逆向教學(xué)設(shè)計在單片機(jī)技術(shù)課程中的應(yīng)用探究

袁苑

摘 要 為了培養(yǎng)適應(yīng)行業(yè)需求的技術(shù)型人才，讓學(xué)生學(xué)會將“知識”轉(zhuǎn)化為“能力”，在職業(yè)教育單片機(jī)課程教學(xué)中提出一種逆向教學(xué)設(shè)計思路，旨在為電子信息教育的發(fā)展與改革提供實踐借鑒。

關(guān)鍵詞 單片機(jī)；逆向教學(xué)設(shè)計；電子信息

中圖分類號：G718.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2018）11-0070-03

1 引言

目前，單片機(jī)技術(shù)及應(yīng)用是高職院校電子信息及其相關(guān)專業(yè)一門重要的專業(yè)課，該課程以51單片機(jī)的編程與應(yīng)用為主要學(xué)習(xí)內(nèi)容。和眾多現(xiàn)代主流的高級微處理器比起來，51系列單片機(jī)學(xué)習(xí)起來較容易上手，同時作為入門級控制芯片，為以后復(fù)雜控制器的學(xué)習(xí)奠定一定的基礎(chǔ)。但是，單片機(jī)編程對學(xué)生的綜合實踐能力要求很高。

首先，學(xué)生要將編程的理論知識上升為對控制對象的工藝要求，死記硬背理論概念是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，學(xué)生必須反復(fù)推敲與練習(xí)，才能根據(jù)控制要求設(shè)計出邏輯清晰、簡明精湛的程序。

其次，即便現(xiàn)代電子芯片普遍采用C語言編程，但是每種芯片的邏輯位、寄存器、中斷源、控制時序等特性都大不相同，比起教會學(xué)生使用一種芯片，讓學(xué)生學(xué)會將所學(xué)知識進(jìn)行遷移更加有實際意義。

因此，正如“授人以魚，不如授人以漁”，本課程的教學(xué)目標(biāo)不能僅僅局限于教會學(xué)生使用單片機(jī)，更應(yīng)擴(kuò)展到鼓勵學(xué)生自己查閱芯片資料，培養(yǎng)自主編程的能力，這對學(xué)生快速適應(yīng)畢業(yè)后的相關(guān)工作大有益處。對此，本文提出一種新的教學(xué)設(shè)計思路——逆向教學(xué)設(shè)計。

2 逆向教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)的結(jié)合

單片機(jī)的控制目標(biāo)是控制對象，手段是程序，基礎(chǔ)是C語言語法邏輯和單片機(jī)、電子元器件的知識。根據(jù)這些特點(diǎn)，本文設(shè)計的逆向教學(xué)方向為：實驗現(xiàn)象→控制程序→基礎(chǔ)知識→教學(xué)評價與反饋。即讓學(xué)生從實驗現(xiàn)象出發(fā)，閱讀控制程序，遇到難點(diǎn)查閱電子元件手冊及相關(guān)資料，反過來加深對程序與實驗現(xiàn)象的理解，并完成新的項目，進(jìn)行教學(xué)反饋以幫助教師了解學(xué)生掌握情況。與傳統(tǒng)教學(xué)相比，這種逆向教學(xué)的思路可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生的求知欲，并且在整個過程中讓學(xué)生養(yǎng)成自主學(xué)習(xí)的習(xí)慣，提高學(xué)生獨(dú)立探索知識的能力。

但是逆向教學(xué)并不意味著否認(rèn)了傳統(tǒng)教學(xué)在單片機(jī)課程中的地位，C語言的基礎(chǔ)知識較為繁雜，如果僅僅采用逆向教學(xué)方式，可能會造成學(xué)生對知識掌握不均衡的局面，而且對學(xué)生系統(tǒng)地理解編程語言是不利的。因此，教師在教授C語言時，可以采用以傳統(tǒng)教學(xué)為主、逆向教學(xué)為輔的設(shè)計思路，確保知識傳授的全面性和連續(xù)性。

另一方面，電子元件知識的學(xué)習(xí)與編程語言的學(xué)習(xí)正好相反。就現(xiàn)代主流電子芯片的功能來說，所需掌握的內(nèi)容是一個非常龐大的系統(tǒng)，如果逐行學(xué)習(xí)每個IO引腳或寄存器的功能，十分浪費(fèi)時間且效率低下。在相關(guān)工作中，由于公司之間的競爭，項目進(jìn)度往往要與時間賽跑，因此，系統(tǒng)學(xué)習(xí)一種芯片是不可能也是不被允許的。在實踐中，逆向?qū)W習(xí)是項目開發(fā)中一種重要的能力，即在學(xué)習(xí)中抓主要矛盾。針對以上實踐經(jīng)歷，51單片機(jī)知識方面的教學(xué)可以采用以逆向教學(xué)為主、傳統(tǒng)教學(xué)為輔的設(shè)計思路。

