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“单片机技术”教学实验环节改革的思考 |
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“单片机技术”教学实验环节改革的思考
徐晓东
摘要： 单片机技术是信息类、机电类专业的一门专业技术基础课程, 本文针对该课程的特点,结合高职教学的目标，分析了目前该课程教学实践环节中存在的不足，根据培养学生应用能力为教学目标, 提出了关于单片机课程教学及实验环节改革的几点看法。
关键词：单片机，教学改革，高职教育
Discussion about the Teaching Reform in the Course Applications
of the Single ChipMicrocomputer
XU Xiaodong
(Information and Control Engineering School,Guangsha College of Technology, Dongyang zhejiang,322100)
Abstract: Course of the Single Chip Microcomputer is a Based course of information and electrical & mechanical specialty. this paper analyzes the shortcomings of the present teaching mode from teaching and practice form. Some opinions about the teaching reform of this course
are given.
Keywords: single chip microcomputer; teaching reform; education in higher professional
单片机在工业自动化、仪器仪表、家用电器、信息和通信等方面得到了广泛应用。为适应市场需求和生产实际需要，无论是本科院校中的自动化、电子、通信和计算机、机械工程及自动化等专业，还是高职高专的机电一体化、电气自动化技术、楼宇智能化工程技术等专业，都把“单片机原理及应用”或者“单片机技术”作为主干课程。
通过教学实践反映出的问题是单片机课老师难教、学生难学。教师在教学过程中感觉学生听课效果差，学生接受能力差；多数学生在学完这门课程后觉得自己没有掌握，不会应用。这种现象在目前的本科院校比较常见，而在高职高专院校中更加明显。高职高专院校培养目标十分明确，即面向生产实践培养高技能人才。而如何通过教学使得高职学生掌握单片机技术，具备一定的单片机应用基础，尽最大程度的使得学生所学与生产实践接近，这是每一位高职教师面临的难题。
本文结合高职教学的特点，从教学和实验环节方面探讨单片机教学改革的一些思路。
1． 教学内容应与实践紧密结合
1．1 传统单片机教学的不足
目前, 大多数单片机教材都是按照单片机硬件结构→指令系统→汇编语言设计→系统扩展→接口技术→应用系统设计及实例这一顺序组织的。实际课堂教学一般也采用先基础后应用的模式，课堂理论教学的学时大大多于实验教学的学时, 而且实验教学一般在“汇编语言设计”讲完之后才开始进行。这种教学体系的不足之处在于: (1) 以大量的原理介绍引导学生入门, 不仅使学生理解困难, 而且感觉枯燥乏味; (2) 教学过程中以原理知识为核心, 应用技术只是点缀, 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。[1]
1．2 教学过程中注重培养学生的学习积极性
