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摘 要:本文以16×16 LED点阵显示控制为具体案例,探讨了项目教学法在单片机教学中的应用:将总项目分解成多个子项目,让学生采用小组分工合作的形式主动完成。
关键词:单片机 总项目 子项目 小组协作 多元化评价
中图分类号:G424 文献标识码:A 文章编号:1673-9795(2012)03(b)-0101-03
由于单片机这门课程逻辑严谨、内容抽象、理论性较强、学起来难理解、讲起来枯燥,教与学都遇到了很大的困难。面对考验我们不断地学习与研究,发现以行动为导向的项目教学法比较适合,它具有的特点是把整个学习过程分解为一个个具体的工程或事件,设计出一个个项目教学方案,按行动回路设计教学思路,不仅传授给学生理论知识和操作技能,更重要的是培养他们的职业能力,这里的能力已不仅是知识能力或者是专业能力,而是涵盖了如何解决问题的能力、方法能力、接纳新知识的学习能力以及与人协作和进行项目动作的社会能力等几个方面。因此我们要做得就是把理论知识进行整合,根据单片机原理课程的知识体系,变教材章节方式为项目顺序进行,开发一系列与内容相应的项目,把涉及到的硬件、指令、编程方法、程序的编写等分散到各个任务中,充分利用教学资源,让学生主动学习。根据实践发现在单片机原理与应用这门课程中引入项目教学法的切实可行的,并取得了一些成绩。现以16×16LED点阵显示控制为具体实施项目来阐述项目教学法在单片机课程中的具体应用。
1 总项目实施方案
汉字显示屏广泛应用与汽车报站器,广告屏等,随处可见,本项目是一种实用的汉字显示屏的制作,考虑到电路元件的易购性,采用了16×16的点阵模块。要求学生能够用单片机控制点阵显示屏,循环显示八个字。
1.1 项目任务设计
以图1中显示宋体汉字“大”来说明其扫描原理:如果用8位的单片机控制,由于单片机的总线为8位,一个字需要为上部和下部,各为8×16点阵组成。在本例中单片机P0和P2口控制点阵的行,首先显示的拆分是第0列的p00～p07口,显示汉字“大”时,p05点亮,其他灭,即16进制为04h。接着扫描第0列的p20～p27,然后单片机转向第1列的p00～p07口,这一列完成后继续进行下半部分的扫描,依照这个方法,一共扫描32个8位,可以得出汉字“大”。在设计硬件电路的时候如果把P口都用上的话就很浪费,因此在设计中增加了4-16译码器74LS154,这样就可以用P1的四个口去控制点阵的16列。另外由于P0和P2口驱动点阵需用三极管进行电流放大,电阻进行限流(正好与电子技术的相关知识联系起来),P0口必须设置上拉电阻。
1.2 项目规划
为了使教学生能够更好地掌握知识,项目设定了多种教学手段,并根据学生的自身条件进行知识与能力的分层教学,设为基础项目、提高项目、拓展项目。如表1所示
2 子项目实施过程
在教学活动过程中是采取分组的方式学生进行自主学习与集体协作完成整个项目过程,充分发挥学生的积极主动性,让他们在这个过程中锻炼各种能力。教师已经不是教学中的主导地位,成为学生学习过程中的引导者、指导者和监督者。
下面分别阐述进行各子项目的方案及感受。
(1)项目一:搜集资料(基础项)。
在把项目布置给学生之后,将学生组织成小组,在网络环境下学生小组通过网络搜集相关的资料并记录下来,并完成项目进展表如表2所示。
从学生搜集资料来看,部分学生对于芯片参数情况未能进入深层的了解,但是学生的积极性很高,知道所要搜集资料的基本内容,对后面的硬件电路画图与制作起来了一个很好的铺垫作用。
(2)项目二:整理资料,小组学习(基础项)。
给出部分硬件电路图(图2),让学生根据所查资料进行整理,把电路补充完整,(针对学生在学习单片机控制LED灯时,虽已学过复位电路和晶振电路,但为了加强巩固,也为了让学生今后能够自己设计电路,故在此省去),让学生通过小组讨论补充完整,并把各芯片的引脚序号标上,目的是不仅培养学生认谨慎的工作作风,而且在后续制作电路上作好准备。最后记录项目进展表3。
在这一环节中,要求学生都要掌握,从实际教学情况来看,学生能积极查阅书本及上网搜索到的资料。小组之间配合默契,效果较好。
