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        信息化背景下單片機課程的教學(xué)設(shè)計研究

        2018-04-02 07:17:28
        裝備制造技術(shù) 2018年1期
        關(guān)鍵詞:彩燈延時單片機

        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。

        以單片機課程為例,在高職學(xué)校中,它是機電專業(yè)的核心課程。這是一門理論和實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)重新進行信息化教學(xué)設(shè)計很有必要[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,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(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(xué)生可以很快學(xué)會設(shè)計各種電路。單片機程序設(shè)計采用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)生很容易地進行單片機項目設(shè)計和驗證。

        2 信息化教學(xué)設(shè)計

        在單片機課程中選取重點內(nèi)容——定時/計數(shù)器的延時控制進行信息化教學(xué)設(shè)計。整個教學(xué)過程分為案例引入、項目任務(wù)分析、項目方案設(shè)計、項目過程實施、項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?怎樣才能設(shè)計出這樣的彩燈?由此引出新的知識點——定時/計數(shù)器的延時控制。

        圖2 心形彩燈

        2.2 項目任務(wù)分析

        課上教師實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)計步驟,學(xué)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(shè)計不同的彩燈閃爍,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的負擔(dān),所以可以利用單片機內(nèi)部的定時/計數(shù)器來實現(xiàn)延時。心形彩燈的基礎(chǔ)設(shè)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(shè)計可以自由發(fā)揮,進行加分。

        2.3 項目方案設(shè)計

        教師對整個項目進行任務(wù)分解,成為四個子任務(wù):硬件原理圖設(shè)計、軟件程序設(shè)計、模擬仿真調(diào)試和項目報告編寫。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)生按照四人一組進行自由組合,在云班課上建立分組進行討論,根據(jù)組里成員的學(xué)習(xí)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(wù),按照分工各司其職。

        2.4 項目過程實施

        (1)硬件原理圖的設(shè)計。學(xué)生觀看硬件電路圖繪制的微課,學(xué)習(xí)定時/計數(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。學(xué)生觀看flash動畫演示,學(xué)習(xí)定時/計數(shù)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(shù)器初始化程序的設(shè)計時,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)計方案,列出二進制設(shè)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(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的單片機芯片中導(dǎo)入文件運行,如果發(fā)生錯誤要逐一排查,最后觀察燈的閃爍情況,不斷進行優(yōu)化調(diào)整[3]。

        (4)項目報告的編寫。項目設(shè)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(nèi)容和出現(xiàn)的錯誤都及時記錄下來。

        2.5 項目成果展示及評價

        學(xué)生分組進行項目匯報,總結(jié)項目完成過程中出現(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,對作品不完善的小組提出整改意見,并給出評價[4]。總結(jié)本項目中課程的重點和難點,使學(xué)生能更好地理解和掌握該部分內(nèi)容并能夠進行實際應(yīng)用。課后學(xué)生登錄網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺進行項目測試,最后教師綜合學(xué)生幾方面的表現(xiàn)給出該項目的總成績。

        2.6 拓展提高

        課后學(xué)生可觀看教師錄制的實物制作視頻和教學(xué)課件,利用業(yè)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(xué)還可以設(shè)計彩燈數(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,隨時可以進行交流、互動,以達到更好的教學(xué)效果。

        3 結(jié)束語

        在“項目引領(lǐng),任務(wù)驅(qū)動”的教學(xué)模式下整合信息化資源,重新進行教學(xué)設(shè)計,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(shè)計,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)生的實踐應(yīng)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(xué)設(shè)計研究[J].科教文匯,2016(35):82-84.

        [2]嚴(yán) 峻.虛擬實訓(xùn)平臺在信息化教學(xué)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(xué)出版社,2016.

        [4]胡 方.信息化環(huán)境下單片機教學(xué)設(shè)計的探索與創(chuàng)新[J].通訊世界,2016(2):134.

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

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