基于微课的单片机指令教学改革研究和实践

李冬英，李梦奇，徐　勇

基于微课的单片机指令教学改革研究和实践

李冬英，李梦奇，徐勇

（邵阳学院 机械与能源工程系，湖南 邵阳422004）

单片机指令系统具有功能强、指令多、内容复杂等特点，因而在教学中常常出现初学者难以理解和记忆的问题。本文基于微课体现的“短、小、精、趣”特征，根据教学内容，将一节课划分为10分钟左右的4～5个单元，进行单片机指令微课教学内容重构和教学系统设计，并在课堂教学中实施，课堂效果显著。

微课；单片机；指令系统；教学方法

单片机广泛应用在智能仪器仪表、家用电器、自动控制、工业自动化、通信、机械电子、汽车电子设备等领域。《单片机原理及应用》作为工科类专业重要的专业基础课，是一门实践性非常强的课程，也是很多其它课程的先修课程。在机电一体化专业的培养体系及专业学习中占据着非常重要的地位。要做好《单片机原理及应用》课程的教学，其中单片机指令系统的教学占据着举足轻重的地位，直接影响到学生对单片机的编程及其实际应用系统的设计。因此，找到一种针对单片机指令系统的先进教学，对培养学生课程学习的能力以及解决实际工程问题的能力具有重要意义。

1　单片机指令系统的特点

单片机是单片微型计算机的简称，是微型计算机发展的一个重要分支。虽然目前各种高级单片机新产品层出不穷，但源自Intel公司的MCS-51系列单片机因具有应用最广、技术最成熟等特点，仍然占据可观的市场份额。国内各类高等院校在开设《单片机原理及应用》专业基础课程时，单片机指令是一个重要的教学内容。单片机指令系统具有以下几个特点：

（1）控制功能强：具有丰富的控制指令，如条件分支转移指令、I/O口的逻辑操作指令、位处理指令等。

（2）指令繁多：8051的指令系统由111条指令组成。如果按字节数分类，有49条单字节指令、46条双字节指令和16条三字节指令，以单字节指令为主；如果按照指令执行时间分类，有64条单周期指令、45条双周期指令和2条四周期指令，以单周期指令为主。

（3）内容复杂，概念抽象。基于上述特点，单片机指令系统的传统教学会让学生感到概念抽象，内容繁杂，知识要点难以理解，为学生的学习带来一定的难度，他们或者不能正确地理解指令的作用，或者给出指令系统中没有定义的指令形式等等，许多学生在学习完这部分内容后，发现单片机指令还挺复杂的，就会渐渐地失去学习兴趣，自然严重影响了课程教学效果。掌握和熟悉指令系统，能促进学生对8051硬件结构的深入理解，进而为MCS-51的高级语言编程奠定基础，具有重要的意义。

2　单片机指令系统教学中的问题

2.1教学内容上存在的问题

目前很多单片机课程教学都以MCS-51单片机为讲授对象，对于MCS-51单片机指令系统来说，共有111条指令，按功能划分为数据传送指令（29条）、算术运算指令（24数据传送指令）、逻辑运算指令（24条）、控制转移指令（17条）以及位操作指令（17条）5类。指令采用助记符表示的汇编语言指令格式如表1所示。

表1单片机汇编语言指令格式

按照课本内容排列上的讲授方式介绍指令的操作功能方面在教学效果上仍然会存在一些问题，教学过程中，通过作业、实验以及考试发现相当多的学生很容易把指令搞混淆，大部分学生对指令的理解方面存在着较多的问题，指令中目的操作数和源操作数可以以何种形式出现，完全没有清晰的概念存在，纯粹按照自己的“主观感性主义”编程，想怎样写就怎样写，甚至随意捏造一种新指令，用于描述自己的程序设计和实现，这种传统的按书本内容进行的教学方式往往容易打击学生对单片机的学习兴趣和激情。