(3)项目三:Proteus软件画图或连接操作台(基础项)。
由于实训室有操作台,只做简单连线,这种方法的主要缺点学生对于硬件电路的掌握不够好,只是按部就班接线,对于线路的走法不是太清楚,而且一旦出现问题,原因查找就比较困难。另外整个操作台上的模块比较多,学生很难分清哪些是该项目所组成的部分,优点是接线简单,观察直观,学生可以花更多的时间在编程上,对于爱好软件的同学比较适合;用Proteus软件画图时,要力求学生把所有的电路都要画完(包含晶振和复位),虽然此软件对地这两个小模块可以省略,但会给学生造成一个错觉,以为可以不用那两个部分。另外在画图的候的注意点就是软件本身提供的只有8×8点阵,而没有16×16点阵,告诉学生如何用8×8来实现16×16点阵。由学生根据自身的条件,根据小组协商,进行分配,而且可以在完成当前任务后可进行层次调整。这一形式参照了国外的“核心技能”原理,给学生以更多的自主选择权,学生在认识自我的基础上,将自身的条件与阶段目标科学地联系在一起,更有利于学科知识和能力的“因材施教”。完成项目进展表4。
这个环节在实际教学过程中,发现部分选接线的同学也画起图来,研究如何用8×8来实现16×16点阵,整个环节学生都能认真完成。
(4)项目四:KEIL软件的编程与编译(提高项)。
程序的编写是难点,本项目是单片机芯片按照设定的程序在P0口和P2口输出代码送行选线,同时P1.0～P1.3输出列选扫描,从而选中相应的象素LED发光,并利用人的视觉暂留特性合成汉字显示,再改变取表地址实现汉字滚动显示。带领学生完成程序框图(图3所示)。
由于学生的基础有限,发现中技班的学生经过小组讨论后编写出的程序断续的(正好利用上次课上讲到的花样流水的程序),但是不能很好地把程序给完善。在此基础上教师再给出示范程序,让学生对比并修改,这样在学生动脑编写不成功而失去兴趣时给予适当的帮助,另外教师也要认真阅读学生编写的程序,并给予及时的肯定,让学生的积极性得到更大的提高。
(5)项目五和六:加载程序运行调试及字模提取软件使用(基础项)。
此环节学生的积极性较高,通过字模软件改变字型并进行观察,学生很有成就感。并发现学生很有创意,不仅能显示不同的字,还显示各种图型符号,并以自己的发明而兴奋。
另外在教学的过程中,发现部分学生对于显示的八个字的时间长短有要求,还有的同学提到过想显示更多的字,或想改变单片机的控制方式,对于这些情况教师要给予鼓励与支持,发挥学生团队的作用,利用集体的智慧来实现这些功能,从而使学生在修改程序的过程中,对于指令又作了一次深入的理解与应用,把程序并把成功的电路进行表扬与展示。让学生得到成功的体验,在学习中得到快乐。
项目四至六进展情况填写如表5。
(6)项目七:硬件电路的制作(拓展项)。
这一环节主要是针对感兴趣的同学想做个作品出来,由于时间和报名人数的限定,放在课后完成,并充分发挥学生社团的作用,让学生学到更多的知识。
通过这个课外环节,发现有些学生想把显示屏做大,在各点阵显示屏的线路连接上,电路的硬件设计上,如把三极管去掉改用芯片实现等等,这些都需要老师给予指导。
3 项目成绩评定法
采用让学生全面发展的多元化评价方式,注重过程,实现评价主体多元化(自评、互评、教师评)、评价方式多元化(定性、定量评价)、评价内容多元化(知识、技能、能力)、评价目标多元化(不同学生不同评价)。下面给出学生/小组项目成绩定量和定性评定表(表6与表7)。
4 项目教学的思考
项目教学法在单片机课程中的应用虽取得了一定成效,但在实施的时候还存在以下几点注意。
(1)在教学过程中不可预测的因素较高,这样需要教师的能力水平、技能水平、实践水平、理论水平等到要求都很高,教师要做好充分的准备。
(2)对于中技学生来说,编程是个难点,教师要及时表扬、鼓励学生进行编程尝试,让学生多点成就。
(3)部分学生的学习能力不足,在项目实施过程中依赖性很强,应关注这类学生,在分组时要注意。
参考文献
[1] 冯志军.项目课程课例开发的实践与思考[J].中国职业技术教育,2010(35).
[2] 陈宜建.虚拟实验在单片机教学中的应用[J].中国职业技术教育,2010(2).
