基于信息化技術(shù)的單片機(jī)課程教學(xué)設(shè)計

陳娟 郭星辰 顧吳華

摘要：通過分析筆者學(xué)校單片機(jī)課程教學(xué)情況，針對傳統(tǒng)授課方式中普遍存在的問題，將合適的信息化技術(shù)引入單片機(jī)課程教學(xué)中，并且將教學(xué)過程劃分為“三個部分”“六個步驟”，循序漸進(jìn)地引導(dǎo)學(xué)生完成學(xué)習(xí)任務(wù)。經(jīng)過實(shí)踐證明，將信息化技術(shù)引入單片機(jī)課程教學(xué)的效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)單片機(jī)課程教學(xué)方法的效果。

關(guān)鍵詞：信息化;單片機(jī);教學(xué)

中圖分類號：G642? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）28-0192-03

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

1 引言

《單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)》是我校應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè)的專業(yè)核心課程，充分考核學(xué)生的工程實(shí)踐能力，以及將理論靈活應(yīng)用于實(shí)踐的能力。其前導(dǎo)課程包括：《模擬電子技術(shù)》《數(shù)字電子技術(shù)》和《計算機(jī)C語言》等，后續(xù)課程是《電子產(chǎn)品設(shè)計》等，因此單片機(jī)課程在本專業(yè)課程體系中起到了承上啟下的重要作用[1]。根據(jù)本系就業(yè)意愿調(diào)研發(fā)現(xiàn)，約95%以上的應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè)學(xué)生希望畢業(yè)后能夠從事與本專業(yè)密切相關(guān)的職業(yè)，因此學(xué)生對單片機(jī)課程掌握的程度關(guān)乎學(xué)生未來的就業(yè)選擇。

2本校單片機(jī)課程教學(xué)情況分析

由于中等職業(yè)學(xué)生入校分?jǐn)?shù)偏低，學(xué)習(xí)動力不夠，學(xué)習(xí)主動性不強(qiáng)。傳統(tǒng)的《單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)》授課方式一般采用填鴨式的方法，將大量的單片機(jī)理論知識直接灌輸給學(xué)生，往往是教師在講臺上滔滔不絕、激情昂揚(yáng)地講課，臺下的學(xué)生聽得云里霧里，不知所云，逐漸失去了對單片機(jī)課程的學(xué)習(xí)興趣[2-5]。起初，班里部分積極分子還愿意將書本上的程序輸入電腦驗(yàn)證功能，但是一旦編譯調(diào)試出現(xiàn)了問題，便無從下手。不久，老師會發(fā)現(xiàn)整個班級雖然有個別學(xué)生能夠勉強(qiáng)調(diào)試簡單程序，但是無法做到靈活運(yùn)用[6]。可想而知，最終的結(jié)果就是——教師感到很困惑，既覺得無奈又喪失了教學(xué)的積極性;而學(xué)生的單片機(jī)知識掌握情況一塌糊涂，甚至一學(xué)期下來，學(xué)生連單片機(jī)最小系統(tǒng)由哪幾個電路組成都講不清楚。

根據(jù)以上的情況，必須立刻采取行動，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、提高教學(xué)效果。通過調(diào)研，由于本校該課程授課對象是電子技術(shù)應(yīng)用專業(yè)三年級學(xué)生，處于該年齡階段的學(xué)生其認(rèn)知結(jié)構(gòu)普遍不夠完整清晰，但他們成長于互聯(lián)網(wǎng)時代，對于信息的獲取能力強(qiáng)，信息化的教學(xué)方式更能夠提升他們的主觀能動性[7]。因此將信息化技術(shù)引入單片機(jī)課程的教學(xué)設(shè)計刻不容緩。接下來將以《四路搶答器的實(shí)現(xiàn)——獨(dú)立按鍵的使用方法》為例介紹教學(xué)設(shè)計。

