李杰　青小渠　任堰牛

摘要：產(chǎn)品多樣性是單片機(jī)區(qū)別于通用計(jì)算機(jī)的主要特征和重要優(yōu)勢。傳統(tǒng)教學(xué)通常以MCS-51單片機(jī)作為授課內(nèi)容，這不僅不利于學(xué)生理解多樣性特征，同時(shí)與實(shí)際運(yùn)用也存在一定脫節(jié)。文章提出將對比教學(xué)法引入單片機(jī)課堂教學(xué)，通過對比主流單片機(jī)結(jié)構(gòu)和功能異同加深學(xué)生對概念的理解，同時(shí)大大豐富單片機(jī)授課內(nèi)容，強(qiáng)化與實(shí)際運(yùn)用的結(jié)合。

關(guān)鍵詞：對比教學(xué)法；單片機(jī)；嵌入式系統(tǒng)；教學(xué)

0 引言

單片機(jī)技術(shù)課程作為工科專業(yè)的必修課程，受到普遍重視。目前，全國高等院校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)和電子信息類專業(yè)已普遍開設(shè)單片機(jī)相關(guān)課程，各個(gè)高校開設(shè)的單片機(jī)課程一般以51單片機(jī)作為授課內(nèi)容。MCS-51系列單片機(jī)是單片機(jī)發(fā)展史上的里程碑，無論在結(jié)構(gòu)上還是功能上都有很多可借鑒的地方，將其作為單片機(jī)課程的主要授課內(nèi)容本無可厚非，然而隨著單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展，以PIC、AVR、ARM為代表的新型單片機(jī)技術(shù)迅速崛起，使得單片機(jī)多樣性特征日趨凸顯。多樣性帶來的是運(yùn)用的靈活性，令用戶在成本、功能、耗能等各方面有更多選擇。同時(shí)，多樣性也是單片機(jī)區(qū)別于通用微機(jī)的重要特征。

單片機(jī)技術(shù)教學(xué)應(yīng)該如何改革才能適應(yīng)這一新的變化？這個(gè)問題是擺在每個(gè)單片機(jī)教學(xué)工作者面前的新課題。對比教學(xué)法作為一種十分有效的教學(xué)手段已廣泛運(yùn)用于許多教學(xué)領(lǐng)域，合理對比相關(guān)事物的異同能夠迅速加深學(xué)生對知識點(diǎn)的理解，開拓學(xué)生視野，豐富授課內(nèi)容。提出將對比教學(xué)法引入單片機(jī)課堂教學(xué)中，通過對比不同類型單片機(jī)在結(jié)構(gòu)和功能上的共性和差異，達(dá)到溫故知新、舉一反三的教學(xué)目的，是單片機(jī)技術(shù)教學(xué)改革的一次有益嘗試。

1 對比教學(xué)法的內(nèi)涵及作用

明確事物之間相同點(diǎn)和不同點(diǎn)的思維方法就是對比，而對比教學(xué)法就是在知識深度和廣度的基礎(chǔ)上，以比較為基礎(chǔ)，找出兩個(gè)不同對象之間的相同點(diǎn)和不同點(diǎn)，然后以此作為依據(jù)，將有關(guān)知識和理論遷移到另一對象上。對比教學(xué)的關(guān)鍵在于抓住對比事物間的“共同性”，通過舉一反三，再找出對比事物間的“差異性”，從而更好地區(qū)分不同事物。

與傳統(tǒng)教學(xué)方式相比，對比教學(xué)法有以下幾個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)：

（1）通過對比差異迅速加深學(xué)生對概念的理解；

（2）通過課堂上教師示范對比的思維方法潛移默化地影響學(xué)生的思維方式，鍛煉學(xué)生的學(xué)習(xí)能力；

（3）溫故知新（縱向比較），將新知識點(diǎn)與學(xué)生已學(xué)習(xí)過的知識點(diǎn)作對比能有效幫助學(xué)生鞏固舊有知識；

（4）舉一反三（橫向比較），將新學(xué)知識點(diǎn)與同類型知識點(diǎn)作對比能有效擴(kuò)寬學(xué)生知識面，開闊學(xué)生視野；

（5）增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和實(shí)際應(yīng)用能力。

當(dāng)然，在日常教學(xué)活動(dòng)中運(yùn)用對比教學(xué)法還要注意針對不同內(nèi)容及知識點(diǎn)，合理靈活地運(yùn)用不同對比方法。例如，為有效利用課堂時(shí)間突出重點(diǎn)，只針對重點(diǎn)知識進(jìn)行對比；在對比時(shí)引導(dǎo)學(xué)生不僅要找出對象的異同，還應(yīng)該深入思考導(dǎo)致這些異同的原因，應(yīng)讓學(xué)生注意到不是每組對象都適合進(jìn)行對比。合理選擇對比對象才能達(dá)到良好的教學(xué)效果，否則就會適得其反，導(dǎo)致學(xué)生分不清重點(diǎn)，產(chǎn)生思維困惑。

