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[摘 要]《单片机原理》课程枯燥难懂，如何教好它、学好它，一直是相关专业师生的头痛之事。作者近年来在单片机教学中进行了一系列可贵的探索和尝试。如采用新的教学方法和教学手段，多使用图示教学，尝试“边讲边做”，尽量设计与日常生活有关的实训课题等。在努力培养学生兴趣，如何学好用好单片机知识方面取得了良好的效果。从而为许多还在为《单片机原理》的教与学而头痛的师生提供了某种思路或借鉴。
[关键词]单片机原理 教学探讨 图示教学 边讲边做
[中图分类号] TP36 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2013）23-0122-03
学过《单片机原理》的人都知道，此课程的理论教学既抽象深奥，又枯燥乏味；教师在上面又是比划，又是强调，讲得十分辛苦，学生在下面却听得云里雾里，不知所云；而笔者所面对的高职学生，由于基础差、课时少，在教学过程中更是叫“难”声不断。笔者长期在高职院校从事此课程的教学，通过对历届学生所反映问题的汇聚和分析，认为《单片机原理》课程的难点主要体现在以下几个方面：首先是硬件部分要涉及单片机芯片的内部结构，此部分内容看不见摸不着，故使学生感觉抽象，难于理解。其次是单片机指令系统的指令条数较多，且用汇编语言来编写源程序一般比用高级语言来编写要更困难一些。第三是单片机的应用主要是作嵌入式控制部件，教科书上的实例或实训内容一般来自源生产应用，离学生的日常生活较远，不易引起学生的兴趣或共鸣。近年来，笔者针对单片机教学中的以上难点作了许多尝试和探索，并取得了较好的教学效果。下面将近年来在《单片机原理》课程教学中所作的一些探索和体会，拿出来供同行一起分享、借鉴或探讨。
一、努力采用新的教学方法和教学手段
随着计算机多媒体技术的普及和课堂教学设备的提升，笔者在《单片机原理》课程的课堂教学中已采用了以播放课件为主，传统板书教学为辅的教学手段。通过PPT、FLASH等应用软件将教学内容制作成课件；既可以通过动画、影片等新颖的载体，使学生对教学内容产生兴趣；又可以将一些相关的资料图片、应用场景等内容便捷地呈现在学生面前，使学生获得更多的信息量或认知度。
如学生对有符号数用补码表示后，减法可转化为加法来做，“模”可丢弃等内容不太理解。笔者就将钟表校对时间的例子[1]，用FLASH做成动画；可通过点击“顺转”或“倒转”按钮，来分别模拟补码的加法或减法过程，从而能使学生能较快地理解“模及模的整数倍可丢弃，减法可转化为加法来做”的内涵本质。
针对学生对MCS-51系列单片机中数据存储器的结构层次[2]等不易理解的内容；笔者在课件中大量地采用了逐级超链接的表现手法；如图1中的（a）～（c）所示。上课时点击（a）图中的超链接文字“片内RAM”，将打开（b）图；若再点击（b）图中的超链接文字“低128B”，又将打开（c）图。与此同理，也可点击（a）图中的超链接文字“片外RAM”，将打开片外RAM的组成示意图；点击（b）图中的超链接文字“SFR”，将打开SFR的组成示意图。由此，可让学生能方便理解MCS-51系列单片机中数据存储器的层次结构。
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MCS-51系列单片机中数据存储器的组成
对比发现，通过以上所示课件的投影教学，可使学生产生比传统板书教学有较大的新鲜感，也易使学生产生上网浏览的感觉，从而引起对相关教学内容的兴趣。大家知道，兴趣是学习的第一动力，当学生对某一内容发生兴趣后，其学习积极性就可极大地激发出来，从而就能更好地听讲、理解老师所叙述的概念或内容。
二、在理论教学中尽可能多地使用图示教学
在信息获取和记忆领域，有“一图胜千言”之说；由此可知从图片获取信息比从文字获取信息具有更快捷，记忆更持久的特点。在单片机的理论教学过程中，有时要记忆的东西很多，且很难记忆。此时，若多应用一些图示的教学手段就可较好地帮助学生进行理解和记忆。如在讲解MCS-51单片机的指令系统时，要学生在短时间中记住五大类、111条指令的表示形式和使用功能是比较困难的。于是，笔者自创了许多指令功能示意圖和指令简记式，来帮助学生进行理解和记忆。下面的图2就是在讲解MCS-51指令系统的算术运算指令[3]时所使用的指令功能示意图（图中的箭头代表了操作数的传送方向）。
