单片机课程教学方法的探讨

陈东焰

摘 要：在单片机教学中存在着两大难题，一是硬件系统的组成、原理的理解，另一是程序的编写。在教学中为了突破难点，通过对学生学情的分析，制作了可视化教学资源，试图以动画等形式展示知识点和编程思路。通过采用信息化教学手段、可视化教学和“读、做、套、改、编”五步教学法，使学生能理解原理、能编写程序。

关键词：单片机；编程；教学方法；可视化教学

《单片机应用技术》是机电类学生的必修课程，也是一门学生难学、老师难教的课程。针对高职学生、以“电子时钟”项目为例来探讨教学中的方法使用和教学效果。

目前多数学校的《单片机应用技术》课程已采用理实一体的项目式教学，在进行理论学习的同时，也要制作出产品。对于高职学生而言，前期学习过一些专业课程和实践操作，为本课程的学习奠定了基础。但高职学生的理论知识相对薄弱，且掌握不够牢固、易遗忘，抽象思維、逻辑思维能力不强，注意力易分散，针对这样的情况，采取的教学方法是：一、以动画等可视化的形象解释原理、程序运作，促进理解，二、反复强化训练，巩固编程技巧。

首先，来说说可视化教学。

人们通过视觉接收的信息量是最大的，大约占总信息量的70%～80%，人们常说“一图胜千字”，图形是最直观的语言，易读、易懂、易记而且记忆长久，在教学中可以用可视化的方式提高教学效果。单片机教学的可视化分为“知识可视化”与“思维可视化”。《单片机应用》课程中硬件系统的组成、原理不易理解，可以使用系统原理图等来制作动画，比如，定时器的逻辑电路结构图中GATE位的赋值决定了开关控制信号的来源（在逻辑电路图中动态给出开关控制信号通过各门电路的计算过程）、C/的赋值决定了双联开关的接通方向（开关旋转、接通内部振荡器电路或外部引脚）、M1M2的赋值决定了计数的容量（给出容量位数示意图），综合在一起决定了定时/计数器工作状态的设置。通过TMOD设置过程的可视化，让学生加深印象，理解设置方法。教学中思维可视化则体现在综合应用和程序编写上。程序的运行无论是用实际电路还是仿真软件，只能看到最终的结果，中间的运行过程是看不见摸不着的，学生编程时由于领悟不够，经常不是丢三落四就是干脆写错，为了能让学生理解程序编写流程并记住关键的语句，经过长期的教学探索，发现使用动画这种形式，能起到很好的助理解、助记忆的效果。比如，定时器的使用必须由方式设置、开启、赋初值、查询（含溢出标志处理）/中断几方面才能完成，通过动画，理解定时器使用的完整过程。另外，可以采用可视的交互式动画形式精讲程序，让眼睛“看到”程序指挥器件运作和运算过程，跟随程序的运行来理解程序。

然后，来看看五步强化教学法。

学习过程序编写的人都知道，程序编写的能力不是一蹴而就的，尤其职业学校的学生更做不到“无中生有”，所以根据高职学生的“慢热、理解浅、易遗忘”特点总结出使用“读、做、套、改、编”五个步骤，根据学生的“最近发展区”来建立支架，将学生的智力从一个水平引导到更高的水平，从而达到教学目标。

第一步：读——就是读透典型程序

老师提供交互式解释程序的动画，或制作成微课，供学生课前预习或上课时使用。通过动画分析、理解程序的运行和达到的功能。例如“电子时钟”项目中，使用查询方式实现定时器的使用，对应的语句有“TMOD=0X01；”（使用T0方式1）、“TR0=1；”（开启）、“TH0=0X3c； TL0=0Xb0；”（机器主频为12MHz时的初值）、“while（！TF0）；”（查询方式）、“TF0=0； ”（查询方式下清除标志位）五段，学生通过看到定时器设置、开启时器件的动作，知道：设置了合适的C/位，才能让双联开关接内部振荡器来定时；设置了合适的门控位并让TR0=1，电路的开关才能闭合，计数波才能进入计数器；设置了合适的工作方式才能有合适的容器装数据。因定时的不同就有不同的初值，时间到，容器会因装满而溢出，通过动画解释为何要重装初值，如何装；溢出要如何才能被发现；进入下一次的定时前，为何要去除标志位。使用动画还能清楚地解释诸如多重循环嵌套、数据如何交给数码管去显示等等。

第二步：做——看到实际效果

在理实一体教学中，学生使用实训设备，组装硬件，进行软件调试，生成产品。这个环节旨在让学生感受学以致用的乐趣，增长兴趣、增强自信。

第三步：套——依葫芦画瓢，强化理解程序

提出一个改动不大的新任务，通过依葫芦画瓢的操作，加深、强化对典型程序的理解。比如把电子时钟改成日历（为降低难度，假设每月均为30天）。

第四步：改——加大变化幅度

比如，编写一个包装生产线的计数程序，要求能显示出产品已装箱的箱数和在装箱内的产品个数。

第五步：编——进一步大变化幅度

比如，制作一个精确到0.01秒的电子秒表，并用一个按键来控制秒表的开启、停止和清零。这必然要进行初值的重新计算、循环关系的重新确立、数码管显示数字位置的调整，以及按键的使用。

在以上的五步中，需要精心设计学生的操作内容，由简到难，循序渐进，通过螺旋式上升的编程训练，让学生反复使用时钟程序的框架，通过多次改动，边改边做，彻底理解程序、掌握编写技巧。

在《单片机应用》教学中采用可视化教学后，将看不见摸不着工作原理、器件动作、软件流程变成可见的画面，将程序的运行由虚变实，脱离空洞的说教；采用五步强化编程训练，编制多重子任务，通过读、做、套、改、编，使学生掌握程序编写；采用信息化教学，使用交互式资源，为学生搭建脚手架，突破难点，倡导学生自主学习。

通过一系列教学手段的使用，基本上能突破教学上两大难点，增强学生的求知欲，培养学生创新能力，提高课堂教学效率，达到较好的教学效果。

参考文献

[1]赵慧臣.知识可视化视觉表征的理论建构与教学应用 [M].北京：中国社会科学出版社，2011，1-290.

[2]毛昕 黄英 那履弘.教学中的思维可视化技术[J] 《工程图学学报》 2009年03期：173-178

[3]张雅军.建构主义指导下的自主学习理论与实践 [M].武汉：华中师范大学出版社，2012，1-226.