对比教学法在单片机课堂教学中的应用

李杰　青小渠　任堰牛

摘要：产品多样性是单片机区别于通用计算机的主要特征和重要优势。传统教学通常以MCS-51单片机作为授课内容，这不仅不利于学生理解多样性特征，同时与实际运用也存在一定脱节。文章提出将对比教学法引入单片机课堂教学，通过对比主流单片机结构和功能异同加深学生对概念的理解，同时大大丰富单片机授课内容，强化与实际运用的结合。

关键词：对比教学法；单片机；嵌入式系统；教学

0 引言

单片机技术课程作为工科专业的必修课程，受到普遍重视。目前，全国高等院校计算机科学与技术专业和电子信息类专业已普遍开设单片机相关课程，各个高校开设的单片机课程一般以51单片机作为授课内容。MCS-51系列单片机是单片机发展史上的里程碑，无论在结构上还是功能上都有很多可借鉴的地方，将其作为单片机课程的主要授课内容本无可厚非，然而随着单片机技术的发展，以PIC、AVR、ARM为代表的新型单片机技术迅速崛起，使得单片机多样性特征日趋凸显。多样性带来的是运用的灵活性，令用户在成本、功能、耗能等各方面有更多选择。同时，多样性也是单片机区别于通用微机的重要特征。

单片机技术教学应该如何改革才能适应这一新的变化？这个问题是摆在每个单片机教学工作者面前的新课题。对比教学法作为一种十分有效的教学手段已广泛运用于许多教学领域，合理对比相关事物的异同能够迅速加深学生对知识点的理解，开拓学生视野，丰富授课内容。提出将对比教学法引入单片机课堂教学中，通过对比不同类型单片机在结构和功能上的共性和差异，达到温故知新、举一反三的教学目的，是单片机技术教学改革的一次有益尝试。

1 对比教学法的内涵及作用

明确事物之间相同点和不同点的思维方法就是对比，而对比教学法就是在知识深度和广度的基础上，以比较为基础，找出两个不同对象之间的相同点和不同点，然后以此作为依据，将有关知识和理论迁移到另一对象上。对比教学的关键在于抓住对比事物间的“共同性”，通过举一反三，再找出对比事物间的“差异性”，从而更好地区分不同事物。

与传统教学方式相比，对比教学法有以下几个显著优点：

（1）通过对比差异迅速加深学生对概念的理解；

（2）通过课堂上教师示范对比的思维方法潜移默化地影响学生的思维方式，锻炼学生的学习能力；

（3）温故知新（纵向比较），将新知识点与学生已学习过的知识点作对比能有效帮助学生巩固旧有知识；

（4）举一反三（横向比较），将新学知识点与同类型知识点作对比能有效扩宽学生知识面，开阔学生视野；

（5）增强学生学习积极性和实际应用能力。

当然，在日常教学活动中运用对比教学法还要注意针对不同内容及知识点，合理灵活地运用不同对比方法。例如，为有效利用课堂时间突出重点，只针对重点知识进行对比；在对比时引导学生不仅要找出对象的异同，还应该深入思考导致这些异同的原因，应让学生注意到不是每组对象都适合进行对比。合理选择对比对象才能达到良好的教学效果，否则就会适得其反，导致学生分不清重点，产生思维困惑。

2 对比教学法与单片机课堂教学

目前单片机课堂教学内容一般包括单片机概述、单片机硬件结构、指令系统、单片机功能扩展、单片机接口与应用、单片机C语言应用程序设计等几大部分。我们在日常教学实践过程中发现各部分均可引入对比教学法进行扩展教学，但考虑到课堂时间限制，因而在实际运用中根据教学大纲要求适当选取各章节重、难点进行比较。

1）通过对比单片机相关概念，加深学生理解。

单片机课程概念和知识点较多，学生在学习过程中应尽量避免死记硬背。经过分析后我们发现许多概念在学生前序课程中已有所涉及，如中断、中断源及中断优先级的概念在微机原理及应用中出现过，ROM及一次性可编程的概念在数字电子技术中也有介绍，抓住概念的共性和内涵，能迅速增强学生对知识的熟悉度，从而达到温故；具体到51单片机，它有5个中断源，两级优先级，这是在学习概念的外延，同时也是在对比和通用微机的差异，即为知新。另外，还有一些概念可以通过横向比较达到举一反三的作用，如双向并行I/O口的概念在51单片机中有真双向口和准双向口的区分，而在PIC和ARM中双向并行I/O口都是双向I/O口，但需要通过设置寄存器配置其输入、输出属性。

