首页 -> 2008年第10期
《单片机》教学方案改革探讨
作者：张 芳
[关键词]单片机 教学改革 实践
单片机（Single Chip Microcomputer）又称为微控制器。它集成了计算机的重要组成部分：CPU、存储器、I/O接口、定时器/计数器以及中断系统等，虽然在速度和性能方面无法与微型计算机相比，但是它以体积小，性价比高的优点广泛应用于日常生活、科研和工业控制等众多领域。
我校的应用电子专业、楼宇自动化专业、电气自动化专业和小型水电站等专业都开设了单片机课程。在以往的实际教学过程中，笔者渐渐感到传统的教学方式在学生学习单片机这门实践性强的课程时显露了较大弊端。因此，就根据自己的教学经验，就教学方式、实践环节以及考核方式的尝试等方面提出了单片机的教学改革方案，以作
探讨。
（一）教学方案改革：任务驱动式教学
教学中以前多采取模块化教学：第一部分介绍单片机的内部资源，这部分内容对于多数学生来说都比较抽象，他们多采取死记硬背的方式进行记忆；第二部分是111条指令，这部分内容要求学生做大量的练习；第三部分是编程，对于没有学过编程语言的学生来说，这部分内容的难度很大，学起来又比较枯燥，而它的例题与单片机的实际应用也没有多大关系，不能激发学生的学习兴趣，所以很多学生都放弃学习这部分的内容；第四部分是中断系统及C/T，它虽然属于硬件的应用部分，但能够坚持学到这个部分的学生已不多。所以，整个教学过程下来，大多数学生都只是对汇编语言有一定的理解，而对单片机的应用却非常生疏。
鉴于这些情况，教学方式的改革就变得非常重要了。笔者尝试运用了任务驱动法来进行教学。实践证明，任务驱动法既能提高学生的学习兴趣，又能让他们在开始学习时，了解单片机的实际应用。它以任务为核心，配置任务所需掌握的硬件结构知识、指令知识、软件操作知识等。第一部分就介绍单片机中最小的应用系统。并通过一些简单的接口实验，让学生了解单片机的工作环境、工作方式以及部分引脚功能，还介绍一些经常使用的外围设备；第二部分则进行实例教学。通过完成具体的实例设计，既巩固了第一部分的知识，又在此基础上介绍了与实例相关的单片机的内部资源、接口功能、指令和编程。例如，设计一个模拟交通灯，就要介绍并行I/O口的功能及其应用、内部数据的传送指令、部分控制转移类指令、延时子程序以及循环程序设计等。教师可以从需求分析，方案设计、硬件设计，软件设计、调试到最后功能的实现这一设计步骤来讲解，从而培养学生理解单片机应用的总体设计思路。这种教学方法，没有把所有的难点聚在一块儿讲，而是根据任务的需要进行学习，既分散了学习难点，又能使学生深刻地理解所学内容。
（二）加强实践教学：强调动手能力
单片机是一门实践性很强的课程，其实验和实训部分都是授课过程中十分重要的环节。过去的实验内容多围绕指令和程序设计来开设，而且只是在单片机的实验箱上进行操作。即使是硬件实验，学生也只需要按指示连线就可以完成任务，使得实验的收获不大。经过教学改革后，我校的单片机综合实训的实用性已经得到了重视。但是由于平时的理论教学和实验教学的实用性不够，即使应用性大大增强了，也不能和平时的学习紧密联系，造成了学生无从下手，无法达到实训目的的局面。笔者建议从以下几个方面加以改革：
首先，使实践环节与理论环节紧密结合，并由浅入深、循序渐进地完成教学任务。如讲授第一部分时，就可以先做一个最小的应用系统的电路板，并以此为基础做单个LED的各种点亮，这样的电路比较简单，指令也较短，且效果直观，既容易学会，还能引起学生的兴趣；然后练习单个的LED闪烁，在前一个程序的基础上学习延时子程序的用法；最后练习流水灯的逐步点亮，学习循环程序的设计。在第二部分的讲授时，就可以布置设计一个模拟交通灯的任务。由于学生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。
