基于應用型人才培養(yǎng)的單片機原理教學
論文關鍵詞:單片機原理 教學改革 多媒體教學 標準C語言 Keil C51
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論文摘要:單片機原理課程對于電子、電信、計算機和自動控制等專業(yè)的學生來說是一門重要的專業(yè)基礎課程，但由于長期以來大都采用傳統(tǒng)的教學模式，缺乏一定的改革和創(chuàng)新，導致單片機原理課程的教學內(nèi)容和手段都顯得陳舊。針對這種狀況.我們引入多媒體教學和傳統(tǒng)教學模式相結合、匯編語言教學中引入標準C語言、學生研究性學習項目立項和Keil C51等幾方面來進行探索性的改革，通過問卷調(diào)查的方式發(fā)現(xiàn)，大部分學生對單片機原理的教學改革是認可的。
單片機原理課程是電子信息科學與技術、機械設計制造及其自動化專業(yè)學生的必修課，但從多年學生平時上課的表現(xiàn)和考試的結果，以及從學生走向工作崗位的問題反饋來看，我校的單片機原理課程教學當中存在著一些不足之處。如教學內(nèi)容過于陳舊，匯編語言的教學方式過于死板，實踐的方法跟不上當今工作崗位的要求等。為響應學校創(chuàng)建省級示范應用型本科院校的要求，全面提高我校的辦學質(zhì)量和辦學水平，在2008年，我們對實用性較強的專業(yè)技術課單片機原理的教學進行了探索性的改革實踐。
1課程教學存在的問題
多年來，我們的單片機原理課程教學都是以匯編語言為主，從每屆學生考試的結果來看，學生對匯編語言部分知識的掌握比較差。對于單片機這樣的以培養(yǎng)學生的產(chǎn)品設計應用能力為主要教學目標之一的課程來說，編程語言掌握不好，學生對單片機原理的掌握可想而知。究其原因，主要是匯編語言是低級語言，僅是機器指令的簡單符號化，寄存器使用相對高級語言操作繁雜，并且要求學生具有一定的硬件基礎知識，顯然學生在短時間內(nèi)難以完全掌握。
目前大多數(shù)高校的理論教學過程都是采用先基礎后應用的模式，即單片機硬件結構、指令系統(tǒng)、匯編語言設計、外部系統(tǒng)擴展、接口技術和應用系統(tǒng)設計，這種方法雖然思路清晰，但是存在著過于機械性的弊端，缺乏生動、直觀的實物等輔助教學手段，這樣便使學生覺得學習單片機枯燥乏味，沒有現(xiàn)實意義，缺乏興趣，嚴重影響了教學效果。實踐教學上形式單一且重視不夠。當前的實踐課教學大多以單片機實驗箱為實驗平臺，而開設的也多為驗證性實驗。觀察中我們不難發(fā)現(xiàn)，學生在做實驗時大都是用實驗指導書上已經(jīng)寫好的程序資料，幾乎沒有多少同學去分析程序的流程，更不用說去研究讀懂那些代碼了。另外，對于用到電路硬件的實驗，也只是按實驗指導書要求在實驗箱上做簡單的連線，沒有一個整體的電氣原理圖概念，再加上實驗條件的有限，不可能每個同學都能得到老師的輔導。導致學生過度追求實驗結果，而忽略了硬件設計、軟件調(diào)試等過程。
另外，我們的單片機教學都是以8031或MCS-51為例來進行的，多年來基本沒有變化，實際在市場上單片機已經(jīng)發(fā)展出了很多品種，即使是51系列的單片機也是非常豐富的。比如:有內(nèi)置看門狗的，有內(nèi)置PWM的，有內(nèi)置SPI的和內(nèi)置A/D,/D/A的等等。但是學生們卻知道的很少。
2課堂教學改革
2. 1多媒體教學和傳統(tǒng)教學模式相結合
隨著大學教育教學改革的深人，多媒體教學將更加廣泛地應用于各種教育教學領域。傳統(tǒng)教學方法是以課堂教學為主，以教師為中心進行的教學，而對單片機原理課程這種實踐性較強的課堂教學，顯然傳統(tǒng)的教學方法不能充分調(diào)動學生學習的積極性，而多媒體教學方法是通過計算機技術、網(wǎng)絡技術、多媒體技術和現(xiàn)代教學方法進行的教學活動，集文字、圖像、聲音、視頻影像、動畫等各種信息于一體，教學更加形象、直觀和生動。例如通過使用豐富的網(wǎng)絡資源，同學們能夠了解當前有關單片機的新書訊、新技術、新信息和相關領域的內(nèi)容，了解單片機應用和發(fā)展的現(xiàn)狀。同時在每章節(jié)的最后把網(wǎng)絡上具有代表性的和應用性的問題搬到課堂上，組織大家一起進行討論和分析等，能使課堂學習的基礎知識和實際應用聯(lián)系在一起。這樣就可以引導同學們學會搜集和消化網(wǎng)絡上的有關資源，學會查閱單片機廠家提供的芯片技術資料，為將來自己進行軟硬件設計打下基礎。
2. 2在匯編語言教學中引入標準C語言