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图2 加减运算指令的功能示意图
通过图2可以直观地看出：累加器A提供了第一操作数；#data、direct、Rn、@Ri中的任一个（或门就表示了此种关系）充当了第二操作数；两者在算逻单元ALU中进行加法运算后，结果仍送回累加器A，且运算过程将影响程序状态字寄存器PSW中的Cy、AC、OV、P标志位。而对于带进位的加法指令和带借位的减法指令，从图2中可看出，此时进位（或借位）Cy也将一起参与运算。另外，若利用图中的S（即source的缩写）来代替第二操作数#data、direct、Rn、@Ri中的任一个，则原来的四条加法运算指令，可简记为一条：ADD A，S。与此类推，带进位加法、减法运算指令，也可通过这样的简记，进行自我缩减（四条指令缩减为一条）。也就是说，12条加减运算指令可缩减为三条。同理，对以A为目的操作数的逻辑运算指令，也可画出与上面图2相似的操作运算过程示意图，只不过对PSW的影响较小，仅影响了其中的P标志。并且以A为目的操作数的与、或、异或共12条逻辑运算指令也可采用与上面算术运算指令相同的方法自我缩减为三条。对MCS-51指令系统的其他各类指令，笔者也采用了类似方法进行处理；虽然在表示形式上有点另类或者说有点不严格，但可明显地减轻学生的记忆负担，同时也可加深学生对各指令操作功能的理解。
三、可尝试将一些理论教学内容放到实验室中“边讲边做”
在单片机的理论教学过程中，有些概念比较抽象深奥，或者有些应用情况，学生尚无感性认识。此时，若将这些理论教学内容放到实验室中进行，采用“边讲边做”的教学方法，或许可使学生更易理解和掌握。如在讲述中断控制、定时/计数器、串行通信等章节时，笔者常将这些内容的课堂教学移至实验室中进行。其教学过程是：先在单片机实验仪上演示一下与今天上课内容相关的实验结果或现象（如产生中断的报警声音，在实验仪上显示定时、计数的过程，在二台单片机实验仪之间进行串行通信等），然后再来讲解本章节的基本概念，演示实验所用的源程序等内容。由于此前学生已在实验仪器上获得了感官认知，也已知道了老师正在讲解的源程序所要实现的功能，故在讲解基本概念和源程序的各条指令时，就能较易理解和认可这些相关内容了。 如在讲述MCS-51系列单片机的定时/计数器这一章节时，笔者先在单片机实验仪上利用T0产生某一连续的定时溢出信号，并从P1.0引脚上输出使发光二极管D循环亮灭（如图3），来模拟某信号灯的闪烁[4]。然后再来讲解MCS-51单片机中的二个16位定时/计数器T0、T1，二个8位控制寄存器TMOD、TCON的功能结构。最后讲解如何设置T0、T1的工作方式和定时初值，如何编写源程序来实现二极管D的循环亮灭等内容（源程序在本文中忽略）。
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图2 To定时0.2s使D循环亮灭
源程序讲解完后，要求各组学生先从P1.0引脚上接出一根线至发光二极管D；再将教师刚讲解过的源程序输入到PC机中进行汇编，并下载到单片机中运行，然后观察二极管D的亮灭过程。实验成功后，笔者还常将源程序中的关键指令进行一定的修改，然后再在实验仪上进行演示，让学生比较一下与先前的结果有什么不同，或向学生提出如下一些延伸问题：如由于T0的定时时间0.2s太短，所以发光二极管D的亮灭效果不明显；如何使其亮灭转换时间延長到1s或2s？等等。
由于在以上的教学过程中采用了“教师演示→理论讲解→学生动手”的教学方法，使教学过程具有较好的直观性和参与性，故学生兴趣较浓，当自己动手实现了预期的实验结果时，有时还会欢呼起来，从而达到了较好的教学效果。另外，通过对延伸问题的提出和解答，又可使学生加深和拓宽了对相关内容和源程序的理解和掌握。
四、尽可能设计一些使学生感兴趣的实训课题
