基于案例贯穿的单片机课堂教学设计与实践.pdf
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1、摘 要 通过分析单片机原理与应用课程的特点和传统教学方法的不足,利用案例教学法对课程进行教学改革。提出基于案例贯穿课堂教学设计的基本内容,并以中断系统为例,设计基于案例贯穿的课堂教学设计,取得了良好的教学效果。关键词 单片机原理与应用;案例教学法;课堂教学设计;教学改革中图分类号:E251.3 文献标识码:B文章编号:1671-489X(2023)11-0078-040 引言单片机是在一块半导体芯片上集成的一个微型计算机,因体积小、价格低、稳定性强、可靠性高、面向实时控制等优点,以单片机为核心的控制系统广泛应用在武器装备、智能仪器仪表、工业控制以及家电等领域中1。单片机原理与应用课程成为工科院
2、校自动化、电子信息等相关专业的必修专业课。在海军大连舰艇学院开设的单片机原理与应用课程中,主要学习典型单片机的基本工作原理以及单片机应用系统软硬件的设计方法。以目前国内使用最多 MCS-51 系列的单片机为载体,系统地学习单片机的基础知识、硬件结构、编程语言、中断控制、串行通信、定时计数以及接口扩展等知识。课程的特点是理论和实践紧密联系,更侧重于知识的实践和应用。因此,在教学实践过程中,既要注重传授学生专业基础知识,又要重视对学生实践技能的培养,让学生在理解专业知识的基础上,掌握单片机应用系统的开发实践技能。案例教学法由美国哈佛商学院提出并成功运用和实施,传入我国已经有 30 多年的历史。是一
3、种以学生为主体,教师为主导,调动学生学习兴趣,激励学生自主、合作、探究性学习的学习方法2。将案例教学法用于课堂教学过程中,能够实现教学相长,调动学生主动学习的积极性;同时,该方法具有生动具体、直观易学的优点,有助于学生理解知识点3。因此,有不少高校教师,在课程教学中都引入DOI:10.3969/j.issn.1671-489X.2023.11.078基于案例贯穿的单片机课堂教学设计与实践邓加川 刘淑波海军大连舰艇学院 辽宁大连 116018了案例教学法,并取得了不错的教学效果。比如:赵文山4从课程内容和案例教学的特点出发,以“电路分析”课程为例,探讨了案例教学中课前教案编写、课上教学组织和课后
4、拓展讨论的实施方法。经实践表明,案例教学能够加深学生对知识点的理解。万佑红等人5以“智能控制”课程为载体,从传统教学存在的问题出发,提出了案例教学的设计与实施方式。有效加强了学生对理论知识的理解,提高了学生的创新思维。以上这些教学改革均取得了不错的效果,对“单片机原理与应用”课程中引入案例教学方法起到了一定的示范作用。1 单片机原理与应用课程教学现状长期以来,老师们都反映单片机原理与应用课程知识点杂,不好教,学生更是普遍反映,课程太难,上课根本不知所云,一直提不起学习的兴趣。这就导致课程的教学效果一直不理想。通过调研发现,主要问题如下。1.1 课堂教学缺乏设计由于人才培养方案的调整,导致单片机
5、原理与应用课程学时少、内容多。上课过程中,教师关注的重点是如何把知识点讲完讲清楚,很少针对课程的教学内容进行课堂教学设计。往往在课上只是知识点的罗列,孤立地讲解课程内容的每一个知识点,没有讲清楚知识点之间的关系,逻辑性不强,导致学生产生厌学心理。1.2 理论教学与实践教学环节脱节在传统的教学过程中,理论教学环节和实践教学环节是分开的。理论教学环节,大多是以教师为中心,上课手段比较单一,以传授讲解理论知识为主,学生听课为辅。这就导致了学生只能被动地接受理论知识,由于单片机理论知识枯燥难懂,这不仅不利于激发学生的学习兴趣,也很难调动学生学习的主观能动性。实践教学环节中,所需要完成的实验任务和理论课
6、没什么关联,学生也不知道完成实验任务有什么作用。只是机械地按照实验步骤,利用单片机实验箱完成仿真实验。作者简介:邓加川,助教;刘淑波,讲师。1 单片机原理与应用课程教学现状长期以来,老师们都反映单片机原理与应用课程知识点杂,不好教,学生更是普遍反映,课程太难,上课根本不知所云,一直提不起学习的兴趣。这就导致课程的教学效果一直不理想。通过调研发由于人才培养方案的调整,导致单片机原理与应用课程学时少、内容多。上课过程中,教师关注的重点是如何把知识点讲完讲清楚,很少针对课程的教学内容进行课堂教学设计。往往在课上只是知识点的罗列,孤立地讲解课程内容的每一个知识点,没有讲清楚知识点之间的关系,逻辑性不强
