《单片机原理与接口技术》课堂教学探讨

　　摘 要： 《单片机原理与接口技术》是一门理论性与实践性均很强的学科电子信息技术及自动化类专业的核心专业课程。它对培养学生的工程思维能力和解决问题的能力具有重要作用。为了提高教学质量，作者结合高职学生和本课程的特点，从教学内容、教学方法和教学手段等方面进行深入探讨，同时采用相应的实例予以说明。
　　关键词： 《单片机原理与接口技术》 教学内容 教学方法 教学手段
　　《单片机原理与接口技术》是电子信息技术及自动化类专业的核心专业课程，是一门理论性与实践性均很强的学科，它对培养学生的工程思维能力和解决问题的能力具有重要作用。传统的教学和单片机教材都过分重视知识体系的演绎和推理，而在学习单片机时概念枯涩难懂，缺乏形象化的语言，无法从学习中找到与现实生活的结合点，因而大多数学生对单片机课程产生了畏惧心理，影响了学习的积极性。因此，为使学生更好地掌握《单片机原理与接口技术》这门课程，对单片机课程进行教学改革是十分必要的。
　　一、《单片机原理与接口技术》教学内容的选取
　　在单片机原理与接口技术这门课中，笔者首先以单片机考证的要求为导向选取相应的教学内容，同时在授课中根据大学生电子设计竞赛的要求和学生的学习情况进行适当调整。笔者的最终目的是通过本课程的学习，使学生系统地掌握汇编语言的编程方法和C语言在这个领域的运用，掌握单片机的基本原理、接口和应用技术。笔者所用的单片机是8051系列，原因是笔者认为虽然其他系列单片机拥有着各自独特的优势和诱人的市场前景，但是51系列单片机借助广泛的工程应用背景和众多公司的不断改进仍然会是市场上不可或缺的一款主流系列［１］。
　　当前为了单片机原理与接口技术而设计的实验项目数量众多，为了方便教与学，笔者只是选取流水灯实验、十字路交通信号灯实验、键盘与数码管显示实验、液晶显示屏显示实验、信号发生器和数字温度计实验、串行片外存储器扩展实验（I２C接口）等几个重要而经典的实验。之所以选取以上实验是因为以上实验具有代表性和易结合性。例如单片机原理与接口技术这门课程的一些基本内容如：单片机的I/O口、内部的程序和数据存储器、单片机的指令和汇编程序的编写、定时和计数器、中断控制，这些都可以通过流水灯实验根据不同的要求，编写不同程序得以体现出来。以上这些实验都可以覆盖这些基本和常用的单片机原理与接口技术。在有限的时间内面对大部分学生将以上几个实验在课堂上讲解清楚已经足够，但是这并不意味着就已经完全掌握了单片机原理与接口技术这门课的所有内容。事实上，有一些优秀的课外书籍上的内容值得向学生推荐，如《51单片机应用实例详解》、《新概念51单片机C语言教程》等书，这些书对于学生锻炼自己在这方能的能力和增长自己的见识非常重要。
　　其次，适当增加单片机软件开发平台KeilμVision和Proteus仿真软件的讲解。在教学内容上，除了讲解单片机汇编语言，还以KeilμVision为开发平台，讲解C51的开发流程。同时在实验课上还引入Proteus仿真软件来做单片机的仿真分析和设计。
　　最后，适当增加32位嵌入式系统应用的相关知识。从技术上考虑，目前所讲授的MCS-51单片机定位在低端产品应用，而中高端的产品几乎全部是32位嵌入式系统应用，在这样的背景下，只讲8位的系统是无法满足未来技术发展要求的，也不利于学生的就业选择［２］。由于课时数限制，仅对32位嵌入式系统的基本技术做一个概括讲解，选择ARM9作为对象。
　　二、综合运用多种教学方法
