微機(jī)原理及單片機(jī)課程改革淺談

引言

微機(jī)原理及應(yīng)用和單片機(jī)原理及應(yīng)用是現(xiàn)今大多數(shù)院校自動(dòng)化、電氣自動(dòng)化等信息工程類專業(yè)的重要課程。微機(jī)原理偏向于原理性的介紹，涉及的實(shí)驗(yàn)比較簡(jiǎn)單；而單片機(jī)則更偏向于應(yīng)用性，涉及的實(shí)驗(yàn)較多。這兩門課程的實(shí)驗(yàn)過(guò)程及使用的芯片及編程的的方式非常類似。大多數(shù)院校選擇先開(kāi)設(shè)微機(jī)原理的課程，在隨后的一個(gè)學(xué)期開(kāi)設(shè)單片機(jī)的課程。這樣的選擇在邏輯上沒(méi)有錯(cuò)誤，可畢竟這兩門課程有很大的相似之處，但又有各自的特點(diǎn)。微機(jī)原理和單片機(jī)的內(nèi)容既相關(guān)又有明顯的區(qū)別，前后開(kāi)課會(huì)使得學(xué)生可能產(chǎn)生忘了前面、記不住后面的感覺(jué)，同時(shí)兩門課的相似點(diǎn)又使得學(xué)生區(qū)分不清，對(duì)內(nèi)容產(chǎn)生混淆。而實(shí)驗(yàn)的環(huán)節(jié)，用的實(shí)驗(yàn)箱不同，雖然芯片不同，學(xué)生也僅僅為做而做。在實(shí)際教學(xué)中，會(huì)經(jīng)常碰到學(xué)生提出“微機(jī)原理的匯編語(yǔ)言編程要分段(segment)，而單片機(jī)的匯編語(yǔ)言編程為何不分段”、“微機(jī)原理課里的標(biāo)志寄存器有16位,為什么單片機(jī)里才有8位”等問(wèn)題。此外，這兩門課一般都由同一位教師講授，教師備課時(shí)不由得對(duì)比著備課，在教學(xué)中自然把兩門課相關(guān)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行描述或比較，使得單一門課程的教學(xué)時(shí)間無(wú)形中被占用。對(duì)此，以筆者實(shí)際的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)對(duì)這兩門課程的教學(xué)改革進(jìn)行一些探討。

1課程改革思路

微機(jī)原理及應(yīng)用課程主要是幫助學(xué)生理解計(jì)算機(jī)的原理和結(jié)構(gòu)，通過(guò)學(xué)習(xí)，使學(xué)生熟悉一款比較經(jīng)典的CPU和以該CPU為中心的總線、存儲(chǔ)器存儲(chǔ)過(guò)程等數(shù)據(jù)處理以及用匯編語(yǔ)言編寫程序的方法；同時(shí)，還涉及了諸如8255、8259A等一些芯片的運(yùn)用及接口編程知識(shí)，微機(jī)原理及應(yīng)用偏向于原理性的闡述。而單片機(jī)原理及應(yīng)用課程主要是針對(duì)某類型已經(jīng)非常成熟的單片機(jī)型號(hào)，幫助學(xué)生學(xué)會(huì)如何使用單片微型機(jī)以及針對(duì)實(shí)現(xiàn)不同的功能進(jìn)行編程的知識(shí)，該課程更偏向于應(yīng)用。

這兩門課程的內(nèi)容既有很大交叉，又有各自的特點(diǎn)：微機(jī)原理及應(yīng)用理論更系統(tǒng)，單片機(jī)應(yīng)用性更強(qiáng)。獨(dú)立開(kāi)設(shè)兩門課程，不可避免地會(huì)出現(xiàn)知識(shí)點(diǎn)的重復(fù)和各自重點(diǎn)的缺失。由此，針對(duì)這兩門課程授課過(guò)程中的不足，筆者有了對(duì)這兩門課程進(jìn)行改革的想法。即:同步開(kāi)課，結(jié)合實(shí)際教授理論內(nèi)容,合理分配實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)等。