7、,导致1.2 理论教学与实践教学环节脱节课程整合-78-2023年6月上 第11期(总第557期)1.3 重工作原理而忽略工程应用在理论和实践的教学过程中,都采用了大量的时间来介绍单片机的工作原理,引导学生入门单片机课程。原理性的内容往往是枯燥乏味的,不利于激发学生的学习兴趣。另外,在授课过程中,过分强调单片机的工作原理,而忽略单片机知识的工程应用,不利于培养学生单片机应用系统的开发能力和创新能力。以上导致了单片机原理与应用课程的学习效果不理想。可以看出,传统教学模式不能调动学生学习的积极性和主动性,学生被动地接收知识,课堂教学效果自然不理想。为改变现状,根据课程的教学内容,精心挑选和设计教学
8、案例,采用案例教学法对课程进行教学改革。通过分析单片机原理与应用课程在传统教学中存在的问题,以及案例教学法在课程改革中取得的成功经验,在这些已有的研究基础之上,将案例教学法引入单片机原理与应用课程教学中,提出基于案例贯穿的课堂教学设计的基本内容,实践基于案例贯穿的课堂教学。2 案例贯穿课堂教学设计的基本内容将案例贯穿的教学方法引入单片机原理与应用课程教学中,根据教学计划的要求以及单片机原理与应用课程的特点,分析教学内容和教学对象,来确定教学案例的背景及内容。用教学案例贯穿理论教学、实践教学的整个过程:理论教学过程中完成引题和过渡;实践教学中完成对理论知识的巩固和提升。从分析教学内容、教学对象和
9、设计教学案例、教学流程的基本内容,来完成基于案例贯穿的课堂教学设计。2.1 教学内容分析根据人才培养方案中对课程的要求编写课程教学计划,在教学计划中明确每部分知识的教学目标。针对教学内容,要分析各部分之间的逻辑关系,明确重难点内容。教师要清楚学生对每一部分知识的掌握程度,为课堂教学案例内容难度的设计打下基础。2.2 教学对象分析通过分析学生的专业性质和学习习惯,来设计教学案例的使用背景;通过分析学生的现有知识基础,对新知识的渴望程度以及学习新知识可能存在的问题,来设计教学案例的背景和内容。通过对授课对象的学情分析,可以做到因材施教,量身定做课堂教学案例。2.3 教学案例设计教学案例的精心设计是
10、案例贯穿课堂教学能取得成功的前提。单片机原理与应用课程是专业背景课的范畴,蕴含工程应用,所选案例不能凭空捏造。根据教学对象为军校学生,案例背景要具有军味。设计教学案例内容时,首先要以教学内容分析为基础,要有助于学生理解难点知识、掌握重点知识;其次,要具有趣味性和启发性,吸引学生注意力,启发学生思考,培养学生能够从工程设计的角度去理解武器装备的工作原理;最后,要结合课程的特点,能够将理论教学和实践教学联系起来。2.4 教学流程设计基于案例贯穿教学成功的关键在于教学流程的设计。用教学案例来完成各部分内容之间的引题和过渡,让整个授课思路更加清晰、合理。在教学过程中,首先用图片、视频等方式展现教学案例
11、的使用场景,引出教学案例,抓住学生的好奇心。以教学案例实现的整个过程为授课思路,完成各知识点之间的引题和过渡,最后根据所学的理论知识,让学生完成教学案例的实现。根据学生对知识的掌握程度,在教学案例的基础之上进行扩展,完善和设计实作课教学案例。3 案例贯穿课堂教学设计实例以教学内容中重要功能部件的“中断控制系统”一节为例,根据案例贯穿课堂教学设计的基本内容,完成一次课的课堂教学设计实例。3.1 课堂内容分析中断控制系统一共四学时,其中理论课两学时,实作课两学时;实作课安排在理论课之后。学习三个方面的内容:中断的概念;中断控制系统的结构和中断程序的设计。其中中断控制系统的结构,以及中断服务程序的设
12、计,是实现中断的软硬件基础,是教学重点内容;中断控制系统的结构比较复杂,需要设置的特殊功能控制寄存器比较多,是教学的难点内容。针对“中断的概念”,要求学生能够阐述 51 单片机响应中断的整个过程;针对“中断控制系统的结构”,要求学生能够说明中断控制系统的基本组成,理解和能够设置与中断控制相关的特殊功能寄存器。针对“中断程序设计”,要求学生能用 C51语言来定义中断函数,编写中断服务程序。3.2 教学对象分析课程的教学对象是大学三年级的军校学生。设计教学案例时优先选择具有军味背景的、和武器设备相关的单片机应用系统。学生通过前期课程的学习,已经掌握电路分析基础、模拟电路、数字电路等硬件电路相关的课
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