現(xiàn)代教育技術(shù)在“單片機(jī)原理及應(yīng)用”課程中的應(yīng)用

徐純森 周欣欣 李紅彪

摘 要：文章研究了現(xiàn)代教育技術(shù)在“單片機(jī)原理及應(yīng)用”課程中的應(yīng)用。“單片機(jī)原理及應(yīng)用”是計算機(jī)、電子信息及通信等專業(yè)的一門重要專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課程，它的教學(xué)質(zhì)量將對學(xué)生的后續(xù)學(xué)習(xí)及應(yīng)用起到關(guān)鍵的作用。把現(xiàn)代教育技術(shù)和該課程進(jìn)行優(yōu)化整合，如利用多媒體技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化教學(xué)，利用軟件仿真、建立虛擬項目進(jìn)行引導(dǎo)教學(xué)，利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源開展師生互動教學(xué)，利用在線創(chuàng)客社區(qū)網(wǎng)絡(luò)平臺開展創(chuàng)客教育實踐教學(xué)，將有助于教學(xué)質(zhì)量提高。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)代教育技術(shù)；單片機(jī)；原理

“單片機(jī)原理及應(yīng)用”是計算機(jī)、電子信息及通信等專業(yè)的一門重要專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課程，具有較強(qiáng)的實用性、綜合性和工程性。該課程不但要求學(xué)生掌握單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的基本原理，更要求學(xué)生具有單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的電路設(shè)計、編程和系統(tǒng)調(diào)試的能力。傳統(tǒng)的單片機(jī)教學(xué)中，硬件部分，只能由教師進(jìn)行直白的講解；程序部分，教師講述程序的執(zhí)行情況，但是我們發(fā)現(xiàn)學(xué)生的印象不深刻，學(xué)生很難看到各種執(zhí)行過程中數(shù)值的變化和執(zhí)行效果，從而影響了教學(xué)質(zhì)量。而“單片機(jī)原理及應(yīng)用”的教學(xué)質(zhì)量將對學(xué)生的后續(xù)學(xué)習(xí)及應(yīng)用起到關(guān)鍵的作用，對學(xué)生畢業(yè)設(shè)計質(zhì)量、創(chuàng)新能力、就業(yè)和參加全國電子設(shè)計競賽起到舉足輕重的作用。因此，我們根據(jù)單片機(jī)課程特點，把現(xiàn)代教育技術(shù)和“單片機(jī)原理及應(yīng)用”課程進(jìn)行優(yōu)化整合，取得了較滿意的教學(xué)效果，現(xiàn)介紹如下。

1 利用多媒體技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化教學(xué)

單片機(jī)這門課程的特點是概念及專有名詞多，內(nèi)容非常抽象，特別是單片機(jī)的內(nèi)部原理和結(jié)構(gòu)，學(xué)生往往缺乏單片機(jī)的直觀形象及單片機(jī)原理中的時空概念。這些內(nèi)容如果單靠傳統(tǒng)的“粉筆+黑板”模式授課，即使想象力豐富的學(xué)生也難以理解，一般學(xué)生更覺得枯燥乏味。但如果通過多媒體課件中大量動畫和視頻，便可將看不見、摸不著、抽象的單片機(jī)原理及工作過程等生動形象地模擬出來，使復(fù)雜枯燥的原理內(nèi)容變得活靈活現(xiàn)、栩栩如生，此時再配上教師的講解，便可增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識，有利于學(xué)生注意力的保持，在一定程度上突破了時間和空間的限制，可達(dá)到事半功倍的教學(xué)效果。例如，在教學(xué)中我們發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對芯片的引腳功能、結(jié)構(gòu)框圖及最小單片計算機(jī)的構(gòu)成、單片計算機(jī)程序、顯示器的原理理解較為困難，從而導(dǎo)致學(xué)生在硬件和軟件聯(lián)系學(xué)習(xí)時更為困難。為了更好地幫助學(xué)生理解芯片的結(jié)構(gòu)、引腳功能、程序和硬件連線等難點問題，我們利用多媒體制成仿真課件，在屏幕上演示單片機(jī)的結(jié)構(gòu)圖，并進(jìn)行了詳細(xì)的動畫演示，然后教師結(jié)合圖示進(jìn)行講解。通過引入多媒體技術(shù)，學(xué)生覺得形象、生動、直觀、易于理解，可獲得更多的信息。