2教學(xué)方面

2.1教學(xué)內(nèi)容

在理論教學(xué)方面，筆者對(duì)微機(jī)原理和單片機(jī)的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了整合。微機(jī)原理基于馮-諾依曼結(jié)構(gòu)，這種理論更易于學(xué)生了解計(jì)算機(jī)體系和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的工作方式；單片機(jī)本質(zhì)上也是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，只是性能弱，功能單一。因此，在理論講課過(guò)程中，應(yīng)該以微機(jī)原理為主，同時(shí)針對(duì)微機(jī)原理和單片機(jī)的明顯不同，比如同是45H，在微機(jī)原理中是立即數(shù)，在單片機(jī)中是存儲(chǔ)的地址等，在這方面加以重點(diǎn)講解。微機(jī)原理的內(nèi)容較多，涉及面廣，如果對(duì)知識(shí)點(diǎn)面面俱到，不僅時(shí)間不夠，而且學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性肯定不高。單片機(jī)原理課程主要基于80C51單片機(jī)進(jìn)行講解，并介紹單片機(jī)的特點(diǎn)、在片資源、匯編語(yǔ)言編程、片內(nèi)接口及中斷、通信及A/D、D/A轉(zhuǎn)換等。在這當(dāng)中，肯定會(huì)遇到一些和微機(jī)原理相沖突的地方，不論講解與否，勢(shì)必會(huì)影響到后續(xù)課程講授的連貫和流暢，因此,必須要對(duì)相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行取舍。

在此，建議對(duì)于匯編語(yǔ)言內(nèi)容，講解計(jì)算機(jī)概論的同時(shí)兼顧單片機(jī)的興起和發(fā)展；對(duì)指令系統(tǒng)的內(nèi)容進(jìn)行講授，同時(shí)要總結(jié)微機(jī)原理和單片機(jī)指令的異同以及寄存器的差別等；程序設(shè)計(jì)部分就放到單片機(jī)教學(xué)部分講授，因?yàn)閰R編語(yǔ)言的程序設(shè)計(jì)方法這時(shí)并不是最重要的，而且此時(shí)的匯編程序與單片機(jī)編程的匯編程序有一定的不同，并且應(yīng)用性不強(qiáng)。在此學(xué)生能讀懂程序或者能編寫一些小的程序就達(dá)到要求了，而在以后單片機(jī)編程的學(xué)習(xí)中，再著重教授學(xué)生程序設(shè)計(jì)的方法。同時(shí)，應(yīng)當(dāng)給學(xué)生指出計(jì)算機(jī)匯編和單片機(jī)編程的差異,特別是容易混淆和產(chǎn)生筆誤以及一些諸如RET/IRET等具有極大相似而又是不同從屬的指令。指令系統(tǒng)的學(xué)習(xí)也只是學(xué)習(xí)經(jīng)常使用的指令，主要通過(guò)對(duì)比的方式使學(xué)生對(duì)單片機(jī)的編程指令有更深的印象，同時(shí)對(duì)單片機(jī)的111條指令進(jìn)行系統(tǒng)的分類，使學(xué)生記憶更加深刻，其他的就一筆帶過(guò)。中斷控制器8259A、DMA控制器、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器這些內(nèi)容基本一樣,就可以壓縮到一起講，然后把省下重復(fù)上課的學(xué)時(shí)投入到實(shí)驗(yàn)中。串行通信的內(nèi)容在原理上是一樣的，針對(duì)自動(dòng)化/電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的學(xué)生，他們畢竟不是計(jì)算機(jī)專業(yè)的，所以微機(jī)原理方面屬于選學(xué)內(nèi)容，而實(shí)際操作中，單片機(jī)的很多問(wèn)題都出現(xiàn)在通信及其協(xié)議上。因此，對(duì)于波特率、串并行通信及其工作方式以及雙機(jī)通信的例子應(yīng)該進(jìn)行重點(diǎn)講解，力求學(xué)生做到熟練應(yīng)用的水平，這對(duì)學(xué)生在以后的單片機(jī)課程設(shè)計(jì)或者以后從事相關(guān)的工作都有較高的實(shí)用及應(yīng)用價(jià)值。而由此衍生的串行總線、總線的擴(kuò)展則適當(dāng)講解，目的是使學(xué)生在以后碰到相關(guān)問(wèn)題時(shí)不會(huì)亂了陣腳，同時(shí)提前給他們解決相關(guān)問(wèn)題的信心。

