开发板在单片机原理及接口技术课程教学中的应用

　　单片机原理及接口技术课程是技工院校电类专业的一门核心且较难掌握的专业必修课。传统的单片机教学，硬件方面的实践较少，加上单片机本身所固有的抽象性，对于原本基础差、底子薄且初次接触单片机的初中毕业生，要掌握此技术难度较大，容易导致学生失去学习兴趣，出现厌学现象。近几年来，随着生产实训教学设施设备的不断开发更新，出现了不少单片机实验套件（如开发板），在教学实践中，笔者充分利用单片机开发板，将单片机的理论知识和技能融汇到一系列项目教学中，收到了良好的教学效果。下面就从五个方面谈谈开发板在单片机教学中的应用。
　　一、单片机开发板简介
　　在整个单片机学习过程中，针对学生不同的学习阶段，可以分别使用两块不同的开发板实现教学目标，即最小系统开发板和KST-51单片机开发板。前者针对的是单片机的基础知识，有助于学习者理解单片机的基本概念和基本功能，从而形成单片机的整体概念，为后期的学习奠定基础。而KST-51开发板则是在最小开发板的基础上帮助学习者逐步实现从硬件设计到软件开发的学习目的。
　　1.最小系统开发板
　　最小系统开发板主要组成包括单片机芯片、电源、复位电路、晶振电路。该开发板的组成部分少，相对简单，适合学生学习单片机初期。其主要目的是让学生熟悉和认识单片机系统及其工作的基本条件，能直观地感受和认识单片机及单片机最小系统，了解并掌握51系列单片机各引脚功能，学会如何调试简单的程序。进而激发学生对单片机的兴趣和求知欲望，使学生在老师的引导下自主学习理论知识，形成知识体系。
　　2.KST-51单片机开发板
　　KST-51单片机开发板主要由单片机STC89C52RC最小系统、数码管、8*8点阵LED、液晶屏、矩阵按键、蜂鸣器、温度传感器、红外接收器、步进电动机等模块构成。
　　该开发板结构复杂，硬件资源涵盖單片机绝大部分应用领域，能帮助学生进一步系统学习单片机，增强学生系统调试能力。学生可以充分利用开发板进行由浅入深，由简单到复杂的实践操作，逐步学会根据自己的思路去完成从硬件设计到软件开发的全过程，从而提高学生的实践能力。
　　二、单片机开发板教学方法与传统教学方法的比较
　　1.教学目标
　　传统的教学方法强调学生在短时间内接受知识，形成沉淀，获取技能和基础知识；而开发板教学方法强调学生对技能和知识的融会贯通。
　　2.教学重点
　　传统的教学方法侧重知识，老师发现学生的不足补充授课内容；而开发板教学方法，侧重潜力，激发潜能，自我发展，老师利用学生的优点展开教学。
　　3.教学形式和师生角色
　　传统的教学方法中教师是知识的完全复述者，学生是知识的接受者，处于被动状态，没有主动权；而在开发板教学方法里，教师是知识和课堂的组织者、引导者，学生是知识的探索者，学生有一定的主动权。
　　三、单片机开发板在教学中的具体应用
　　1.最小系统开发板在简单项目中的应用
　　（1）应用领域及效果。简单项目任务设置是单片机的基础，目的是使学生能够熟悉并掌握单片机的最小系统。在具体的教学中常利用最小系统开发板设置某些简单项目任务，例如闪烁灯、循环流水灯等，让学生了解单片机简单I/O口的使用。这些项目任务反复强调单片机的最小系统，让学生理解单片机里的程序正常工作的最小配置是单片机芯片、电源、复位电路、晶振电路。同时让学生排除对单片机的陌生感，产生学习单片机的兴趣。
　　（2）应用实例。以开发板在简单项目任务中的应用为例，如闪烁灯。项目任务要求利用最小系统开发板实现LED灯的闪烁，具体要求实现：点亮1个LED灯，点亮2个LED灯，点亮8个LED灯，1个LED灯的闪烁，2个LED灯的闪烁，8个LED灯闪烁。
　　根据上述要求，在实际操作时分别利用最小系统开发板和多个LED灯等来实现各个功能。通过最小系统开发板P1口与LED的连接，实现各小程序的编写，让学生熟悉单片机系统，掌握单片机正常工作需要的基本条件。与传统教学方法相比，能更直观地理解最小系统、外围设备和程序之间的关系。
　　2.KST-51单片机开发板在复杂项目中的应用
　　（1）应用领域及效果。设置复杂项目任务的目的是让学生能够掌握单片机的输入输出和通信。围绕KST-51开发板设置了一个功能模块和两三个功能模块的项目任务，例如数字钟、电子计算器、交通灯控制系统等。通过这个层次项目任务的实施，让学生熟悉和掌握单片机数码管显示、液晶显示、矩阵键盘、串行通信、定时器和中断系统等各部分知识，以及数码管、液晶、矩阵键盘等模块的组合应用。通过这个层次项目任务的实施，让学生真正把理论知识提升到开发项目这个层面，实现理论到实践的转化。
　　（2）应用实例。以开发板在复杂项目任务中的应用为例，如电子计算器。项目任务要求利用KST-51开发板设计电子计算器，具体要求是该计算器能够完成100以内（含100）整数的加减乘除四则运算，四则运算符两边参与运算的数字为整数且不能大于100。
　　根据上述要求，在实际操作时可由开发板的数码管显示、单片机系统和矩阵键盘输入等部分共同组成电子计算器。通过开发板矩阵键盘将数据输入单片机，经由开发板的单片机系统运算处理后，再由开发板的共阳极LED数码管显示输出结果即可实现设计要求。较传统教学方法而言，此举直观、简单易行、思路清晰、效果明显。
　　四、以开发板为核心的教学效果及评价
　　在探索开发板应用教学时，传统教学方法和开发板教学方法在教学过程中进行多次对照教学试验。实验结束后，笔者对参与实验的两个班级的学生多角度进行测试和对照。以2013年上半年的对照实验为例，2011级中电⑵班是采用开发板教学方法的实验班，共48名学生；2011级中电⑶班是采用传统教学方法的对照班，共50名学生，从学生测验成绩可以看出，实验班85分以上，获优秀成绩的人数高达22人，对照班只有3人。另外从两个班技能考试来看：实验班的技能考核获优秀成绩的人数达到15人，优秀率为31.3%。对照班获优秀成绩的人数只有6人，优秀率仅为12%。
　　两组数据差异显著，充分说明开发板教学方法可以有效地培养学生的操作能力，提高学生的动手能力和综合应用能力。
　　五、小结
　　以开发板为核心的教学，充分体现了学生的主体地位和教师的主导作用，以项目任务为主线，注重学生操作技能、理论知识的学习和实际应用能力的培养，做到＂认知、吸收、实践、评价、总结、提高＂六位一体。这种教学模式实现了理论教学与实践教学的有机统一，教学课堂气氛活跃，充分调动了学生学习单片机的积极性和创造性，提高了课堂教学质量和课堂教学效果，同时培养了学生实践应用能力和创新能力。