高职学生的特点是：与本科学生比，逻辑思维相对较差，学习习惯相对较差。当然也不排除高职学生中也有部分逻辑思维强，学习态度好的学生。高职学生学习目的性强，知识对今后工作是否有用，直接影响他们的学习积极性。目前还存在的问题有：学生平时接触生产实际太少, 不了解单片机及其技术在现实中的应用，学生对自己所学专业了解不够。因此，高职院校的单片机教学首先应培养学生的学习兴趣。而按照传统的授课思路，学生首先接触单片机硬件结构，这部分内容十分抽象，无实物可参照，完全需要依靠学生理解记忆。并且专业术语较多，各种名称一时难于记忆。这样一来，学生容易失去学习信心和兴趣，影响学生对课程的学习。
高职学生在学习单片机这门课程之前，应先首先让学生了解这门课程与专业相关性，学好这门课程有何用，以提高学生的学习兴趣。提高学生学习兴趣的方法之一就是把课程与学生所学专业的应用联系起来，一般的教材都有介绍单片机的典型应用领域。但具体应用实例在绪论中不会提及。这就需要教师在实际教学中，选取与学生专业相关的实际应用案例进行介绍，吸引学生，提起学生的学习准备。
由于单片机课程比较抽象，理解有一定难度。因此，即使学生在学习开始之前有一定兴趣，但在学习过程中遇到困难时，容易失去信心。针对这种情况，教师应提出正确的学习方法，让学生每上一课都有收获。由于单片机课程，软硬件结合紧密，教材前后内容重现率高，在讲课的过程中遇到学生一时理解不了的，完全可以让学生先记住概念，告诉学生，暂时不理解没关系，后续章节的学习过程中还会反复提到。这样学生不会失去信心，带着疑问去学习也提高了学习效率。
1．3 教学内容紧密围绕专业实践
目前，单片机教学存在的问题是课时少，教学内容多。高职学生在校学习时间相对本科生更少，这一矛盾更加突出。因此，应首先有一个明确的教学目标。单片机技术是一门实践性很强的课程，其内容丰富，且不断更新，想仅仅通过在校期间的几十个课时学习，让学生全面熟练应用单片机技术，显然是不够现实的。因此，教学的目标应定位在让学生掌握单片机的基本原理，具备单片机应用系统设计的初步能力，培养学生查阅技术资料的能力，同时扩展学生的视眼。
那么如何达到这个教学目标呢，可采取“任务驱动”的思想组织教学内容。“任务驱动”是实施探究式教学的一种教学模式, 其显著特征是: 教师的教学与学生的学习都是围绕着一个目标、基于几项任务来完成的, 适合于培养学生的自学能力和独立分析问题、解决问题的能力。具体来说, 就是教师把一学期要完成的教学内容设计成多个具体的任务, 让学生通过独立完成这些任务, 来掌握教学内容, 培养解决实际问题和创新能力[2]。
这个“任务”可以选取与本专业相关的某一个应用案例，这个案例在教师上第一堂课时即给出，整个教学围绕这个案例展开，课堂所举软件编程、硬件扩展例子均出自这一案例，学生只需全面掌握这个应用案例的应用背景，系统的软件编程和硬件设计方法即完成教学目标。以高职电气自动化技术专业学习单片机原理为例。如给出案例为“智能液位测控仪”，液位控制系统如图1-1所示。
图1-1 水位控制系统原理图
该应用案例的背景为工业中常见的液位的测量和控制，智能测控仪表是一个典型的单片机应用系统，测控液位也是自动化控制的基本问题，与电气自动化技术密切相关。可给出单片机控制系统硬件设计框图如图1-2。根据“任务驱动”的思想，表1-1列出单片机教学内容与案例中系统组成部分的对应关系[3]。
图1-2 智能液位测控仪系统框图
表1-1 教材内容与教学案例包含关系表
教材内容 案例中是否包含
单片机内部组成 已包含
单片机指令系统和程序设计 已包含
中断与定时 已包含
存储器扩展 已包含
键盘显示器接口技术 已包含
模/数与数/模转换技术 已包含
通信接口技术 无
应用系统开发与可靠性设计 已包含
从该表可见，案例基本覆盖了单片机教学的内容。采取“任务驱动”的教学方法与实践紧密结合，优点如下：
1) 原理知识和应用紧密结合,“教、学、做”一体化, 学生学习目的明确，学生觉得课程实用，有利于提高学习的积极性；
2) 原来分离的软硬件知识点转换为在具体课题中应用的相关联的技术支持点, 有利于学生以系统的观点认识和把握所学习的知识；
3) 以案例为出发，改变了以教师为主体、理论为中心、满堂灌输的模式, 充分体现了以学生为主体, 应用能力培养为中心, 有助于提高学生的学习积极性, 推动了培养学生分析问题、解决问题和创新能力。
