递进式模式在单片机实验教学中的应用研究

陈 燕，杨永双

(郑州轻工业学院 计算机与通信工程学院,河南 郑州 450002)

递进式模式在单片机实验教学中的应用研究

陈 燕，杨永双

(郑州轻工业学院 计算机与通信工程学院,河南 郑州 450002)

“单片机技术”是一门实践性很强的课程，因此实验教学是该课程的重要环节。如何提高单片机实验教学质量一直是一个需要深入研究的问题。分析了目前单片机实验教学中存在的一些问题，提出将递进式模式引入单片机实验教学中，并给出了相应的教学案例。实践证明，在单片机实验教学中采用递进式模式教学可降低学习难度，提高学生学习的积极性和动手能力。

单片机；递进式；实验教学

0 引言

“单片机技术”是一门实践性和应用性很强的课程，在电子、通信、机电等专业的课程体系中处于承上启下的地位。该课程教学以“电路分析”“模拟电路”“数字电路”等课程为基础，主要讲授单片机的硬件系统、指令系统、中断系统、定时器/计数器、串行通信等知识，旨在通过讲授与实践，使学生掌握单片机软、硬件的开发技能，为后续课程如“嵌入式系统”等专业课打下基础，同时培养学生的设计能力和独立创新能力，为学生毕业后从事硬件或软件方面的工作奠定良好的基础[1-2]。然而在该课程结束后，许多学生感觉只是掌握了基本的理论知识，能完成一些简单的实验，当要做一个项目时，却无从下手。究其原因是陈旧的教学模式只是“授人以鱼”而非“授人以渔”。

在单片机课程教学中，实验课用以提高学生的实践动手能力因而占据较多的课时，若在单片机实验课中采用有效的教学模式，则会使得单片机课程教学达到事半功倍的效果。递进式教学模式的特点是将教学重点和难点由浅入深，层层推进，能够引导并促进学生主动探索，充分发挥学生学习的主动性，因此将递进式教学模式引入单片机实验教学中是一种有效的探索。

1 单片机实验课程采用递进式教学模式

在单片机实验教学中引入递进式教学模式，即是将所需要做的各项实验建立联系，使各个实验前后衔接，即后面所做的实验可通过对前面所做的实验进行修改来完成。

递进式教学模式遵循“循序渐进”的教学原则。传统单片机实验课程的内容可分为3个层次，即基础实验、设计实验、综合设计实验。一般先做基础型实验，掌握单片机最基本的知识和相关指令；然后做设计型实验，对单片机某一项功能进行深入的实验；最后做综合型实验，完成一个简单的单片机应用系统的设计。虽然看起来也是遵循“循序渐进”的原则，但是3个层次的实验彼此独立，没有连贯性，学生难以融会贯通。因此使得大多数学生可以完成基础型和简单设计型实验，而无法完成综合设计型实验。递进式教学模式采用前后衔接、层次分明的实验设计，使学生在基础型实验的基础上将所学知识融会贯通，并经过修改完成综合型实验，缩短了学生设计编程的时间，同时能够提高学生实验操作能力。

递进式教学模式尊重和正视不同学生之间的差异[3]。目前，学生的学习接受能力和动手能力存在差异，若采用统一的实验要求，则可能会挫伤一些能力较弱的学生的学习积极性，同时也不利于鼓励能力较强的学生的学习热情。递进式教学模式针对隐性分层的学生制定不同层次的教学内容。“单片机技术”课程中每个实验基本上都可以做进一步的扩展。对于普通的学生，实验只要求实现基本的功能即可，让他们体验到“单片机技术”课程学习并不是高不可攀；对于能力较强的学生，每个实验都可以增加一些新的功能，让其适当解决一些难题，获得成就感。

递进式教学注重发挥学生的学习主动性。根据心理学家布鲁纳的学习动机理论，提出在教学过程中教师要重视学生的学习动机，内在动机比外在动机更重要[4]，而好奇心和好胜心能够促进学生学习的内在动力。目前，单片机实验教学中示教内容多，学生动手机会较少[4-5]，甚至一些学生只是将教师提供的参考程序或者从网上下载的程序敲打进电脑就算做完实验。这样学生处于被动学习状态，对实验过程印象不深刻，不利于发挥学生的学习主动性，也难以提高学生的动手能力和创新能力。递进式教学模式需要学生在彻底了解前面所做实验的基础上修改程序。由于对程序的修改有多种方法，因此递进式实验的设计给予学生极大的发挥空间，有助于学生发挥学习的主动性[6]。

递进式教学模式降低了实验的难度。由于对汇编程序是初次接触，加上汇编程序是低级语言，使得许多学生在编写程序时无从下手，特别是当要实现的功能较为复杂时，学生更是不知从何处下手。如果安排比较复杂的实验内容，加上实验课时有限，那么许多学生将无法完成任务。而在递进式教学中后一个实验基本是在前面实验的基础上做进一步的修改，一般修改量并不大，因此降低了实验的难度，提高了学生的学习兴趣。另外这种训练也有助于学生学习“借鉴”他人的程序，以便缩短自己设计的时间。

2 在单片机实验课程中采用递进式教学模式的案例设计

以单片机实验中最基础的I/O口使用和综合性较强的电子时钟的设计为例，分析递进式教学模式在单片机实验教学中的实现。

实验1：P1口的使用。通过P1口控制发光二极管的亮灭。在该实验中需要哪个发光二极管点亮，只需将与发光二极管相连的相应I/O口置0或置1即可。置0还是置1需要根据硬件电路来决定，毕竟单片机是一门软硬件结合的技术。