3 逆向教學(xué)設(shè)計在具體教學(xué)中的應(yīng)用

基于單片機(jī)的溫度實時監(jiān)測實驗 逆向教學(xué)法需要兼顧實驗教學(xué)與理論教學(xué)兩個方面，本文以基于單片機(jī)的溫度實時監(jiān)測實驗為例，進(jìn)行逆向教學(xué)設(shè)計。該實驗的硬件包括單片機(jī)最小系統(tǒng)、LCD1602顯示模塊和數(shù)字溫度傳感器DS18B20。實驗的硬件連接圖如圖1所示，其中圖1（a）為DS18B20與單片機(jī)的硬件連接圖，DS18B20的DQ引腳與51單片機(jī)的P3.7引腳相連；圖1（b）為LCD1602與單片機(jī)的硬件連接圖，LCD1602的RS、RW、EN引腳分別連接到51單片機(jī)的P2.6、P2.5、P2.7引腳，LCD1602的數(shù)據(jù)輸入輸出端與單片機(jī)的P0口相連。

逆向教學(xué)思路設(shè)計 在以往的教學(xué)中，針對基于單片機(jī)的溫度實時監(jiān)測實驗，教師往往按照知識點(diǎn)的層層遞進(jìn)順序教授新課，如先理解DS18B20的初始化與讀寫時序[1-2]，

從而編寫出讀/寫子程序，最后編寫計算程序計算溫度值。與傳統(tǒng)教學(xué)方式不同的是，逆向教學(xué)從實驗現(xiàn)象出發(fā)，透過現(xiàn)象讀程序，通過程序查資料，閱讀資料理解元器件工作原理。溫度實時監(jiān)測實驗的逆向教學(xué)設(shè)計思路流程圖如圖2所示。

逆向教學(xué)過程

1）教學(xué)目標(biāo)：掌握DS18B20與單片機(jī)之間讀寫的時序與編程，理解DS18B20溫度值的計算原理，掌握DS18B20的命令操作；通過動手實驗，激發(fā)學(xué)生的好奇心，思考相應(yīng)的疑問，達(dá)到自主探究原理的目的。

2）實驗內(nèi)容：LCD1602顯示屏上顯示實時溫度，當(dāng)用手握住DS18B20時，溫度實時上升并顯示在顯示屏上。

3）實驗報告：根據(jù)實驗現(xiàn)象，閱讀程序，查閱課本上DS18B20資料，完成表1所示實驗報告。

實驗報告由學(xué)生獨(dú)立完成，對于不能解答的問題，教師給予理論指導(dǎo)。學(xué)生在完成實驗報告過程中可以小組討論、共同完成。學(xué)生通過逆向探究活動，對所學(xué)的知識印象更加深刻，同時培養(yǎng)了自主查閱元件資料的意識與能力。

實踐評價 為了了解學(xué)生掌握知識的情況，需要在逆向教學(xué)之后及時進(jìn)行知識反饋，因此設(shè)計實踐環(huán)節(jié)對學(xué)生的學(xué)習(xí)成果進(jìn)行評價。實踐評價環(huán)節(jié)依然采用實驗的方式，但是應(yīng)該與課程實驗有關(guān)，并在其基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計，以便學(xué)生對知識的遷移與查漏補(bǔ)缺[3]。

實踐評價環(huán)節(jié)實驗：LCD1602顯示屏上顯示實時溫度，當(dāng)用手握住DS18B20時，溫度實時上升并顯示在顯示屏上；同時，顯示屏記錄歷史最高與最低溫度。實驗現(xiàn)象如圖3所示。

實踐評價環(huán)節(jié)考查了學(xué)生對DS18B20溫度計算、讀寫操作與命令操作的掌握情況，同時要求將程序進(jìn)行改動以實現(xiàn)記錄最高與最低溫度的功能，鍛煉學(xué)生的綜合編程能力。

4 逆向教學(xué)設(shè)計的效果

從學(xué)生實踐評價環(huán)節(jié)的實驗情況來看，由于自己調(diào)試出了程序，課后95%的學(xué)生感到十分有成就感，對單片機(jī)這門課更加有興趣，注意力明顯集中，積極性得到提高。同時，學(xué)生在實踐環(huán)節(jié)發(fā)現(xiàn)自己遺漏的知識點(diǎn)，查漏補(bǔ)缺，對難以理解的理論、概念有了更深的認(rèn)知，綜合能力也得到提高。

另一方面，通過逆向教學(xué)法，任課教師的業(yè)務(wù)水平也得到提高。根據(jù)學(xué)生在探索過程中遇到的問題，教師應(yīng)該反復(fù)思考與總結(jié)，在逆向和傳統(tǒng)教學(xué)的轉(zhuǎn)換中把握一個尺度，使以教師為中心的教學(xué)模式轉(zhuǎn)化為以學(xué)生為中心，采用以綜合能力提升為主導(dǎo)的探索性教學(xué)模式，實現(xiàn)課程效果的最優(yōu)化。

參考文獻(xiàn)

[1]雷林均.單片機(jī)控制裝置安裝與調(diào)試[M].北京：電子工業(yè)出版社，2011.

[2]劉振海，王國明.單片機(jī)技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：高等教育出版社，2015.

[3]田莉，唐茜.逆向教學(xué)設(shè)計視野下的課堂評價：內(nèi)涵、基本要素與設(shè)計思路[J].上海教育評估研究，2015（6）：1-5.