2 對比教學(xué)法與單片機(jī)課堂教學(xué)

目前單片機(jī)課堂教學(xué)內(nèi)容一般包括單片機(jī)概述、單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)、單片機(jī)功能擴(kuò)展、單片機(jī)接口與應(yīng)用、單片機(jī)C語言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)等幾大部分。我們在日常教學(xué)實(shí)踐過程中發(fā)現(xiàn)各部分均可引入對比教學(xué)法進(jìn)行擴(kuò)展教學(xué)，但考慮到課堂時(shí)間限制，因而在實(shí)際運(yùn)用中根據(jù)教學(xué)大綱要求適當(dāng)選取各章節(jié)重、難點(diǎn)進(jìn)行比較。

1）通過對比單片機(jī)相關(guān)概念，加深學(xué)生理解。

單片機(jī)課程概念和知識點(diǎn)較多，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中應(yīng)盡量避免死記硬背。經(jīng)過分析后我們發(fā)現(xiàn)許多概念在學(xué)生前序課程中已有所涉及，如中斷、中斷源及中斷優(yōu)先級的概念在微機(jī)原理及應(yīng)用中出現(xiàn)過，ROM及一次性可編程的概念在數(shù)字電子技術(shù)中也有介紹，抓住概念的共性和內(nèi)涵，能迅速增強(qiáng)學(xué)生對知識的熟悉度，從而達(dá)到溫故；具體到51單片機(jī)，它有5個(gè)中斷源，兩級優(yōu)先級，這是在學(xué)習(xí)概念的外延，同時(shí)也是在對比和通用微機(jī)的差異，即為知新。另外，還有一些概念可以通過橫向比較達(dá)到舉一反三的作用，如雙向并行I/O口的概念在51單片機(jī)中有真雙向口和準(zhǔn)雙向口的區(qū)分，而在PIC和ARM中雙向并行I/O口都是雙向I/O口，但需要通過設(shè)置寄存器配置其輸入、輸出屬性。

2）通過對比不同單片機(jī)體系結(jié)構(gòu)，強(qiáng)化學(xué)生對硬件結(jié)構(gòu)的認(rèn)識。

單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)一直是單片機(jī)教學(xué)的重難點(diǎn)之一，一方面其概念較多，結(jié)構(gòu)框圖復(fù)雜，很多知識點(diǎn)需要學(xué)生在理解的基礎(chǔ)上記憶；另一方面，學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)感覺內(nèi)容枯燥，學(xué)習(xí)興趣不高。其實(shí)，計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)歷來有馮·諾依曼結(jié)構(gòu)和哈佛結(jié)構(gòu)之分，單片機(jī)作為計(jì)算機(jī)的一個(gè)分支也承續(xù)了這個(gè)區(qū)分，如MCS-51系列單片機(jī)采用馮·諾依曼結(jié)構(gòu)，而PIC單片機(jī)采用哈佛結(jié)構(gòu)。兩者共同點(diǎn)在于都使用ROM存儲程序，用RAM存儲運(yùn)算數(shù)據(jù)且CPU都是先從ROM中取指令然后將運(yùn)算結(jié)果放到RAM中。兩者差異體現(xiàn)在前者采用單總線結(jié)構(gòu)，將所有部件掛在同一根數(shù)據(jù)總線上，這種結(jié)構(gòu)使得CPU取指和執(zhí)行無法同時(shí)進(jìn)行，但結(jié)構(gòu)相對簡單；而后者采用雙總線結(jié)構(gòu)，專門用一根程序總線負(fù)責(zé)從ROM取指，而用另一根數(shù)據(jù)總線傳送運(yùn)算數(shù)據(jù)，該結(jié)構(gòu)允許取指和執(zhí)行同時(shí)進(jìn)行，從而實(shí)現(xiàn)流水線作業(yè)。