關(guān)于單片機(jī)C語(yǔ)言編程部分內(nèi)容，雖然其應(yīng)用范圍很廣,但筆者認(rèn)為，自動(dòng)化/電氣工程及其自動(dòng)化這兩個(gè)專業(yè)都開(kāi)設(shè)了C程序設(shè)計(jì)課程，為了更具有對(duì)比性和針對(duì)性，應(yīng)當(dāng)將這部分內(nèi)容結(jié)合C程序設(shè)計(jì)課程學(xué)習(xí)，這樣的效果應(yīng)該會(huì)更好。而C程序設(shè)計(jì)相對(duì)于微機(jī)原理而言相對(duì)獨(dú)立，因此筆者的另一個(gè)教改思路就是將C程序設(shè)計(jì)課程和微機(jī)原理及單片機(jī)原理課程同時(shí)開(kāi)設(shè)，在上完微機(jī)原理和單片機(jī)的理論課之后、實(shí)踐課之前剛好能學(xué)到單片機(jī)的C語(yǔ)言編程這部分內(nèi)容,這樣就能更加有效地在學(xué)生潛意識(shí)中加深匯編原理及單片機(jī)知識(shí)的印象，而且在實(shí)踐中，其“編程”部分也會(huì)有更多的選擇。而在師資配備上應(yīng)該兩名教師一組，一起設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容,一位教師講授微機(jī)原理和單片機(jī)內(nèi)容，另一位教師講授C程序設(shè)計(jì)和單片機(jī)的C語(yǔ)言編程部分的內(nèi)容。這樣的搭配既可以使教師的教學(xué)更具有針對(duì)性，同時(shí)也使得學(xué)生學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)相關(guān)課程的時(shí)間增長(zhǎng)，易于同學(xué)接受新的計(jì)算機(jī)知識(shí)和鞏固已有的計(jì)算機(jī)知識(shí)。筆者最樂(lè)觀的估計(jì)是使學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)及其編程有一個(gè)總體上的總結(jié)和認(rèn)識(shí)，這不僅提高了教師的教學(xué)質(zhì)量，而且提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

2.2授課的要求和方式

基于教學(xué)內(nèi)容的深刻理解，結(jié)合當(dāng)前的計(jì)算機(jī)、單片機(jī)的技術(shù)發(fā)展再設(shè)計(jì)出相配套的課件，輔以合適的教學(xué)方式,這就可以使本來(lái)古板難記難學(xué)的微機(jī)原理和單片機(jī)知識(shí)比傳統(tǒng)教學(xué)模式更容易使學(xué)生感興趣和接受。

微機(jī)原理的內(nèi)容是原理性的，要求教師對(duì)教學(xué)內(nèi)容有較為深刻的理解，并且做出與時(shí)俱進(jìn)的演繹。比如微機(jī)原理大部分基于8位/16位的CPU展開(kāi)，而當(dāng)代的CPU已達(dá)到32位/64位，此間的脫節(jié)會(huì)讓學(xué)生覺(jué)得所學(xué)的知識(shí)“過(guò)時(shí)”，但是,技術(shù)在不斷發(fā)展，教材永遠(yuǎn)跟不上技術(shù)發(fā)展的步伐，而不管怎么變，計(jì)算機(jī)的原理至少在未來(lái)幾十年內(nèi)是不會(huì)有太大改變的。比如馮?諾依曼結(jié)構(gòu)提出到現(xiàn)在已經(jīng)幾十年了，即使技術(shù)工藝有了翻天覆地的變化，但依舊脫不開(kāi)這個(gè)結(jié)構(gòu)，因此，只有學(xué)習(xí)到核心原理，才能在日新月異的技術(shù)革新中更快地掌握新技術(shù)。只有闡明這個(gè)道理，再結(jié)合當(dāng)今的計(jì)算機(jī)發(fā)展?fàn)顩r開(kāi)展課程，才能使學(xué)生從根本上重視本課程。