2 利用軟件仿真、建立虛擬項目進(jìn)行引導(dǎo)教學(xué)

單片機(jī)原理整個教學(xué)過程其實是一個硬件與軟件相互結(jié)合的過程。在單片機(jī)原理教學(xué)中需要很多硬件設(shè)備，如電腦、仿真機(jī)、實驗電路、編程器等。由于硬件實驗資源的匱乏，學(xué)生不能同時人手一套裝置進(jìn)行實驗，一個班往往要分幾個批次才能完成實驗，耗時耗力，影響了教學(xué)效果。為了彌補(bǔ)實驗儀器和器件缺乏帶來的不足，我們運(yùn)用現(xiàn)代教育技術(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)[1]，通過軟件仿真[2]，建立虛擬項目，在仿真教學(xué)環(huán)境中進(jìn)行教學(xué)。通過此方式引導(dǎo)教學(xué)，學(xué)生們認(rèn)為通過軟件仿真一下子就理解了各功能部件間的關(guān)系，對存儲器的存取過程及寄存器存放哪些特殊數(shù)據(jù)也有了具體直觀的理解，可以馬上看到程序修改編譯后的效果，能比較透徹地理解硬件與程序的關(guān)系，在項目的理解上也變得更輕松、更容易，大大提高了教學(xué)效率。目前，在專業(yè)教學(xué)中嘗試采用數(shù)字仿真教學(xué)的模式也已經(jīng)越來越普遍。

3 利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源開展師生互動教學(xué)

為了提高學(xué)生學(xué)習(xí)、研究的興趣，我們將課堂教學(xué)內(nèi)容延伸到了課堂之外，建立了“單片機(jī)原理及應(yīng)用”教學(xué)網(wǎng)站，將授課方案、電子教案、教學(xué)大綱、授課進(jìn)度表、習(xí)題與測試等教學(xué)資料全部上網(wǎng)，用于自主學(xué)習(xí)。同時開辟網(wǎng)上師生交流平臺，建立網(wǎng)上答疑欄目進(jìn)行互動教學(xué)，對于學(xué)生在網(wǎng)上提出的問題及時、耐心地予以解答。研究發(fā)現(xiàn)，通過網(wǎng)絡(luò)資源共享，不但方便了教師和學(xué)生的交流，而且使學(xué)生學(xué)習(xí)效率大大地提高，有效提高了學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，并調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。另外，我們還要注意網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源經(jīng)常更新，以便更好地為“單片機(jī)原理及應(yīng)用”課程教學(xué)服務(wù)。

為了便于學(xué)生在項目計劃實施過程中的自主創(chuàng)新能力培養(yǎng)，學(xué)院全天開放網(wǎng)絡(luò)機(jī)房。學(xué)生們通過網(wǎng)絡(luò)可以方便地查找新器件及其功能，能夠了解當(dāng)前有關(guān)單片機(jī)的新技術(shù)、新信息、單片機(jī)應(yīng)用的發(fā)展現(xiàn)狀，不但極大地豐富了課程教學(xué)資源，更重要地體現(xiàn)出學(xué)生自學(xué)能力及科研能力的培養(yǎng)。

4 利用在線創(chuàng)客社區(qū)網(wǎng)絡(luò)平臺開展創(chuàng)客教育實踐教學(xué)

創(chuàng)客（Maker）一詞起源于2001年美國MIT比特與原子研究中心發(fā)起的制作實驗室（Fabrication Laboratory，F(xiàn)ab Lab）創(chuàng)新項目，該項目以個人創(chuàng)意、個人設(shè)計、個人制造為核心理念[3]。創(chuàng)客教育作為一項涉及軟件與硬件、設(shè)計與測試、制作與實驗的綜合性教育，是在創(chuàng)客空間（環(huán)境）中開展的培養(yǎng)創(chuàng)客（目的）的一種教育類型，是以造物的形式培養(yǎng)學(xué)生綜合實踐能力的一種工程教育[4]。因此，為了鞏固單片機(jī)教學(xué)效果，我們通過建立在線創(chuàng)客社區(qū)網(wǎng)絡(luò)平臺，開展了各項創(chuàng)客實踐教育活動，來激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新與創(chuàng)造能力。在線創(chuàng)客社區(qū)網(wǎng)絡(luò)平臺應(yīng)當(dāng)包括以下兩方面內(nèi)容：（1）學(xué)習(xí)資源，主要包括課程資源、電子書、模塊資料等欄目。（2）創(chuàng)意產(chǎn)品，主要是由創(chuàng)客們上傳自己的作品。

