高职院校单片机教学改革探索

2022-09-12

单片机是一门理论综合性、实践性都非常强的课程, 通常分为理论教学与实践教学两部分。高职院校机电类相关专业都开设单片机课程, 但没有明确其在整个学科体系中的重要地位, 而且不同专业对教学要求也应该有所区别。同时, 该门课程知识点多, 内容难度较大, 很多学生学习时感到难于理解, 所以必须对这门课程进行必要的教学改革。本文从教材改革和实验改革两方面来谈。

1 教材改革

高职教材是专业建设的重要内容之一。目前高职高专单片机类系列教材中, 理论部分难度大, 相关章节内容联系不紧密, 与实际脱节, 导致大部分单片机教材整体性和使用性都非常差, 也不适宜高职高专培养高技能型人才的教学目标。教材编写顺序应该采用从简单到复杂, 内部到外部, 硬件到软件的方式。在课堂教学中, 主要采用以任务为中心的教学模式, 打破学科体系的束缚, 以学习者的实际需求为目标, 摒弃以学科体系为主线的编排方式而采用以读者的认知规律为主线。

分析当前的单片机教材, 内容大致为以下几部分:一、单片机的介绍和基础知识;二、单片机系统结构 (硬件) ;三、汇编语言指令;四、程序设计 (软件) ;五、中断、定时器/计数器、通信等外围接口电路;六、应用实例。其中各部分里每个具体章节的部分内容应该重新进行调整, 而对各部分的知识也要建立充分的联系, 并减少较难的理论知识, 突出培养实际应用技能。

对单片机教材内容改革提出以下建议:

1.1 二进制代码

在课程基础教学部分对于二进制代码的介绍都很全面和详细, 这也是学习后面其他章节所必须会的重点内容, 所以不必改动。在保证教学内容完整基础上, 突出二进制和十六进制代码之间的转化和使用。因为在讲解汇编语言时, 汇编指令为十六进制, 机器语言为二进制, 学生可能会出现编写地址或操作数内容时按十进制使用的错误。在代码部分后加入技术指标、字长、字节、运算速度等内容, 方便后面的编程教学, 也使内容更加充实。

运算器、控制器和总线部分应该放在系统组成和结构部分来讲, 这部分内容不应属于基础知识的介绍。

1.2 单片机系统结构

单片机系统结构重点是使学生了解单片机基本结构和组成以及各部分之间如何连接。对于中央处理器CPU中运算器和控制器的原理部分, 不用加以太多论述, 尽量降低理论知识的复杂程度, 减少难于理解的教学部分。时序部分应调整在定时器/计数器章节里。此章重点应该放在如何正确认识、使用单片机。堆栈部分虽然属于存储器结构类的内容, 但是里面涉及到的堆栈指令和地址指针SP的增减问题, 应该放在汇编指令后学习, 这样可以使学生更容易理解堆栈的使用方法。

1.3 寻址方式

寻址方式应该放到汇编指令部分之后。寻址方式表示了书写指令地址和操作数的基本格式, 初学指令时学生大多以记忆指令的格式和意思为主, 并不能熟练的运用, 而寻址方式的内容又完全是以汇编指令来举例, 对于没有学习过汇编指令的学生就是在还不知道指令具体意思的时候就要提前学习, 教学和学习效果不好。如有必要介绍寻址方式, 就源操作寻址或目的操作数寻址中的一种为例, 说明这几种寻址方式的特点和区别, 如立即寻址的特点即为在指令的源操作数部分出现的是一个立即数形式的操作数, 不必要使用详细的指令来举例。

1.4 汇编语言程序设计

汇编语言程序设计中的语句格式和结构应该放在指令部分的前面, 而大部分教材都是放在汇编指令部分后、程序设计举例部分前来介绍。汇编指令中的指令格式和汇编语言程序设计中的语句结构有很大重复, 应直接拿到指令的格式中来, 将两者内容合并。汇编语言程序设计中讲解具体程序例子时, 应该循序渐进, 从易到难, 从具体的小程序设计例子开始到整个的大例子, 把大程序拆分成能实现具体功能的小程序。

1.5 外围电路

中断、定时器/计数器、通信和系统扩展等部分属于单片机系统外部的功能和外围接口电路的知识。对于高职高专学生来说, 不用掌握这些复杂的原理和更深入的内容。重点放在如何利用它们来实现单片机具体的功能, 怎样与C P U进行连接, 以及I/O接口问题, 需要时可以熟练使用。

在整篇教材中不管以哪一种单片机为例, 都要始终贯彻一种类型单片机的内容, 开始部分中不要介绍各种不同型号的系统, 因为它们在寻址空间大小和具体指令上都有区别, 容易造成混淆。如有必要介绍, 可以在书末单独拿出来一章对不同型号的单片机系统进行对照说明。

2 实验教学改革

单片机课程注重实验, 通过实验理解理论知识, 学会分析电路图, 融合电工电子技术的基本知识, 明确软件与硬件间的配合, 掌握单片机系统的开发流程以及开发工具的使用, 培养单片机系统应用开发能力。

目前的实验大多数以验证性为主, 对培养学生的动手开发能力要求不够, 所以实验设备必须要适用于系统编程应用开发, 摒弃传统实验教学, 简化教师对实验教学进行的详细讲解.甚至操作示范。

2.1 开放式实验

在实验教学中可以采用开放式实验的方式使学生成为实验的主体。在实验教学过程中, 由学生亲自选定实验课题, 选择仪器设备.制定实验步骤, 处理和分析实验结果和数据。实验教师负责提供实验资料、解答实验问题等, 并向学生提出实验任务和要求, 而对实验原理、步骤等都不作交待, 让学生在实验教学过程中有较大的思维空间和活动空间。开放式实验教学给学生提供较大的创新思维的自由空间。在这种实验教学过程中, 学生可以自选实验课, 自己选择和组合仪器设备, 自己确定实验方法和步骤。

2.2 教学结合实验

利用实验来促进教学, 教学和实验同步进行。例如讲解汇编语言指令时, 教师可以在课堂上利用多媒体教学, 一边讲解指令, 一边作实验。根据要讲解的指令, 编写相关的程序在仿真实验中给学生演示。利用单步执行程序的方式, 每讲将一条指令, 演示一下这条指令产生的结果。这样不仅可以使学生更生动形象的学习指令, 又加强了对理论知识的理解。教师还可以利用仿真软件给学生做验证性实验, 操作演示程序的同时讲解指令的功能及如何使用汇编指令。