信息化背景下單片機(jī)課程的教學(xué)設(shè)計(jì)研究

蔣 婧

（遼寧水利職業(yè)學(xué)院，遼寧 沈陽 110122）

信息化時代是社會發(fā)展的趨勢，是信息產(chǎn)生價值的時代，在這樣的背景下，教育信息化是勢在必行。新的教學(xué)模式是在教學(xué)過程中應(yīng)用信息化資源，使教學(xué)的環(huán)節(jié)數(shù)字化，從而提高教學(xué)質(zhì)量和效率，培養(yǎng)出高質(zhì)量人才。

以單片機(jī)課程為例，在高職學(xué)校中，它是機(jī)電專業(yè)的核心課程。這是一門理論和實(shí)踐要求都很高的專業(yè)課，傳統(tǒng)模式下的教學(xué)很枯燥乏味，學(xué)生容易產(chǎn)生畏難情緒，半途而廢，因此對教學(xué)的各個環(huán)節(jié)重新進(jìn)行信息化教學(xué)設(shè)計(jì)很有必要[1]。

1　信息化教學(xué)工具

1.1　通用軟件

本校的超星網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺主要用于課前的信息收集、問卷調(diào)查、資料發(fā)布、考試考核等；藍(lán)墨云班課主要用于任務(wù)發(fā)布、課堂考勤、分組討論、回答問題等；QQ、微信群主要用于課后與學(xué)生交流答疑，討論拓展任務(wù)等。

1.2　虛擬仿真軟件

以前學(xué)習(xí)單片機(jī)，需要先在實(shí)驗(yàn)臺上搭建硬件電路，然后在電腦上進(jìn)行程序編寫和調(diào)試，最后將程序燒錄到芯片才能看到效果[2]。這些步驟比較麻煩，而且出錯率高，學(xué)生普遍感覺單片機(jī)課程復(fù)雜難學(xué)。但是，如果利用虛擬仿真軟件來教學(xué)就會事半功倍。目前常用的單片機(jī)硬件仿真工具是Proteus，它提供了豐富的單片機(jī)芯片和仿真元器件，利用這些工具學(xué)生可以很快學(xué)會設(shè)計(jì)各種電路。單片機(jī)程序設(shè)計(jì)采用C語言編程，更能與企業(yè)接軌，這就需要用到Keil軟件，它提供了功能強(qiáng)大的開發(fā)調(diào)試工具和眾多的庫函數(shù)，使用起來很方便。因此，將Proteus和Keil軟件相結(jié)合構(gòu)建虛擬仿真平臺，可以讓學(xué)生很容易地進(jìn)行單片機(jī)項(xiàng)目設(shè)計(jì)和驗(yàn)證。

2　信息化教學(xué)設(shè)計(jì)

在單片機(jī)課程中選取重點(diǎn)內(nèi)容——定時/計(jì)數(shù)器的延時控制進(jìn)行信息化教學(xué)設(shè)計(jì)。整個教學(xué)過程分為案例引入、項(xiàng)目任務(wù)分析、項(xiàng)目方案設(shè)計(jì)、項(xiàng)目過程實(shí)施、項(xiàng)目成果展示及評價和拓展提高六大環(huán)節(jié)，如圖1所示。

圖1　教學(xué)過程框圖

2.1　案例引入

課前教師在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺上傳心形彩燈的視頻（如圖2所示），學(xué)生自主觀看并引導(dǎo)學(xué)生思考問題：心形彩燈由多少個發(fā)光二極管組成？彩燈的閃爍有什么特點(diǎn)？怎樣才能設(shè)計(jì)出這樣的彩燈？由此引出新的知識點(diǎn)——定時/計(jì)數(shù)器的延時控制。

圖2　心形彩燈

2.2　項(xiàng)目任務(wù)分析

課上教師實(shí)物展示心形彩燈的硬件電路，給學(xué)生最直觀的感受。教師分析硬件電路的工作原理和設(shè)計(jì)步驟，學(xué)生討論彩燈的延時控制。因?yàn)槿搜鄣囊曈X暫留，需要考慮延時，而設(shè)計(jì)不同的彩燈閃爍，延時的時間不一樣。之前學(xué)過程序延時的方法，但是程序延時要占用CPU，會增加CPU的負(fù)擔(dān)，所以可以利用單片機(jī)內(nèi)部的定時/計(jì)數(shù)器來實(shí)現(xiàn)延時。心形彩燈的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)是：從左往右依次閃爍，從右往左依次閃爍，從中間向兩邊順次點(diǎn)亮，全滅全亮三次。個性化設(shè)計(jì)可以自由發(fā)揮，進(jìn)行加分。

2.3　項(xiàng)目方案設(shè)計(jì)

