现代教育技术在“单片机原理及应用”课程中的应用

摘 要：文章研究了现代教育技术在“单片机原理及应用”课程中的应用。“单片机原理及应用”是计算机、电子信息及通信等专业的一门重要专业技术基础课程，它的教学质量将对学生的后续学习及应用起到关键的作用。把现代教育技术和该课程进行优化整合，如利用多媒体技术进行优化教学，利用软件仿真、建立虚拟项目进行引导教学，利用网络教学资源开展师生互动教学，利用在线创客社区网络平台开展创客教育实践教学，将有助于教学质量提高。

关键词：现代教育技术；单片机；原理

“单片机原理及应用”是计算机、电子信息及通信等专业的一门重要专业技术基础课程，具有较强的实用性、综合性和工程性。该课程不但要求学生掌握单片机应用系统的基本原理，更要求学生具有单片机应用系统的电路设计、编程和系统调试的能力。传统的单片机教学中，硬件部分，只能由教师进行直白的讲解；程序部分，教师讲述程序的执行情况，但是我们发现学生的印象不深刻，学生很难看到各种执行过程中数值的变化和执行效果，从而影响了教学质量。而“单片机原理及应用”的教学质量将对学生的后续学习及应用起到关键的作用，对学生毕业设计质量、创新能力、就业和参加全国电子设计竞赛起到举足轻重的作用。因此，我们根据单片机课程特点，把现代教育技术和“单片机原理及应用”课程进行优化整合，取得了较满意的教学效果，现介绍如下。

1 利用多媒体技术进行优化教学

单片机这门课程的特点是概念及专有名词多，内容非常抽象，特别是单片机的内部原理和结构，学生往往缺乏单片机的直观形象及单片机原理中的时空概念。这些内容如果单靠传统的“粉笔+黑板”模式授课，即使想象力丰富的学生也难以理解，一般学生更觉得枯燥乏味。但如果通过多媒体课件中大量动画和视频，便可将看不见、摸不着、抽象的单片机原理及工作过程等生动形象地模拟出来，使复杂枯燥的原理内容变得活灵活现、栩栩如生，此时再配上教师的讲解，便可增强学生的感性认识，有利于学生注意力的保持，在一定程度上突破了时间和空间的限制，可达到事半功倍的教学效果。例如，在教学中我们发现，学生对芯片的引脚功能、结构框图及最小单片计算机的构成、单片计算机程序、顯示器的原理理解较为困难，从而导致学生在硬件和软件联系学习时更为困难。为了更好地帮助学生理解芯片的结构、引脚功能、程序和硬件连线等难点问题，我们利用多媒体制成仿真课件，在屏幕上演示单片机的结构图，并进行了详细的动画演示，然后教师结合图示进行讲解。通过引入多媒体技术，学生觉得形象、生动、直观、易于理解，可获得更多的信息。

2 利用软件仿真、建立虚拟项目进行引导教学

单片机原理整个教学过程其实是一个硬件与软件相互结合的过程。在单片机原理教学中需要很多硬件设备，如电脑、仿真机、实验电路、编程器等。由于硬件实验资源的匮乏，学生不能同时人手一套装置进行实验，一个班往往要分几个批次才能完成实验，耗时耗力，影响了教学效果。为了弥补实验仪器和器件缺乏带来的不足，我们运用现代教育技术和虚拟现实技术[1]，通过软件仿真[2]，建立虚拟项目，在仿真教学环境中进行教学。通过此方式引导教学，学生们认为通过软件仿真一下子就理解了各功能部件间的关系，对存储器的存取过程及寄存器存放哪些特殊数据也有了具体直观的理解，可以马上看到程序修改编译后的效果，能比较透彻地理解硬件与程序的关系，在项目的理解上也变得更轻松、更容易，大大提高了教学效率。目前，在专业教学中尝试采用数字仿真教学的模式也已经越来越普遍。