創(chuàng)客教育初期會設(shè)置一部分由教師設(shè)計的給定目標(biāo)與操作流程的模仿型學(xué)習(xí)項目，如“聲控?zé)綦娐吩O(shè)計”“智能安全風(fēng)扇”等供學(xué)生操練，學(xué)生在實際操作過程中，通過模仿和嘗試，逐步掌握復(fù)雜動作技能，并在模仿過程中，激發(fā)創(chuàng)新靈感，對項目作出進(jìn)一步創(chuàng)新設(shè)計或改進(jìn)。例如，在創(chuàng)客教育實踐中，有的學(xué)生利用教師自主研發(fā)的“智能硬件快速開發(fā)APP”創(chuàng)造出“火焰聲光報警器”。整個事件過程包括三步：（1）在工作區(qū)將所需硬件LED燈、LCD602顯示器、火焰?zhèn)鞲衅鳌⒂芯壏澍Q器等硬件連接虛擬Arduino開發(fā)板，然后學(xué)生按照工作區(qū)硬件連接開發(fā)板的位置，把設(shè)備分別插入Arduino UNO開發(fā)板的插口位置進(jìn)行插入。（2）進(jìn)行消息連線編程。（3）連接藍(lán)牙后將程序下載到Arduino開發(fā)板，然后運(yùn)行，操作者會發(fā)現(xiàn)，當(dāng)火焰模塊接近火焰時， LCD1602液晶顯示器顯示數(shù)值小于閾值，蜂鳴器報警和LED燈亮，當(dāng)火焰模塊遠(yuǎn)離火焰時，LCD1602液晶顯示器顯示數(shù)值大于閾值，蜂鳴器不報警和LED燈不亮。從上述整個操作過程，我們可以看到他們在軟件與硬件、設(shè)計與測試、制作與實驗每個環(huán)節(jié)的成功處理。

在學(xué)生已掌握基本的創(chuàng)造技能后，接下來開始為他們設(shè)置大致范圍，但不給具體題目的任務(wù)，讓學(xué)生從主題構(gòu)思起步，通過團(tuán)隊協(xié)作，構(gòu)建問題，解決問題，并最終完成創(chuàng)造作品的全過程。

5 結(jié)語

總之，現(xiàn)代教育技術(shù)與“單片機(jī)原理及應(yīng)用”課程優(yōu)化整合后不但可以激發(fā)學(xué)生們主動探索知識的積極性，而且可以提高教學(xué)質(zhì)量和效率。但是隨著單片機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，又不斷給教學(xué)提出新的目標(biāo)和要求。因此，教師要緊跟發(fā)展潮流，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，充分利用現(xiàn)代教育技術(shù)手段，采取多種途徑、方式和方法，來進(jìn)一步達(dá)到提高教學(xué)質(zhì)量的目的，從而為國家培養(yǎng)出合格的應(yīng)用型人才。

[參考文獻(xiàn)]

[1]郭學(xué)會，秦振吉，趙麗.《單片機(jī)原理及應(yīng)用》課程教學(xué)方法改革與實踐[J].晉中學(xué)院學(xué)報，2007（3）：88-90.

[2]李升，陳亮.單片機(jī)原理及應(yīng)用課程數(shù)字仿真教學(xué)探討[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2007（11）：101-104.

[3]楊現(xiàn)民，李冀紅.創(chuàng)客教育的價值潛能及其爭議[J].現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育研究，2015（2）：23-34.

[4]鐘柏昌.談創(chuàng)客教育的背景、本質(zhì)、形式與支持系統(tǒng)[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2016（6）：13-19.