其次，由于单片机是一门实践性强的课程，所以必须强调“动手”能力。只有自己动手去做，才会有较深的印象，对单片机的应用才会有一个感性的认识。例如，在完成最小的应用系统的设计时，由学生自己焊接一个带接口电路的最小应用系统的电路板，就能了解单片机的工作条件和环境，还能以这个电路板为基础，进行其他实验及实训项目。通过这个实验，能让学生产生一种“自己的单片机”的感觉，从而提高了学习的积极性。
再次，培养学生的整体设计能力。教师应把这个理念贯穿在平时的讲课中。在理论环节就以任务设计的步骤讲授，在实践环节时则应按照设计步骤先进行示范。教学过程中，教师要详细介绍方案分析、总体设计、硬件以及软件设计方案、调试方法以及注意事项等，如总体设计时，分配内部资源和引脚的应用；比较硬件设计中各种方案的优缺点，并根据任务选用合适的方案；软件设计时，首先设计流程（画出清晰的流程图），然后将各子程序模块化，以便于理解、编写、移植及调试。此外，实验报告也应该尝试摈弃以往的书写方法，改用任务书的方式书写，进一步强化设计理念。由于大部分学生没有学习过类似的课程，对于学生来说，整体设计的要求过高，因此，教师要在学生尝试制作时，给予耐心指导，让学生按照一示范、二模仿、三自主设计的顺序进行制作。
最后，综合实训环节。这一环节是为了培养学生独立思考的能力、独立分析解决问题的能力和设计能力。可以将学生分组，分配设计题目，并要求他们完成总体设计、方案论证、硬件设计、软件设计、实物制作并调试以及实训报告等。在实训过程中，教师应辅导学生完成实训项目，引导他们拓宽思路，尝试不同方案，还要鼓励他们耐心分析，改正调试中的错误。通过综合实训，可以使学生掌握单片机的硬件设计调试和软件开发能力。此外，还能使他们了解单片机方面的新资讯。例如，我校学生曾参加过全国大学生电子设计大赛，并取得了很好的成绩，学生在之前就了解了大量与竞赛有关的信息，就是成功的一个重要原因。要鼓励学生参加单片机为控制主体的电子设计大赛，以提高他们的实践能力、应变能力和创新能力。
（三）改革考核方式：理论考试与实践考试结合
考试是衡量教学成果的重要手段。如果采用合理的考核方式，就能促进学生学习的积极性，达到检验教学成果、教学目标的完成情况的目的。此外，教师也要根据考核结果的分析，改进教学手段和质量。单片机的考试分为理论考试和综合实训两部分，并分别鉴定成绩。
1.理论考试，笔试占主要部分，分为客观题和主观题这两种题型。客观题为填空题、选择题和判断题等，答案唯一，这部分主要考查学生对基础知识的应用能力；主观题为分析题和编程等，主要考查学生的分析和设计能力。笔者认为，笔试在理论考试中还是很重要的，它考查了学生的理论基础。尤其是当教师采用了任务驱动式教学法时，基础的理论知识没有进行模块化讲授，因此，可能会出现理论知识欠缺的现象，笔试正是检验这部分学习成果的重要工具。此外，还应将实验课程的成绩归到理论考试部分，从而弥补了理论考试的不足，还可以考查、锻炼学生的逻辑思考能力、调试程序的能力、解决问题的能力。
2.综合实训考试，则按照实训过程、设计成果和实训报告来计算成绩。实训过程是对学生的学习态度和独立完成任务的能力进行考核；实训结果是对学生作品的质量进行考核；实训报告要求学生以书面形式，清晰、完整、系统地表达自己的研究内容、方案、原理及实现方法，所以，它能够反映学生的整体设计能力和表达能力。此外，学生按照规范书写设计报告，其本身就是能力培养的重要的一环。教师在最后要根据学生的平时表现、实训作品、实训报告的完成质量对他们进行综合评定，考核学生对所学知识的应用能力、实践能力和创新能力等。
在教学工作中，教师要以提高学生的知识能力和创新能力为目标，继续改进教学方案和实践方式，提高教学质量。
参考文献：
[1]郑毛祥.单片机应用基础[M].北京:人民邮电出版社,2006.
[2]杨欣等.51单片机应用从零开始[M].北京:清华大学出版社,2008.
[3]孙雷.单片机教学及考核方式探讨[J].中国科技信息,2008.