众所周知，单片机课程的实验或实训是单片机教学的一个重要环节，但现有的实验内容或实训课题，一般是对教科书上的理论概念进行验证或生产应用的较多，其内容往往离学生的日常生活有一定的距离，故激不起他们的兴趣或共鸣。为此，笔者在近几年中努力开设了一些使学生感兴趣的实训课题。如能动态显示设计者姓名的16×16点阵电子显示屏设计；能作公交车线路数显示且可随时变换数值的LED显示程序设计；能作“迎奥运”倒计时功能或球类比赛中电子记分牌功能的计数装置设计；具有正点报时及闹钟等功能的电子钟设计等等。
如在能动态显示设计者姓名的16×16点阵电子显示屏[5]的设计中，笔者先在单片机上演示了能交替显示实训老师姓名的源程序，再向学生布置课题任务。由于能显示自己姓名，学生一开始就很投入，各人纷纷动手设计自己姓名的16×16点阵字模。由于此实训课题的源程序较长，故在为期一周的实训时间内，笔者以半天为一个时间单元，分别布置各时间单元的任务。使学生从简单到复杂，从部分到完整，每个时间单元都有各自要完成的任务。
由于这些要设计的实训课题与学生本人的生活密切相关，故较能引起学生的兴趣，从而激发起他们编程、调试的积极性。另外，也可使学生明白单片机作为一个智能化控制部件，已广泛地融入到他们的日常生活中，学好《单片机原理》这门课程，无论是对后面专业课程的学习，还是拓展学生的就业能力，均是十分有用的。
以上是笔者多年来在单片机教学中的一些探索和体会。由此可知，虽然《单片机原理》课程的内容对高职院校的学生来说有一定的难度，但只要合理组织教学素材，采用新颖的教学手段，并尽可能实施“学做结合”的教学方法，是可以激发起学生的兴趣，调动其学习积极性，从而学好《单片机原理》课程的。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 王义方， 周伟航.微型计算机原理及应用（第3版）[M].北京：机械工业出版社，1997：13.
[2] 郑毛祥.单片机应用基础（第2版）[M].北京：人民邮电出版社，2009：24-29.
[3] 眭碧霞.单片机及其应用（第2版）[M].西安：西安电子科技大学出版社，2003：52-57.
[4] 肖洪兵，胡辉.跟我学用单片机[M].北京：北京航空航天大学出版社，2004：112-115.
[5] 李光飞，楼然苗.单片机课程设计实例指导[M].北京：北京航空航天大学出版社，2004：139-153.
[责任编辑：陈 兵]
[关键词]单片机原理 教学探讨 图示教学 边讲边做
[中图分类号] TP36 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2013）23-0122-03
学过《单片机原理》的人都知道，此课程的理论教学既抽象深奥，又枯燥乏味；教师在上面又是比划，又是强调，讲得十分辛苦，学生在下面却听得云里雾里，不知所云；而笔者所面对的高职学生，由于基础差、课时少，在教学过程中更是叫“难”声不断。笔者长期在高职院校从事此课程的教学，通过对历届学生所反映问题的汇聚和分析，认为《单片机原理》课程的难点主要体现在以下几个方面：首先是硬件部分要涉及单片机芯片的内部结构，此部分内容看不见摸不着，故使学生感觉抽象，难于理解。其次是单片机指令系统的指令条数较多，且用汇编语言来编写源程序一般比用高级语言来编写要更困难一些。第三是单片机的应用主要是作嵌入式控制部件，教科书上的实例或实训内容一般来自源生产应用，离学生的日常生活较远，不易引起学生的兴趣或共鸣。近年来，笔者针对单片机教学中的以上难点作了许多尝试和探索，并取得了较好的教学效果。下面将近年来在《单片机原理》课程教学中所作的一些探索和体会，拿出来供同行一起分享、借鉴或探讨。
一、努力采用新的教学方法和教学手段
随着计算机多媒体技术的普及和课堂教学设备的提升，笔者在《单片机原理》课程的课堂教学中已采用了以播放课件为主，传统板书教学为辅的教学手段。通过PPT、FLASH等应用软件将教学内容制作成课件；既可以通过动画、影片等新颖的载体，使学生对教学内容产生兴趣；又可以将一些相关的资料图片、应用场景等内容便捷地呈现在学生面前，使学生获得更多的信息量或认知度。
