单片机基础课程教学改革论文
1单片机基础课程教学改革的核心思想
1.1从知识点讲授到以系统设计为主线的教学改革
我国高校在2世纪8年代初开始在少数高校开设单片机课程,面向电子和计算机专业高年级本科生和研究生,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。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。
1.2单片机与其它课程教学形成良性互动
在目前课程体系中,考虑到知识衔接关系,单片机课程在模拟电子技术、数字电路、计算机组成(微机原理与接口)、汇编程序设计等课程之后,一般安排在第6学期。这个安排的问题是学生实际综合应用及拓展学习的时间较短。这在单片机进入我国高校的早期阶段仅高端学生学习的情况下是合理的,在目前单片机普及教学情况下,作为工具和重要的学科基础课,单片机课程应尽早让学生掌握,对其熟练和提高系统设计能力、提高学习兴趣、结合和促进其它课程学习将产生良好作用。单片机基础课程涉及到的模拟电子技术、数字电路等知识,是相对简单的,在课程中从应用的角度介绍即可,对单片机课程的教学没有影响。实际上,有些同学从大一就开始自学单片机而且都取得了很好的效果,这对我们教学是一个很好的启示。
2 单片机理论教学的改革
单片机教材最初源于单片机生产厂家技术手册、汇编语言程序设计和计算机组成与接口技术的综合。单片机应用初期面向对象是重点院校电子和控制专业的学生和科研人员。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整体与局部关系
基于项目为主线的教学设计,在讲述局部技术的同时进行系统结构性的教学,使系统整体性的考虑体现在局部中。例如LED数码管动态显示、步进电机驱动等技术,在目前教材中基本都是完成单一这类功能的小程序,而在实际应用系统中,这些功能要与系统核心任务并行执行,是一个“多任务”的概念,不能简单地将教材示例的单一的小程序搬到应用系统中。其它如结合键盘扫描和多级LCD菜单形成多任务下的人机交互通道这些系统性内容的考虑,在单元教学中都要考虑到。
2.3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。现有教材中一般将人机交互设计的内容放在最后,这不利于学生自主实践。由于无法实施对运行过程必要的监测,使其在没有仿真系统情况下调试有相当的难度。因此,将人机交互部分尽可能地提前可达到很好的效果。单片机基础课程传统教学对新机型和新技术介绍较少,应做适当的补充。增加IIC、SPI、PS/2等相关技术和应用的介绍、对其它典型单片机如AVR简要的介绍,使学生在掌握基本单片机技术基础上,能更容易地进入到高级层次的应用。
2.4挖掘基本知识内容的深度
把MCS-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。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。
2.5理论课中的实践内容
单片机是一门实践性极强的课程,该理论课不讲授实验实际是一个误区。在理论课应用Proteus做部分仿真实验,实验效率高、理论教学效果好,并可达到扩展学习到课外的效果。因此,需协调好理论与实验课关系,对仿真实验学时做一定的硬性要求。另一个问题是系统调试技术的教学。系统调试是初学者开发单片机应用系统的一个难点,特别是在无仿真器情况下进行软件调试。因此,在理论课中讲述初等调试技术是有必要的,例如用示波器、LED显示测信号、串行通信监测程序流程等。使学生提高系统设计和调试技能的同时,提高了