3 基于信息化技術(shù)的教學(xué)設(shè)計

3.1 教學(xué)設(shè)計的概述

本教學(xué)設(shè)計采用項目式教學(xué)法，以《四路搶答器的實(shí)現(xiàn)》為項目載體，該項目分為三個部分：數(shù)碼管的靜態(tài)顯示、數(shù)碼管的動態(tài)顯示和獨(dú)立按鍵的使用方法。前期已經(jīng)學(xué)習(xí)了數(shù)碼管的靜態(tài)和動態(tài)顯示，本次課的學(xué)習(xí)內(nèi)容為：獨(dú)立按鍵的使用方法。本次課的學(xué)習(xí)被劃分為三個部分——課前、課中和課后，通過六個步驟——“任務(wù)確立”“新課導(dǎo)入”“新知構(gòu)建”“任務(wù)實(shí)施”“展示評價”和“綜合評價”來完成，詳細(xì)教學(xué)過程如表1所示。

3.2 教學(xué)設(shè)計的具體過程

課前：

學(xué)生自主學(xué)習(xí)Moodle平臺上的學(xué)習(xí)資料，并完成平臺上的測試題。教師根據(jù)學(xué)生測試題完成情況并結(jié)合上次課的理論和實(shí)踐綜合成績，按照理論、實(shí)踐能力互補(bǔ)的原則調(diào)整分組——各小組自行分配軟件工程師、硬件工程師的角色。教師在Moodle平臺上發(fā)布本次課的任務(wù)——在搶答器開發(fā)板上調(diào)試功能：基于獨(dú)立按鍵實(shí)現(xiàn)一個四路搶答器。

各小組自主學(xué)習(xí)，根據(jù)學(xué)習(xí)資料，完成程序填空——實(shí)現(xiàn)“通過獨(dú)立按鍵控制數(shù)碼管循環(huán)顯示1-9”，將完成的視頻和程序提交到平臺，師生針對問題積極討論，教師在線答疑的同時收集問題。同時各組學(xué)生根據(jù)平臺上的“軟件消抖”微課視頻，畫出按鍵按下時的去抖流程圖，以便上課時交流討論。

教師根據(jù)課前學(xué)生的學(xué)習(xí)反饋進(jìn)行分析，并結(jié)合人才培養(yǎng)方案、課程標(biāo)準(zhǔn)以及就業(yè)崗位要求，確定本次課的教學(xué)重點(diǎn)為：學(xué)會獨(dú)立按鍵的識別方法、學(xué)會“抖動”的軟件消除方法;教學(xué)難點(diǎn)為：理解獨(dú)立按鍵抖動的軟件消除原理。

課中：

1）播放著名電視節(jié)目——“詩詞大會”搶答題片段，引入課題。

2）教師分析課前任務(wù)完成的情況，邀請課前任務(wù)完成最優(yōu)秀的小組代表上講臺展示匯報，并對比分析問題引出本次課的教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)。

3）學(xué)習(xí)知識點(diǎn)一：學(xué)生聽老師用PPT介紹鍵盤的作用和分類，然后完成平臺上的測試題;教師分析測試結(jié)果。

4）學(xué)習(xí)知識點(diǎn)二：學(xué)生利用動畫學(xué)習(xí)獨(dú)立按鍵的基本結(jié)構(gòu)，討論并思考：“在實(shí)際應(yīng)用的時候，獨(dú)立按鍵的四個腳都一定要連接嗎？你認(rèn)為在硬件應(yīng)用中最佳的連接方法是什么？”學(xué)生根據(jù)課前學(xué)習(xí)的微課“獨(dú)立按鍵以及與單片機(jī)的接口電路”，動手連接獨(dú)立按鍵與單片機(jī)接口電路，并且體驗(yàn)用萬用表檢測按鍵按下時，所連接的單片機(jī)某位上的電位;學(xué)生進(jìn)一步探究：“如何識別獨(dú)立按鍵？”最后學(xué)生討論并總結(jié)獨(dú)立按鍵的識別方法。