如学生对有符号数用补码表示后，减法可转化为加法来做，“模”可丢弃等内容不太理解。笔者就将钟表校对时间的例子[1]，用FLASH做成动画；可通过点击“顺转”或“倒转”按钮，来分别模拟补码的加法或减法过程，从而能使学生能较快地理解“模及模的整数倍可丢弃，减法可转化为加法来做”的内涵本质。
针对学生对MCS-51系列单片机中数据存储器的结构层次[2]等不易理解的内容；笔者在课件中大量地采用了逐级超链接的表现手法；如图1中的（a）～（c）所示。上课时点击（a）图中的超链接文字“片内RAM”，将打开（b）图；若再点击（b）图中的超链接文字“低128B”，又将打开（c）图。与此同理，也可点击（a）图中的超链接文字“片外RAM”，将打开片外RAM的组成示意图；点击（b）图中的超链接文字“SFR”，将打开SFR的组成示意图。由此，可让学生能方便理解MCS-51系列单片机中数据存储器的层次结构。
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MCS-51系列单片机中数据存储器的组成
对比发现，通过以上所示课件的投影教学，可使学生产生比传统板书教学有较大的新鲜感，也易使学生产生上网浏览的感觉，从而引起对相关教学内容的兴趣。大家知道，兴趣是学习的第一动力，当学生对某一内容发生兴趣后，其学习积极性就可极大地激发出来，从而就能更好地听讲、理解老师所叙述的概念或内容。
二、在理论教学中尽可能多地使用图示教学
在信息获取和记忆领域，有“一图胜千言”之说；由此可知从图片获取信息比从文字获取信息具有更快捷，记忆更持久的特点。在单片机的理论教学过程中，有时要记忆的东西很多，且很难记忆。此时，若多应用一些图示的教学手段就可较好地帮助学生进行理解和记忆。如在讲解MCS-51单片机的指令系统时，要学生在短时间中记住五大类、111条指令的表示形式和使用功能是比较困难的。于是，笔者自创了许多指令功能示意圖和指令简记式，来帮助学生进行理解和记忆。下面的图2就是在讲解MCS-51指令系统的算术运算指令[3]时所使用的指令功能示意图（图中的箭头代表了操作数的传送方向）。
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图2 加减运算指令的功能示意图
通过图2可以直观地看出：累加器A提供了第一操作数；#data、direct、Rn、@Ri中的任一个（或门就表示了此种关系）充当了第二操作数；两者在算逻单元ALU中进行加法运算后，结果仍送回累加器A，且运算过程将影响程序状态字寄存器PSW中的Cy、AC、OV、P标志位。而对于带进位的加法指令和带借位的减法指令，从图2中可看出，此时进位（或借位）Cy也将一起参与运算。另外，若利用图中的S（即source的缩写）来代替第二操作数#data、direct、Rn、@Ri中的任一个，则原来的四条加法运算指令，可简记为一条：ADD A，S。与此类推，带进位加法、减法运算指令，也可通过这样的简记，进行自我缩减（四条指令缩减为一条）。也就是说，12条加减运算指令可缩减为三条。同理，对以A为目的操作数的逻辑运算指令，也可画出与上面图2相似的操作运算过程示意图，只不过对PSW的影响较小，仅影响了其中的P标志。并且以A为目的操作数的与、或、异或共12条逻辑运算指令也可采用与上面算术运算指令相同的方法自我缩减为三条。对MCS-51指令系统的其他各类指令，笔者也采用了类似方法进行处理；虽然在表示形式上有点另类或者说有点不严格，但可明显地减轻学生的记忆负担，同时也可加深学生对各指令操作功能的理解。
三、可尝试将一些理论教学内容放到实验室中“边讲边做”
在单片机的理论教学过程中，有些概念比较抽象深奥，或者有些应用情况，学生尚无感性认识。此时，若将这些理论教学内容放到实验室中进行，采用“边讲边做”的教学方法，或许可使学生更易理解和掌握。如在讲述中断控制、定时/计数器、串行通信等章节时，笔者常将这些内容的课堂教学移至实验室中进行。其教学过程是：先在单片机实验仪上演示一下与今天上课内容相关的实验结果或现象（如产生中断的报警声音，在实验仪上显示定时、计数的过程，在二台单片机实验仪之间进行串行通信等），然后再来讲解本章节的基本概念，演示实验所用的源程序等内容。