信息化背景下单片机课程的教学设计研究

蒋 婧

（辽宁水利职业学院，辽宁 沈阳 110122）

信息化时代是社会发展的趋势，是信息产生价值的时代，在这样的背景下，教育信息化是势在必行。新的教学模式是在教学过程中应用信息化资源，使教学的环节数字化，从而提高教学质量和效率，培养出高质量人才。

以单片机课程为例，在高职学校中，它是机电专业的核心课程。这是一门理论和实践要求都很高的专业课，传统模式下的教学很枯燥乏味，学生容易产生畏难情绪，半途而废，因此对教学的各个环节重新进行信息化教学设计很有必要[1]。

1　信息化教学工具

1.1　通用软件

本校的超星网络教学平台主要用于课前的信息收集、问卷调查、资料发布、考试考核等；蓝墨云班课主要用于任务发布、课堂考勤、分组讨论、回答问题等；QQ、微信群主要用于课后与学生交流答疑，讨论拓展任务等。

1.2　虚拟仿真软件

以前学习单片机，需要先在实验台上搭建硬件电路，然后在电脑上进行程序编写和调试，最后将程序烧录到芯片才能看到效果[2]。这些步骤比较麻烦，而且出错率高，学生普遍感觉单片机课程复杂难学。但是，如果利用虚拟仿真软件来教学就会事半功倍。目前常用的单片机硬件仿真工具是Proteus，它提供了丰富的单片机芯片和仿真元器件，利用这些工具学生可以很快学会设计各种电路。单片机程序设计采用C语言编程，更能与企业接轨，这就需要用到Keil软件，它提供了功能强大的开发调试工具和众多的库函数，使用起来很方便。因此，将Proteus和Keil软件相结合构建虚拟仿真平台，可以让学生很容易地进行单片机项目设计和验证。

2　信息化教学设计

在单片机课程中选取重点内容——定时/计数器的延时控制进行信息化教学设计。整个教学过程分为案例引入、项目任务分析、项目方案设计、项目过程实施、项目成果展示及评价和拓展提高六大环节，如图1所示。

图1　教学过程框图

2.1　案例引入

课前教师在网络教学平台上传心形彩灯的视频（如图2所示），学生自主观看并引导学生思考问题：心形彩灯由多少个发光二极管组成？彩灯的闪烁有什么特点？怎样才能设计出这样的彩灯？由此引出新的知识点——定时/计数器的延时控制。

图2　心形彩灯

2.2　项目任务分析

课上教师实物展示心形彩灯的硬件电路，给学生最直观的感受。教师分析硬件电路的工作原理和设计步骤，学生讨论彩灯的延时控制。因为人眼的视觉暂留，需要考虑延时，而设计不同的彩灯闪烁，延时的时间不一样。之前学过程序延时的方法，但是程序延时要占用CPU，会增加CPU的负担，所以可以利用单片机内部的定时/计数器来实现延时。心形彩灯的基础设计是：从左往右依次闪烁，从右往左依次闪烁，从中间向两边顺次点亮，全灭全亮三次。个性化设计可以自由发挥，进行加分。

2.3　项目方案设计

教师对整个项目进行任务分解，成为四个子任务：硬件原理图设计、软件程序设计、模拟仿真调试和项目报告编写。并在网络教学平台上发布教学课件和相关微课，学生可自行学习。学生按照四人一组进行自由组合，在云班课上建立分组进行讨论，根据组里成员的学习水平和性格特点来进行角色分工：硬件工程师、软件工程师、测试工程师和总工程师。组长给组员下达具体任务，按照分工各司其职。

2.4　项目过程实施

（1）硬件原理图的设计。学生观看硬件电路图绘制的微课，学习定时/计数器的硬件连接方法，比起书上的文字叙述要直观易懂。硬件工程师在Proteus软件中通过选择元器件、合理布局、修改参数、连接导线这些步骤，完成心形彩灯定时器延时控制系统的原理图绘制。

（2）软件程序的设计。学生观看flash动画演示，学习定时/计数器的多种工作方式和不同情况下的初值计算。在讲解定时/计数器初始化程序的设计时，以闯关的游戏方式，加深学生对这部分内容的理解。小组讨论个性化彩灯设计方案，列出二进制设计表格，软件工程师在Keil软件中完成延时程序和各闪烁模式的函数以及主函数的编写并排除错误。

（3）模拟仿真调试。观看视频，学习将Proteus和Keil软件联合起来进行调试，可以单步执行或全速执行，能观察到每一步执行后的情况，给调试带来了极大的便利。测试工程师先从Keil软件中生成hex文件，在Proteus的单片机芯片中导入文件运行，如果发生错误要逐一排查，最后观察灯的闪烁情况，不断进行优化调整[3]。

（4）项目报告的编写。项目设计完成之后，总工程师按照要求完成项目报告并做成PPT展示，同时将实施过程中的讨论内容和出现的错误都及时记录下来。

2.5　项目成果展示及评价

学生分组进行项目汇报，总结项目完成过程中出现的问题、错误和解决方案，同时学生在云班课中进行小组自评和小组互评。教师对作品优秀的小组提出表扬，对作品不完善的小组提出整改意见，并给出评价[4]。总结本项目中课程的重点和难点，使学生能更好地理解和掌握该部分内容并能够进行实际应用。课后学生登录网络教学平台进行项目测试，最后教师综合学生几方面的表现给出该项目的总成绩。

2.6　拓展提高

课后学生可观看教师录制的实物制作视频和教学课件，利用业余时间可在实验室开放期间自制完成实物作品[5]。有兴趣的同学还可以设计彩灯数量更多，花样更复杂的电路和程序。教师通过QQ和微信群进行课外辅导和答疑，将课堂教学延伸到日常的生活中去，随时可以进行交流、互动，以达到更好的教学效果。

3　结束语

在“项目引领，任务驱动”的教学模式下整合信息化资源，重新进行教学设计，使学生的主体地位体现更加明显，学习更加自主。教师只是教学过程中的引导者，起到穿针引线的作用，利用超星网络教学平台、蓝墨云班课、QQ微信群作为载体传播信息资源，利用Proteus和Keil软件进行虚拟仿真软硬件设计，节省了硬件成本、减少了安全隐患、提高了学生的学习兴趣和效率。不同层次的学生可以通过反复在线学习掌握知识，学习从课内延伸到了课外，师生之间的交流更加频繁，关系更加密切，学生的实践应用能力得到了提高。

参考文献：

[1]张丽红，刘 双.基于信息化的单片机课程教学设计研究[J].科教文汇，2016（35）：82-84.

[2]严 峻.虚拟实训平台在信息化教学中的运用[J].电子制作，2016（15）：66-67.

[3]龚运新.单片机C语言项目式教程[M].北京：北京邮电大学出版社，2016.

[4]胡 方.信息化环境下单片机教学设计的探索与创新[J].通讯世界，2016（2）：134.

[5]赵 丽.高职《单片机技术应用》课程信息化教学设计与实践[J].科技风，2014（22）：213.