　　在单片机原理与接口技术这门课程上，传统的教学是按循序渐进的方式进行的。这样的教学方法有助于学生理解和掌握单片机原理与接口技术这门课的基本原理和一般设计方法，同时也有利于教学的进行。但是由于单片机原理与接口技术这门课程的抽象性和应用性等特点，传统的教学方法难以取得较好的效果。表现在：有较多的学生因这门课的抽象性而产生厌学情绪，放弃了对这门课的学习；还有就是因为这门课的知识点内容较多，而有些学生又不去总结归纳，以致学了后面的知识就忘记了前面所学，到最后学完这门课程也只是学了个大概。
　　针对以上的现象，国内外众多教育专家转变教学观念，改变传统的教学方法，采用项目式导向法教学，取得了较好的效果。这种项目式导向法将单片机原理与接口技术这门课的基础知识和一般的设计方法融入几个设计好的实践项目中，以项目完成能力训练为中心，中间穿插必要的理论知识，在动手实验完成项目的同时学到这门课所要求掌握的知识。这样解决了传统教学方法由于这门课的抽象性和实用性导致学生厌学和学不好的情况，同时还加强了与实际生产过程的联系，促进了学生面向社会的职业能力的提升［３］。不过这种针对某一知识点而设计一个项目任务的教学方法的教学效果并不十分好，原因在于教师在教学中难以一一开展，学生疲于应付。笔者觉得应该将传统循序渐进的教学方法和项目式导向法结合起来。例如在开始本门课程时，通过引入流水灯实验，紧接着按照循序渐进的教学方法讲述在这个实验中涉及的单片机知识。这个实验基本上可以覆盖单片机的大部分基础知识，学生不仅可以熟悉这个实验，而且每次又可以学到新的知识。
　　笔者还在本课程教学中采用启发式教学和讨论式教学。启发式教学是在尊重学生主体性的基础上，教师通过引导和启发，达到使学生获取知识和能力的目的。在课堂上或实验课上，留一些时间，甚至专门选一个时间给学生讨论和提问，引导学生主动思考，让学生带着问题上课，激发他们的求知欲。而讨论式教学则是在教师的指导下，一开始学生就以小组为单位，围绕某个问题或者任务，各抒己见，通过讨论或辩论活动，获得知识和巩固知识的教学方法。到了本课程末尾，笔者要求这些学生小组共同合作完成一个活两个综合实验，例如信号发生器和数字温度计实验，结合液晶显示屏显示实验一起在一个单片机系统里实现。在进行这些综合实验任务时，笔者会引导学生进行思考，讲解相关的要点，然后让学生自己思考，在小组内讨论或者小组与小组间讨论，最后在实验课和课后时间完成任务。采用这样难度稍大的教学任务，既可以让学生了解到什么是单片机系统开发，又方便教师挑选学生中的尖子参加相关的大学生电子设计比赛。
　　三、教学手段的探讨
　　在进行以上传统的循序渐进教学和项目式导向教学时，引入计算机辅助教学，可以增大教学中的信息量，这对于一些复杂的教学内容如时序图等有比较好的展示性。做系统开发讲解的时候，计算机辅助教学方式能够非常直观地向学生展示整个开发流程，有利于学生接受。
　　适当地应用计算机仿真技术，如软件proteus、multisim仿真软件和keil软件。引入Proteus仿真软件，使学生建立直观的仿真思想。在Proteus上学生可以方便地进行电路原理图的设计和仿真测试，观察电路的工作状态及软件运行后的变化情况，这对于学生的深入学习有巨大的帮助。Keil完成单片机软件设计调试，Proteus完成硬件设计及系统运行结果查看，极大地开拓了单片机学习的空间，降低了单片机的学习成本，增强了学习效果［２］。
　　在实验室利用单片机实验配套教学设备，一边进行教学和一边动手实验验证也是一个极好的方法。我院在专项经费的支持下，与南京韦福教学仪器设备公司合作，购买了单片机实验箱和实验教材。在实验室进行本课程的相关实验内容，可以调动学生的多种感官，使学生学得更快和更加容易。
　　由于学院的支持和现代通信技术的广泛应用，笔者还通过学院提供的资源进行本课程的网络教学。笔者要求学生在课后学习本课和完成作业的过程中遇到的问题在本课程的网络教学上提出来，然后供学生讨论，或者笔者解答。一些个人遇到的问题，还可以通过一些通讯工具，