论文单片机控制技术课程教学改革，本文是有关教学改革毕业论文的格式范文和教学改革和单片机和课程方面论文范文检索.
□ 汪 媛
【摘
要】通过对传统“单片机控制技术”课程教学模式的分析,总结传统“单片机控制技术”教学存在的问题,论证当前“单片机控制技术”教学改革的必要性,提出课程改革的相应措施：将PROTEUS仿真软件应用到教学过程中,将汇编语言更新为当前应用广泛的C语言,综合应用多种教学方法,增加网络教学平台.经过实际教学的验证,这些教学改革措施有效地提高了教学效果,培养了学生的实践和创新能力.
【关键词】单片机；教学改革；仿真软件；编程语言
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1671-0568（2017）23-0084-03
伴随着电子技术的飞速发展,单片机的应用领域涵盖了人们生活的方方面面,大到通信、汽车,小到常见的家用电器,因此培养单片机应用型人才十分重要.“单片机控制技术”课程是普通高等院校工科专业必开的专业基础课,但在实际的教学过程中,由于该课程知识点多、难度大,学生在学习的过程中普遍感觉比较困难,教学质量不高,教学效果不理想.针对传统的“单片机控制技术”课程教学模式存在的弊端,如何对该课程进行教学改革,实现在教学大纲规定的学时内高效率地讲授相关内容,提高学生在单片机应用方面的操作和创新能力,是非常有研究价值的.
一、“单片机控制技术”课程教学改革的必要性
当前的“单片机控制技术”教学方法比较传统,教学重点主要是学习单片机的各个知识点,而对于单片机如何使用却没有充分重视,这种陈旧的教学方法抑制了学生学习的积极性,缺乏大量直观的实验手段,难以培养学生动手、动脑解决问题的能力,这些问题都说明了“单片机控制技术”课程教学改革的必要性.
在理论教学部分,传统的“单片机控制技术”教学根据章节顺序,依次讲授单片机的硬件结构、指令系统、程序设计、中断、定时器、I/O口、串行通信等技术.这种传统的教学安排虽然符合基本的认知规律,也是其他大部分课程所采用的教学模式,但对于实践性要求比较高的“单片机控制技术”课程来说,这种教学模式其实存在很大的弊端.课程讲授的每一个章节都只是单片机系统的一个局部,学生只有在该课程结束以后,才能对单片机的实际应用有一个整体的认识,这样就造成了学生由“学”到“用”的转变过程很难,实际编程调试时无从下手,至于系统设计就更无从谈起.
在实验教学部分,各大高校单片机的实验基本上都是在开发好的实验箱上完成的,实验箱集成了单片机及其应用的接口和常用的被控对象,实验时学生按照实验指导书的步骤依次连接硬件电路、编写软件程序、调试系统,从而验证课堂上学习的相关知识点.但是,很多学生做完实验后,对实验的具体硬件电路和程序编写知之甚少,在实验的过程中只是简单地“照葫芦画瓢”,这种“验证式实验”的教学模式,对于培养学生的学习兴趣、提高学生的实际应用能力非常不利,而且实验箱的功能有限.学生在完成实验时由于实验箱上器件已经固定,无法进行系统扩展,只能在实验指导书规定的相关项目中进行实验,实验无可扩展性可言,无法实现硬件电路的设计,使得学生无法真正发挥创造性进行单片机的系统设计.
二、“单片机控制技术”教学改革的措施
1. 仿真软件的引入
“单片机控制技术”是一门实践性较强的课程,只有通过对实际元器件的硬件连接和软件编程才可以让学生真实地体会系统设计的全过程.但要实现这个过程需要投入大量资金,一旦硬件电路出现错误就会造成原材料的浪费,而且单片机技术的发展日新月异,这对硬件的需求也是非常大的,普通高校的科研经费是难以承受这些开销的,所以选择仿真软件是个很好的解决方法.
