信息化背景下單片機課程的教學設計研究

蔣 婧

（遼寧水利職業學院，遼寧 沈陽 110122）

信息化時代是社會發展的趨勢，是信息產生價值的時代，在這樣的背景下，教育信息化是勢在必行。新的教學模式是在教學過程中應用信息化資源，使教學的環節數字化，從而提高教學質量和效率，培養出高質量人才。

以單片機課程為例，在高職學校中，它是機電專業的核心課程。這是一門理論和實踐要求都很高的專業課，傳統模式下的教學很枯燥乏味，學生容易產生畏難情緒，半途而廢，因此對教學的各個環節重新進行信息化教學設計很有必要[1]。

1　信息化教學工具

1.1　通用軟件

本校的超星網絡教學平臺主要用于課前的信息收集、問卷調查、資料發布、考試考核等；藍墨云班課主要用于任務發布、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生交流答疑，討論拓展任務等。

1.2　虛擬仿真軟件

以前學習單片機，需要先在實驗臺上搭建硬件電路，然后在電腦上進行程序編寫和調試，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，學生普遍感覺單片機課程復雜難學。但是，如果利用虛擬仿真軟件來教學就會事半功倍。目前常用的單片機硬件仿真工具是Proteus，它提供了豐富的單片機芯片和仿真元器件，利用這些工具學生可以很快學會設計各種電路。單片機程序設計采用C語言編程，更能與企業接軌，這就需要用到Keil軟件，它提供了功能強大的開發調試工具和眾多的庫函數，使用起來很方便。因此，將Proteus和Keil軟件相結合構建虛擬仿真平臺，可以讓學生很容易地進行單片機項目設計和驗證。

2　信息化教學設計

在單片機課程中選取重點內容——定時/計數器的延時控制進行信息化教學設計。整個教學過程分為案例引入、項目任務分析、項目方案設計、項目過程實施、項目成果展示及評價和拓展提高六大環節，如圖1所示。

圖1　教學過程框圖

2.1　案例引入

課前教師在網絡教學平臺上傳心形彩燈的視頻（如圖2所示），學生自主觀看并引導學生思考問題：心形彩燈由多少個發光二極管組成？彩燈的閃爍有什么特點？怎樣才能設計出這樣的彩燈？由此引出新的知識點——定時/計數器的延時控制。

圖2　心形彩燈

2.2　項目任務分析

課上教師實物展示心形彩燈的硬件電路，給學生最直觀的感受。教師分析硬件電路的工作原理和設計步驟，學生討論彩燈的延時控制。因為人眼的視覺暫留，需要考慮延時，而設計不同的彩燈閃爍，延時的時間不一樣。之前學過程序延時的方法，但是程序延時要占用CPU，會增加CPU的負擔，所以可以利用單片機內部的定時/計數器來實現延時。心形彩燈的基礎設計是：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亮，全滅全亮三次。個性化設計可以自由發揮，進行加分。

2.3　項目方案設計

教師對整個項目進行任務分解，成為四個子任務：硬件原理圖設計、軟件程序設計、模擬仿真調試和項目報告編寫。并在網絡教學平臺上發布教學課件和相關微課，學生可自行學習。學生按照四人一組進行自由組合，在云班課上建立分組進行討論，根據組里成員的學習水平和性格特點來進行角色分工：硬件工程師、軟件工程師、測試工程師和總工程師。組長給組員下達具體任務，按照分工各司其職。

2.4　項目過程實施

（1）硬件原理圖的設計。學生觀看硬件電路圖繪制的微課，學習定時/計數器的硬件連接方法，比起書上的文字敘述要直觀易懂。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、連接導線這些步驟，完成心形彩燈定時器延時控制系統的原理圖繪制。

（2）軟件程序的設計。學生觀看flash動畫演示，學習定時/計數器的多種工作方式和不同情況下的初值計算。在講解定時/計數器初始化程序的設計時，以闖關的游戲方式，加深學生對這部分內容的理解。小組討論個性化彩燈設計方案，列出二進制設計表格，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以及主函數的編寫并排除錯誤。

（3）模擬仿真調試。觀看視頻，學習將Proteus和Keil軟件聯合起來進行調試，可以單步執行或全速執行，能觀察到每一步執行后的情況，給調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的單片機芯片中導入文件運行，如果發生錯誤要逐一排查，最后觀察燈的閃爍情況，不斷進行優化調整[3]。

（4）項目報告的編寫。項目設計完成之后，總工程師按照要求完成項目報告并做成PPT展示，同時將實施過程中的討論內容和出現的錯誤都及時記錄下來。

2.5　項目成果展示及評價

學生分組進行項目匯報，總結項目完成過程中出現的問題、錯誤和解決方案，同時學生在云班課中進行小組自評和小組互評。教師對作品優秀的小組提出表揚，對作品不完善的小組提出整改意見，并給出評價[4]。總結本項目中課程的重點和難點，使學生能更好地理解和掌握該部分內容并能夠進行實際應用。課后學生登錄網絡教學平臺進行項目測試，最后教師綜合學生幾方面的表現給出該項目的總成績。

2.6　拓展提高

課后學生可觀看教師錄制的實物制作視頻和教學課件，利用業余時間可在實驗室開放期間自制完成實物作品[5]。有興趣的同學還可以設計彩燈數量更多，花樣更復雜的電路和程序。教師通過QQ和微信群進行課外輔導和答疑，將課堂教學延伸到日常的生活中去，隨時可以進行交流、互動，以達到更好的教學效果。

3　結束語

在“項目引領，任務驅動”的教學模式下整合信息化資源，重新進行教學設計，使學生的主體地位體現更加明顯，學習更加自主。教師只是教學過程中的引導者，起到穿針引線的作用，利用超星網絡教學平臺、藍墨云班課、QQ微信群作為載體傳播信息資源，利用Proteus和Keil軟件進行虛擬仿真軟硬件設計，節省了硬件成本、減少了安全隱患、提高了學生的學習興趣和效率。不同層次的學生可以通過反復在線學習掌握知識，學習從課內延伸到了課外，師生之間的交流更加頻繁，關系更加密切，學生的實踐應用能力得到了提高。

參考文獻：

[1]張麗紅，劉 雙.基于信息化的單片機課程教學設計研究[J].科教文匯，2016（35）：82-84.

[2]嚴 峻.虛擬實訓平臺在信息化教學中的運用[J].電子制作，2016（15）：66-67.

[3]龔運新.單片機C語言項目式教程[M].北京：北京郵電大學出版社，2016.

[4]胡 方.信息化環境下單片機教學設計的探索與創新[J].通訊世界，2016（2）：134.

[5]趙 麗.高職《單片機技術應用》課程信息化教學設計與實踐[J].科技風，2014（22）：213.