【技术师范类院校单片机课程教学模式的研究】全国职业院校技能大赛一等奖作用
时间：2019-02-12 03:33:21 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要：“单片机原理与应用”是技术师范类院校电气、自动化、应用电子等专业必修的专业基础课程。根据该课程强调培养应用能力的特点，本文结合技术师范类院校的学生特点及培养目标，针对当前该类院校教学模式的不足之处进行了研究，指出在教学过程中要求理顺理论与实践、教与学、实验与课程设计的关系，提出将教学内容分为原理性内容和操作性内容，并据此采取不同的教学模式，达到了良好的教学效果。
关键词：单片机 原理性内容 操作性内容 教学模式
引言
目前国家正在大力发展职业教育，高职技术类院校在职业教育中占有很大比例。这类院校的目标是：培养具有一定创新意识和创新能力，掌握必备的基础理论知识和专业知识，面向生产、建设、管理和服务第一线，掌握本专业领域所需的专业基础知识及专业技能，具有较强综合职业能力的高等技术应用性人才，以满足社会对不同层次人才的需求。同时教学大纲要求学生掌握单片机的基础知识，具备基本应用技能。技术师范类院校是为高职技术类院校培养教师的高等院校，所培养的学生应该在理论与实践上能够胜任高职技术类院校单片机教师的工作。但是目前几乎所有的技术师范类院校的单片机教学仍然偏重于理论，忽视了单片机应用性强的特点，在实践技能方面没有予以足够的重视。
单片机原理与应用是一门应用性极强的技术性课程，强调的是实践动手能力；对电气、自动化、应用电子、通信等专业的学生来讲，掌握单片机的理论知识与实践技能，才能满足高职技术类院校对此类教师的需求。技术师范类院校教师如何针对课程的这一主要特点，采用何种模式进行实践和理论教学，对未来高职院校教师的培养起到至关重要的作用。笔者结合多年的企业单片机研发和近些年单片机教学工作的一些经验与体会，围绕提高学生的技能这一中心，在理顺理论与实践、教与学、实验与课程设计的关系的基础上，从教学内容、教学方法、课程实验、课程设计等四个方面提出了单片机原理与应用教学的一些方式，与大家一起研究。
1技术师范类院校单片机原理与应用课程的开课情况
单片机原理与应用作为一门专业基础课，一般在第五学期开课。在技术师范类院校电气、自动化、应用电子等专业中，课时一般为48至64学时，另外有实验课16学时左右，同时课程结束后下一学期还有一周的课程设计环节。所使用的教科书为高等教育电类单片机教材，以通用的8051单片机作为典型实例。这样的安排从学时总数上来讲，足以保证教师能够讲授所有的知识点，但是从学生掌握的情况来看，教学效果不够理想。主要原因在于单片机原理与应用是一门技术性课程，强调的是实践应用而不是理论，应加强实践方面的内容。所以首先应该理顺理论与实践、教与学、实验与课程设计的关系，并从教学内容、教学方法、课程实验、课程设计等四个方面进行改革。
2理顺教学中理论与实践、教与学、实验与课程设计的关系
2.1 理论与实践的关系
几乎所有的技术师范类院校单片机原理与应用课程教学大纲都要求学生熟练掌握单片机内部硬件结构、工作原理及指令系统，掌握程序的设计基本方法，能够熟练地设计常用的汇编语言源程序；掌握单片机的接口技术，熟悉常用的外围接口芯片及典型电路。熟悉设计、调试单片机的应用系统的一般方法，具有初步的软、硬件设计能力；能够熟练地掌握一种单片机开发系统的使用方法，初步具备应用单片机进行设备技术改造、产品开发的能力。根据这样的教学大纲，可以看出单片机原理与应用这门课是以实践应用目的，理论为应用之基础并且服务于应用。所以教师的一切教学活动都应该依照这个目的进行。
理论教学不宜过深过多，比如说控制器、单片机工作的时序、相对寻址、定时器结构与工作原理、模数转换原理等只需应知即可，而对于定时器的应用编程、模数转换器的选取与接口则应掌握并会使用。目前技术师范类院校单片机原理与应用课程实践环节与理论相比，比重偏低。主要原因在于理论教学与实践环节脱钩，而未有机地结合于一体。
2.2 单片机原理与应用教与学的关系
教学活动中学生是学的主体，学生的主观能动性起到关键性的作用；同时教师是引导者，是另一个主体，其作用也不可忽视，能否提高学生的主观能动性，激发学生的学习兴趣是关键。目前技术师范类院校学生的自信心、学习能力、自控能力等综合素质有待于提高。如何才能调动学生的积极性、激发学生的学习兴趣是主讲教师面临的重要问题。一个优秀的教师善于利用第一次课。笔者在第一次课就演示了一个噪声采集与显示装置，软硬件都比较简单，既激发了学生的学习兴趣，还可以提高学生的自信心。如果选取的装置比较复杂，就不利于提高学生的自信心。
2.3单片机原理与应用实验与课程设计的关系
技术师范类院校单片机原理与应用实验是以实验箱为平台，开设6个左右的实验，大多是验证性实验且局限于编制程序，在实验过程中，由教师给出外围硬件的地址码、数据和控制接口。这样学生对硬件知识的了解仅仅依赖于教师对实验箱的讲授，而不是自己从实践中获得。所以实际上学生不可能通过实验掌握硬件的知识。课程设计中，学生使用仿真器进行软件调试与硬件功能仿真，而实验箱所用的软件与仿真器软件常常是两个不相同的软件，这样既增加了学生学习的负担，又浪费了资源，对提高学生的能力也没有什么帮助，应该进行整合。
