高职单片机原理及应用课程的教学改革探索

高职单片机原理及应用课程的教学改革探索【摘要】根据单片机原理及应用课程的教学特点以及目前我国高职院校在该课程的教学环节中存在的问题，对高职院校单片机课程的教学改革进行探索。【关键词】单片机高职院校教学方法教学改革随着电子技术和计算机技术的发展，单片机已成为计算机的一个重要分支，全国各高职院校的电力、机电一体化及自动控制等专业也普遍开设了单片机课程。但由于对该课程教学特点的认识不足及教学方法的陈旧，学生深入学习单片机知识时普遍反映比较困难。这就要求相关部门和教师对单片机的教学进行相应的改革。一、单片机课程教学特点及问题、单片机课程属于计算机基础应用课程，独特的知识结构和抽象难懂的理论知识决定了其教学特点的与众不同，也正是这种与众不同，使得该课程的教学过程中还存在不少问题。（一）单片机课程的教学特点单片机课程是一门实践性和应用性都很强的专业课程，它的教学方式与普通的基础课有很大的不同。从单片机本身来说，它就是一块集成电路芯片，然而学习单片机课程又不是仅仅学习单片机这个独立芯片的知识，而是在掌握单片机的结构和指令系统的基础上，以单片机为核心元件去开发应用系统，把单片机应用到实际的生产、生活中去。这也要求单片机课程的教学必须有电工与电子技术、电路设计等知识作为支撑，也就是说在单片机课程开设前至少应先修电工学和电子技术两门课程。另外，单片机课程作为高职院校计算机基础知识的教学课程，它的内容太过抽象。因此，对于该课程的教学，理论是基础，实验是验证与巩固，最重要的是要有足够的实践锻炼。因为抽象难懂的理论知识很容易让学生丧失学习该课程的信心和学习的兴趣。而通过实验验证，学生能很直观地看到应用单片机所能实现的效果；通过实践锻炼，在授课老师的指导下，学生自己动手去完成实践项目，通过实践的形式更深一层理解单片机的实际应用。这些环节，都能增强学生学习单片机的兴趣和信心。（二）单片机课程教学的问题单片机课程具有理论知识抽象、应用性和实践性都很强的多重特点，是电力、机电一体化等专业的毕业生必修的专业课程；而对该课程知识的掌握程度不仅影响到学生的就业，还会束缚学生在专业上的发展。因此，全国各高职院校都在努力尝试改善该课程的教学，也取得了不小的进步，但效果并不理想。笔者认为目前在单片机课程教学还存在以下几个方面的问题：1教材内容偏重理论，缺少与实际应用的联系。分析一下目前各高校所使用的单片机教材，其内容都大同小异，大致可分为以下几个部分：单片机的介绍和基础知识；单片机系统结构（硬件）；汇编语言指令；程序设计（软件）；中断、定时器计数器、通信等外围接口电路；单片机系统的扩展及接口技术。各部分知识点相对独立，缺乏应有的联系，同时，各部分的内容都力求把理论知识分析得详细具体、透彻明了，但缺少理论知识与实际应用的联系，增加了学习难度。2教学方法墨守成规，没有真正体现技能培养。目前对于单片机课程的教学，很多高职院校还是采用从理论到实验的传统教学方法。这种教学方法对于一般的理论性课程来说没问题，但对于单片机这种应用性和实践性都很强的课程却不合适。因为实验只是用来验证理论内容，帮助学生更好地理解所学的理论知识，它无法把理论知识和实际应用联系起来。而要把理论知识应用到实际中，只有通过实践教学，在实践任务的完成过程中掌握理论知识的应用技能。因此，传统的教学方法不利于实现技能的培养，不适用于单片机课程的教学。3教学设备落后，训练质量受影响。单片机课程的教学要求教学投入较大。因为单片机课程的教学需要微机、实验设备和实践开发系统，加上单片机技术的换代周期短，使得单片机课程的配套设备也要不断更新。可由于经费短缺，许多高职院校的实验和开发设备落后、老化，并且很难满足人手一套，从而影响技能训练的效果。二、单片机课程教学改革措施针对以上提到的不足，并结合自己的教学实践，笔者提出几点有关单片机课程教学改革的可行性措施。（一）突出应用，推进教材改革单片机教材不能为了追求知识结构的完整性而面面俱到，而应抓住重点，突出应用。这主要有以下几方面的原因：其一，受就业压力的影响，目前大多数高职院校都在进行培养模式的改革，进行课时压缩，使得理论教学课时受到不同程度的限制。这就要求高职院校教材的内容简洁、重点清晰。其二，高职院校学生的接受能力相对较差，再加上单片机课程知识本身又是抽象难懂，要求掌握的知识点太多反而会使学生容易感觉枯燥无味，从而失去学习的兴趣。