在众多仿真软件中,PROTEUS是模拟单片机器件的仿真软件之一,它可以仿真51系列、PIC、R等众多常用的单片机以及电路.利用PROTEUS仿真软件和现有的多媒体教学设备来完成项目中的软件、硬件和系统集成等内容的制作,在KEIL软件里编写与编译程序代码,然后下载到PROTEUS的硬件设计中,通过多媒体实现用PROTEUS软件演示从单片机硬件设计到软件调试的全过程.仿真软件模拟调试通过后再制作硬件系统,这样就能让学生掌握单片机项目的真实开发过程,既能节省硬件资源的消耗,任意选择元器件和实验项目,紧跟新技术的发展；又增加了实验的开放性,学生做实验时可以不再受时间和地点的约束,只要有电脑的地方就可以进行实验,为学生课余时间自学单片机带来了广阔的空间.
2. 编程语言的更新
汇编语言是一种用文字助记符来表示机器指令的符号语言,其优点是占用资源少、程序执行效率高,但不容易移植,而且指令较多,与硬件结合紧密,不容易记,也不容易学.相对于汇编语言,C语言是一种结构化的通用性高级语言,虽然占用资源较多,执行效率也没有汇编语言高,但是C语言容易编程有丰富的函数库,可读性好,移植简单,容易学习,近年来在企业项目的开发中逐渐得到广泛的应用.
目前,大多数高等院校都是以MCS-51系列单片机作为教学对象,采用汇编语言进行教学.一方面,汇编语言属于低级语言,汇编指令抽象枯燥,理解困难,可读性差；汇编语言程序结构复杂,难以掌握,维护更新困难,这些因素使得“单片机控制技术”课程的教学效果比较差,学生的学习积极性不高；另一方面,企业的单片机项目开发一般都采用C语言,教学内容与实际企业需求脱节,毕业生难以完成相关的工作任务.因此,把培养学生的实际动手能力放在首位,更新编程语言,采用C语言进行“单片机控制技术”课程教学势在必行.
虽然C语言的执行效率不如汇编语言,但是显而易见,作为一种结构化的程序设计语言,单片机开发的C51语言与C语言基本相同,C51通常也简称为C语言,而工科大学生在先修课程中已学习了基本的C语言,基于这个前提,学生很容易掌握单片机C51语言程序的编写.同时,采用C语言编程只需要了解单片机的指令系统和存储器的结构等较少的单片机基础硬件知识,所有寄存器与RAM存储单元的分配这些内容都由编译器自动完成,C语言还可以直接访问硬件,对硬件的依赖性小,可以在不同的单片机机型上运行,程序移植性高.由于C语言是一种结构化程序设计语言,编程风格与人类的思维方法接近,易于掌握,程序便于阅读、修改和功能升级.另外,C语言程序采用基于函数的模块化结构,便于进行大型程序的开发、分工合作与共享,由于系统提供了丰富的标准函数库,设计者能够轻松地完成汇编语言难以实现的复杂控制算法,极大地减轻了软件开发者的工作量.
3. 教学方法的更新
在“单片机控制技术”教学中,教师应综合运用多种教学方法,树立以学生为主体、教师为主导的教学理念,教师要从讲台上单纯讲授、灌输理论知识变为走下讲台、走到学生中间去组织、引导学生主动学习,同时加强与学生的交流、讨论,实现共同学习.下面以实际教学中所采用的相关教学方法,做简单分析.
对于单片机引入部分的讲解,教师可采用兴趣引导教学方法,多介绍高科技产品应用单片机的实例,比如学生比较感兴趣的载人宇宙飞船、手机等,通过这些耳熟能详的实例可以激发学生的学习兴趣.
