首页 -> 2008年第9期
关于高职《单片机原理与应用》的教学改革
作者：金珍珍 张明德
关键词：教学模式；单片机；案例教学
随着社会生活自动化程度越来越高，自动化生产设备和智能家用电器不断普及，大量企业的传统手工操作设备处在往自动化方向更新升级阶段，而自动化和智能控制最基础的就是单片机的应用，因此社会对单片机开发应用人才的需求越来越大，越来越迫切。《单片机原理与应用》是高职院校机电、电子、电气等专业普遍开设的一门专业课，改革该课程的教学方式，提高学生掌握单片机技术的水平，对社会和学校的发展都具有十分积极的意义。
高职单片机教学的现状
教材的现状当前，高职教材的编排通常分为系统概述、内部硬件结构、指令系统、综合实例分析、接口技术五个部分。教材通篇以理论叙述为主，缺乏典型的应用实例，或者采用了一些不合适的例子，如许多教材介绍比较指令时采用的“冒泡”例子对初学者来说就不适用，教材与实践操作脱节现象比较严重。
教学的现状在大多数高职院校教师按照教材的编排顺序进行讲授，即先讲硬件结构，再讲指令系统，然后讲应用实例，最后介绍扩展和接口技术。单片机内部结构是个看不见的东西，加上很多高职院校中的机电、电气类专业并未开设“微机原理技术”，所以学生对CPU、RAM、ROM以及总线、地址等概念很难理解。结果就是硬件结构讲完了，学生只是模糊地知道里面似乎有这些单元，但无法理解这些单元的用途，达不到教学的要求。在讲授指令系统中，学生没有明确的目的，不能体会这些指令的功能，对存储器的结构又没有清晰的认识，很难理解如间接寻址、变址寻址等寻址方式，所以只能机械地去记忆这些指令助记符。这种教学效果当然可想而知。
新教学模式的探索
改革的思路单片机应用技术是一门专业性和实践性很强的课程，正是有这样的特点才能较好地采用案例教学方法进行教学。新模式分三个层次落实教学进程。在第一层次，以生产生活中的某件简单的单片机控制的电器为例，不系统讲授硬件结构、指令，而是结合实验，指导学生逐步完成该电器软硬件的设计。这样一个例子完成了，学生也对单片机有了一个基础的认识。第二层次的案例教学是拓展系统硬件的实际功能，增加单片机内部模块和指令的使用，教学过程同样以理论教学配合实践教学，在实验室里完成为主。第三层次分配具体的设计任务，安排以学生为主的连续实训，教师提出任务后，学生自主设计硬件和软件。教师进行指导并提出修改意见，帮助学生完成硬件和软件调试。这样把单片机技术系统化、完整化、实用化。这种把课堂搬进实验室，把实验搬进课堂的教学方法，打破了传统的先讲理论，再动手做实验的教学方法。它以“实践优先、理论够用、交叉互动”的思想为指导，是“工学结合”的课堂实践。
教学的过程在第一堂课上只需告诉学生，单片机是一个内部有很多功能模块的芯片，最主要的功能就是既能够判断它本身某些管脚所处的电位是高电平还是低电平，也能使某些管脚输出高电平或者低电平。在使用中，通常是根据外界给它管脚电平的状态，对应输出另外某些管脚的电平，这个对应的关系就是开发人员编写的程序。
在第一层次，即初级认识案例中，以霓虹灯（霹雳灯）控制为例，系统包括一个按键，5～8个发光二极管（小灯泡）。第一步，简单分析硬件电路，弄清按键是接在单片机哪个引脚，按键动作时，引脚电平的变化情况；弄清二极管与单片机端口的连接状况，要点亮二极管，对应的引脚要输出高电平还是低电平。第二步，在对硬件电路熟悉之后，马上引入汇编指令，MOV P0，#X1X1H，即可按照X1X1的值实现让P0口各个引脚输出相应的电平信号。要改变发光二极管的状态，只要再写一条MOV P0，#X2X2H即可。要让单片机自动实现断续变化就要插入延时程序，这样就引出了延时程序。讲授如何实现延时，就涉及单片机的时序、机器周期、指令周期等知识。第三步，如果要设置霓虹灯的变化模式，就要从按键进行输入。这就涉及引脚信号的读入指令，MOV A，P1，即可把P1上所有引脚的信号读入到A寄存器中，也可以用JB Pn，rel或JNB Pn，rel等指令来判断某一只引脚的电平信号。这就需要讲授特殊寄存器A，以及判断引脚电平信号的多种方法。当实验做到这里，学生应该对“单片机”有一个感性和理性相结合的认识了，接下来的任务是让学生更深入地认识和使用单片机内部丰富的功能模块，并把霓虹灯控制系统做得更加实用而且富于变化。
第二层次，即全面认识单片机，拓展系统功能。在本案例中，可以拓展的功能有增加按键功能、实现二极管的渐亮渐灭（采用灯泡效果更好）、外加存储器实现掉电保存等等。软件方面涉及定时器延时、查表指令、按键软件去抖动、键盘扫描、软启动软关断、通信接口等功能。当这些功能都实现之后，单片机的大部分常用指令和功能都已经掌握了，学生也入门了。
第三层次，进行以完成某个单片机最小系统为任务的连续实训，目的在于强化学生对单片机常用功能模块和指令的灵活应用，它以实际生产生活的单片机系统为对象，以产品化为设计要求。包括系统的图纸设计、印刷电路板制作调试、软件编写等。可以选用包括键盘输入、数码管显示、驱动大功率器件等功能的小系统作为案例。比如，全自动洗衣机、智能电风扇等。在这个过程中，要注意程序的完整性和可读性，尤其要注意软硬件电路设计的可靠性。
教学改革的配套措施
首先，编写以三个教学层次案例为主体的教材，高职学生需要有血有肉的活生生的教材，这样才能支撑实践教学。
其次，配备人手一套的微机和单片机实验箱或实验板。在实施第三层次教学时，每个或每组学生自己设计、焊接、调试硬件电路，软件调试时尽量配备单片机仿真器。只有教材和实验设备配齐了，教学改革才能顺利开展并收到良好的效果。
按照“实践优先，理论够用，交叉互动”的指导思想进行教学探索的核心是让学生带着问题去学习，带着兴趣去思考，通过书本解决问题，通过实践验证答案。案例教学的本质就是让学生学习有目的，思考有动力，实践有载体。实践证明，案例教学这种方法具有良好的教学效果。
参考文献：
[1]刘龙江，马安中.高职《单片机原理与接口技术》课程的教改探索[J].职业教育研究，2007，（1）.
[2]陈铁军，等.《单片机》精品课程建设实践探索[J].教育与职业，2006，（11）.
[3]张霓.关于“单片机原理及应用”课程教学改革的几点思考[J].电气电子教学学报，2004，（5）.
作者简介：
金珍珍（1982—），女，浙江台州人，台州职业技术学院助教，安徽大学电子与通信工程在职研究生，研究方向为单片机智能控制、电子技术应用。