5）學(xué)習(xí)知識點(diǎn)三：教師創(chuàng)設(shè)情境——提供四張市科技館的門票，讓學(xué)生用上一屆學(xué)長調(diào)試的存在問題的搶答器搶票，由于按鍵不準(zhǔn)確，學(xué)生產(chǎn)生疑問，教師暫緩發(fā)放四張門票。學(xué)生體驗(yàn)未加“去抖動”的a程序感知“抖動”，并用示波器觀測獨(dú)立按鍵按下時的“抖動”波形;學(xué)生傾聽教師用PPT介紹“抖動”產(chǎn)生的原因，并且各小組根據(jù)教師介紹的知識討論并分析程序a程序產(chǎn)生的“抖動”現(xiàn)象和原因;學(xué)生再體驗(yàn)加上“去抖動”的b程序體驗(yàn)按鍵效果，然后根據(jù)教師提供的程序a和b重要部分截圖找不同;接著各組互相欣賞討論課前畫的按鍵按下時的“消抖”流程圖，教師和學(xué)生共同點(diǎn)評，使學(xué)生認(rèn)識到“消抖”的正確流程。教師將軟件消抖的流程圖總結(jié)成七字訣方便學(xué)生記憶理解。最后教師利用Moodle平臺測試題檢測學(xué)生掌握知識的情況，從而使學(xué)生加深對重點(diǎn)知識的掌握。

6）完成基本任務(wù)：各組完成的基本任務(wù)——實(shí)現(xiàn)一個具有搶答和顯示組號功能的四路搶答器。師生共同討論分析任務(wù)功能，并確定按鍵功能;學(xué)生完成硬件電路的連接;然后在教師自主開發(fā)的“單片機(jī)課程教學(xué)輔助系統(tǒng)”中，完成流程圖的填空;接著根據(jù)流程圖上每個環(huán)節(jié)的程序提示，搭建程序;最后在“單片機(jī)課程教學(xué)輔助系統(tǒng)”故障查詢功能的幫助下調(diào)試、運(yùn)行程序。等待學(xué)生完成基本的搶答器功能后，教師按照企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行功能的分步驗(yàn)收。

7）完成拓展任務(wù)（選做）：各組補(bǔ)充設(shè)計搶答器功能，利用前面學(xué)習(xí)過的硬件電路知識和軟件編程方法改進(jìn)四路搶答器的功能。拓展任務(wù)完成后，教師驗(yàn)收成果，并選拔任務(wù)完成出色的小組作為本次課的“小師傅”，幫助教師驗(yàn)收和指導(dǎo)其他小組的任務(wù)。

8）通過學(xué)生互評的形式，選出最佳的兩組搶答器。

9）搶答器功能實(shí)現(xiàn)較好的小組進(jìn)行功能展示并答辯，教師對學(xué)生的提問和回答做出點(diǎn)評，教師并且將四張科技館門票贈送給表現(xiàn)最佳的小組。