3 教学内容
根据性质教学内容可分为两大类：原理性内容和操作性内容。所谓原理性内容是指主要是理论性介绍、概念、器件内部结构组成或结构原理等。操作性内容是指可以上机或通过仿真实际操作的并可以观察到结果的内容。
3.1 原理性内容
概论、知名厂家与典型产品、数制与数码、BCD码、ASCII码、中断的概念、指令的格式、寻址方式、堆栈概念、波特率、数据存贮器、程序存贮器、总线、单片机引脚、时钟、复位等。
3.2 操作性内容
伪指令、时钟电路、复位电路及特殊功能寄存器的初始状态、数据传送指令、算术运算指令、逻辑运算指令、位操作指令、控制转移指令、程序设计、并行口、定时器、串行接口、程序存贮器扩展、数据存贮器扩展、I/O口的扩展（8255A）、A/D接口的扩展、键盘接口、显示器接口等。
4教学方法
所有的技术师范类院校单片机原理与应用课程仍然采用传统的课堂讲授方式为主，辅助以多媒体方式。这种教学模式难以发挥学生的主观能动性，不利于提高学生的实际综合应用能力。例如：ACALLaddr11短调用指令，只能在与下一条指令的第一个字节2K范围内程序存贮器中进行，理论讲解学生很难接受，如果直接通过仿真操作就可以直接观察范围，超出则有编译出错提示。直观易懂，效果明显。
4.1不同性质内容采用不同的教学模式
原理性内容采用传统教学模式与多媒体教学模式相结合的教学方式，操作性内容则采用直接上机仿真教学模式，这样可以加深对教学内容的理解，有利于提高学生能力，同时也更接近于单片机应用工程。例如：执行指令： ADDA，30H可以通过仿真器直接观察到A中结果、30H的源数据和标志寄存器PSW中各标志位的位值。又例如：T0的定时中断，可以从P1.0接发光二极管，定时到则输出“1”点亮二极管。然后改变初值或方式，再分别观察时间间隔。这种教学模式很容易被学生接受，效果明显强于传统教学模式与多媒体教学模式。
4.2 采用循序渐进的模式
讲解单片机基本结构、振荡电路与复位电路后学生即可以自行设计最小应用系统。然后以最小应用系统为基础进行指令、循环程序设计、内部功能模块应用的讲授，同时利用仿真器进行验证，在此基础上进行扩展程序存贮器、数据存贮器、I/O口的扩展。最后再进行A/D转换、键盘、显示器的扩展。
5 课程实验
实验课的开设分为验证性实验包括：P1口输入／输出实验、简单I／O 口实验、扩展存储器读写实验、A／D转换器实验，为必做实验；设计性实验：外部中断实验、控制直流电机实验、LCD显示实验，为选做实验；综合性实验：定时器实验，计数器实验（必做）、8255输入／输出实验、串行口通讯实验。这样安排可以培养学生的基本能力，但是实验平台采用购买的实验箱，而单片机工程开发采用的是仿真机开发系统，这样会人为造成实验与实际应用脱节，不利于提高学生的工程应用能力。例如：LCD显示实验，实验箱留有现成的器件插座，实验指导书中直接给出器件的地址编码和驱动程序，学生只须按图索骥，不利于提高学生的工程应用能力。笔者采用把验证性实验归结于操作性内容，直接在实验室中采用一边讲解一边用仿真机仿真验证的方式，实验只有设计性实验与综合性实验。
6课程设计
课程设计环节时间为一至二周，应与本学期课程结束后进行。可从教师命题中选择一个：
（1）温度控制器的设计。目的是让学生掌握并行I/O口、温度传感器测控、数码转换、LCD数码显示、三极管驱动的应用设计。
（2）直流电机控制。组成简单的闭环系统，通过继电器、三极管改变电机电压极性，实现正反转；利用霍尔元件测电机转速，改变电机端电压调速。
（3）直流量、开关量采集与传输。利用A/D采集一路直流电压量与一路直流电流量和八路开关量并传输到上位机。
允许学生自主选题，但是自选题须经教师审批。自主选题可以充分发挥学生的主观能动性，增强自信。定题后应由学生自己动手分析系统，查阅资料，设计原理图，课程设计为二周，教师认定后再进行印制版的设计；而后在行印制版或通用板上进行焊接与安装，设计软件并进行仿真调试；最后将程序下载到单片机芯片中运行。学生在安装调试过程中应能够发现并解决问题。同时教师应加强指导，传授发现与解决问题的经验。
7考核方式
考核采取以实际应用能力为主，理论考核、答辩为辅的形式，具体比例为60?蘼20?蘼20，而且实际应用不合格者，不予补考，直接重修。
8结束语
单片机原理与应用的教学应该根据不同的对象做出不同的调整，技术师范类院校由于学生自身的特点决定了教师应该在教学内容、教学方法、教学手段上加以改革，同时根据单片机原理与应用课程强调工程应用的特殊性采用适合于此类学生的教学模式；笔者针对当前技术师范类院校单片机教学模式的不足，对单片机原理与应用课程的教学改革进行了研究，经过两年的实践，发现效果显著，调动了学生学习的积极性，使教学与实践环节更接近于工程应用环境，提高了学生的实际动手能力。
参考文献：
［1］ 曹天议.单片机原理与接口技术［M］第二版.北京：电子工业出版社，2006.
［2］ 张友德，涂时亮.单片微型机原理、应用与实验［M］第四版.上海：复旦大学出版社，2003.
［3］ 张霓.关于“单片机原理与应用”课程教学改革的几点思考［J］.南京：电子电气教学学报，第26卷（5）21-23.
