類比教學(xué)法在高職教學(xué)中的應(yīng)用
——以單片微型計算機(jī)為例

馮嚴(yán)冰

(常州開放大學(xué)，江蘇 常州 213001)

摘要：單片微型計算機(jī)技術(shù)這門課程內(nèi)容抽象，不好理解。對于高職學(xué)生來說學(xué)習(xí)這門課難度大，學(xué)習(xí)興趣低，對于有關(guān)專業(yè)教師來說，如何教好它一直是覺得比較頭疼的事情。通過近些年來在單片微型計算機(jī)教學(xué)過程中的探索與嘗試，采用新的教學(xué)方法和教學(xué)模式，如對較為抽象的知識點、專業(yè)術(shù)語采用類比的教學(xué)方法，即利用與知識點相似的生活中的事物進(jìn)行類比并講解的教學(xué)方法，從而讓學(xué)生對知識點的感受更加直觀，從而真正理解所學(xué)知識，對于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)好單片微型計算機(jī)知識取得了良好的效果。從而為單片微型計算機(jī)的教學(xué)提供了借鑒或思路。

關(guān)鍵詞：類比教學(xué)法；單片機(jī)；高職教學(xué)

收稿日期：2015-04-05

作者簡介：馮嚴(yán)冰(1982-)，女，安徽淮北人，常州開放大學(xué)講師，碩士.

中圖分類號：TP368.1文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1類比教學(xué)方法

所謂類比，就是借助于兩類不同本質(zhì)事務(wù)之間的相似性，通過比較將一種已經(jīng)熟悉或掌握的特殊對象的知識推移到另一種新的特殊對象上去的推理手段。也就是說如果兩個對象要進(jìn)行類比，二者之間一定要存在相似性。將類比應(yīng)用于教學(xué)中，就是把大家都已經(jīng)熟悉的生活中的事例或自然現(xiàn)象，與書上抽象而又死板的知識點與類比結(jié)合起來，將兩者之間的相似性通過形象而又貼切的比喻，把學(xué)生難于理解的內(nèi)容變得形象生動，更加具體，容易理解，是在教學(xué)過程中經(jīng)常采用的一種教學(xué)方法。其實類比法就是使學(xué)生在學(xué)習(xí)知識的過程中，通過已有的生活常識或是已學(xué)的知識經(jīng)驗，與新的知識點結(jié)合起來，從而掌握發(fā)現(xiàn)問題，處理問題和解決問題的能力。

2單片微型計算機(jī)技術(shù)課程的特點

單片微型計算機(jī)技術(shù)作為交叉電和計算機(jī)兩個學(xué)科的一種綜合性應(yīng)用技術(shù)，是現(xiàn)代控制技術(shù)和機(jī)電產(chǎn)品制造的主要應(yīng)用手段，近些年單片微型計算機(jī)技術(shù)已經(jīng)滲透到各個領(lǐng)域，如在國防科技、自動控制乃至日常生活的各個方面都得到了廣泛的應(yīng)用。因此單片微型計算機(jī)的學(xué)習(xí)也理所應(yīng)當(dāng)?shù)氖艿搅烁呗氃盒熒母叨戎匾暋５怯捎趩纹⑿陀嬎銠C(jī)技術(shù)是一門理論性很強(qiáng)的專業(yè)課程，對于高職學(xué)生基礎(chǔ)知識相對薄弱，課程入門本身比較困難，加上專業(yè)術(shù)語較多，知識點不易理解，所以學(xué)生學(xué)習(xí)興趣普遍不高，該課程的實際教學(xué)效果并不理想。單片微型計算機(jī)的教學(xué)模式亟需改革，如何在教學(xué)過程中為學(xué)生創(chuàng)造一個容易理解的情境，從而提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，增加學(xué)生自信，進(jìn)而學(xué)好這門課程，一直是相關(guān)專業(yè)老師覺得比較棘手的問題，也引發(fā)了大家對單片機(jī)微型計算機(jī)這門課教學(xué)改革的探討。

通過多次講授單片微型計算機(jī)這門課，作者在教學(xué)過程中對許多知識點、專業(yè)性很強(qiáng)的術(shù)語采用類比教學(xué)法，也就是利用與教學(xué)內(nèi)容相似生活中的事物進(jìn)行類比講解的教學(xué)方法，從而讓學(xué)生對知識點有更加直觀的認(rèn)識，真正理解所學(xué)知識。對于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)好單片微型計算機(jī)知識取得了良好的效果。

3類比教學(xué)法在“中斷系統(tǒng)”中的應(yīng)用

中斷系統(tǒng)是單片微型計算機(jī)系統(tǒng)必須具備的重要功能，通過中斷系統(tǒng)可以實現(xiàn)CPU 的分時復(fù)用，提高單片微型計算機(jī)的工作效率。因此單片微型計算機(jī)在與外圍設(shè)備間的數(shù)據(jù)傳送或是故障檢測處理等工作過程中一般都需要采用中斷。但是由于中斷系統(tǒng)涉及到的知識點繁多，并且很多專業(yè)術(shù)語抽象難懂。因此，在教學(xué)過程中最好采用類比法，以現(xiàn)實生活中實際的例子來幫助學(xué)生理解。下面就是中斷系統(tǒng)教學(xué)過程中的幾個類比的實例。