2）通过对比不同单片机体系结构，强化学生对硬件结构的认识。

单片机硬件结构一直是单片机教学的重难点之一，一方面其概念较多，结构框图复杂，很多知识点需要学生在理解的基础上记忆；另一方面，学生在学习时感觉内容枯燥，学习兴趣不高。其实，计算机体系结构历来有冯·诺依曼结构和哈佛结构之分，单片机作为计算机的一个分支也承续了这个区分，如MCS-51系列单片机采用冯·诺依曼结构，而PIC单片机采用哈佛结构。两者共同点在于都使用ROM存储程序，用RAM存储运算数据且CPU都是先从ROM中取指令然后将运算结果放到RAM中。两者差异体现在前者采用单总线结构，将所有部件挂在同一根数据总线上，这种结构使得CPU取指和执行无法同时进行，但结构相对简单；而后者采用双总线结构，专门用一根程序总线负责从ROM取指，而用另一根数据总线传送运算数据，该结构允许取指和执行同时进行，从而实现流水线作业。

通过以上分析不难看出，对比教学法从一个新颖的视角审视MCS-51硬件结构，开阔了学生的视野，加深了学生对硬件结构的理解，同时也增强了学生学习此类知识的学习兴趣。

3）通过对比帮助学生掌握单片机对外扩展的通用方法。

单片机对外扩展的内容和方法历来是单片机课堂教学的重点内容，也是实际应用的必备知识。MCS-51系列单片机常用对外扩展方式看起来规范、简洁，但实际上与其他类型单片机并不十分兼容。例如，虽然都采用三总线对接并配合严格时序的策略实现对外扩展功能，但是MCS-51中存在P0这样的地址/数据复用口，它与P2口联合完成16位地址输出，同时P0又兼作对外输入输出数据线，除此之外，51单片机还有专门的控制线和控制信号输出，如PSEN、WR等；而PIC、ARM等单片机并没有提供专门的地址信号线和控制信号线，因此在扩展时是通过通用I/O线“模拟”上述总线并通过编程实现信号输出。事实上，采用“模拟”方式进行扩展正是一种通用的单片机扩展方法，适用于绝大多数单片机类型。由此可见，通过对比教学不仅能够扩展视野，还能进一步归纳总结知识，实现知识的升华。endprint

4）单片机指令系统对比教学。

学生在学习单片机指令系统过程中常感到比较吃力且积极性不高，究其原因一方面是指令系统知识点繁多，学生掌握不易，另一方面是学生课后疏于练习，尤其是近年来随着PIC、AVR等单片机市场占有率的提升，在实际应用中学生往往需要从头学习新的指令系统，这无疑会影响学生学习51指令系统的积极性和主动性。如果在指令系统教学中合理使用对比教学法，就可充分发挥其举一反三的优势。例如，数据传送类指令是将数据从一处存储单元传递到另一处，那么在51、PIC、AVR中分别采用何种指令实现传送呢？又如，算数运算类指令运算结果会影响程序状态标志，那么该影响对于不同类型单片机有何异同等。

3 改变考核制度和考核内容

单片机的考核形式和内容一直是单片机教学改革的重要方向。对于单片机课程学习效果的传统评价方法无非考试，而考试题目无论如何变化，学生总难逃脱死记硬背。单片机是十分注重实际运用的课程，教师一方面可以通过增加实验部分的比例，减少期末结业考试的比例，促使学生更加重视实践环节；另一方面可以在试题中增加综合比较及分析设计题型，以考查学生对概念理解的深度和广度以及对比分析能力。

4 结语

实践证明，在单片机课堂教学中合理运用对比教学法是提高教学质量的有效途径，有利于提高学生掌握知识的深度和广度以及学习的主动性和积极性。同时，为了实现更好的教学效果，最好选择配套的教材和实验设备。此外，虚拟实验平台的运用也是对比教学的有益补充。

参考文献：

[1]陈淑芳，袁鹏.单片机教学改革的研究与探索[J].科技信息，2011（29）：145-145.

[2]苗新艳，王永芬.对比教学法在大学数学教学中的运用[J].湖北成人教育学院学报，2011，17（2）：133-134.

[3]李建忠.单片机原理与应用[M].2版.西安：西安电子科技大学出版社，2008：12-25.

[4]潘言全.单片机教学改革的思考[J].湖北师范学院学报：自然科学版，2007，27（1）：113-115.

[5]石明江，顾亚雄，张禾.单片机原理与应用课程教学改革与实践[J]计算机教育，2011（6）：11-13.

（编辑：宋文婷）endprint