課后：

1）分層作業(yè)：

① 課堂拓展任務(wù)未完成小組：繼續(xù)完成拓展任務(wù)并提交到平臺。

課堂拓展任務(wù)已完成小組：修改程序，實(shí)現(xiàn)6路搶答器并提交到平臺。

2）學(xué)生完成平臺上的課后測試題。

3）教師對學(xué)生進(jìn)行綜合評價。

3.3 教學(xué)設(shè)計及實(shí)施效果分析

從本教學(xué)設(shè)計及課堂實(shí)施效果可以看出，教學(xué)過程中的每一個環(huán)節(jié)都環(huán)環(huán)相扣，層層遞進(jìn)，充分調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，使課堂參與率達(dá)到百分之百，通過信息化技術(shù)的合理引入，激趣了課堂，活躍了氣氛，鍛煉了學(xué)生的思考能力，全體學(xué)生都表現(xiàn)出了強(qiáng)烈的求知欲。從任務(wù)布置，引導(dǎo)學(xué)生積極探索思考，到通過小組合作的形式共同完成學(xué)習(xí)任務(wù)。在整個教學(xué)過程中，始終堅持以學(xué)生為主體，從基本知識點(diǎn)入手，通過體驗(yàn)、討論、實(shí)驗(yàn)等手段幫助學(xué)生理解知識點(diǎn);借助于微課、教師自主開發(fā)的“單片機(jī)課程教學(xué)輔助系統(tǒng)”等幫助學(xué)生順利將理論應(yīng)用于實(shí)踐，最終順利調(diào)試并完成任務(wù);課后布置分層作業(yè)，使不同層次學(xué)習(xí)能力的學(xué)生都得到全面照顧。經(jīng)過實(shí)踐驗(yàn)證，本教學(xué)設(shè)計符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，能有效促成學(xué)生對知識的理解——整體的任務(wù)完成率達(dá)到了百分之九十六，和傳統(tǒng)授課方式下的班級相比，超過十二個百分點(diǎn)以上，如圖2所示。

4 結(jié)語

本文以《四路搶答器的實(shí)現(xiàn)——獨(dú)立按鍵的使用方法》為例，介紹了基于信息化技術(shù)的單片機(jī)課程設(shè)計，整個課程通過三個部分、六個步驟來完成。課前通過在Moodle平臺發(fā)布課前任務(wù)，學(xué)生自主學(xué)習(xí)、系統(tǒng)反饋，教師充分掌握學(xué)生學(xué)情;課中利用平臺測試，及時了解學(xué)生學(xué)習(xí)情況;課后通過線上作業(yè)、課后測試等掌握學(xué)生任務(wù)完成情況，同時通過平臺反饋數(shù)據(jù)以便實(shí)時、動態(tài)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容。教學(xué)效果經(jīng)過和傳統(tǒng)方式授課的班級對比發(fā)現(xiàn)，在教學(xué)過程中采用合適的信息化技術(shù)，能夠幫助學(xué)生對知識點(diǎn)的理解與吸收，并且打破時間、空間限制，實(shí)現(xiàn)學(xué)生碎片化學(xué)習(xí)需求，在全面調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性的同時，取得了很好的教學(xué)成效[8]。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李潔， 杜玉杰. 項目驅(qū)動教學(xué)法在單片機(jī)課程中的應(yīng)用[J].教育教學(xué)論壇， 2020， 9（40）： 160-161.

[2] 潘靜， 梁彩鳳， 郝彬. 單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)課程改革研究[J].教育教學(xué)論壇， 2020， 4（18）： 218-219.

[3] 曹利云. 四元教學(xué)法在單片機(jī)教學(xué)中的探索與實(shí)踐[J].教學(xué)方法， 2018（4）： 68-69.

[4] 袁新娣， 曾祥華， 劉玲麗， 等. 基于智慧課堂的單片機(jī)教學(xué)改革與實(shí)踐[J].教育教學(xué)論壇， 2020， 12（51）： 187-189.

[5] 梁美麗， 程靜濤， 尹禮壽. 基于信息化環(huán)境的單片機(jī)課程的教學(xué)方法探討[J].山東化工， 2019， 48（9）： 206-207，209.

[6] 羅韋華， 夏鯤， 袁慶慶. 反轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式在單片機(jī)理論教學(xué)中的探索[J].教育教學(xué)論壇， 2020， 7（27）： 189-190.

[7] 袁曉華， 陶莉榮. 中職教改信息化教學(xué)設(shè)計實(shí)踐[J].電腦知識與技術(shù)， 2016， 12（32）： 163-165.

[8] 汪楠. 信息化背景下教學(xué)設(shè)計研究[J].電腦知識與技術(shù)， 2015， 11（12）： 151-152.

【通聯(lián)編輯：李雅琪】