①中斷的概念及過程：假設(shè)有一天你正在教室里上晚自習(xí)看書，剛看了一會，這時教室外有同學(xué)來找你商量元旦晚會的事，你就會放下書，然后去教室外，和同學(xué)溝通交流，商量結(jié)束后，然后回到教室里繼續(xù)看書。這就是我們正常的工作過程被外部的事件打斷了，其實就是生活中“中斷”的例子。單片微型計算機(jī)中的中斷也是這樣，和前述的例子類比，“正在教室里看書”相當(dāng)于單片微型計算機(jī)正在運行主程序，“教室外有同學(xué)來找你商量事情”相當(dāng)于中斷請求，“走出教室”相當(dāng)于中斷響應(yīng)，“和同學(xué)進(jìn)行溝通交流”相當(dāng)于中斷處理，“回到教室”相當(dāng)于中斷返回，“繼續(xù)看書”相當(dāng)于單片微型計算機(jī)繼續(xù)運行主程序。

②中斷源：你正在家寫作業(yè)時，能夠打斷寫作業(yè)的事情其實有很多，比如家里門鈴響了，手機(jī)響了，你定的鬧鈴響了，你家的開水壺?zé)_后響了….等等許多類似的事件，我們把能引起中斷事件的稱為中斷源，單片微型計算機(jī)中也有能引起主程序中斷的事件，對于MCS-51一共包括5個中斷源：外部中斷0，外部中斷1，定時/計數(shù)器T0中斷，定時/計數(shù)器T1中斷和串行口中斷。

③中斷的嵌套與優(yōu)先級處理：假設(shè)我們正在備課，電話響了，同時門鈴也響了，你該先響應(yīng)哪一個呢？如果你在等一個很重要的電話，你一般不會先去理會門鈴的；反之，你正在等一個重要的客人，則可能就不會先去理會電話了；如果你既不等電話，也不是等客人，那么你可能會按照你平時的習(xí)慣去處理。這就是優(yōu)先級的問題，在單片微型計算機(jī)中也有優(yōu)先級的問題，同時產(chǎn)生的中斷源，哪一個優(yōu)先級別高單片機(jī)就會先響應(yīng)。還有一種特殊情況，就是一個中斷已經(jīng)產(chǎn)生，又有一個中斷產(chǎn)生，這時單片微型計算機(jī)會怎樣處理呢？其實在單片微型計算機(jī)系統(tǒng)中，優(yōu)先級別高的中斷源可以打斷優(yōu)先級別低的中斷事件，但是優(yōu)先級別低的中斷源不可以打斷優(yōu)先級別高的中斷事件。

④中斷響應(yīng)的過程：a.假設(shè)你正在寫作業(yè)，如果有中斷事件產(chǎn)生，進(jìn)行中斷處理之前我們必須先記住現(xiàn)在寫作業(yè)寫到第幾頁了，或者拿一個書簽放在當(dāng)前頁的位置，然后去處理中斷事件。那是因為中斷事件處理完后，我們還要回來繼續(xù)寫作業(yè)。單片微型計算機(jī)在響應(yīng)中斷事件前也要先保存斷點。b.生活中門鈴響要到門那邊去，開水壺響了要到廚房去，也說是不一樣的中斷事件，我們要在不一樣的地點處理，中斷源和處理地點是一一對應(yīng)的。單片微型計算機(jī)中的五個中斷源，每個中斷源產(chǎn)生后都有一個和它相對應(yīng)的固定的地方去找處理這個中斷的程序。c.處理中斷事件： 電話響了就接電話，開水開了就灌開水，門鈴響了就開門…d.處理完了回來繼續(xù)找到書簽處繼續(xù)寫作業(yè)。

以上的四個步驟對應(yīng)起來就是中斷響應(yīng)的幾個步驟：第一步，保護(hù)斷點，即保存下一將要執(zhí)行的指令的地址，同時把這個地址送入堆棧。第二步，尋找中斷入口，根據(jù)五個不一樣的中斷源所產(chǎn)生的中斷，查找五個不一樣的入口地址。以上工作是由單片微型計算機(jī)自動完成的，與編程者無關(guān)。在這五個入口地址處分別存放有對應(yīng)的中斷處理程序。第三步，執(zhí)行中斷處理程序。第四步，中斷返回，執(zhí)行完中斷指令后，就從中斷處理程序返回到主程序，繼續(xù)執(zhí)行主程序。