实验2：流水灯实验。通过P1口控制多个发光二极管。在实验1的基础上，只需将与I/O口相连的发光二极管按顺序点亮或熄灭即可。对于能力较强的学生，实验2可做进一步扩展。扩展1，每个发光二极管点亮时需闪烁数次，闪烁的时间可用指令延时程序或者使用定时器定时完成。扩展2，发光二极管按指定的顺序点亮，如间隔点亮等。

实验3：1个数码管的显示。通过实验2可知，若要显示不同的内容，只需给P1口赋不同的值即可。因此若P1口输出的是数码管的字型码，则可以通过P1口控制数码管的显示。另外若P1口输出的值依次增加或减少，则与D/A转换器结合，可做锯齿波、三角波的波形发生器。

实验4：2个数码管的显示(采用动态显示，如将寄存器R0的内容显示出来)。2个数码管的显示可采用静态显示或动态显示的方式。采用静态显示只需在实验3的基础上添加1个数码管和1个I/O口即可。但静态显示占用了过多的I/O口，而单片机的I/O口数量有限，因此在实际中常采用动态显示的方式以节约I/O口资源。采用动态显示的方式就要考虑如何控制2个数码管的显示。显然2个数码管的字型码的输出都需要同1个I/O口，以P1口为例，2个数码管就需要交替占用P1口，即2个数码管会交替点亮。由于眼睛视觉暂留效应，当2个数码管交替显示转换的时间足够短时，人眼是无法察觉的。因此只需在实验3中添加以下2个内容：①选择数码管的指令以便2个数码管交替占用P1口；②延时程序以便人眼能够看到数码管的显示。对于能力较强的学生，实验4可做进一步扩展。扩展1，多个数码管的动态显示。扩展2，为了进一步节约I/O口，采用串行口，即利用RXD和TXD输出字型码。

实验5：秒表的设计。若实验4中寄存器R0的内容每1 s加1，那么实验4可以转换为一个秒表。因此实验5可在实验4的基础上，需添加2个内容：①添加1 s的定时，将R0的内容每1 s加1，即添加定时器中断程序(添加定时/计数器、中断系统的使用);②添加控制语句使得R0的内容到59时返回到0，以便完成秒表的设计。

实验6：电子时钟。实验5只是一个秒表，若再添加4个数码管分别用于小时和分钟的显示，则可完成电子时钟的设计。对于能力较强的学生，实验6可做进一步扩展。扩展1，再添加数码管分别用于显示年、月、日。扩展2，添加开始、停止、复位等按键(添加独立式按键和外部中断的使用)，添加置初始值按键(添加行列式按键的使用)，这样即可更加接近于现实生活中的电子时钟。

在上述案例中电子时钟的设计几乎涵盖了单片机技术中大部分必须掌握的理论知识，即涉及到I/O口的使用、定时/计数器、中断系统、数码管的显示、按键的使用等内容。从该案例可以看出，采用递进式教学模式，可以将该课程所学知识点前后联系起来，不断地加深学生对理论知识的理解；能够让学生学会如何“借鉴”或者“修改”别人的程序以便快速完成自己的程序；可以满足不同层次学生的需求。同时，递进式教学过程对于学生进行复杂单片机程序的设计也具有积极的意义。

3 结束语

虽然递进式教学模式需要教师花费大量的时间和精力在课前设计合理的实验内容，在课间悉心引导学生，在课后辅导能力较强的学生对实验做进一步的改进。但递进式教学模式是根据教学内容难易程度，从简单到复杂，进行递进式分层教学，可以满足不同学生的需要，充分发挥每个学生的学习潜能，并有助于培养学生的创新能力；同时递进式教学中强调以学生的“学”为中心，教师仅需适当指导和启发学生，让学生主动接受知识、主动分析和解决问题，提高了学生学习的主动性。因此将递进式教学引入单片机实验教学是一种有效的尝试。实践教学证明，在单片机实验教学中采用递进式教学模式，能够明显提高学生的学习兴趣，培养学生的实际动手能力，使学生初步具有电子产品的研发能力。

[1] 余红珍.任务驱动教学法在单片机实验教学中的应用[J].软件导刊，2012,11(12):205-206.

[2] 丁保华,张有忠,陈军,等.单片机原理与接口技术实验教学改革与实践[J].实验技术与管理,2010，27(1):117-119.

[3] 宋秋前.关于分层递进教学的教学论思考[J].中国教育学刊,2000,17(3):46-48.

[4] 陈琦,刘儒德.当代教育心理学[M].北京:北京师范大学出版社,2007:21-35.

[5] 王艳林，李东.单片机原理及应用教学项目设计[J].教育教学论坛，2016(20)：64-65.

[6] 邹国锋，傅桂霞，李震梅，等.电信专业递进式“Matlab”课程教学模式探索[J].电气电子教学学报，2016，38(5):84-86.

Research on Progressive Mode in Experiment Teaching of Single Chip Microcomputer

ChenYan,YangYongshuang

(College of Computer and Communication Engineer,Zhengzhou University of Light Industry,Zhengzhou Henan 450002)

MCU technology is a practical course in which the experimental teaching plays an important part.How to improve the experimental teaching quality of MCU is always a problem needing further study.This paper analyzes the problems existing in experimental teaching of MCU,proposes that the progressive mode be introduced into the MCU,and presents the corresponding teaching cases.Practice has proved that use of progressive mode in the MCU experimental teaching can reduce the learning difficulty,improve the students' learning enthusiasm and practical ability.

MCU;progressive type;experimental teaching

2016-12-02

陈燕，讲师，硕士。

10.3969/j.issn.2095-4565.2017.05.014

G642.0

A

2095-4565(2017)05-0064-03

(责任编辑高嵩)