[3] 张文涛.RPOTEUS仿真软件的应用[M].华中科技大学出版社,2010(2).
关键词:单片机 总项目 子项目 小组协作 多元化评价
中图分类号:G424 文献标识码:A 文章编号:1673-9795(2012)03(b)-0101-03
由于单片机这门课程逻辑严谨、内容抽象、理论性较强、学起来难理解、讲起来枯燥,教与学都遇到了很大的困难。面对考验我们不断地学习与研究,发现以行动为导向的项目教学法比较适合,它具有的特点是把整个学习过程分解为一个个具体的工程或事件,设计出一个个项目教学方案,按行动回路设计教学思路,不仅传授给学生理论知识和操作技能,更重要的是培养他们的职业能力,这里的能力已不仅是知识能力或者是专业能力,而是涵盖了如何解决问题的能力、方法能力、接纳新知识的学习能力以及与人协作和进行项目动作的社会能力等几个方面。因此我们要做得就是把理论知识进行整合,根据单片机原理课程的知识体系,变教材章节方式为项目顺序进行,开发一系列与内容相应的项目,把涉及到的硬件、指令、编程方法、程序的编写等分散到各个任务中,充分利用教学资源,让学生主动学习。根据实践发现在单片机原理与应用这门课程中引入项目教学法的切实可行的,并取得了一些成绩。现以16×16LED点阵显示控制为具体实施项目来阐述项目教学法在单片机课程中的具体应用。
1 总项目实施方案
汉字显示屏广泛应用与汽车报站器,广告屏等,随处可见,本项目是一种实用的汉字显示屏的制作,考虑到电路元件的易购性,采用了16×16的点阵模块。要求学生能够用单片机控制点阵显示屏,循环显示八个字。
1.1 项目任务设计
以图1中显示宋体汉字“大”来说明其扫描原理:如果用8位的单片机控制,由于单片机的总线为8位,一个字需要为上部和下部,各为8×16点阵组成。在本例中单片机P0和P2口控制点阵的行,首先显示的拆分是第0列的p00～p07口,显示汉字“大”时,p05点亮,其他灭,即16进制为04h。接着扫描第0列的p20～p27,然后单片机转向第1列的p00～p07口,这一列完成后继续进行下半部分的扫描,依照这个方法,一共扫描32个8位,可以得出汉字“大”。在设计硬件电路的时候如果把P口都用上的话就很浪费,因此在设计中增加了4-16译码器74LS154,这样就可以用P1的四个口去控制点阵的16列。另外由于P0和P2口驱动点阵需用三极管进行电流放大,电阻进行限流(正好与电子技术的相关知识联系起来),P0口必须设置上拉电阻。
1.2 项目规划
为了使教学生能够更好地掌握知识,项目设定了多种教学手段,并根据学生的自身条件进行知识与能力的分层教学,设为基础项目、提高项目、拓展项目。如表1所示
2 子项目实施过程
在教学活动过程中是采取分组的方式学生进行自主学习与集体协作完成整个项目过程,充分发挥学生的积极主动性,让他们在这个过程中锻炼各种能力。教师已经不是教学中的主导地位,成为学生学习过程中的引导者、指导者和监督者。
下面分别阐述进行各子项目的方案及感受。
(1)项目一:搜集资料(基础项)。
在把项目布置给学生之后,将学生组织成小组,在网络环境下学生小组通过网络搜集相关的资料并记录下来,并完成项目进展表如表2所示。
从学生搜集资料来看,部分学生对于芯片参数情况未能进入深层的了解,但是学生的积极性很高,知道所要搜集资料的基本内容,对后面的硬件电路画图与制作起来了一个很好的铺垫作用。
(2)项目二:整理资料,小组学习(基础项)。
给出部分硬件电路图(图2),让学生根据所查资料进行整理,把电路补充完整,(针对学生在学习单片机控制LED灯时,虽已学过复位电路和晶振电路,但为了加强巩固,也为了让学生今后能够自己设计电路,故在此省去),让学生通过小组讨论补充完整,并把各芯片的引脚序号标上,目的是不仅培养学生认谨慎的工作作风,而且在后续制作电路上作好准备。最后记录项目进展表3。
在这一环节中,要求学生都要掌握,从实际教学情况来看,学生能积极查阅书本及上网搜索到的资料。小组之间配合默契,效果较好。
(3)项目三:Proteus软件画图或连接操作台(基础项)。