4類比教學(xué)法在單片微型計算機(jī)其他知識點中的應(yīng)用

4.1 與電腦類比

由于大部分學(xué)生對電腦比較熟悉，所以在教學(xué)中筆者把單片微型計算機(jī)類比為電腦。首先，剛買的電腦如果不裝系統(tǒng)，那就是一臺裸機(jī)，就算它的硬件配置再好也用不了，所以一定要先裝系統(tǒng)，系統(tǒng)裝在系統(tǒng)盤(ROM)中，一旦寫入基本不會更改，掉電不丟失，電腦正常使用的過程中，系統(tǒng)盤中的內(nèi)容用戶只讀不可寫，除非系統(tǒng)出問題用戶重新裝系統(tǒng)。同樣，新買的單片微型計算機(jī)也是一個裸機(jī)，要讓它控制外圍電路，要根據(jù)控制要求，必須先對單片微型計算機(jī)編程，編好的程序也是放在類似于“系統(tǒng)盤”的只讀存儲器中，一經(jīng)寫入，單片微型計算機(jī)正常工作時不可更改，程序掉電不丟失。

4.2 與人體類比

單片微型計算機(jī)還可以類比為人體，其中它的CPU可以類比為人體的大腦，存儲器類比為人腦的記憶體，單片微型計算機(jī)的輸入口可以類比為人的眼睛，鼻子和嘴巴等接收外界信號的器官，它的輸出口可以類比為人的四肢等具有執(zhí)行功能的器官。

4.3 與儲物柜類比

單片微型計算機(jī)的存儲器可以類比為超市臨時存放客人物品的儲物柜，以51單片機(jī)為例，它一共有256個字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器，并且為了方便存取數(shù)據(jù)，以字節(jié)為單位，給每個字節(jié)編了一個號，從0到255，這個號我們成為每個存儲空間的地址。同樣的，超市的臨時儲物柜也被平均分為了若干個小的柜子，每個小的柜子上也都編了號，這樣如果我們逛超市前把東西存在了“25”號柜門里，逛完超市后根據(jù)號碼來找自己的東西非常方便。存儲器存寫據(jù)和讀數(shù)據(jù)可以類比為我們向銀行卡里存錢和取錢。

4.4 與客棧、存取盤子相類比

單片微型計算機(jī)的堆棧是一個相對抽象，不易理解的知識點。和客棧相類比，客棧是客人臨時住宿的地方，堆棧是數(shù)據(jù)臨時存放數(shù)據(jù)的地方。說到存放的原則“先進(jìn)后出，后進(jìn)先出”，又可以和洗盤子相類比，先洗好的盤子先放進(jìn)碗柜里，所以在最下面，后洗好的盤子后放進(jìn)碗柜里，所以在最上面，我們用的時候肯定是先從上面拿，也就是后進(jìn)去的盤子先出來了。堆棧中存儲的數(shù)據(jù)也是先存進(jìn)堆棧的數(shù)據(jù)后讀取，后存進(jìn)的數(shù)據(jù)先被讀取，也即“先進(jìn)后出，后進(jìn)先出”。

5選擇類比對象的原則

①正確性原則。類比對象必須是正確的、科學(xué)的、健康的，這是教學(xué)的基本要求。

②簡單性原則。在選擇類比對象時，要盡量選擇簡單的，學(xué)生熟悉的對象來類比，這樣學(xué)生更容易理解。這些對象可以來自于自然界、生活或是學(xué)生所學(xué)的其他課程的內(nèi)容。選出的類比對象可以是方式方法，也可以是具體的事物。

③相似性原則。對于某個知識點而言，可以類比的對象可能有很多，這時應(yīng)該選擇和學(xué)習(xí)對象相似之處最多的對象作為類比對象。

④生動性原則。盡量選擇生動有趣的類比對象，這樣更容易吸引學(xué)生的注意力，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，有利于活躍課堂氣氛。

6小結(jié)

總之，作者在單片微型計算機(jī)的定時/計數(shù)器、振蕩電路、存儲器的讀寫數(shù)據(jù)等內(nèi)容的教學(xué)中也采用了類比教學(xué)法，使得學(xué)生認(rèn)為抽象的理論不再抽象，而是與自然界、日常生活現(xiàn)象相對應(yīng)，變得更加直觀易理解，從而提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)信心，改善了教學(xué)質(zhì)量和效果。這種教學(xué)法不僅可以用在單片微型計算機(jī)課程的教學(xué)中，而且可以推廣應(yīng)用在其它課程中，實施時，可以根據(jù)情況靈活地運用。

參考文獻(xiàn)：

[1]張秀蘭. 基于單片機(jī)遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的原理與實現(xiàn)[J].常熟理工學(xué)院學(xué)報，2006(2).

[2]王四玲. 圍棋機(jī)器人動作控制系統(tǒng)的實現(xiàn)[D].上海：同濟(jì)大學(xué)，2006.

[3]彭宗舉，等. 類比教學(xué)法在操作系統(tǒng)教學(xué)中的應(yīng)用研究[J].高等理科教育，2007(2).

[4]劉晉峰. 循跡小車(上)[J].電子制作，2009(2).

[5]曹瑞. 類比教學(xué)法初探[J].寧波大學(xué)學(xué)報(教育科學(xué)版 )，2011(6).

[6]徐學(xué)福. 論類比教學(xué)模式[J].廣西師范大學(xué)學(xué)報(哲學(xué)社會科學(xué)版)，1998(2).

(責(zé)任編輯侯中巖)