单片机思维的建立与强化在教学工作中的应用_单片机基础知识

　　【摘要】《单片机原理与应用》课程是工科专业课程体系的重要环节，但教学质量和教学效果差强人意。本文提出“建立和强化单片机思维”的教学方法，对该教学方法进行理论分析和研究、具体实施过程的分析，并用该方法在课堂上加以尝试，取得很好的教学效果。本文旨在找到一条提高单片机教学质量，达到或超出教学大纲要求的教学效果的方法，为单片机教与学找到一条新路。
　　【关键词】单片机教学 单片机思维 微机结构体系 讨论课
　　【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2012）07-0019-02
　　《单片机原理与应用》课程是工科专业课程的重要环节，尤其是在光电、自动控制、机电、电器、电子信息等专业中，单片机都是专业必修课程。在《模拟电路》、《数字电路》等课程的系统学习之后，通过单片机的学习，使学生掌握单片机的基本原理和使用方法，从分立元件构成的电路，逐步过渡到数字集成电路的应用，进而转入DSP、PLD、嵌入式等更高一级的专业技术的学习。
　　1．单片机教学过程中的难点
　　单片机课程的重要性毋庸置疑，但是教学质量和教学效果却差强人意。单片机课程有其自身的特点。数字电路是它的基础，但是学习方法又有别于数字电路。单片机有完整的理论体系和构架，单片机的入门需要立足于这个理论体系，但是对于初学者而言，过多的专业术语很陌生，难以理解，入门的门槛相对较高。单片机的各个组成部分之间看似松散的关系，也使得单片机的教学不够连贯、逻辑性不强。实验环节侧重于各部分的使用方法的验证，学生自主发挥的空间不大。这些都是单片机教学过程中应该予以重视并加以解决的问题。
　　本文提出“建立和强化单片机思维”的教学方法，对该教学方法进行理论研究，并用该方法在课堂上加以尝试，取得了很好的教学效果。本文旨在找到一条提高单片机教学质量，达到或超出教学大纲要求的教学效果的方法，为单片机教与学找到一条新路。
　　2.强化单片机思维教学法
　　单片机思维是指：在深刻理解微机的构成机理和原则、熟练掌握单片机的应用方法的基础之上，从微机体系的视角思考和解决单片机应用系统的具体问题。“建立和强化单片机思维”的教学法，是从学生的认知过程的连贯性和逻辑性的角度出发，将单片机的核心理念贯穿于整个教学过程中，使学生对单片机的认识不仅仅停留在如何使用，而是深入到单片机这个芯片的设计思想中，从而形成一种用基于单片机芯片设计的理念来构建单片机应用系统的思维模式。单片机思维的形成需要教师在教学过程中有步骤、有层次，系统地引导。总的来说，课堂和课外的理论教学和实践教学要相互配合，取长补短。本文仅从理论教学的角度来探讨如何帮助学生建立和强化单片机思维的问题。
　　2.1课堂理论教学
　　2.1.1注重微机体系概念和单片机思维的建立
　　将微机体系的概念贯穿于单片机教学始终，将单片机各组成部分有机地联系起来，启发学生从微机体系角度思考单片机的具体问题，从而使学生建立“单片机思维”，深刻理解单片机原理，从而灵活运用单片机。
　　单片机理论教学的内容是MCS-51单片机，51单片机的特点是结构清晰，层次分明，构架简洁。中央处理器是计算部件，相当于人的大脑；与之相对应的是计算的数据的存储部件：存储器，相当于人的脏器；计算机需要和外界交流，也就是输入输出部件，相当于人的眼和嘴或者手；将这些部件联系起来的是总线，相当于人体的血管和神经。这些基本部件构成了单片机的最基本的组成构架。教师在讲解过程中，将这一构架贯穿始终，使学生展开想象，理解微机的工作原理是什么，各部分是如何联系，协同工作的——这是单片机思维的“基本点”，这个基本点和另一个基本点——“单片机对硬件的操作是通过对硬件的地址的读写来实现的”相结合，构成了整个教学过程的主线。在学习单片机的各个组成部分以及在学习其他类型的单片机的时候，都要从这两个基本点出发，把握住这根主线。
　　该系列的单片机诞生于1978年前后，虽然其历史悠久，但具有51内核的众多单片机一直都是工业应用上的主要型号。AVR、PIC单片机以及功耗更低、处理能力更强和资源更丰富的MSP430单片机，在微机的核心构架、基本理念上，都以51为基础，但又风格迥异。可以说，MCS-51的教学目的，不仅仅局限于学习如何使用MCS-51单片机，更在于使学生深入理解单片机的构成，掌握一般意义上的单片机的学习方法，灵活运用单片机，形成单片机思维，进而籍由相同理念，将单片机的基本概念和学习方法推广到其他类型的单片机学习过程中，可以起到事半功倍、举一反三的效果。实践证明，基于微机体系的教学方法，使学生学得更加扎实，更加广泛，学生能快速地掌握其他类型的单片机。
　　2.1.2入门时弱化专业术语
　　学生们在进入单片机课程之初，就会面对很多新的概念或专业术语，如：具有存储功能的：锁存器、寄存器、存储器；接口、端口等。这些专业术语一方面准确、精炼地表达了相关的知识内涵，但另一方面也在很大程度上给学生的认知造成了一定困难，学生们面对这些新词汇的时候，感到不解、害怕、无所适从，从而降低了学生的学习兴趣，打消了学习的积极性。单片机课程十分重要，很多同学都希望能学有所成，学有所用，但他们的学习热情，往往在正式进入单片机课程之初就被浇灭了。所以，在入门之初，可以弱化这些术语、概念和词汇，仅仅从字面入手，用容易为学生所接受的方法，对这些术语所涉及的功能进行简单阐述，并不花过多精力解释和追求概念的完整性，带学生跳过这道门槛，直接进入主题。弱化专业术语并不是回避概念，而是在认知过程中的一种策略，从浅层次了解概念，降低难度，从而扫清障碍，打开学习的上升通道。
　　2.1.3 用启发式的教学引导学生，展开主题
　　在每个知识点讲授之初，从两个方面引出该知识点：（1）从微机体系的角度看，除了前面讲过的部分之外，大家认为还需要哪些组成部分或者功能？（2）从实际运用的角度看，如果要完成某个具体的工作任务，需要哪些方法和步骤？仅仅用前面讲过的方法去实现，有什么不足？如果大家来设计单片机，碰到这种实际任务的要求，应该给单片机添加什么功能或部件？这种任务驱动的教学，既是对前面讲过的内容的回溯，同时也启发了学生思考，从而引出了本课主题。基于这两个方面的方法不仅可以用来教学单片机知识，同样适用于针对单片机外围芯片的学习。