基于信息化技术的单片机课程教学设计

陈娟 郭星辰 顾吴华

摘要：通过分析笔者学校单片机课程教学情况，针对传统授课方式中普遍存在的问题，将合适的信息化技术引入单片机课程教学中，并且将教学过程划分为“三个部分”“六个步骤”，循序渐进地引导学生完成学习任务。经过实践证明，将信息化技术引入单片机课程教学的效果明显优于传统单片机课程教学方法的效果。

关键词：信息化;单片机;教学

中图分类号：G642     文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2021）28-0192-03

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

1 引言

《单片机应用技术》是我校应用电子技术专业的专业核心课程，充分考核学生的工程实践能力，以及将理论灵活应用于实践的能力。其前导课程包括：《模拟电子技术》《数字电子技术》和《计算机C语言》等，后续课程是《电子产品设计》等，因此单片机课程在本专业课程体系中起到了承上启下的重要作用[1]。根据本系就业意愿调研发现，约95%以上的应用电子技术专业学生希望毕业后能够从事与本专业密切相关的职业，因此学生对单片机课程掌握的程度关乎学生未来的就业选择。

2本校单片机课程教学情况分析

由于中等职业学生入校分数偏低，学习动力不够，学习主动性不强。传统的《单片机应用技术》授课方式一般采用填鸭式的方法，将大量的单片机理论知识直接灌输给学生，往往是教师在讲台上滔滔不绝、激情昂扬地讲课，台下的学生听得云里雾里，不知所云，逐渐失去了对单片机课程的学习兴趣[2-5]。起初，班里部分积极分子还愿意将书本上的程序输入电脑验证功能，但是一旦编译调试出现了问题，便无从下手。不久，老师会发现整个班级虽然有个别学生能够勉强调试简单程序，但是无法做到灵活运用[6]。可想而知，最终的结果就是——教师感到很困惑，既觉得无奈又丧失了教学的积极性;而学生的单片机知识掌握情况一塌糊涂，甚至一学期下来，学生连单片机最小系统由哪几个电路组成都讲不清楚。

根据以上的情况，必须立刻采取行动，激发学生的学习兴趣、提高教学效果。通过调研，由于本校该课程授课对象是电子技术应用专业三年级学生，处于该年龄阶段的学生其认知结构普遍不够完整清晰，但他们成长于互联网时代，对于信息的获取能力强，信息化的教学方式更能够提升他们的主观能动性[7]。因此将信息化技术引入单片机课程的教学设计刻不容缓。接下来将以《四路抢答器的实现——独立按键的使用方法》为例介绍教学设计。

3 基于信息化技术的教学设计

3.1 教学设计的概述

本教学设计采用项目式教学法，以《四路抢答器的实现》为项目载体，该项目分为三个部分：数码管的静态显示、数码管的动态显示和独立按键的使用方法。前期已经学习了数码管的静态和动态显示，本次课的学习内容为：独立按键的使用方法。本次课的学习被划分为三个部分——课前、课中和课后，通过六个步骤——“任务确立”“新课导入”“新知构建”“任务实施”“展示评价”和“综合评价”来完成，详细教学过程如表1所示。

3.2 教学设计的具体过程

课前：

学生自主學习Moodle平台上的学习资料，并完成平台上的测试题。教师根据学生测试题完成情况并结合上次课的理论和实践综合成绩，按照理论、实践能力互补的原则调整分组——各小组自行分配软件工程师、硬件工程师的角色。教师在Moodle平台上发布本次课的任务——在抢答器开发板上调试功能：基于独立按键实现一个四路抢答器。

各小组自主学习，根据学习资料，完成程序填空——实现“通过独立按键控制数码管循环显示1-9”，将完成的视频和程序提交到平台，师生针对问题积极讨论，教师在线答疑的同时收集问题。同时各组学生根据平台上的“软件消抖”微课视频，画出按键按下时的去抖流程图，以便上课时交流讨论。

教师根据课前学生的学习反馈进行分析，并结合人才培养方案、课程标准以及就业岗位要求，确定本次课的教学重点为：学会独立按键的识别方法、学会“抖动”的软件消除方法;教学难点为：理解独立按键抖动的软件消除原理。

课中：

1）播放著名电视节目——“诗词大会”抢答题片段，引入课题。

2）教师分析课前任务完成的情况，邀请课前任务完成最优秀的小组代表上讲台展示汇报，并对比分析问题引出本次课的教学重点和难点。

3）学习知识点一：学生听老师用PPT介绍键盘的作用和分类，然后完成平台上的测试题;教师分析测试结果。

4）学习知识点二：学生利用动画学习独立按键的基本结构，讨论并思考：“在实际应用的时候，独立按键的四个脚都一定要连接吗？你认为在硬件应用中最佳的连接方法是什么？”学生根据课前学习的微课“独立按键以及与单片机的接口电路”，动手连接独立按键与单片机接口电路，并且体验用万用表检测按键按下时，所连接的单片机某位上的电位;学生进一步探究：“如何识别独立按键？”最后学生讨论并总结独立按键的识别方法。

