浅谈单片机一体化教学

黄协荣

一、引言

目前单片机渗透到我们生活的各个领域，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡等等，这些都离不开单片机。

单片机技术是电子、机电、控制等专业的重要专业技能课程，是我校机械专业的一门重要专业课，是一门结合电子、计算机等技术的应用性很强的课程。然而在传统的职业学校单片机教学中，却存在许多问题，使得这门重要课程的教学效果不尽人意。

二、教学现状

由于单片机课程的实践性很强，在传统的教学模式中，采用课堂教学+少量实验的教学模式，学生操作次数有限，导致教学效果不佳。传统的单片机教学过程中的实验，常常在教学中安排一定的课时，集中在实验室做相关的实验。而使用的编程语言——汇编语言抽象难懂，使得学生学习热情不高；实验设备陈旧且模块单元集成度高，实验时学生若没有弄清楚集成芯片就只能依照实验指导书照搬照套，这种方式的局限性很大。特别是学生只有在规定的时间内去实验室才能进行实验，而在课堂教学过程中，特别是在学生课前预习与课后作业阶段，很难有实验的条件。

三、教学探索

针对以上提到的单片机教学中存在的问题，结合学校、学生现状，为提高单片机课程的教学效果，采用“教学做一体化”的教学方法，强调以教师为主导，学生为主体，边学变练，让学生在“做中学，学中做”，体验学习的乐趣，收获学习的成就感。同时通过优化教学内容，采用以C语言为主，汇编语言为辅的编程语言。通过对16机械班学生进行一体化教学改革的摸索实践，在17机械班学生的单片机教学中取得了较好的效果。

1.芯片选型

从第一批单片机面市至今虽然只有短短的三四十年时间，单片机的种类型号却非常多。结合市场需求及教学实际，选择51系列8位单片机作为教学芯片。

2.实验设备

学习单片机离不开实验，以往单片机的实验往往依赖于仿真机和单片机学习系统，价格昂贵，至使学习单片机的门槛很高。近年来，随着FLASH型单片机的广泛应用，采用软件模拟加寫片验证成为一种经济实用的实验方法，尤其是随着单片机技术的发展，很多单片机都具有了ISP功能，美国SST公司推出的SST系列单片机更是集成了仿真功能，配合Keil软件，可使用户的目标板直接具有仿真功能，将单片机的易用性推向一个新的高度。学校采用的平凡单片机工作室单片机实验板，板上CPU采用SST公司的P89E554RC芯片制作的仿真机，可直接与Keil软件通讯，使用Keil软件提供的单步、过程单步、设置断点等调试手段调试程序[3]。制约单片机教学效果的一个重要因素是实验条件无法满足课堂教学的需要，但受资金和场地条件的制约，增加实验设备存在许多困难。

虚拟实验室是一种基于仿真软件构建的虚拟实验教学系统，是教学实验室的数字化和虚拟化。虚拟实验室具有诸如利用率高、易维护等诸多优点，在教育领域中有很好的应用价值。

在一体化教学中结合利用Proteus仿真软件来构建单片机虚拟实验室，运用它强大的仿真功能来仿真单片机实验、并可以在仿真后使用硬件实验平台进行实验以取得更直观、真实的实验结果[4]。通过“虚实两平台”的一体化教学，从而让学生掌握单片机的应用方法，特别是对以后工作中经常应用的机电设备控制应用有较深的认识和了解；使本校的单片机课堂教学与实验能以虚拟仿真、真实环境并行的方式进行。

3.编程语言

汇编语言具有代码紧凑、运行效率高、可直接对硬件内部进行控制，但语句抽象、编程效率低。而如今企业开发一般以C语言为主，C语言学起来比较容易，所以在单片机编程语言的选择上选择以C语言为主，编程语言为辅。

4.教学内容

根据目前职业学校的教学特点，以就业为导向，实现加强素质教育、培养学生创新能力的目标，在教学内容的安排上，结合实际生产需求，依照“项目导向、任务驱动、能力培养”的现代职业教育理念，精选以“调速风扇”等工作任务，每个工作任务均融入单片机应用与调试岗位所要求的知识、技能。如在单个发光二极管闪烁的项目教学中，在理论上完全摒弃一般51单片机教材中的单片机概述、基础知识、51单片机结构和51单片机指令系统这样的传统框架，而是将课程内容进行整合，教给学生如下知识：数字电路中发光二极管亮灭控制、51单片机P0-P3端口和程序控制发光二极管亮灭。学生学到理论之后，马上可以用于实践、指导实践，体现学中做的理念。实践不仅可以促进学生技能水平的提高，而且可以检验理论、深化理论。因此，在项目制定中，实践教学部分要充分考虑理论知识的延伸，真正体现做中学的理念。

5.网络资源

互联网上单片机的参考资料很多，学生可以利用网络资源进行进一步学习单片机，还可以通过学校网站和文件共享的方式，利用网络将虚拟仿真的教学资源向学生开放，使学生在课余能运用虚拟仿真进行课前预习、完成课后作业，并且可以通过它来完成课程设计和毕业设计的大部分工作。

6.实践创新

通过一段时间的学习，借助学校技能节活动的开展，组织学生进行综合应用大赛，让学生通过开发一个完整的单片机应用系统对单片机的各个模块系统地联系起来，发挥大家的实践创新能力。

四、结语

在单片机教学中开展教学做一体化尝试，打破了传统的以章节为主的教学框架，通过项目教学整合了课程内容，提高了学生的学习兴趣，实现了理论教学与实践教学的有机统一。通过“教、学、做”一体化的教学模式提高了教学效果，切实培养了学生专业技能和职业素质。