单片机基础课程教学改革

郎薇薇

摘 要：本文从单片机教学实际出发，提出教学过程中出现的问题，提出了该课程理论教学和实际教学改革的思路。

关键词：单片机教学；课程改革

1 引言

我国高校在二十世纪80年代初开始在少数高校开设单片机课程，教材内容基本是单片机生产商提供的技术手册、汇编程序设计和计算机原理与接口技术的综合体。目前单片机教材虽然较多，但基本延续了这种传统的教学思路，即以单片机的知识点为主线进行单元技术教学[1]。随着单片机教学在各层次学校的广泛普及，这种教学思路显现了明显的不适应。系统设计性内容缺失和细节内容深度不够，使一般学生在实际应用过程中仍然会遇到许多迷茫的问题。目前单片机基础课教材的一个普遍性的问题是教学集中在分散的各个点，而对单片机系统整体结构性考虑不够；重在局部和单元模块，缺乏组织成项目的考虑。这种问题严重地体现在系统软件设计中，一般学生会做例题和作业，不会设计解决实际任务的系统软件。因此，单片机基础课程教学改革的一个重点就是从知识点讲授到以系统设计为主线，基于课程整体性并结合项目系统整体性考虑实施单元教学，重点提升学生系统性、综合性设计能力。

2 单片机理论教学的改革

传统的授课方式是以知识为驱动，知识点之间比较分散，学生学完之后没有系统的概念，缺乏贯穿所有知识的主线，形成不了体系。这种教学方法亟待改革。

2.1 以项目为主线

系统结构性设计是一个重要的教学内容。从宏观教学的角度考虑，我们将整个教学内容设计成基本涵盖了本课程全部教学内容的一个项目，基于课程整体性并结合项目系统整体性考虑实施单元教学。对结构性的适当变化和局部内容的取舍，即可衍生和变化为其它的应用系统。通过这样的教学设计，学生加大了对课程的兴趣，逐渐地积累成就感，并最终能较快地进入系统设计者的角色，能较好地完成实际应用系统的设计。

2.2 教学内容和体系调整

调整应用汇编和C语言教学的比例。汇编指令有助于对单片机硬件的学习，程序代码短、速度快，较多地应用在对时序有严格要求的测控系统中。随着单片机硬件和软件编译技术的发展，代码长度和速度已不是主要问题，重在软件质量、开发周期和开发维护成本，大多数场合应用汇编的必要性已不存在。因此教学应以C语言为主，汇编只讲解指令原理、寻址方式、必要的指令和在C语言中嵌入汇编程序的方法和实例。调整单元模块教学顺序。

2.3 挖掘基本知识内容的深度

把51单片机基础知识讲透彻，对后续嵌入式系统深层次学习可打下良好的基础。以外中断的重复响应和堆栈的溢出问题为例，学生在实际应用中经常遇到，但在教材中没有相应的说明。前者是由于外中断请求信号有毛刺，即使在进入中断立即屏蔽中断，且中断请求信号已经撤销的情况下，在退出中断后还将引起此中断的重复响应[2]。问题在于对中断请求信号、请求标志和响应过程这些基本知识讲述不到位；后者是对堆栈空间位置、容量及系统对堆栈使用没有准确概念。类似的因基本知识讲述深度不够，导致学生困惑的问题还有很多。因此要注重研究实际应用中典型问题背后的原因，深化和细化基本知识的讲授，这对实际应用和提高可起到至关重要的作用。

3 实践教学模式的改革

3.1 基于项目引领的实验模式

我們许多课程的实验课教学模式，基本上都出于传统的公共基础课实践教学。其特点是对单一某个理论教学内容进行实验演示和验证。由于思维的惯性，这种传统自然也延续到单片机实验课中，致使学生综合性实验能力较弱，完成课程设计和实际应用设计的难度较大。作为嵌入式基础和初级应用的单片机基础课程，其最大特点是工程性。单片机本身是一个强大的系统集成工具，学生在专业知识基础上用单片机及相关器件进行综合分析和设计，最终要制作出满足用户要求的产品。因此，单片机实验课的主体思路是综合性、工程性。基于这一点，我们对实验课在宏观上调整为基于项目引领的实验模式。首先是将基础性实验以Proteus软件仿真形式在理论课上实验和演示；其次是配合理论课将整个学期的实验课安排成一个应用项目，将整个项目按照内部资源、扩展资源、前向通道、后向通道和人机通道等部分分解成各个模块作为每次试验课的内容。学生在完成单次试验的基础上，从软硬件的角度对项目整体架构不断地加深认识和理解，最后完成一个项目的全过程实验。在这个过程中，学生不断地积累系统级分析设计的能力，不断地积累着成就感。学生增强了对实验课的兴趣，大幅提高了单片机实验课的效率和效果。

3.2 多种实验手段的综合运用

现在高校学生基本上都基于实验箱做实验。相对于传统实验手段（手工焊接或用面包板），实验箱在单片机应用系统的软件实验方面具有优越性，但在硬件实验方面，则现出其明显的弊端。学生按照实验指导书的指示在实验箱上连接各端子，学生大多不去了解这种连接后形成的电路；没有从设计、元器件连接、调试到完成全过程的锻炼；实验箱资源有限；不能进行多种硬件方案的试验、硬件电路的优化设计和创新。我们根据实验不同分别采用不同的实验手段。应用面包板的实验，侧重于自己设计电路实验方案、创新潜能的开发和硬件系统级调试技术的学习；手工焊接的实验侧重于实际动手技能和模块及硬件调试方法的学习和锻炼；应用试验箱的实验则重点侧重于复杂系统的编程和软件调试。同时，这些实验手段的综合应用，给学生创造了一个宽松的软硬件实验环境和发挥创造性的空间，增大了实验课的吸引力，促进了对理论教学的理解，达到了很好的效果。

3.3 发掘第二课堂的深度和广度

单片机课外教学活动是可行和必要的。组织成立学生课外活动小组，为学生设计阶段性任务。这些任务可以是承担科研项目的分解部分，也可以是有意义和价值的小题目。学生的任务可以指标化，小组实行优胜劣汰。这对学生提高课程兴趣、加深理解、拓展知识和带动整体学习起到了重要作用。每年一次由教育部和信息产业部共同举办的大学生电子设计竞赛，是一次极好的单片机实践教学活动。要进行规范整理，优化模块设计，使之成为标准件，进而成为教学资源，进而促进教学教改工作进展和良好学风校风的建设。

4 结语

单片计算机是技术发展快速的IT前沿技术。要改变思路，以特别的眼光研究这门特殊的课程。我们从教学体系、理论教学、实践教学和自主学习等全方位进行的研究探讨，在教学实际中呈现了良好的效果。

参考文献

[1]陈海宴.51单片机原理及应用[M].北京：北京航空航天大学出版社.2010：62-65.

[2]刘南平.电子产品设计与制作技术[J].科学出版社，2008：45-46