通過以上分析不難看出，對比教學(xué)法從一個(gè)新穎的視角審視MCS-51硬件結(jié)構(gòu)，開闊了學(xué)生的視野，加深了學(xué)生對硬件結(jié)構(gòu)的理解，同時(shí)也增強(qiáng)了學(xué)生學(xué)習(xí)此類知識的學(xué)習(xí)興趣。

3）通過對比幫助學(xué)生掌握單片機(jī)對外擴(kuò)展的通用方法。

單片機(jī)對外擴(kuò)展的內(nèi)容和方法歷來是單片機(jī)課堂教學(xué)的重點(diǎn)內(nèi)容，也是實(shí)際應(yīng)用的必備知識。MCS-51系列單片機(jī)常用對外擴(kuò)展方式看起來規(guī)范、簡潔，但實(shí)際上與其他類型單片機(jī)并不十分兼容。例如，雖然都采用三總線對接并配合嚴(yán)格時(shí)序的策略實(shí)現(xiàn)對外擴(kuò)展功能，但是MCS-51中存在P0這樣的地址/數(shù)據(jù)復(fù)用口，它與P2口聯(lián)合完成16位地址輸出，同時(shí)P0又兼作對外輸入輸出數(shù)據(jù)線，除此之外，51單片機(jī)還有專門的控制線和控制信號輸出，如PSEN、WR等；而PIC、ARM等單片機(jī)并沒有提供專門的地址信號線和控制信號線，因此在擴(kuò)展時(shí)是通過通用I/O線“模擬”上述總線并通過編程實(shí)現(xiàn)信號輸出。事實(shí)上，采用“模擬”方式進(jìn)行擴(kuò)展正是一種通用的單片機(jī)擴(kuò)展方法，適用于絕大多數(shù)單片機(jī)類型。由此可見，通過對比教學(xué)不僅能夠擴(kuò)展視野，還能進(jìn)一步歸納總結(jié)知識，實(shí)現(xiàn)知識的升華。endprint

4）單片機(jī)指令系統(tǒng)對比教學(xué)。

學(xué)生在學(xué)習(xí)單片機(jī)指令系統(tǒng)過程中常感到比較吃力且積極性不高，究其原因一方面是指令系統(tǒng)知識點(diǎn)繁多，學(xué)生掌握不易，另一方面是學(xué)生課后疏于練習(xí)，尤其是近年來隨著PIC、AVR等單片機(jī)市場占有率的提升，在實(shí)際應(yīng)用中學(xué)生往往需要從頭學(xué)習(xí)新的指令系統(tǒng)，這無疑會影響學(xué)生學(xué)習(xí)51指令系統(tǒng)的積極性和主動(dòng)性。如果在指令系統(tǒng)教學(xué)中合理使用對比教學(xué)法，就可充分發(fā)揮其舉一反三的優(yōu)勢。例如，數(shù)據(jù)傳送類指令是將數(shù)據(jù)從一處存儲單元傳遞到另一處，那么在51、PIC、AVR中分別采用何種指令實(shí)現(xiàn)傳送呢？又如，算數(shù)運(yùn)算類指令運(yùn)算結(jié)果會影響程序狀態(tài)標(biāo)志，那么該影響對于不同類型單片機(jī)有何異同等。

3 改變考核制度和考核內(nèi)容

單片機(jī)的考核形式和內(nèi)容一直是單片機(jī)教學(xué)改革的重要方向。對于單片機(jī)課程學(xué)習(xí)效果的傳統(tǒng)評價(jià)方法無非考試，而考試題目無論如何變化，學(xué)生總難逃脫死記硬背。單片機(jī)是十分注重實(shí)際運(yùn)用的課程，教師一方面可以通過增加實(shí)驗(yàn)部分的比例，減少期末結(jié)業(yè)考試的比例，促使學(xué)生更加重視實(shí)踐環(huán)節(jié)；另一方面可以在試題中增加綜合比較及分析設(shè)計(jì)題型，以考查學(xué)生對概念理解的深度和廣度以及對比分析能力。

4 結(jié)語

實(shí)踐證明，在單片機(jī)課堂教學(xué)中合理運(yùn)用對比教學(xué)法是提高教學(xué)質(zhì)量的有效途徑，有利于提高學(xué)生掌握知識的深度和廣度以及學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性。同時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)更好的教學(xué)效果，最好選擇配套的教材和實(shí)驗(yàn)設(shè)備。此外，虛擬實(shí)驗(yàn)平臺的運(yùn)用也是對比教學(xué)的有益補(bǔ)充。

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（編輯：宋文婷）endprint