5）学习知识点三：教师创设情境——提供四张市科技馆的门票，让学生用上一届学长调试的存在问题的抢答器抢票，由于按键不准确，学生产生疑问，教师暂缓发放四张门票。学生体验未加“去抖动”的a程序感知“抖动”，并用示波器观测独立按键按下时的“抖动”波形;学生倾听教师用PPT介绍“抖动”产生的原因，并且各小组根据教师介绍的知识讨论并分析程序a程序产生的“抖动”现象和原因;学生再体验加上“去抖动”的b程序体验按键效果，然后根据教师提供的程序a和b重要部分截图找不同;接着各组互相欣赏讨论课前画的按键按下时的“消抖”流程图，教师和学生共同点评，使学生认识到“消抖”的正确流程。教师将软件消抖的流程图总结成七字诀方便学生记忆理解。最后教师利用Moodle平台测试题检测学生掌握知识的情况，从而使学生加深对重点知识的掌握。

6）完成基本任务：各组完成的基本任务——实现一个具有抢答和显示组号功能的四路抢答器。师生共同讨论分析任务功能，并确定按键功能;学生完成硬件电路的连接;然后在教师自主开发的“单片机课程教学辅助系统”中，完成流程图的填空;接着根据流程图上每个环节的程序提示，搭建程序;最后在“单片机课程教学辅助系统”故障查询功能的帮助下调试、运行程序。等待学生完成基本的抢答器功能后，教师按照企业标准进行功能的分步验收。

7）完成拓展任务（选做）：各组补充设计抢答器功能，利用前面学习过的硬件电路知识和软件编程方法改进四路抢答器的功能。拓展任务完成后，教师验收成果，并选拔任务完成出色的小组作为本次课的“小师傅”，帮助教师验收和指导其他小组的任务。

8）通过学生互评的形式，选出最佳的两组抢答器。

9）抢答器功能实现较好的小组进行功能展示并答辩，教师对学生的提问和回答做出点评，教师并且将四张科技馆门票赠送给表现最佳的小组。

课后：

1）分层作业：

① 课堂拓展任务未完成小组：继续完成拓展任务并提交到平台。

课堂拓展任务已完成小组：修改程序，实现6路抢答器并提交到平台。

2）学生完成平台上的课后测试题。

3）教师对学生进行综合评价。

3.3 教学设计及实施效果分析

从本教学设计及课堂实施效果可以看出，教学过程中的每一个环节都环环相扣，层层递进，充分调动了学生的学习积极性，使课堂参与率达到百分之百，通过信息化技术的合理引入，激趣了课堂，活跃了气氛，锻炼了学生的思考能力，全体学生都表现出了强烈的求知欲。从任务布置，引导学生积极探索思考，到通过小组合作的形式共同完成学习任务。在整个教学过程中，始终坚持以学生为主体，从基本知识点入手，通过体验、讨论、实验等手段帮助学生理解知识点;借助于微课、教师自主开发的“单片机课程教学辅助系统”等帮助学生顺利将理论应用于实践，最终顺利调试并完成任务;课后布置分层作业，使不同层次学习能力的学生都得到全面照顾。经过实践验证，本教学设计符合学生的认知规律，能有效促成学生对知识的理解——整体的任务完成率达到了百分之九十六，和传统授课方式下的班级相比，超过十二个百分点以上，如图2所示。

4 结语

本文以《四路抢答器的实现——独立按键的使用方法》为例，介绍了基于信息化技术的单片机课程设计，整个课程通过三个部分、六个步骤来完成。课前通过在Moodle平台发布课前任务，学生自主学习、系统反馈，教师充分掌握学生学情;课中利用平台测试，及时了解学生学习情况;课后通过线上作业、课后测试等掌握学生任务完成情况，同时通过平台反馈数据以便实时、动态调整教学内容。教学效果经过和传统方式授课的班级对比发现，在教学过程中采用合适的信息化技术，能够帮助学生对知识点的理解与吸收，并且打破时间、空间限制，实现学生碎片化学习需求，在全面调动学生学习积极性的同时，取得了很好的教学成效[8]。

参考文献：

[1] 李洁， 杜玉杰. 项目驱动教学法在单片机课程中的应用[J].教育教学论坛， 2020， 9（40）： 160-161.

[2] 潘静， 梁彩凤， 郝彬. 单片机应用技术课程改革研究[J].教育教学论坛， 2020， 4（18）： 218-219.

[3] 曹利云. 四元教学法在单片机教学中的探索与实践[J].教学方法， 2018（4）： 68-69.

[4] 袁新娣， 曾祥华， 刘玲丽， 等. 基于智慧课堂的单片机教学改革与实践[J].教育教学论坛， 2020， 12（51）： 187-189.

[5] 梁美丽， 程静涛， 尹礼寿. 基于信息化环境的单片机课程的教学方法探讨[J].山东化工， 2019， 48（9）： 206-207，209.

[6] 罗韦华， 夏鲲， 袁庆庆. 反转课堂教学模式在单片机理论教学中的探索[J].教育教學论坛， 2020， 7（27）： 189-190.

[7] 袁晓华， 陶莉荣. 中职教改信息化教学设计实践[J].电脑知识与技术， 2016， 12（32）： 163-165.

[8] 汪楠. 信息化背景下教学设计研究[J].电脑知识与技术， 2015， 11（12）： 151-152.

【通联编辑：李雅琪】