一般也是以验证性实验教学为主，教学的主要工具就是单片机实验箱。在实验教学中，学生只需要按照实验指导书中给定的固定实验步骤、完整的电路接线图和编好的实验程序或者完整的流程图来连接实验电路，并输入和运行程序，最终验证性地观察、记录实验现象或者结果。这种按部就班的实验教学方法单一、手段简单、照葫芦画瓢，学生自己发挥的空间很小，束缚了学生想象力的开发，使学生不能认真自主的深入研究，提出问题、分析讨论问题和解决问题，扎实地完成自己的实践过程，掌握真实知识。同时也不利于学生创新能力的培养，从而致使学生对课程失去学习的兴趣。此外，传统的单片机实验室教学．不仅需采购大量的硬件设备，而且设备维护需较多的时间和经费，加上反复修改程序，容易造成资源的浪费，增加设计成本，学生课余时间也很少有机会进入实验室进行实验板实物操作，影响了学生动手能力的提高。

2 单片机教学改革方案

2.1 理论教学改革

兴趣是最好的老师，因此，激发学生学习单片机的热情是单片机教学改革的首要任务。单片机的广泛发展有利于单片机的教学，教师可以充分利用这一资源优势，在第一次课的绪论中，可以简要列举大量图文并茂的应用案例，尤其是学生生活中常见的，如智能手机、家用电器等，重点介绍单片机的发展前景，创建一个学习单片机课程不但有用而且有趣的情景，从而激发学生入门单片机学习的兴趣。在介绍单片机种类的时候必须提醒学生不需要学习太多种类的单片机，学精一个，触类旁通，无非在定时器和寄存器上有所不同罢了。强调学生从MCS-51系列单片机着手，51系列单片机是入门级的芯片，是初学者练手比较好的类型，这样可以让学生少走弯路，从而增强学生自信心，提高学习的积极性。

随着现代信息技术的迅猛发展，可以综合利用各种多媒体技术设计制作课件，丰富教学手段，改变传统的“黑板加粉笔”的教学方式，从而将抽象的概念和难理解的知识表现得生动形象、通俗易懂。例如在讲解8255A，8155等接口芯片时，多种不同的控制信号常常会让学生混淆，如果我们在课件中利用动画丰富的表现力配合讲解，可将控制信号有效的先后次序及其产生的控制效果一览无余，从而使学生能轻松地掌握这些知识难点，从而提高授课质量。再比如，当前国内开始流行一种基于EDA软件Proteus和一款关于51系列单片机开发软件Keil的仿真教学平台。在这种模式下，只需一台计算机即可完成单片机系统仿真设计的全过程，使学生真正从原理上理解单片机的工作过程及单片机系统设计方法，提升教学效果。例如：MCS-51系列单片机有2个16位的定时/计数器，有4种工作方式：方式0、方式1、方式2和方式3。当其工作在定时模式时．每个机器周期计数器自动加1；当其工作在计数模式时，外部脉冲的每一次负跳变都会使计数器自动加1。这些理论知识枯燥且难以理解，学生自己动手的机会也较少。在使用了Proteus和Keil的设计仿真平台后，教师在理论讲述的同时，可在Proteus仿真软件中设计硬件电路，再用Keil软件进行定时程序的编程、编译和软件调试，现察到仿真结果。通过多媒体教学设备．学生可以清楚地看到从硬件电路设计、编程以及软件调试到硬件仿真的整个工程实践的过程，使学生在理论学习的同时增加了感性认识，进—步激发学生学习的兴趣，更重要的是强调了单片机软硬件结合的系统设计方法。

我们还可以充分发挥校园网的优势，培养学生自主学习的能力。可以把课程教学大纲、电子教案、教师精心制作的教学课件等教学资源上网供学生自学，并利用电子邮件、校网站的交流园地与学生进行课外交流，为学生答疑解惑，为学生提供了更为广泛的沟通渠道与环境，提高学生交流能力。此外，在互联网上有着丰富的教学资源，可引导学生在课余时间利用网上数字图书馆来查找学习资料，鼓励学生登录单片机发展和技术相关的热门论坛，了解单片机应用热点和发展趋势，探讨学习中的各种问题，使课堂教学延伸到了课外，扩展学生单片机知识面。学生感到自己的学习与实际应用及科技前沿并不遥远，从而更加增强他们学习的兴致和信心，也为一部分学有余力的同学在单片机领域的进一步深入学习和探索指引了方向。

2.2 实验教学改革

在实验的内容上，不应循规蹈矩，只完成教学所限定的内容，要让学生在完成任务的基础上举一反三、循序渐进，尝试不同的方案。例如，常见的“LED灯控制”试验，可以让学生先实现单个LED灯点亮；然后实现单个LED灯的闪烁；第三步实现逐个灯点亮；第四步让学生自己设计灯闪烁的方式。在这四步完成基础上，就可以下发模拟十字路口交通灯的任务。由于学生之前在硬件方面对于接口和LED的功能和应用已经有所了解，在软件方面对于接口指令、延时子程序和循环程序设计也有了一定的基础，模拟交通灯的设计难度就大大降低了。

在单片机的实验教学中我们同样可以采用基于Proteus和Keil的仿真教学平台，充分仿真单片机系统的工作情况，用虚拟单片机系统代替实际硬件电路。在基于Proteus和Keil的单片机实验教学过程中，可根据实验指导书给出的实验任务和要求，设计出实验的硬件电路和程序，在Proteus仿真软件调试通过后，再结合实验箱搭建实际电路，进行联机调试，观察实验现象并分析结果写出实验报告。程序运行于虚拟的MCU上，使软件调试不再依赖实物硬件电路，仿真结果达到系统预期效果后，再进行硬件实物制作，这样既达到了实验效果，又经济方便。学生还可以使用Proteus和Keil自行设计实验，培养了综合运用知识解决实际工程问题的能力。基于Proteus和Keil的单片机实验教学的最大特色是没有固定的模式，在实验过程中，学生要自己动手分析解决实验中出现的问题，使学生从被动应付实验变成主动实验，不仅提高了基本操作技能，也发挥了学生的学习自主性和创造性，而传统的实验教学则忽视了这一点。同时，采用仿真软件可事先对实际工程中的问题进行研究，模拟通过再进行硬件的投入，这样处理不仅省时省力，也可以节省因方案不正确所造成的硬件投入的浪费。

此外，我们还可以将学生分成若干个小组，组内合作共同完成一些综合性强的实验。通过这种模式不仅可以使学生更好的学习掌握单片机技术，同时还锻炼了学生的团队协作能力和创新素质能力，可以有效的提高学生综合能力。