基于信息化技術(shù)的單片機(jī)課程教學(xué)設(shè)計(jì)

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(duì)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(gè)部分”“六個(gè)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(hào)：G642? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2021）28-0192-03

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)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(jì)算機(jī)C語言》等，后續(xù)課程是《電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)》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(duì)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(dòng)力不夠，學(xué)習(xí)主動(dòng)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(shí)直接灌輸給學(xué)生，往往是教師在講臺(tái)上滔滔不絕、激情昂揚(yáng)地講課，臺(tái)下的學(xué)生聽得云里霧里，不知所云，逐漸失去了對(duì)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(huì)發(fā)現(xiàn)整個(gè)班級(jí)雖然有個(gè)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(shí)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(gè)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(dòng)，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(duì)象是電子技術(shù)應(yīng)用專業(yè)三年級(jí)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(shí)代，對(duì)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(dòng)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(jì)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(jì)。

3 基于信息化技術(shù)的教學(xué)設(shè)計(jì)

3.1 教學(xué)設(shè)計(jì)的概述

本教學(xué)設(shè)計(jì)采用項(xiàng)目式教學(xué)法，以《四路搶答器的實(shí)現(xiàn)》為項(xiàng)目載體，該項(xiàng)目分為三個(gè)部分：數(shù)碼管的靜態(tài)顯示、數(shù)碼管的動(dòng)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(dòng)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(gè)部分——課前、課中和課后，通過六個(gè)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(píng)價(jià)”和“綜合評(píng)價(jià)”來完成，詳細(xì)教學(xué)過程如表1所示。

3.2 教學(xué)設(shè)計(jì)的具體過程

課前：

學(xué)生自主學(xué)習(xí)Moodle平臺(tái)上的學(xué)習(xí)資料，并完成平臺(tái)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(tái)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(gè)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(tái)，師生針對(duì)問題積極討論，教師在線答疑的同時(shí)收集問題。同時(shí)各組學(xué)生根據(jù)平臺(tái)上的“軟件消抖”微課視頻，畫出按鍵按下時(shí)的去抖流程圖，以便上課時(shí)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(huì)獨(dú)立按鍵的識(shí)別方法、學(xué)會(huì)“抖動(dòng)”的軟件消除方法;教學(xué)難點(diǎn)為：理解獨(dú)立按鍵抖動(dòng)的軟件消除原理。

課中：

1）播放著名電視節(jié)目——“詩詞大會(huì)”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(qǐng)課前任務(wù)完成最優(yōu)秀的小組代表上講臺(tái)展示匯報(bào)，并對(duì)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(shí)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(tái)上的測試題;教師分析測試結(jié)果。

4）學(xué)習(xí)知識(shí)點(diǎn)二：學(xué)生利用動(dòng)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(shí)候，獨(dú)立按鍵的四個(gè)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(dòng)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(shí)，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(shí)別獨(dú)立按鍵？”最后學(xué)生討論并總結(jié)獨(dú)立按鍵的識(shí)別方法。

5）學(xué)習(xí)知識(shí)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(dòng)”的a程序感知“抖動(dòng)”，并用示波器觀測獨(dú)立按鍵按下時(shí)的“抖動(dòng)”波形;學(xué)生傾聽教師用PPT介紹“抖動(dòng)”產(chǎn)生的原因，并且各小組根據(jù)教師介紹的知識(shí)討論并分析程序a程序產(chǎn)生的“抖動(dòng)”現(xiàn)象和原因;學(xué)生再體驗(yàn)加上“去抖動(dòng)”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(shí)的“消抖”流程圖，教師和學(xué)生共同點(diǎn)評(píng)，使學(xué)生認(rèn)識(shí)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(tái)測試題檢測學(xué)生掌握知識(shí)的情況，從而使學(xué)生加深對(duì)重點(diǎn)知識(shí)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(gè)具有搶答和顯示組號(hào)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(gè)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(jì)搶答器功能，利用前面學(xué)習(xí)過的硬件電路知識(shí)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(píng)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(duì)學(xué)生的提問和回答做出點(diǎn)評(píng)，教師并且將四張科技館門票贈(zèng)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(tái)。

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(tái)。

2）學(xué)生完成平臺(tái)上的課后測試題。

3）教師對(duì)學(xué)生進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

3.3 教學(xué)設(shè)計(jì)及實(shí)施效果分析

從本教學(xué)設(shè)計(jì)及課堂實(shí)施效果可以看出，教學(xué)過程中的每一個(gè)環(huán)節(jié)都環(huán)環(huán)相扣，層層遞進(jìn)，充分調(diào)動(dòng)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(gè)教學(xué)過程中，始終堅(jiān)持以學(xué)生為主體，從基本知識(shí)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(shí)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(jì)符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，能有效促成學(xué)生對(duì)知識(shí)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(jí)相比，超過十二個(gè)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(jì)，整個(gè)課程通過三個(gè)部分、六個(gè)步驟來完成。課前通過在Moodle平臺(tái)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(tái)測試，及時(shí)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(shí)通過平臺(tái)反饋數(shù)據(jù)以便實(shí)時(shí)、動(dòng)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(jí)對(duì)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(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解與吸收，并且打破時(shí)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(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性的同時(shí)，取得了很好的教學(xué)成效[8]。

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【通聯(lián)編輯：李雅琪】