鑒于匯編語言不容易掌握，教師在講授完單片機原理硬件結構、指令系統(tǒng)和匯編語言程序設計章節(jié)之后，可引人單片機標準C語言的教學內(nèi)容。其內(nèi)容主要包括C的基本語法、C的數(shù)據(jù)結構、C的存儲結構和C的流程控制等知識要點，并且在講解的過程中跟匯編語言作對比，理解兩者在端口和中斷等定義上的不同，同學們在了解單片機硬件結構的基礎上，理解C的數(shù)據(jù)結構、存儲結構與單片機硬件結構的相互對應關系。另外，在學習的過程中，要讓同學們認識到C語言相對匯編語言的優(yōu)點:如C語言的可讀性、可維護性好，便于維護和調(diào)試以及代碼重用和移植等。
這樣以采用匯編語言和C語言進行對照的教學模式，學生可以很快地在短期內(nèi)掌握單片機原理應用的編程，無疑會對后期的學習有相當大的益處。
2. 3引入單片機最常用的開發(fā)工具Keil C51
集成電路的發(fā)展使得單片機的性能不斷提高，應用領域日益廣闊，單片機編譯調(diào)試工具也在不斷完善。最常用的開發(fā)工具Keil C51是由美國KeilSoftware公司出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，Keil C51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面，同時該軟件系統(tǒng)隨著Windows版本的更新不斷地完善，另外重要的一點，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會到Keil C51生成的目標代碼效率非常高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。圖1為操作的軟件系統(tǒng)界面圖，窗口標題欄下緊接著是菜單欄，菜單欄下面是工具欄，工具欄下面的左邊是項目管理器窗口，在該窗口既可以查看項目的文件情況，也可以查看程序執(zhí)行時寄存器的實時值J在管理器窗口的右邊是編輯窗口，它的下面是命令窗日和各種輸出信息窗口，對于這些窗口可以通過視圖菜單( View)下面的命令打開或關閉。
在引入標準C語言的基礎上，為了大學生們走向社會后，能夠更快適應工廠企業(yè)的單片機相關產(chǎn)品的開發(fā)，我們又引導同學們掌握此開發(fā)平臺的使用方法，這樣為在以后打下一個很好的工作基礎。
3實踐教學改革
3. 1變革傳統(tǒng)的實驗模式
我們嘗試改變傳統(tǒng)實驗過程中以驗證性為主的實驗模式，指導教師僅提供實驗的方向，學生根據(jù)實驗目的和要求，提前預習，自己到圖書館或者網(wǎng)上查閱相關資料，設計實驗方案，編寫相關的實驗程序。在實驗中遇到問題可與小組成員討論解決，最后得到實驗結果。學生應根據(jù)自己的實驗過程撰寫實驗報告，包括學生實驗中遇到的問題，以及提出的解決方案。同時教師也可以組織學生間進行交流，對各組實驗結果與報告展開分析和討論叫，從而提高大學生的研究能力和科學實驗能力。
3. 2充分利用好課外時間
單片機原理課程的課外教學也是實踐教學中很重要的一個組成部分，它不僅僅是實驗教學的一個補充。事實上，大學生可以通過組織興趣小組、參與教師的科研等各種方式進行課外學習，例如我校團委和科技處組織學生申報的研究性學習項目，在很大程度上激發(fā)了部分學生的創(chuàng)新精神，強化了他們的實踐能力，從而增強了他們獨立解決實際問題的能力。另外，單片機課程任課老師也適當?shù)貙W生課外學習予以指導，針對他們感興趣的研究方向，提供參考書目，引導學生了解最新動態(tài)，把握研究方向，與學生之間展開討論，鼓勵學生走出學校，參加各種嵌人式系統(tǒng)講座，參與校內(nèi)外組織的各種跟單片機相關的競賽活動，開闊學生們的視野，增長他們的才干，逐步培養(yǎng)自己的研究能力和創(chuàng)新能力。
4結論
在單片機課程教學環(huán)節(jié)和實踐環(huán)節(jié)中引人新的內(nèi)容和教學方法，是否提高了學生們對這門課的學習興趣和熱情呢，我們設計了如表1所示的單片機原理課程評價調(diào)查表，來檢驗學生們對課程改革教學的認可度，分別對05級和06級共計280名學生進行了問卷調(diào)查，統(tǒng)計得出的結果是05級122名學生評出的分數(shù)平均得分88. 36分，06級158名學生給出的平均分是90. 02分。可見通過同學們對改革后的單片機原理課程教學的評價，其課程并非那么難學，只要我們采用合理的教學方法，通過多種手段，提高學生的學習興趣，就一定能夠達到好的教學效果。
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