由于实训室有操作台,只做简单连线,这种方法的主要缺点学生对于硬件电路的掌握不够好,只是按部就班接线,对于线路的走法不是太清楚,而且一旦出现问题,原因查找就比较困难。另外整个操作台上的模块比较多,学生很难分清哪些是该项目所组成的部分,优点是接线简单,观察直观,学生可以花更多的时间在编程上,对于爱好软件的同学比较适合;用Proteus软件画图时,要力求学生把所有的电路都要画完(包含晶振和复位),虽然此软件对地这两个小模块可以省略,但会给学生造成一个错觉,以为可以不用那两个部分。另外在画图的候的注意点就是软件本身提供的只有8×8点阵,而没有16×16点阵,告诉学生如何用8×8来实现16×16点阵。由学生根据自身的条件,根据小组协商,进行分配,而且可以在完成当前任务后可进行层次调整。这一形式参照了国外的“核心技能”原理,给学生以更多的自主选择权,学生在认识自我的基础上,将自身的条件与阶段目标科学地联系在一起,更有利于学科知识和能力的“因材施教”。完成项目进展表4。
这个环节在实际教学过程中,发现部分选接线的同学也画起图来,研究如何用8×8来实现16×16点阵,整个环节学生都能认真完成。
(4)项目四:KEIL软件的编程与编译(提高项)。
程序的编写是难点,本项目是单片机芯片按照设定的程序在P0口和P2口输出代码送行选线,同时P1.0～P1.3输出列选扫描,从而选中相应的象素LED发光,并利用人的视觉暂留特性合成汉字显示,再改变取表地址实现汉字滚动显示。带领学生完成程序框图(图3所示)。
由于学生的基础有限,发现中技班的学生经过小组讨论后编写出的程序断续的(正好利用上次课上讲到的花样流水的程序),但是不能很好地把程序给完善。在此基础上教师再给出示范程序,让学生对比并修改,这样在学生动脑编写不成功而失去兴趣时给予适当的帮助,另外教师也要认真阅读学生编写的程序,并给予及时的肯定,让学生的积极性得到更大的提高。
(5)项目五和六:加载程序运行调试及字模提取软件使用(基础项)。
此环节学生的积极性较高,通过字模软件改变字型并进行观察,学生很有成就感。并发现学生很有创意,不仅能显示不同的字,还显示各种图型符号,并以自己的发明而兴奋。
另外在教学的过程中,发现部分学生对于显示的八个字的时间长短有要求,还有的同学提到过想显示更多的字,或想改变单片机的控制方式,对于这些情况教师要给予鼓励与支持,发挥学生团队的作用,利用集体的智慧来实现这些功能,从而使学生在修改程序的过程中,对于指令又作了一次深入的理解与应用,把程序并把成功的电路进行表扬与展示。让学生得到成功的体验,在学习中得到快乐。
项目四至六进展情况填写如表5。
(6)项目七:硬件电路的制作(拓展项)。
这一环节主要是针对感兴趣的同学想做个作品出来,由于时间和报名人数的限定,放在课后完成,并充分发挥学生社团的作用,让学生学到更多的知识。
通过这个课外环节,发现有些学生想把显示屏做大,在各点阵显示屏的线路连接上,电路的硬件设计上,如把三极管去掉改用芯片实现等等,这些都需要老师给予指导。
3 项目成绩评定法
采用让学生全面发展的多元化评价方式,注重过程,实现评价主体多元化(自评、互评、教师评)、评价方式多元化(定性、定量评价)、评价内容多元化(知识、技能、能力)、评价目标多元化(不同学生不同评价)。下面给出学生/小组项目成绩定量和定性评定表(表6与表7)。
4 项目教学的思考
项目教学法在单片机课程中的应用虽取得了一定成效,但在实施的时候还存在以下几点注意。
(1)在教学过程中不可预测的因素较高,这样需要教师的能力水平、技能水平、实践水平、理论水平等到要求都很高,教师要做好充分的准备。
(2)对于中技学生来说,编程是个难点,教师要及时表扬、鼓励学生进行编程尝试,让学生多点成就。
(3)部分学生的学习能力不足,在项目实施过程中依赖性很强,应关注这类学生,在分组时要注意。
参考文献
[1] 冯志军.项目课程课例开发的实践与思考[J].中国职业技术教育,2010(35).
[2] 陈宜建.虚拟实验在单片机教学中的应用[J].中国职业技术教育,2010(2).
[3] 张文涛.RPOTEUS仿真软件的应用[M].华中科技大学出版社,2010(2).