單片機課程模塊化教學(xué)模式研究

薛偉+安劍奇+楊越

摘要：單片機課程是測控技術(shù)與儀器專業(yè)中一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，在課程體系中起著承上啟下的作用。本文針對傳統(tǒng)教學(xué)模式的缺點，研究了基于模塊化思想的教學(xué)模式，將課程分為4個模塊，以模塊為單位編排教學(xué)內(nèi)容，實施教學(xué)和考核。實踐結(jié)果表明，新的教學(xué)模式可有效改善教學(xué)效果，提高培養(yǎng)質(zhì)量，對于其他專業(yè)課程的教學(xué)改革有較好的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：單片機；模塊化；教學(xué)模式

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）01-0135-02

一、引言

單片機課程作為測控技術(shù)與儀器專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課[1]，對理論知識和實踐能力的要求都比較高，具有綜合性強、實踐性強的特點。單片機課程既是對前期模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、信號處理和C語言程序設(shè)計等課程知識的綜合應(yīng)用，也是后續(xù)的電子測量和智能儀器設(shè)計等課程的基礎(chǔ)，在整個課程體系中起著承上啟下的作用，具有重要的地位。傳統(tǒng)的單片機課程教學(xué)模式側(cè)重于對單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)和各部件功能的介紹[2]，知識點多，抽象性強，缺乏邏輯清晰的模塊結(jié)構(gòu)。隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展，單片機中各種新功能層出不窮，傳統(tǒng)的教學(xué)模式很難適應(yīng)社會對學(xué)生的需求。本文針對單片機課程的特點，根據(jù)模塊化課程的設(shè)計思想[3]，將相互滲透的課程內(nèi)容分解為一系列的知識模塊，按照模塊化的課程體系組織教學(xué)，使得教學(xué)模式更具科學(xué)性和適應(yīng)性。

二、傳統(tǒng)單片機課程教學(xué)模式分析

目前的單片機課程教學(xué)模式主要按照從原理到應(yīng)用[4]的內(nèi)容體系組織進行，在原理部分側(cè)重于各個部件的功能介紹；在應(yīng)用部分側(cè)重于擴展設(shè)計介紹，由此在教學(xué)過程中造成了以下問題：

1.原理部分知識點分散，系統(tǒng)性較差。單片機內(nèi)部功能部件較多，每個功能部件的知識點包括內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理和具體功能，內(nèi)容較多，需要用到前期的很多課程知識。傳統(tǒng)的教學(xué)模式下，學(xué)生對大量功能部件原理的學(xué)習(xí)比較困難，難以掌握部件之間的關(guān)系，影響了對單片機系統(tǒng)層面的學(xué)習(xí)。

2.應(yīng)用部分內(nèi)容陳舊，和當(dāng)前技術(shù)應(yīng)用水平不匹配。在編程方面，傳統(tǒng)的教學(xué)模式中大多以匯編語言為主，但是匯編語言指令煩雜，可讀性和移植性較差，和社會上主流的C51編程不匹配。此外，在系統(tǒng)擴展設(shè)計方面，傳統(tǒng)的教學(xué)模式中主要講述A/D、D/A、串口、鍵盤和LED等外圍器件，沒有涉及到新的功能器件。

三、模塊化教學(xué)模式設(shè)計

模塊化教學(xué)是根據(jù)專業(yè)的培養(yǎng)目標和要求[5]，結(jié)合單片機課程教學(xué)大綱，將所需的知識結(jié)構(gòu)和能力要求分解成幾個相對獨立的模塊，對各個模塊實施針對性的教學(xué)，最后按照各個模塊的要求組織考核。模塊化教學(xué)設(shè)計包括模塊化教學(xué)內(nèi)容、模塊化教學(xué)實施和模塊化考核等三個方面。