由于此前学生已在实验仪器上获得了感官认知，也已知道了老师正在讲解的源程序所要实现的功能，故在讲解基本概念和源程序的各条指令时，就能较易理解和认可这些相关内容了。 如在讲述MCS-51系列单片机的定时/计数器这一章节时，笔者先在单片机实验仪上利用T0产生某一连续的定时溢出信号，并从P1.0引脚上输出使发光二极管D循环亮灭（如图3），来模拟某信号灯的闪烁[4]。然后再来讲解MCS-51单片机中的二个16位定时/计数器T0、T1，二个8位控制寄存器TMOD、TCON的功能结构。最后讲解如何设置T0、T1的工作方式和定时初值，如何编写源程序来实现二极管D的循环亮灭等内容（源程序在本文中忽略）。
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图2 To定时0.2s使D循环亮灭
源程序讲解完后，要求各组学生先从P1.0引脚上接出一根线至发光二极管D；再将教师刚讲解过的源程序输入到PC机中进行汇编，并下载到单片机中运行，然后观察二极管D的亮灭过程。实验成功后，笔者还常将源程序中的关键指令进行一定的修改，然后再在实验仪上进行演示，让学生比较一下与先前的结果有什么不同，或向学生提出如下一些延伸问题：如由于T0的定时时间0.2s太短，所以发光二极管D的亮灭效果不明显；如何使其亮灭转换时间延長到1s或2s？等等。
由于在以上的教学过程中采用了“教师演示→理论讲解→学生动手”的教学方法，使教学过程具有较好的直观性和参与性，故学生兴趣较浓，当自己动手实现了预期的实验结果时，有时还会欢呼起来，从而达到了较好的教学效果。另外，通过对延伸问题的提出和解答，又可使学生加深和拓宽了对相关内容和源程序的理解和掌握。
四、尽可能设计一些使学生感兴趣的实训课题
众所周知，单片机课程的实验或实训是单片机教学的一个重要环节，但现有的实验内容或实训课题，一般是对教科书上的理论概念进行验证或生产应用的较多，其内容往往离学生的日常生活有一定的距离，故激不起他们的兴趣或共鸣。为此，笔者在近几年中努力开设了一些使学生感兴趣的实训课题。如能动态显示设计者姓名的16×16点阵电子显示屏设计；能作公交车线路数显示且可随时变换数值的LED显示程序设计；能作“迎奥运”倒计时功能或球类比赛中电子记分牌功能的计数装置设计；具有正点报时及闹钟等功能的电子钟设计等等。
如在能动态显示设计者姓名的16×16点阵电子显示屏[5]的设计中，笔者先在单片机上演示了能交替显示实训老师姓名的源程序，再向学生布置课题任务。由于能显示自己姓名，学生一开始就很投入，各人纷纷动手设计自己姓名的16×16点阵字模。由于此实训课题的源程序较长，故在为期一周的实训时间内，笔者以半天为一个时间单元，分别布置各时间单元的任务。使学生从简单到复杂，从部分到完整，每个时间单元都有各自要完成的任务。
由于这些要设计的实训课题与学生本人的生活密切相关，故较能引起学生的兴趣，从而激发起他们编程、调试的积极性。另外，也可使学生明白单片机作为一个智能化控制部件，已广泛地融入到他们的日常生活中，学好《单片机原理》这门课程，无论是对后面专业课程的学习，还是拓展学生的就业能力，均是十分有用的。
以上是笔者多年来在单片机教学中的一些探索和体会。由此可知，虽然《单片机原理》课程的内容对高职院校的学生来说有一定的难度，但只要合理组织教学素材，采用新颖的教学手段，并尽可能实施“学做结合”的教学方法，是可以激发起学生的兴趣，调动其学习积极性，从而学好《单片机原理》课程的。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 王义方， 周伟航.微型计算机原理及应用（第3版）[M].北京：机械工业出版社，1997：13.
[2] 郑毛祥.单片机应用基础（第2版）[M].北京：人民邮电出版社，2009：24-29.
[3] 眭碧霞.单片机及其应用（第2版）[M].西安：西安电子科技大学出版社，2003：52-57.
[4] 肖洪兵，胡辉.跟我学用单片机[M].北京：北京航空航天大学出版社，2004：112-115.
[5] 李光飞，楼然苗.单片机课程设计实例指导[M].北京：北京航空航天大学出版社，2004：139-153.
[责任编辑：陈 兵]