3 利用网络教学资源开展师生互动教学

为了提高学生学习、研究的兴趣，我们将课堂教学内容延伸到了课堂之外，建立了“单片机原理及应用”教学网站，将授课方案、电子教案、教学大纲、授课进度表、习题与测试等教学资料全部上网，用于自主学习。同时开辟网上师生交流平台，建立网上答疑栏目进行互动教学，对于学生在网上提出的问题及时、耐心地予以解答。研究发现，通过网络资源共享，不但方便了教师和学生的交流，而且使学生学习效率大大地提高，有效提高了学生自主学习能力，并调动了学生学习的积极性。另外，我们还要注意网络教学资源经常更新，以便更好地为“单片机原理及应用”课程教学服务。

为了便于学生在项目计划实施过程中的自主创新能力培养，学院全天开放网络机房。学生们通过网络可以方便地查找新器件及其功能，能够了解当前有关单片机的新技术、新信息、单片机应用的发展现状，不但极大地丰富了课程教学资源，更重要地体现出学生自学能力及科研能力的培养。

4 利用在线创客社区网络平台开展创客教育实践教学

创客（Maker）一词起源于2001年美国MIT比特与原子研究中心发起的制作实验室（Fabrication Laboratory，Fab Lab）创新项目，该项目以个人创意、个人设计、个人制造为核心理念[3]。创客教育作为一项涉及软件与硬件、设计与测试、制作与实验的综合性教育，是在创客空间（环境）中开展的培养创客（目的）的一种教育类型，是以造物的形式培养学生综合实践能力的一种工程教育[4]。因此，为了巩固单片机教学效果，我们通过建立在线创客社区网络平台，开展了各项创客实践教育活动，来激发学生创新与创造能力。在线创客社区网络平台应当包括以下两方面内容：（1）学习资源，主要包括课程资源、电子书、模块资料等栏目。（2）创意产品，主要是由创客们上传自己的作品。

创客教育初期会设置一部分由教师设计的给定目标与操作流程的模仿型学习项目，如“声控灯电路设计”“智能安全风扇”等供学生操练，学生在实际操作过程中，通过模仿和尝试，逐步掌握复杂动作技能，并在模仿过程中，激发创新灵感，对项目作出进一步创新设计或改进。例如，在创客教育实践中，有的学生利用教师自主研发的“智能硬件快速开发APP”创造出“火焰声光报警器”。整个事件过程包括三步：（1）在工作区将所需硬件LED灯、LCD602显示器、火焰传感器、有缘蜂鸣器等硬件连接虚拟Arduino开发板，然后学生按照工作区硬件连接开发板的位置，把设备分别插入Arduino UNO开发板的插口位置进行插入。（2）进行消息连线编程。（3）连接蓝牙后将程序下载到Arduino开发板，然后运行，操作者会发现，当火焰模块接近火焰时， LCD1602液晶显示器显示数值小于阈值，蜂鸣器报警和LED灯亮，当火焰模块远离火焰时，LCD1602液晶显示器显示数值大于阈值，蜂鸣器不报警和LED灯不亮。从上述整个操作过程，我们可以看到他们在软件与硬件、设计与测试、制作与实验每个环节的成功处理。

在学生已掌握基本的创造技能后，接下来开始为他们设置大致范围，但不给具体题目的任务，让学生从主题构思起步，通过团队协作，构建问题，解决问题，并最终完成创造作品的全过程。

5 结语

总之，现代教育技术与“单片机原理及应用”课程优化整合后不但可以激发学生们主动探索知识的积极性，而且可以提高教学质量和效率。但是随着单片机技术的迅速发展，又不断给教学提出新的目标和要求。因此，教师要紧跟发展潮流，根据教学内容，充分利用现代教育技术手段，采取多种途径、方式和方法，来进一步达到提高教学质量的目的，从而为国家培养出合格的应用型人才。

[参考文献]

[1]郭学会，秦振吉，赵丽.《单片机原理及应用》课程教学方法改革与实践[J].晋中学院学报，2007（3）：88-90.

[2]李升，陈亮.单片机原理及应用课程数字仿真教学探讨[J].中国现代教育装备，2007（11）：101-104.

[3]杨现民，李冀红.创客教育的价值潜能及其争议[J].现代远程教育研究，2015（2）：23-34.

[4]钟柏昌.谈创客教育的背景、本质、形式与支持系统[J].现代教育技术，2016（6）：13-19.

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