对于单片机的引脚和系统结构部分,学生普遍感觉第一次接触单片机时对其基本的工作原理难以理解,而且管脚比较多,难以记忆.在实际教学中,教师可以将单片机和学生日常生活中使用的电脑进行类比,以此来帮助学生理解单片机硬件和软件相结合的开发应用模式.在电脑中,肉眼能看到的就是我们所说的硬件,如显示器、键盘、机箱以及鼠标等,而与这些相对应的则是软件,比如常用的WORD、EXCCEL以及在单片机中需用到的仿真调试软件PROTEUS和KEIL,有了硬件,然后装载相应的软件, 电脑才能正常工作.单片机的开发也是如此的,只有硬件和软件结合才能够实现具体的功能,所以单片机开发和应用包括硬件设计和与之相对应的软件设计两部分.同时教师可采用理论与实践相结合的教学方法,充分利用实验室和最小系统板,让学生多看实物,多思考问题,加强学生对硬件的理解.
对于单片机的I/O口、定时器、串行通讯、系统扩展等功能,这几个内容是单片机教学的重点,对这些知识点的讲解,教师可以引导学生把单片机理解成一个“黑片子”,它具有很多功能,教学的目的就是让学生正确地使用这些功能,实现系统设计.教师可以结合项目实践和案例教学的方法,教学中围绕多个选好的项目进行,将课程分解为多个单片机控制功能的实际案例,让学生积极参与到项目的制作过程中.这样既可以调动学生学习的积极性,又可以提高他们的实际动手能力,完成项目的同时也就深入掌握了知识点.通过解决实际工程的相关问题,强化抽象理论,帮助学生提高使用单片机进行系统设计的能力.
对于中断的运用,学生普遍难以理解中断函数与普通函数的区别,不知道什么时候去执行中断函数.在讲解中断时,教师可应用探究式的教学方法,用讲课时突然打入的电话来进行类比.理解中断的启动是由外部信号随机触发的,它不会接受主函数即老师的控制,可以将电话模式分别设置为静音、响铃和关机来分别类比为查询模式、中断模式和禁止中断模式,通过这些方法来帮助学生理解中断的基本概念及其运用.
4. 教学平台的增加
传统的教学是在教室中进行的,这无疑对教师的教学和学生的学习在时间和地点上做出了限制.网络教学是近年来新出现的一种教学方式,它突破了时间、空间的限制,受到了师生和家长的一致欢迎.在进行“单片机控制技术”课程教学时,教师不妨也尝试建立网络教学平台,学校可以把一些单片机的相关教学视频上传到单片机教学网站上.另外,也可以给学生提供各种常用芯片的使用手册、开发软件和仿真软件的安装程序、实验以及热门的单片机相关网站链接等,通过这种方式促进教师与学生更好地沟通和交流,同时也为学生自主开展课题研究提供条件.
根据以上提出的“单片机控制技术”教学改革措施,尝试更换编程语言以及使用仿真软件辅助教学,教学实践表明学生的学习兴趣逐步提高,很多抽象难懂的问题通过仿真软件的演示,学生理解起来变得容易了.通过尝试多种教学方法的综合应用,扩大了学生的知识面,有效地培养了学生的实际工程开发能力和创新能力,学生的“单片机控制技术”课程成绩稳步提高,在“电子竞赛”“挑战杯”等大型竞赛中取得了优异的成绩.总之,经过一个学年的试验教学,以上改革措施的实施取得了理想的效果.
高等教育的核心是培养学生的创造能力,包括动手能力、实践能力、知识运用能力、独立思考能力、独立解决问题的能力等.在课堂教学中,教师应运用多种教学方法,在有条件的情况下适当开展网络教学以辅助课堂教学,实施以学生为中心、教师为指导者的教学方式,让学生明确教学目标,指导学生自学,最后对学生自学结果进行检查和评价.在知识点的讲解中应多结合实际的项目,应用C语言配合仿真软件,让学生在学习理论的同时也能看到设计结果的物理现象,通过解决项目问题达到对抽象知识点的深入理解,最终实现课程教学质量的提高.
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（编辑：秦俊嫄）
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参考文献：
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