郝尚富 徐婷 鄭劍海

摘 要：文章將思維導(dǎo)圖應(yīng)用于口袋單片機(jī)的教學(xué)中，梳理了口袋單片機(jī)的整體知識結(jié)構(gòu)框架，突出單片機(jī)系統(tǒng)各模塊的聯(lián)系，給出了利用FreeMind軟件繪制的單片機(jī)知識體系和實(shí)踐項(xiàng)目思維導(dǎo)圖。教學(xué)實(shí)踐證明，思維導(dǎo)圖在單片機(jī)教學(xué)中的應(yīng)用使學(xué)生建立了整體、系統(tǒng)、模塊化的思想，提高了學(xué)生的發(fā)散思維能力，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

關(guān)鍵詞：思維導(dǎo)圖；口袋單片機(jī)；教學(xué)法

中圖分類號：TP368.1-4；G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）02-0128-03

Abstract：In this paper，mind mapping is applied to the teaching of pocket microcontroller，combing the overall knowledge structure framework of pocket MCU，highlighting the links among the modules of the MCU system，and giving the knowledge system and practical project mind mapping of the microcontroller drawn by FreeMind software.Teaching practice has proved that the application of mind mapping in MCU teaching enables students to establish a holistic，systematic and modular thinking，improve students’divergent thinking ability， and stimulate students’interest in learning.

Keywords：mind mapping；pocket MCU；teaching method

0 引 言

教學(xué)模式的研究能夠充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性，對于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力具有十分重要的作用[1]。2018年6月，教育部《新時代全國高等學(xué)校本科教育工作會議》中提出“推進(jìn)課程內(nèi)容更新，推動課堂革命，建好質(zhì)量文化”[2]。教師要不斷改進(jìn)教學(xué)模式，不斷推進(jìn)課程內(nèi)容更新。要將學(xué)科研究新進(jìn)展、實(shí)踐發(fā)展新經(jīng)驗(yàn)、社會需求新變化及時納入教學(xué)內(nèi)容。

“單片機(jī)原理及應(yīng)用”課程是高校本科電子信息類專業(yè)較為重要的一門專業(yè)課，系統(tǒng)性強(qiáng)，結(jié)構(gòu)體系龐大，知識點(diǎn)繁多，理論與實(shí)驗(yàn)結(jié)合緊密[3]。目前，許多高校“單片機(jī)原理及應(yīng)用”的實(shí)踐教學(xué)建立在固有的單片機(jī)技術(shù)實(shí)驗(yàn)室或?qū)嵱?xùn)室之上，學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作比較單一。為了提高學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力，加強(qiáng)理論與實(shí)踐的結(jié)合，提高學(xué)生社會適應(yīng)性，我院“單片機(jī)原理及應(yīng)用”課程采用了北京杰創(chuàng)永恒科技有限公司研發(fā)的口袋單片機(jī)作為實(shí)驗(yàn)教學(xué)的補(bǔ)充。

如何讓學(xué)生很快理清口袋單片機(jī)的理論，并主動嘗試實(shí)踐是教學(xué)過程中的最大難題?；诖耍梢栽诮虒W(xué)過程中應(yīng)用思維導(dǎo)圖教學(xué)法，讓學(xué)生習(xí)慣用邏輯思維組織知識框架，分清結(jié)構(gòu)層次，突出難點(diǎn)重點(diǎn)，在動手實(shí)踐環(huán)節(jié)中可以熟練應(yīng)用理論知識，激發(fā)學(xué)生的實(shí)踐動手能力，從而提高學(xué)生對口袋單片機(jī)的興趣。

1 思維導(dǎo)圖

思維導(dǎo)圖是一種思維工具，由英國研究者Tony Buzan于20世紀(jì)60年代提出，旨在充分挖掘人類大腦的潛力，實(shí)現(xiàn)思維過程的可視化，通過圖像、線條、文字、色彩等因素激發(fā)大腦的創(chuàng)造力[4，5]。1990年以后傳入我國，受到廣大教師的高度關(guān)注，并在教學(xué)過程中廣泛應(yīng)用。思維導(dǎo)圖是一種非線性記筆記的方法，形象地將知識點(diǎn)和圖形結(jié)合起來，重點(diǎn)在于強(qiáng)化課程的整體框架，有助于思維的發(fā)散和整理[6]。

思維導(dǎo)圖的表達(dá)與人類思維相似，是對發(fā)散性思維的可視化表達(dá)，適合于表達(dá)概念之間的層次結(jié)構(gòu)及相互關(guān)系[7]。單片機(jī)的知識體系結(jié)構(gòu)與思維導(dǎo)圖的發(fā)散性思維脈絡(luò)之間極其相似，借助思維導(dǎo)圖對“單片機(jī)原理及應(yīng)用”課程的理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行規(guī)劃整理，可以幫助學(xué)生建立該課程的整體構(gòu)架、層次結(jié)構(gòu)、知識關(guān)聯(lián)的知識網(wǎng)絡(luò)。

2 在“單片機(jī)原理及應(yīng)用”教學(xué)中的實(shí)施

2.1 構(gòu)建課程知識網(wǎng)絡(luò)

“單片機(jī)原理及應(yīng)用”課程具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜，內(nèi)容繁多，實(shí)踐性強(qiáng)等特點(diǎn)，為了讓學(xué)生更加深入理解該課程，需要對課程內(nèi)容進(jìn)行細(xì)致梳理，體現(xiàn)知識點(diǎn)之間的連貫性，并按照系統(tǒng)能力培養(yǎng)要求，在部分內(nèi)容中引入數(shù)字邏輯電路、計(jì)算機(jī)組成原理、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、C語言等相關(guān)課程的關(guān)聯(lián)知識點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)課程知識體系的重構(gòu)與優(yōu)化[8]。以“系統(tǒng)能力培養(yǎng)”為主線、“知識關(guān)聯(lián)融合”為特色的單片機(jī)原理及應(yīng)用知識體系如圖1所示。