其三，高职院校的培养目标是培养高素质的技能型人才，对于单片机这门课程来说，学校主要是培养学生应用单片机的能力，如果单片机教材的内容是突出应用，不仅有利于教师的教学安排，还有助于学生的自学，激发学生的学习兴趣。因此，综合各方面的因素，高职院校的单片机教材应重点突出以下几个方面的内容：单片机硬件结构的使用方法和应用，汇编语言程序的设计方法，实用汇编语言的理解与设计，系统扩展方法与接口技术，单片机应用系统的实例开发步骤与设计方法。（二）巧妙运用多种教学方法单片机课程知识深奥、抽象，既要让学生保持学习的兴趣，又要让他们能理解那些抽象的硬件结构和难懂的术语，这就要求授课教师巧妙地穿插使用多种教学方法，尽可能地使知识通俗易懂化。在单片机课程的教学过程中可穿插使用的教学方法有以下几种：1演示教学法。为了激发学生的学习兴趣，可以适当采用演示教学法。例如，可以在第一次课堂上给学生们演示用单片机控制流水般闪烁的霓虹灯、十字路口的红绿灯、步进电机的运行等等演示实验，充分体现单片机的控制功能，从而激发学生的求知欲、好奇心，调动学生学习的积极性和主动性，让他们真正意识到学习这门课程既有乐趣又非常实用。2类比教学法。单片机课程中有很多知识是计算机的基础知识，对于非计算机专业的学生来说难于理解，但授课教师如果能适当地采用类比的教学方法，就能帮助学生克服许多知识难点。例如，用房间和房间的门牌号来比喻储存器及其地址，并用更多位数的门牌号可以给更多的房间编号来比喻地址值位数的不同则其寻址空间也不一样。为了帮助学生理解什么是“中断”，可以举出一日常生活中的中断现象与单片机的中断进行比较（见表1），通过实例能让学生较容易地理解中断的概念。3案例教学法。案例教学法就是指授课教师根据教学目标和教学任务要求，通过精选的实际案例，把学生带人特定的事件现场，提高学生分析和解决实际问题能力的一种教学模式。单片机课程的教学目的就在于让学生会操作单片机，并能开发出相对简单实用的单片机应用系统。我们知道，理论知识的掌握与实际应用技能的掌握是存在很大的区别的，把理论知识和实际应用联系起来的有效方法之一就是采用案例教学法。比如说在单片机应用系统研制这一教学环节上，就可以通过选择一个简单实用的单片机应用系统设计实例来进行，如彩灯控制电路。这样就可以把彩灯控制电路的设计过程作为一个教学过程，学生也能从中掌握如何根据设计任务和要求展开单片机应用系统的设计。4项目教学法。项目教学法是教师与学生通过共同实施一个完整的”项目”工作而进行的教学活动。项目教学法的进行是由授课教师根据教学内容并按一定的要求设计项目，学生根据要求以小组或个人为单位进行项目的设计制作，为确保最终的效果，教师在项目的进行过程中应适当讲解必要的理论知识，并及时纠正学生的错误。这样通过项目的设计制作过程来实现课本内容的教学目的。例如，对“定时器计数器”这一章节内容的教学就可以以“制作一个音乐盒”的项目来进行，首先，明确要完成的任务用单片机制作一个能演奏音乐的电路；其次，确定怎么做，即弄清楚如何才能使单片机发出音乐，从而逐步完成音乐盒硬件电路设计、音阶及节拍程序设计、编制歌曲谱表；最后，绘制程序流程图，完成源程序的设计，并进行软硬件的调试及归档总结。（三）实现理论、实验及实践的有机结合传统的以“教师+黑板”为主体的教学模式，对于单片机这类和实际紧密联系的课程来说，不仅容易使学生产生空洞、枯燥、乏味的感觉，而且还会影响到学生单片机应用能力的培养。本文在前文提到了单片机课程教学的多种教学方法，然而在实际教学中教学方法不是一成不变的，而是根据教学内容的需要采用合适的方法。理论教学中可能会遇到这样的问题，就是学生难理解给单片机的I/O端口送数就可以控制彩灯的亮灭。其实这类问题很好解决，只要经实验一验证，学生就很容易领悟到给I/O端口送数实际上就是控制1/0端口的电压的高低。另外在教授定时计数器中断控制的内容时，学生对定时计数器的初始化和定时计数器的中断感到困惑不解、似懂非懂，如果这时能够安排一个定时，计数器中断控制程序的实践环节，指导学生自己动手编写控制程序及调试，在反复的程序调试过程中学生就能较容易地理解相关的概念了。当然，理论、实验和实践在单片机课程的教学中不能脱节，而是应有机结合，只有这样才能让学生既懂理论，又能把理论知识应用于实际。总之，在单片机课程