逆向教学设计在单片机技术课程中的应用探究

袁苑

摘 要 为了培养适应行业需求的技术型人才，让学生学会将“知识”转化为“能力”，在职业教育单片机课程教学中提出一种逆向教学设计思路，旨在为电子信息教育的发展与改革提供实践借鉴。

关键词 单片机；逆向教学设计；电子信息

中图分类号：G718.3 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2018）11-0070-03

1 引言

目前，单片机技术及应用是高职院校电子信息及其相关专业一门重要的专业课，该课程以51单片机的编程与应用为主要学习内容。和众多现代主流的高级微处理器比起来，51系列单片机学习起来较容易上手，同时作为入门级控制芯片，为以后复杂控制器的学习奠定一定的基础。但是，单片机编程对学生的综合实践能力要求很高。

首先，学生要将编程的理论知识上升为对控制对象的工艺要求，死记硬背理论概念是远远不够的，学生必须反复推敲与练习，才能根据控制要求设计出逻辑清晰、简明精湛的程序。

其次，即便现代电子芯片普遍采用C語言编程，但是每种芯片的逻辑位、寄存器、中断源、控制时序等特性都大不相同，比起教会学生使用一种芯片，让学生学会将所学知识进行迁移更加有实际意义。

因此，正如“授人以鱼，不如授人以渔”，本课程的教学目标不能仅仅局限于教会学生使用单片机，更应扩展到鼓励学生自己查阅芯片资料，培养自主编程的能力，这对学生快速适应毕业后的相关工作大有益处。对此，本文提出一种新的教学设计思路——逆向教学设计。

2 逆向教学与传统教学的结合

单片机的控制目标是控制对象，手段是程序，基础是C语言语法逻辑和单片机、电子元器件的知识。根据这些特点，本文设计的逆向教学方向为：实验现象→控制程序→基础知识→教学评价与反馈。即让学生从实验现象出发，阅读控制程序，遇到难点查阅电子元件手册及相关资料，反过来加深对程序与实验现象的理解，并完成新的项目，进行教学反馈以帮助教师了解学生掌握情况。与传统教学相比，这种逆向教学的思路可以提高学生的学习兴趣，激发学生的求知欲，并且在整个过程中让学生养成自主学习的习惯，提高学生独立探索知识的能力。

但是逆向教学并不意味着否认了传统教学在单片机课程中的地位，C语言的基础知识较为繁杂，如果仅仅采用逆向教学方式，可能会造成学生对知识掌握不均衡的局面，而且对学生系统地理解编程语言是不利的。因此，教师在教授C语言时，可以采用以传统教学为主、逆向教学为辅的设计思路，确保知识传授的全面性和连续性。

另一方面，电子元件知识的学习与编程语言的学习正好相反。就现代主流电子芯片的功能来说，所需掌握的内容是一个非常庞大的系统，如果逐行学习每个IO引脚或寄存器的功能，十分浪费时间且效率低下。在相关工作中，由于公司之间的竞争，项目进度往往要与时间赛跑，因此，系统学习一种芯片是不可能也是不被允许的。在实践中，逆向学习是项目开发中一种重要的能力，即在学习中抓主要矛盾。针对以上实践经历，51单片机知识方面的教学可以采用以逆向教学为主、传统教学为辅的设计思路。

3 逆向教学设计在具体教学中的应用

基于单片机的温度实时监测实验 逆向教学法需要兼顾实验教学与理论教学两个方面，本文以基于单片机的温度实时监测实验为例，进行逆向教学设计。该实验的硬件包括单片机最小系统、LCD1602显示模块和数字温度传感器DS18B20。实验的硬件连接图如图1所示，其中图1（a）为DS18B20与单片机的硬件连接图，DS18B20的DQ引脚与51单片机的P3.7引脚相连；图1（b）为LCD1602与单片机的硬件连接图，LCD1602的RS、RW、EN引脚分别连接到51单片机的P2.6、P2.5、P2.7引脚，LCD1602的数据输入输出端与单片机的P0口相连。

逆向教学思路设计 在以往的教学中，针对基于单片机的温度实时监测实验，教师往往按照知识点的层层递进顺序教授新课，如先理解DS18B20的初始化与读写时序[1-2]，

从而编写出读/写子程序，最后编写计算程序计算温度值。与传统教学方式不同的是，逆向教学从实验现象出发，透过现象读程序，通过程序查资料，阅读资料理解元器件工作原理。温度实时监测实验的逆向教学设计思路流程图如图2所示。

逆向教学过程

1）教学目标：掌握DS18B20与单片机之间读写的时序与编程，理解DS18B20温度值的计算原理，掌握DS18B20的命令操作；通过动手实验，激发学生的好奇心，思考相应的疑问，达到自主探究原理的目的。

2）实验内容：LCD1602显示屏上显示实时温度，当用手握住DS18B20时，温度实时上升并显示在显示屏上。

3）实验报告：根据实验现象，阅读程序，查阅课本上DS18B20资料，完成表1所示实验报告。

实验报告由学生独立完成，对于不能解答的问题，教师给予理论指导。学生在完成实验报告过程中可以小组讨论、共同完成。学生通过逆向探究活动，对所学的知识印象更加深刻，同时培养了自主查阅元件资料的意识与能力。

实践评价 为了了解学生掌握知识的情况，需要在逆向教学之后及时进行知识反馈，因此设计实践环节对学生的学习成果进行评价。实践评价环节依然采用实验的方式，但是应该与课程实验有关，并在其基础上进行设计，以便学生对知识的迁移与查漏补缺[3]。

实践评价环节实验：LCD1602显示屏上显示实时温度，当用手握住DS18B20时，温度实时上升并显示在显示屏上；同时，显示屏记录历史最高与最低温度。实验现象如图3所示。

实践评价环节考查了学生对DS18B20温度计算、读写操作与命令操作的掌握情况，同时要求将程序进行改动以实现记录最高与最低温度的功能，锻炼学生的综合编程能力。

4 逆向教学设计的效果

从学生实践评价环节的实验情况来看，由于自己调试出了程序，课后95%的学生感到十分有成就感，对单片机这门课更加有兴趣，注意力明显集中，积极性得到提高。同时，学生在实践环节发现自己遗漏的知识点，查漏补缺，对难以理解的理论、概念有了更深的认知，综合能力也得到提高。

另一方面，通过逆向教学法，任课教师的业务水平也得到提高。根据学生在探索过程中遇到的问题，教师应该反复思考与总结，在逆向和传统教学的转换中把握一个尺度，使以教师为中心的教学模式转化为以学生为中心，采用以综合能力提升为主导的探索性教学模式，实现课程效果的最优化。

参考文献

[1]雷林均.单片机控制装置安装与调试[M].北京：电子工业出版社，2011.

[2]刘振海，王国明.单片机技术及应用[M].北京：高等教育出版社，2015.

[3]田莉，唐茜.逆向教学设计视野下的课堂评价：内涵、基本要素与设计思路[J].上海教育评估研究，2015（6）：1-5.