2.2 口袋單片機(jī)教學(xué)案例

“單片機(jī)原理及應(yīng)用”課程綜合了電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)組成原理以及程序設(shè)計(jì)的知識，在電子信息類專業(yè)的課程體系中處于核心地位。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，凝練出具有普遍意義的思想和解決現(xiàn)實(shí)問題的方法，可以達(dá)到發(fā)散思維、學(xué)以致用的目的[9]。

口袋單片機(jī)就是把單片機(jī)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備微型化以便攜帶，學(xué)生可以自選時間和場合進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的一種實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。這種實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式是以學(xué)生為中心，充分發(fā)揮學(xué)生的主動性、積極性和創(chuàng)造性，形成新知識的建構(gòu)和主動建構(gòu)的能力。北京杰創(chuàng)永恒科技有限公司研發(fā)的口袋單片機(jī)（JC-STC-POK），以知識點(diǎn)為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)、綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)多種類型的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目；同一實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目還設(shè)置了不同層次的實(shí)驗(yàn)，包括基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)層次、提高實(shí)驗(yàn)層次和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)層次?？诖鼏纹瑱C(jī)的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒稀白鲋袑W(xué)”的教育理念，強(qiáng)調(diào)的學(xué)習(xí)活動遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了教室的范圍，是學(xué)習(xí)者探索真實(shí)世界，與真實(shí)世界互動并創(chuàng)造知識的過程[10]。

2.2.1 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的思維導(dǎo)圖

口袋單片機(jī)是基于IAP15W4K58S4芯片設(shè)計(jì)的，屬于8051系列單片機(jī)。內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要包括CPU、ROM、RAM、定時器、并行I/O口和串行口、中斷系統(tǒng)等，在常規(guī)化的教學(xué)過程中，一般都會先給出結(jié)構(gòu)框圖，然后按照結(jié)構(gòu)先后順序逐個對部件進(jìn)行結(jié)構(gòu)和功能的介紹，整個過程內(nèi)容知識點(diǎn)繁多，但是不夠系統(tǒng)化，層次不分明，輪廓模糊，無法從中突顯出各功能部件之間的聯(lián)系。正因如此，學(xué)生在課堂學(xué)習(xí)過程中根本無法保持較濃的學(xué)習(xí)興趣，注意力分散，課堂學(xué)習(xí)效果明顯不佳。借助思維導(dǎo)圖形式給學(xué)生呈現(xiàn)出不一樣的單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如圖2所示。圖中顯示，從中心向外拓展的分支包括CPU，功能結(jié)構(gòu)，引腳等，每個分支再次向外延伸，將所有知識點(diǎn)全部展現(xiàn)出來。

2.2.2 口袋單片機(jī)I/O口實(shí)驗(yàn)教學(xué)思維導(dǎo)圖

IAP15W4K58S4單片機(jī)具有8個I/O口，分別是：P0.0

～P0.7、P1.0～P1.7、P2.0～P2.7、P3.0～P3.7、P4.0～P4.7、P5.0～P5.5、P6.0～P6.7、P7.0～P7.7。所有I/O口均可將軟件配置成四種工作模式之一，分別是：準(zhǔn)雙向/弱上拉（標(biāo)準(zhǔn)8051輸出模式）、推挽輸出/強(qiáng)上拉、高阻輸入、開漏輸出。IAP15W4K58S4單片機(jī)的I/O口上電復(fù)位后為準(zhǔn)雙向/弱上拉模式。每個I/O口驅(qū)動能力最大可達(dá)20mA，但整個芯片的電流不能超過120mA[11]。

口袋單片機(jī)I/O口實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中，利用IAP15W4K58S4芯片的P3.7、P4.1、P4.2和P4.3，設(shè)置I/O口為準(zhǔn)雙向/弱上拉輸出方式，連接四個LED燈，編程實(shí)現(xiàn)LED燈從右到左依次點(diǎn)亮并循環(huán)。該項(xiàng)目的思維導(dǎo)圖如圖3所示。

3 結(jié) 論

“單片機(jī)原理及應(yīng)用”課程是電子信息類專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，對于其他課程具有承上啟下的作用。通過實(shí)踐，利用思維導(dǎo)圖構(gòu)建該課程完整的知識體系，繪制知識點(diǎn)之間的聯(lián)系，可以使學(xué)生理清學(xué)習(xí)內(nèi)容的脈絡(luò)，將抽象知識形象具體化，可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力；思維導(dǎo)圖教學(xué)法應(yīng)用在口袋單片機(jī)的實(shí)踐教學(xué)中，實(shí)現(xiàn)了“在做中學(xué)、以做促學(xué)、以學(xué)促教”的良性循環(huán)。同時將原來不可見的思維過程呈現(xiàn)出來，提高了學(xué)生的發(fā)散思維能力[12]。

但在理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)中也發(fā)現(xiàn)，對于課程中電路圖和原理演示動畫的教學(xué)環(huán)節(jié)，思維導(dǎo)圖教學(xué)方式不甚理想，還需進(jìn)一步實(shí)踐和探討。

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作者簡介：郝尚富（1964.09-），男，漢族，河北陽原人，實(shí)驗(yàn)中心主任，高級工程師，碩士，研究方向：物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。