引 言
单片机诞生于上世纪七十年代末,作为一项新兴并迅速发展的科学技术,对我们的社会与生活起到了不可磨灭的作用,值得引起人们的关注与重视。这门科技涉及到多个学科的技术应用,如:物理学科的电路知识、信息学科的编程知识以及通用技术的焊接技能等等,而这些知识与技能在高中学生的课程学习中都有涉及,这就为单片机技术在高中课程中的开展提供了基础条件,而基于单片机技术具备的这种多学科综合应用的特点,通过单片机课程的学习将会对学生的综合素质的培养、已有知识的贯通、动手实践能力的训练、协助能力的锻炼等方面起到积极、有效的作用。
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第一章 背景综述
1.1 单片机技术简介
(1)普通单片机:其硬件结构简单,字长一般为8位或者16位,存储空间相对较小。集成芯片的内外部设备比较丰富。而由于硬件的局限性导致软件上的功能就不能太大,导致数据采集速度低,难以完成更复杂的实时运算。采用单循环模式,一般没有对应的操作系统。 (2)ARM 系列:也称为高端单片机,这种单片机的硬件集成度相对较高,集成的芯片内外部设备很多,通常集成USB,串口,CAN等多种控制器,通讯快速、方便。字长一般为32位,优点是速度快,性能高,主频在100M 左右,其中ARM9 可达600M,可以进行更复杂的实时运算[2]。ARM 系列存储空间大,支持操作系统,在操作系统下执行多任务并发的能力强、实时性高。 对于单片机技术,其最大的特征就是可以独立地实现工业控制要求的控制功能智能化,这是计算机技术中微处理器芯片(CPU)所不具备的功能。 单片机又区别于单板机(一种将微处理器芯片、输入输出接口芯片、存储器芯片安装在一块印制的电路板上的微型计算机),在单片机芯片没有开发之前,只是一种具备极强功能的大规模集成电路,当对它进行应用开发之后,才是一个微型的计算机控制系统,它与个人电脑(PC机)或单板机都有着本质的区别。
不同的单片机具备不同的软件特征和硬件特征,其硬件特征取决于核心芯片的内部结构,我们想要使用某一种单片机,就必须先了解这种单片机是否具有我们所需要的功能、能否达到所要求的应用系统的特性指标。这里所说的技术特征包括电气特性、功能特性和控制特性等等,技术特征的相关信息可以在单片机产品附带的生产厂家的技术说明书中查找。软件特征主要指开发支持环境与指令系统特性,开发支持环境包括芯片对指令的兼容性和可移植性,芯片所支持的开发软件资源和硬件资源。指令特性指单片机芯片所使用的须知方式、逻辑处理方式和数据处理方式,输入输出特性和对电流、电压的要求等。想要利用某一型号的单片机来开发特定的应用系统首先必须掌握该单片机的技术特性和结构特性。
1.2 单片机技术发展概述
直到INTEL公司于1976年推出了MCS-48 系列单片机,此后的三十年时间,单片机技术才得到了迅速的发展,这一时期的单片机是8位单元的微型计算机。它以功能全,体积小,价格低的优点赢得了广泛的应用,这为单片机的发展奠定了坚实的基础,这一系列的单片机成为单片机技术发展史上的重要里程碑。 在 MCS-48 系列单片机的带领下,各大半导体公司相继研发自己的单片机,例如Zilog公司的Z8系列单片机。到了80年代初期,单片机已经发展到了高性能阶段,例如Intel公司的MCS-51 系列单片机,Motorola 公司的6801系列和6802 系列单片机,Rokwell 公司的6501系列及6502系列单片机等等。此外,日本的电气公司 NEC 和HITACHI 也都陆续研发出拥有特色的专用单片机。
第三章 现状分析............................... 9
3.1 单片机的现行教学内容 ......................... 9
3.2 单片机教学开展的必要性 ....................... 9
3.3 单片机教学开展的实现 ............................. 9
第四章 实验效果................................. 11
4.1 单片机课程开发经历 ............................... 11
4.1.1 常规课上的尝试 ...........11
第五章 问题策略........................................ 24
5.1 首次尝试的诸多问题 ........................................... 24
5.2 二次校本课程的问题与解决方法 .................................. 26
第五章 问题策略
5.1 首次尝试的诸多问题
在介绍Proteus 仿真软件并使用的过程中,部分同学没能积极地按照老师的指示进行操作。 分析原因:
(1)在介绍单片机的时候,教师没有能够激发起学生的兴趣,所以学生在学习的过程中缺乏积极性,没有能够与教师默契配合[11]。
(2)Proteus 仿真软件在首次使用时,前期的设置较为繁琐,学生由于不清楚每一步操作的具体意义,目的不明确,所以在跟随教师指示进行操作时容易失去耐心。
解决方法:
(1)介绍单片机技术时演示几个利用单片机技术制造的电子产品实例,使学生能够直观、生动地了解单片机技术能够实现哪些功能,有助于激发学生的学习兴趣。
(2)讲解Proteus 仿真软件的操作时,放慢速度,详细讲解每一步操作的目的,引导学生带着目标去操作,而不是盲目地跟随操作。
5.2 二次校本课程的问题与解决方法
本轮课程由于借鉴上一轮课程开设的经验,对教学方法与内容进行了更新,同时课时安排充裕、教学环境的改善等优势条件的因素影响,课程进展得较为顺利,课堂效果到达了令人满意的结果,出现的问题较少,下面将出现的问题综合列出如下: (1)学生在学习AT89C51芯片的最小系统时容易分散注意力,这是由于学生对于AT89C51芯片的作用和功能不了解,所以教师可以通过联系AT89C51芯片在演示实例作品中的位置与作用,使学生对AT89C51芯片的功用有直观的印象,这样学生才能自觉地集中注意力,积极地学习。 (2)学生在使用Proteus 电路仿真软件添加元器件时,由于元器件繁多的分类与型号引起学生烦躁的情绪,对于这种现象,教师在讲授时可以根据情况放慢速度,多加讲解,安抚学生的情绪,引导学生了解元器件彼此间的差别,引起学生的兴趣。
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结 语
高中信息技术学科单片机课程开设的探索与研究,是一个相对专一的研究视角。笔者以为,单片机技术在现行的高中信息技术学科中开展是非常有潜力的,也是未来的发展趋势,单片机技术这种理论与实践相结合的学科特点正好迎合了新课改所倡导的全面素质教育理念,尤其体现在对学生的思维能力、实践能力和创新能力的培养。 当然,课程的开设还存在一些问题,如教学环境的限制、授课方式的制约、学生水平的瓶颈等,笔者所做的只是探索着进行实践,把获得的一些感悟与经验和大家一同分享,希望通过这样的探讨得到更好的方法以便推进单片机课程在高中信息技术学科中的开展。由于本人水平有限,文中定有很多不妥之处,恳请专家与同仁批评、指正。
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参考文献(略)