在課件制作上，幻燈片不僅要與教學(xué)內(nèi)容緊密相關(guān)，做到一針見(jiàn)血，而且又不能過(guò)于簡(jiǎn)潔，以避免學(xué)生在看課件和聽(tīng)課時(shí)找不到課本對(duì)應(yīng)的內(nèi)容，課后難以回憶上課的內(nèi)容。課件內(nèi)容文字也不能太多，太多會(huì)使得學(xué)生覺(jué)得老師在照本宣科，產(chǎn)生與其聽(tīng)課不如自學(xué)的另類“厭學(xué)”情緒。所以，課件的內(nèi)容應(yīng)該是一個(gè)總綱性質(zhì)，對(duì)知識(shí)點(diǎn)要有分類和總結(jié)，同時(shí)關(guān)鍵點(diǎn)應(yīng)該著重點(diǎn)明在課本的位置等等，這樣就更能吸引學(xué)生的興趣。而課件制作得炫目與否，筆者覺(jué)得課件制作太過(guò)華麗，反而會(huì)使學(xué)生的注意力被課件本身吸引而不是課件的內(nèi)容，這無(wú)異于買棲還珠、舍本逐末，因此，不提倡太過(guò)絢麗的課件。當(dāng)然，課件也不能太過(guò)簡(jiǎn)單，太過(guò)簡(jiǎn)單在潛意識(shí)上也會(huì)減弱學(xué)生對(duì)課程的重視程度。

有了合適的教學(xué)內(nèi)容和配套課件，還要通過(guò)合適的教學(xué)手段，才能使授課達(dá)到一個(gè)較好的效果。教學(xué)手段有很多，比如傳統(tǒng)方式、互動(dòng)教學(xué),還有歐美國(guó)家比較流行的“項(xiàng)目教學(xué)法”等，不管什么教學(xué)方法，都要結(jié)合學(xué)生的條件，教師的素質(zhì)，結(jié)合心理學(xué)，抓住學(xué)生感興趣的點(diǎn)，由點(diǎn)及面，全面引發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。這就決定了教學(xué)方法不能單一，必須從實(shí)際出發(fā)，找到最合適的方法進(jìn)行教學(xué)。以筆者為例，筆者就是在教學(xué)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)電氣自動(dòng)化的學(xué)生對(duì)電腦組裝、電氣設(shè)備和實(shí)際動(dòng)手方面比較感興趣，因此，筆者從當(dāng)前主流的電腦配置，以及配置注意各兼容性，尋求適合自己要求的配置出發(fā)，引出計(jì)算機(jī)原理的課程。又從電氣設(shè)備的控制出發(fā)，剖析其大致原理，分析其設(shè)備的主要功能，引出相關(guān)的知識(shí)，勾起學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。從效果看，可以較好地調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

3實(shí)踐教學(xué)方面

實(shí)踐是微機(jī)原理和單片機(jī)學(xué)以致用的重要組成部分，也是教學(xué)過(guò)程中學(xué)生能夠真正操作和最感興趣的部分。而一般的教學(xué)實(shí)踐中，不論是微機(jī)原理部分課程，還是單片機(jī)部分課程，所占的課時(shí)數(shù)過(guò)少，而且有很多重復(fù)的部分，導(dǎo)致學(xué)生往往是開(kāi)始積極性很高，越到后面積極性越低，甚至有排斥心理，導(dǎo)致后面的單片機(jī)課程設(shè)計(jì)甚至是畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)用到的相關(guān)知識(shí)不理解，沒(méi)印象。這對(duì)教師的勞動(dòng)積極性無(wú)疑是一種打擊。筆者經(jīng)過(guò)反思，覺(jué)得學(xué)生固然有自己的原因，但是作為教師，也應(yīng)該對(duì)微機(jī)原理和單片機(jī)的實(shí)踐教學(xué)做出總結(jié)和改進(jìn)。