2.2教学方式方法存在的问题

单片机课程教学把培养学生动手能力作为一个重要目标来考虑，因此，跟实践结合非常紧密，但实际上很多学校在讲授单片机课程的时候，由于受到学时与实验条件的限制，教学过程中大部分时间是讲解课程的知识点，很少联系单片机产品的开发过程及开发环境，学生主要靠实验过程掌握有关单片机开发环境和调试过程。毕竟实验课时非常有限，对学生来说，掌握程序设计的开发环境及调试过程比掌握程序设计的基本要素更重要，并且学生缺少程序设计的开发环境，对学习单片机指令的理论知识感到非常抽象，很容易钻牛角尖，不能理解为什么会这样。结果只能靠死记硬背，模模糊糊记住一些指令，印象不深刻，使用时就会琢磨不定。

因此，文章基于微课体现的短、小、精、趣等特征，根据教学内容，将一节课划分为10min左右的4～5个单元，进行单片机指令微课教学内容重构和教学系统设计，并在课堂教学中实施，来探讨MCS-51指令系统的教学方法。

3　基于微课的指令系统教学设计

3.1微课及其发展

微课是现阶段的教育领域中不断发展的新型教学模式，能够辅助教师将教学过程有效的延伸与完善，进而促使教学目标的有效实现。微课主要包含小教学视频以及配套的教学辅助资源，如微课件以及微教案等等。

微课要求教学活动时间短，教学目标明确，教学内容精炼。通过采用案例教学等教学策略，围绕某个知识点而展开教学活动，学生学习起来更有针对性，微课视频及其配套的教学辅助资源可以放置在网上，可满足学生随时、随地、随需的自主学习，提高学习效率。

3.2教学框架设计

对于指令系统的学习，本文基于微课方式围绕指令展开，根据教学内容，将每学时45min的教学内容划分为10min左右的4～5个单元，按照“案例——格式——说明——实例（举例、互动）——对照——练习”的形式，进行单片机指令微课教学内容重构和教学系统设计，并在课堂教学中实施，录制一小段微视频，配以辅助的教学资源，提供给学生，学生可以按照自己的情况进行有针对性的预习和复习，消除知识盲点，教师也可以收集学生的反馈信息，以实现教师与学生之间的互动。

3.3教学实施

下面以《单片机原理及应用》课程指令系统的知识点教学为案例，介绍基于微课的课堂教学的设计与实施过程。

（1）微课教学内容的选取。课前笔者首先对教学内容进行分析，以便更好的进行微课课堂的设计。在单片机指令系统的教学过程中，从功能角度出发可以将111条指令分为5类：数据传送、算术运算、逻辑运算、控制转移和位操作。在功能分类的基础上，通过归类来进行记忆，给出助记符对应的英文单词，给学生提供记忆指令的有效手段。

单片机指令系统的教学内容寻址方式与111条指令共需要6学时，其中寻址方式的教学需要1学时，5分时分别用来学习5类指令。每一类指令都有相似的符号和格式，只要能熟练理解，记忆其中5类中的30多条指令，其余指令就会触类旁通。要熟记30多指令，基本上每类指令要记住有代表性的5～10条指令即可，下面笔者以“数据传送类指令”为例，具体说明每类指令的教学过程设设计与方法。

（2）微课教学内容的微处理。笔者在讲授数据传送类指令时，先根据指令的助记符“MOV、MOVC、MOVX”将其划分成三类指令，将具有相同助记符的8位数据传送类指令MOV作为教学案例，将这类指令按操作数或操作数地址分别以＃data、A、Rn、@Ri、direct等的指令再进行分类。分别以累加器A、Rn、direct等为目的操作数分别列出所有指令来，并介绍其操作功能，如图1和图2所示。

图1　以累加器A为目的数的传送类指令

图2　以直接寻址direct为目的数的传送类指令

以上的9条数据传送类指令中，分别选取在格式与结构上具有代表性的2条指令，只要求学生能掌握具有代表性的4条指令（如图3所示）做为重点教学内容。

图3　典型代表数据传送类指令

表2　微课的脚本录制设计

微课教学内容选取好后，接下来根据微课课时长短按照

“案例——格式——说明——实例（举例、互动）——对照——练习”的形式将一堂课的教学内容分割成5～10分钟的多个小片断，先选取的内容作为案例切入主题，按照格式——说明——实例等的形式然后逐步推进，引发思考，最后以对照练习的路径设计微课形式的教学片断，每个片断时长控制在10分钟以内，如表2所示。