1.模塊化教學(xué)內(nèi)容。根據(jù)測控技術(shù)與儀器專業(yè)的培養(yǎng)目標，針對課程特點，將單片機課程的教學(xué)內(nèi)容劃分為4個模塊：系統(tǒng)原理和結(jié)構(gòu)模塊、程序語言模塊、關(guān)鍵功能模塊和應(yīng)用擴展模塊。（1）系統(tǒng)原理和結(jié)構(gòu)模塊。系統(tǒng)原理和結(jié)構(gòu)模塊包括單片機基本概念、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、CPU、存儲器、I/O口和時鐘等幾個方面的內(nèi)容。通過該模塊的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生對單片機有初步的認識，了解單片機的結(jié)構(gòu)原理，能理解單片機和微機之間的區(qū)別。（2）程序語言模塊。程序語言模塊包括匯編語言和C語言兩個方面的內(nèi)容。對于匯編語言，主要從理解的角度考慮，重點介紹尋址方式和指令系統(tǒng)。尋址方式和存儲器密切關(guān)聯(lián)，通過尋址方式的學(xué)習(xí)，進一步熟悉存儲器的結(jié)構(gòu)；指令系統(tǒng)是編程的基礎(chǔ)，包括常見的幾類指令功能和格式規(guī)范，通過指令系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，理解匯編程序的基本功能。對于C語言，需要從理解和編寫的角度考慮，簡略介紹標準ANSI C語言部分的知識點，重點介紹單片機C語言（C51）的編程設(shè)計。通過C51的學(xué)習(xí)，理解C51的數(shù)據(jù)類型、存儲類型和專用指針等關(guān)鍵知識點與ANSI C的差異，熟悉C51的編程特點，為后續(xù)模塊的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。（3）關(guān)鍵功能模塊。關(guān)鍵功能模塊包括中斷、定時/計數(shù)器和串行口等三個方面的內(nèi)容，為單片機的關(guān)鍵功能系統(tǒng)。對于中斷系統(tǒng)，主要介紹中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、響應(yīng)過程和中斷服務(wù)程序設(shè)計。對于定時/計數(shù)器系統(tǒng)，主要介紹工作原理、時間常數(shù)的計算方法和應(yīng)用程序設(shè)計。對于串行口系統(tǒng)，主要介紹工作方式波特率設(shè)置方式和雙機通信程序設(shè)計。三個功能模塊內(nèi)容相互關(guān)聯(lián)度高，聯(lián)系緊密，其中中斷涉及到定時/計數(shù)器和串行口的知識，串行口涉及到中斷和定時/計數(shù)器的知識。因此，將這三個功能模塊內(nèi)容作為一個整體講解，有助于對該部分知識點的綜合理解和運用。（4）應(yīng)用擴展模塊。應(yīng)用擴展模塊包括系統(tǒng)擴展和接口技術(shù)，為單片機的綜合應(yīng)用部分。系統(tǒng)擴展包括三總線擴展、I/O口擴展、存儲器擴展和串口總線擴展等幾部分內(nèi)容，為復(fù)雜系統(tǒng)的設(shè)計打下基礎(chǔ)；接口技術(shù)包括顯示、鍵盤、A/D、D/A和開關(guān)器件等基礎(chǔ)外圍功能器件，適當(dāng)增加語音芯片、無線通信芯片等常用模塊的設(shè)計介紹。

2.模塊化教學(xué)實施。第一，根據(jù)4個模塊的知識點合理分配課時。根據(jù)專業(yè)教學(xué)大綱規(guī)定的48學(xué)時的總量，4個模塊的學(xué)時分別為8學(xué)時、12學(xué)時、14學(xué)時和14學(xué)時，其中3和4兩個模塊中分別包括4個學(xué)時的實驗課時。第二，應(yīng)用擴展模塊的內(nèi)容根據(jù)技術(shù)的發(fā)展及時調(diào)整更新，以滿足社會對技能的需求。第三，關(guān)鍵功能模塊和應(yīng)用擴展模塊中均采用C51程序，通過課堂講授和實驗室實踐相結(jié)合，提高學(xué)生的C51編程能力。第四，課后習(xí)題以教學(xué)模塊為單位布置，增強學(xué)生對模塊內(nèi)知識點之間邏輯聯(lián)系的了解，提高對模塊內(nèi)容的整體認知程度。

3.模塊化考核。第一，試卷內(nèi)容按照模塊化方式組織，4個模塊內(nèi)容所占分值分別為25分、20分、25分、30分。第二，以模塊為單位建立試題庫，1和2兩個模塊的題型以填空題和問答題為主，重點考核學(xué)生對基本概念的掌握；3和4兩個模塊的題型以設(shè)計題為主，重點考核學(xué)生對知識點的綜合理解和運用能力。第三，根據(jù)各個模塊的得分情況分析各個模塊的教學(xué)效果，對得分較低的模塊，改進教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式。endprint

四、結(jié)論

本文從單片機課程特點出發(fā)，以提高教學(xué)效果為出發(fā)點，研究并建立了一套模塊化教學(xué)模式，將課程知識點分為4個模塊，以模塊為單位進行內(nèi)容編排、實施教學(xué)和考核。近三年的實踐運行表明，明顯增強了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了其對知識點的理解和應(yīng)用能力，考核成績平均提高了12%，教學(xué)效果有了明顯改善。對用人單位的調(diào)查反饋表明，畢業(yè)生適應(yīng)單片機技術(shù)工作的周期得到縮短，解決問題的能力得到提升，可更好地滿足社會對技術(shù)人才的需求。新的模塊化教學(xué)模式優(yōu)化了教學(xué)內(nèi)容，使得課程教學(xué)和考核更加科學(xué)合理，有效提高了教學(xué)效果和培養(yǎng)質(zhì)量，對于其他專業(yè)課程的教學(xué)改革具有較好的借鑒意義。

參考文獻：

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Abstract：Single chip microcomputer course is an important specialized basic course in measurement control technology and instrument specialty，and it plays the connecting role in the course system. In this paper the teaching mode based on modular theory is investigated for the defects of traditional teaching mode. The proposed teaching mode divides the course into four modules，and it arranges the teaching content，executes teaching and assessment based on modules. The practice results show that the proposed teaching mode could improve the teaching effect and enhance cultivation quality，and it has reference value for other specialized courses.

Key words：single chip microcomputer；modularity；teaching modeendprint