一般來(lái)說(shuō)，本科階段的計(jì)算機(jī)原理和單片機(jī)的實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐課是相互隔開(kāi)的，中間幾乎間隔了一個(gè)學(xué)期，這種不連貫的學(xué)習(xí)對(duì)知識(shí)的鞏固是沒(méi)有好處的。所以，筆者認(rèn)為，實(shí)踐課應(yīng)該按照基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)理解一應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)一課程設(shè)計(jì)一畢業(yè)設(shè)計(jì)這條線循序漸進(jìn)，不間斷地貫穿學(xué)生本科階段微機(jī)原理和單片機(jī)知識(shí)的學(xué)習(xí)。

基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)是實(shí)踐性階段的起步，所選實(shí)驗(yàn)一般是驗(yàn)證性的，在整合了課程之后，可以對(duì)微機(jī)原理和單片機(jī)的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)重復(fù)的部分進(jìn)行刪減，或者對(duì)兩者進(jìn)行對(duì)比，這都可以提高學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力；做完實(shí)驗(yàn)后，就是對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程以及原理的理解，做好這個(gè)步驟可以進(jìn)一步加深印象和更好地進(jìn)入下個(gè)階段的學(xué)習(xí)。

在理解基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)后再進(jìn)行課本附帶的應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)，就能進(jìn)一步地提高學(xué)生的動(dòng)手應(yīng)用能力，還可以針對(duì)自己的不足上網(wǎng)找相關(guān)知識(shí)，有興趣的學(xué)生還可以參加諸如“三小”課題或者自己制作某些裝置等，以進(jìn)一步提高自己的能力。

當(dāng)同學(xué)們有了一定的理論基礎(chǔ)以及實(shí)踐能力之后，就可以進(jìn)入課程設(shè)計(jì)這個(gè)階段。也就是說(shuō)，學(xué)生可以根據(jù)所學(xué)知識(shí)，模仿做出一些小制作，甚至可以自己想出一些創(chuàng)意，并制作作品。這不論在能力上，還是對(duì)以后找工作上都有很強(qiáng)勁的優(yōu)勢(shì)。甚至學(xué)生可以根據(jù)自身的情況，自己確定畢業(yè)設(shè)計(jì)的方向和題目。

如果能連貫性地做好上述實(shí)踐環(huán)節(jié)，相信這將會(huì)成為自動(dòng)化、電氣自動(dòng)化等非計(jì)算機(jī)專業(yè)的一個(gè)發(fā)展方向，對(duì)豐富專業(yè)方向的選擇和增加學(xué)生就業(yè)面，以及提高學(xué)生動(dòng)手能力都有一定的幫助。

4結(jié)語(yǔ)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，企業(yè)對(duì)人才在計(jì)算機(jī)能力方面的要求也水漲船高。這就要求教師要與時(shí)俱進(jìn)，針對(duì)社會(huì)的需求進(jìn)行改革，通過(guò)對(duì)課程內(nèi)容的優(yōu)化和動(dòng)手能力的強(qiáng)化,盡可能提高學(xué)生的能力，以適應(yīng)社會(huì)的需求。教書育人是教師的本職工作，提高高等教育的教學(xué)質(zhì)量是高校教師的根本追求，對(duì)課程的改革也應(yīng)該是永無(wú)止境的，希望本文能對(duì)微機(jī)原理等課程的教學(xué)改革提供一些幫助。

20210915_6141f3f3aa9a3__微機(jī)原理及單片機(jī)課程改革淺談