（3）微课在教学中的实施及效果。为了验证微课在教学中的效果，笔者在两个平行班级中分别采用传统教学法和微课教学法进行对比。在采用传统教学的班级中，学生的学习状态非常被动，学习效果很差。指令常常混淆不清，就是在死记硬背的基础上记住一些指令，通常在程序设计开发环境下，也不知道如何具体运用。在采用微课教学的班级中，相比前者学习效果明显改善。上课时，通过短短的5～10分钟时间记忆一小类指令，笔者通过教学平台将微课视频发给每个学生，让学生看视频进行自主学习。学生在学习过程中对微课表现出极大兴趣，每位学生都认真观看微课视频，在短时间内容理解并记住一小类指令，而教师只需根据学生的学习情况对指令的功能进行指导说明。采用微课的形式，几乎所有学生都轻松愉快地完成了单片机指令系统的学习。由此可见，采用微课的形式进行教学，不仅学生欢迎、提高了教学效果，也对单片机指令这类相对枯燥的教学内容有着重要的参考价值。

4　结语

理解和掌握单片机的指令系统是学习单片机原理及应用的基础，如何快速准确记忆和掌握这些指令十分关键。将传统教材中的指令按助记符分解为传送、算术运算、逻辑运算和控制转移类指令等5类，将助记符相同的指令放在一起进行对比学习，同时以A、direct、Rn和@Ri为目的操作数，分析并归纳出相关指令之间规律，教学过程中以微课形式，把复杂的教学内容分解成10分钟左右的多个小片断，以达到轻松记忆这些指令的目的。通过在多个教学班级进行教学实践，教学效果明显。

［1］张毅刚.单片机原理及应用［M］.北京:高等教育出版社，2007.

［2］何立民.单片机高级教程——应用与设计［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2006.

［3］倪振荣，魏丽.基于微课模式下的计算机基础课程教学［J］.济南职业学院报，2014，（5）：54-55，58.

［4］鲁庆.微课在程序设计课程中的应用［J］.柳州职业技术学院学报，2014，14（6）：71-80.

［5］杨明.高职教育微课开发综合讨论［J］.安徽文学，2014，（6）：65-70.

［6］教育部全国高校教师网络培训中心.中国高校微课研究报告.［EB/ OL］.［2014-07-10］.

［7］张丽.引进“微课”新模式，促进信息技术课堂有效教学［J］.考试周刊，2014，（86）：121.

［8］孟祥增，刘瑞梅，王广新.微课设计与制作的理论与实践［J］.远程教育杂志，2014，（6）：24-32.

［9］宋金璠，郭金峰，王生钊，等.微课在大学物理实验教学中的应用［J］.物理实验，2015，35（2）：12-17.

［10］白亚秀.微课在高频电路实验教学中的应用［J］.信息通信，2015（2）:270-271.

Research and Practice on Teaching reform of Single Chip Microcomputer Instruction System Based on MCU

LI Dong-ying，LI Meng-qi，XU Yong
（Department of Mechanical and Energy Engineering,Shaoyang University，Shaoyang，Hunan 422004，China）

The sing1e chip computer command system has the characteristics of strong function，mu1tip1e instruction，so it is difficu1t for beginners to understand and remember the prob1ems in the teaching process.The paper bases on the“short，sma11，fine，and fun”features that micro course ref1ects，according to the teaching content，divides a c1ass into 4～5 units about 10 minutes separate1y，MCU instruction Micro-course reconstruction of content and teaching system design are imp1emented in the c1assroom teaching，and the effect is significant.

Micro-course；Sing1e-chip；Command system；Teaching method

G642

A

2095-980X（2016）03-0105-02

2016-02-18

邵阳学院教学改革课题（2014JG23）资助；湖南省学位与研究生教育教学改革研究课题（JG2014B060）资助

李冬英（1976-），女，博士，讲师，主要研究方向：机电一体化系统的研究与教学。