基于構(gòu)建主義的單片機(jī)彩燈實驗

構(gòu)建主義主張，學(xué)習(xí)不是由教師把知識信息簡單地傳遞給學(xué)生，而是要由學(xué)生自己主動地構(gòu)建知識的意義，這種構(gòu)建是無法由他人來代替的。可以設(shè)想，如果我們的實驗總是先把實驗的內(nèi)容、過程、結(jié)果布置好，然后請同學(xué)們按照步驟去操作，就不利于學(xué)生完整準(zhǔn)確地去掌握和運(yùn)用知識。本實驗的目的是讓學(xué)生在貼近工程實際的情況下，充分發(fā)揮學(xué)生的積極性主動性，思考一個項目全過程用什么方法做，做到什么程度，有哪些知識需要掌握等問題，在整個實驗過程中不斷地構(gòu)建知識意義，從而達(dá)到掌握單片機(jī)相關(guān)知識應(yīng)用的目的。

一、實驗情景概述

本實驗要求學(xué)生自己設(shè)想一個顯示圖案，以單片機(jī)為核心，自主選擇外圍電路并編程，完成一個單片機(jī)控制的彩燈設(shè)計和制作的項目。

在實驗過程中，學(xué)生是學(xué)習(xí)信息加工的主體，是知識意義構(gòu)建的主動者，體現(xiàn)在以已有的知識和經(jīng)驗為基礎(chǔ)，主動學(xué)習(xí)新知識，積極思考完成實驗的方法；而教師作為知識意義構(gòu)建的幫助者、促進(jìn)者，體現(xiàn)在為學(xué)生提供盡可能多的I/O接口方案、例程、芯片資料，提供實驗過程中的技術(shù)指導(dǎo)與解答疑惑。

二、實驗教學(xué)分析

進(jìn)行本實驗的學(xué)生已有的知識:已經(jīng)學(xué)習(xí)了《電子工藝》、《電子線路》課程以及PROTEUS軟件中ISIS部分的仿真應(yīng)用、單片機(jī)的硬件電路、指令系統(tǒng)和程序結(jié)構(gòu)等知識。

進(jìn)行本實驗教學(xué)的教師應(yīng)能及時正確地回答同學(xué)提出的問題，并能察覺學(xué)生提問中反映出來的思維上和知識上的誤區(qū)，主動進(jìn)行技術(shù)指導(dǎo)。

本實驗的重點：掌握彩燈設(shè)計各個環(huán)節(jié)的工作方法與設(shè)計要求。

本實驗的難點：硬件電路設(shè)計、軟件編程和糾錯、抗干擾方法。

本實驗完成需要的時間較長，大多數(shù)任務(wù)要在課余時間完成。

三、實驗過程各環(huán)節(jié)簡述

1. 實驗方案的制定：首先帶領(lǐng)學(xué)生參觀街面上的彩燈和電子廣告，引發(fā)學(xué)生討論自己的顯示圖案，鼓勵學(xué)生的創(chuàng)新性，老師提供盡可能多的簡略的硬件方案供學(xué)生去選擇、完善，最后確認(rèn)每一學(xué)生方案的可行性。由于彩燈顯示市面上隨處可見，學(xué)生具有一定的感性認(rèn)識，能夠產(chǎn)生興趣，因而提高了學(xué)習(xí)積極性。

2. 老師指導(dǎo)學(xué)生查找與學(xué)習(xí)相關(guān)硬件資料， 同時帶領(lǐng)學(xué)生回顧已經(jīng)學(xué)過的知識，弄清硬件工作的細(xì)節(jié)與時序，完善硬件電路。

3. 學(xué)生根據(jù)已有的軟件知識編程，老師答疑。

4. 當(dāng)學(xué)生的軟硬件準(zhǔn)備就緒后，進(jìn)行PROTEUS軟件仿真，在老師的指導(dǎo)下糾正仿真中發(fā)現(xiàn)的錯誤，學(xué)生總結(jié)錯誤產(chǎn)生的原因以完善自己的知識體系，最終確認(rèn)軟件和硬件工作原理的正確性。

5. 當(dāng)仿真通過后就可以制定材料匯總表，學(xué)生自行購買元器件在實驗板上進(jìn)行焊接、裝配和調(diào)試，糾正錯誤直至成功。

6. 實驗作品評價與展示：在實驗過程中老師不斷地對學(xué)生的作品做出評價，并針對學(xué)生的薄弱環(huán)節(jié)加以輔導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生向正確的方向前進(jìn)。

當(dāng)學(xué)生作品都完成后，教師就可以組織學(xué)生展示自己的作品，由作者演示說明自己的設(shè)計思路和作品特點，教師引導(dǎo)學(xué)生一起對展示的作品作出評價，進(jìn)一步提升學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

四、實驗的積極意義

1. 以往很多學(xué)生認(rèn)為將書上的指令和程序背下來軟件就算學(xué)好了，通過實驗認(rèn)識到學(xué)習(xí)單片機(jī)必須在理解硬件工作原理的基礎(chǔ)上，學(xué)會編程的思路和方法。

2. 有很多學(xué)生之前認(rèn)為把例程輸入電腦，放到仿真器軟件上編譯成功，然后按實驗要求將實驗板上的連線連接正確、電路工作正常，實驗就算做完了；通過實驗認(rèn)識到：編寫軟件并借助仿真，找出自己編程思路和電路方案上的漏洞，才能完整正確地掌握單片機(jī)知識，這是實驗過程中不可缺少的重要步驟。

3. 學(xué)生對彩燈花樣既有直觀認(rèn)識也有濃厚興趣，這種寓教于樂的情境有利于提高學(xué)生的積極性和創(chuàng)造性。

4. 對知識掌握較好的同學(xué)在制定方案時鼓勵做難度大一些的；對一般同學(xué)鼓勵做力所能及可以成功的；對少數(shù)差生可提供硬件資料和參考程序鼓勵他們完成，因材施教，使每個同學(xué)都有收獲。

五、教學(xué)反思

1. 實驗教學(xué)過程中最重要的不是最終的結(jié)果，而是實驗中的學(xué)生知識意義的構(gòu)建過程。學(xué)生在實驗實施過程中，完善舊知識的學(xué)習(xí)，掌握新技能，提升分析問題和解決問題的能力。

2. 教師要意識到自己的主導(dǎo)作用，要重視調(diào)控整個實驗教學(xué)進(jìn)程，充分發(fā)揮學(xué)生的主體地位，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、相互交流的能力，不斷啟發(fā)學(xué)生進(jìn)行獨立思考和探究，進(jìn)而促進(jìn)學(xué)生的可持續(xù)發(fā)展，提升學(xué)生終身學(xué)習(xí)的能力。

責(zé)任編輯潘孟良