教師對整個項(xiàng)目進(jìn)行任務(wù)分解，成為四個子任務(wù)：硬件原理圖設(shè)計(jì)、軟件程序設(shè)計(jì)、模擬仿真調(diào)試和項(xiàng)目報告編寫。并在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺上發(fā)布教學(xué)課件和相關(guān)微課，學(xué)生可自行學(xué)習(xí)。學(xué)生按照四人一組進(jìn)行自由組合，在云班課上建立分組進(jìn)行討論，根據(jù)組里成員的學(xué)習(xí)水平和性格特點(diǎn)來進(jìn)行角色分工：硬件工程師、軟件工程師、測試工程師和總工程師。組長給組員下達(dá)具體任務(wù)，按照分工各司其職。

2.4　項(xiàng)目過程實(shí)施

（1）硬件原理圖的設(shè)計(jì)。學(xué)生觀看硬件電路圖繪制的微課，學(xué)習(xí)定時/計(jì)數(shù)器的硬件連接方法，比起書上的文字?jǐn)⑹鲆庇^易懂。硬件工程師在Proteus軟件中通過選擇元器件、合理布局、修改參數(shù)、連接導(dǎo)線這些步驟，完成心形彩燈定時器延時控制系統(tǒng)的原理圖繪制。

（2）軟件程序的設(shè)計(jì)。學(xué)生觀看flash動畫演示，學(xué)習(xí)定時/計(jì)數(shù)器的多種工作方式和不同情況下的初值計(jì)算。在講解定時/計(jì)數(shù)器初始化程序的設(shè)計(jì)時，以闖關(guān)的游戲方式，加深學(xué)生對這部分內(nèi)容的理解。小組討論個性化彩燈設(shè)計(jì)方案，列出二進(jìn)制設(shè)計(jì)表格，軟件工程師在Keil軟件中完成延時程序和各閃爍模式的函數(shù)以及主函數(shù)的編寫并排除錯誤。

（3）模擬仿真調(diào)試。觀看視頻，學(xué)習(xí)將Proteus和Keil軟件聯(lián)合起來進(jìn)行調(diào)試，可以單步執(zhí)行或全速執(zhí)行，能觀察到每一步執(zhí)行后的情況，給調(diào)試帶來了極大的便利。測試工程師先從Keil軟件中生成hex文件，在Proteus的單片機(jī)芯片中導(dǎo)入文件運(yùn)行，如果發(fā)生錯誤要逐一排查，最后觀察燈的閃爍情況，不斷進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整[3]。

（4）項(xiàng)目報告的編寫。項(xiàng)目設(shè)計(jì)完成之后，總工程師按照要求完成項(xiàng)目報告并做成PPT展示，同時將實(shí)施過程中的討論內(nèi)容和出現(xiàn)的錯誤都及時記錄下來。

2.5　項(xiàng)目成果展示及評價

學(xué)生分組進(jìn)行項(xiàng)目匯報，總結(jié)項(xiàng)目完成過程中出現(xiàn)的問題、錯誤和解決方案，同時學(xué)生在云班課中進(jìn)行小組自評和小組互評。教師對作品優(yōu)秀的小組提出表揚(yáng)，對作品不完善的小組提出整改意見，并給出評價[4]。總結(jié)本項(xiàng)目中課程的重點(diǎn)和難點(diǎn)，使學(xué)生能更好地理解和掌握該部分內(nèi)容并能夠進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用。課后學(xué)生登錄網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺進(jìn)行項(xiàng)目測試，最后教師綜合學(xué)生幾方面的表現(xiàn)給出該項(xiàng)目的總成績。

2.6　拓展提高

課后學(xué)生可觀看教師錄制的實(shí)物制作視頻和教學(xué)課件，利用業(yè)余時間可在實(shí)驗(yàn)室開放期間自制完成實(shí)物作品[5]。有興趣的同學(xué)還可以設(shè)計(jì)彩燈數(shù)量更多，花樣更復(fù)雜的電路和程序。教師通過QQ和微信群進(jìn)行課外輔導(dǎo)和答疑，將課堂教學(xué)延伸到日常的生活中去，隨時可以進(jìn)行交流、互動，以達(dá)到更好的教學(xué)效果。

3　結(jié)束語

在“項(xiàng)目引領(lǐng)，任務(wù)驅(qū)動”的教學(xué)模式下整合信息化資源，重新進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，使學(xué)生的主體地位體現(xiàn)更加明顯，學(xué)習(xí)更加自主。教師只是教學(xué)過程中的引導(dǎo)者，起到穿針引線的作用，利用超星網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺、藍(lán)墨云班課、QQ微信群作為載體傳播信息資源，利用Proteus和Keil軟件進(jìn)行虛擬仿真軟硬件設(shè)計(jì)，節(jié)省了硬件成本、減少了安全隱患、提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和效率。不同層次的學(xué)生可以通過反復(fù)在線學(xué)習(xí)掌握知識，學(xué)習(xí)從課內(nèi)延伸到了課外，師生之間的交流更加頻繁，關(guān)系更加密切，學(xué)生的實(shí)踐應(yīng)用能力得到了提高。

參考文獻(xiàn)：

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[5]趙 麗.高職《單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用》課程信息化教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐[J].科技風(fēng)，2014（22）：213.