4）有利用学生了解所学专业，巩固专业知识，提高专业知识的应用能力。
2． 实验环节应体现“分散集中”的思想
单片机技术是一门实践性很强的技术，必需通过实践才能掌握。学生在校期间，实践主要通过实验的方式来获得经验。但目前高校单片机实验普遍存在的问题有：（1）验证性实验过多,学生独立思考的空间窄;（2）实验技术、手段相对较落后，学生动手做实验时间少，实验效果差；（3）各个实验之间相互孤立，缺乏系统性。这样培养出来的学生面对实际问题时往往不知所措,既不知如何进行系统设计,也不知如何进行芯片选型,更不用说提供完整的系统方案，这与用人单位的要求相差太大。
那么如何安排实验环节呢？实验设置应体现“分散集中”的思想。单片机应用系统设计对于毫无工程实践经验的学生来说，难度相当大，涉及面广，实验设置可以考虑把难点分散。考虑学生初学单片机，系统设计能力较弱，知识应用能力较差，实验设置时又应该考虑把分散的实验建立起内在的联系，所有的实验是一个有机的整体。即把某一个系统分为几大块内容，分别设置为单个实验，让学生逐个掌握。还是举“智能液位测控仪”为例，将该应用系统分为几大块，每一块对应一个实验，如表2-1。
表2-1智能测控仪表各模块对应实验
智能测控仪表 对应实验
设定液位和实际液位显示 LED动态显示实验
液位及控制参数设定输入 键盘输入实验
液位检测 A/D转换实验
电动阀控制 D/A转换实验
控制算法编写 汇编语言程序设计实验
系统主程序编写 中断定时及子程序调用实验
把一个应用系统分解为若干块，本身也体现了实际设计思路。学生在完成所有实验后，对整个系统设计的每一个部分都有了充分认识，再通过一个大型实验，将各个部分组合起来，完成一个应用系统。这样，教学、实践得到有机结合，学生也积累了实际工程经验。
3． 注重教学实践过程中的课程相关知识拓展
单片机技术是电子设计的一个重要内容，实际应用时，需要有相关的电子设计的基本知识和技能。而目前高职非电子专业学习单片机技术，课程相对独立，无配套课程跟进。这样，学生在学完单片机技术后，如何设计电子产品无从下手。在教学实验过程中，可把电子设计的一些相关知识，作基本介绍，如各种常用芯片的型号及用途，阅读芯片资料，电子设计的工具软件Protel的应用，C语言在单片机软件编写中的应用等，这些知识可以由学生根据自己的兴趣，课外学习。
单片机技术发展迅速，不断有新产品涌现，各种新技术、新型芯片也已经得到广泛应用。如存储器扩展中的I2C总线虚拟技术，串行A/D、D/A转换芯片等[4]。而目前的单片机教学知识内容相对陈旧。导致学生在校所学知识与实际工作有脱节。因此，应在把握教材基本内容的基础上，适当扩展学生的知识面。
教学实践过程中相关知识的拓展，给学生课后自学提供了方向，拉近了教学与学生实际就业岗位的距离，也有利于提高学生的学习积极性。
4． 小结
本文针高职高专单片机教学模式的不足之处, 提出了教学实验环节改革的一些思路。增强学生的职业能力，突出实践能力培养，改革人才培养模式是当前高职教育必须面临的问题。学生通过单片机课程的学习,应能初步掌握单片机应用系统的开发设计、调试能力。教师应不断调整教学内容,改进教学方法,调动学生的积极性，不仅要教会学生理论知识,更要教会学生解决具体、实际工程问题的思路和手段。教师还应把握当前单片机技术发展方面，拓宽学生的知识面，更好的适应社会需要。
参考文献
[1]张霓,关于“单片机原理及应用”课程教学改革的几点思考索[J].南京:电气电子教学学报,2004.10
[2]蒋存波,陈小琴,金 红.提高单片机教学效果的实验教学方法探讨[J].南京：电气电子教学学报,2006.6
[3]张伟,张杰.单片机原理及应用[M].北京:机械工业出版社,2005.5
[4]高锋,单片微机应用系统设计及实用技术[M].北京:机械工业出版社,2004.4
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