節奏游戲實例下的單片機技術應用教學設計
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摘要：單片機技術應用課程需要根據行業要求，選擇實際應用項目設計教學內容，講解知識點和技能點。選取合適的項目教學非常重要，文章基于節奏游戲實例項目進行教學設計，可滿足高趣味性、低難度、易入門、小坡度、低成本和覆蓋多知識點等教學需求。實踐表明，改進的教學設計可提高學生的學習積極性和綜合應用能力，教學效果良好。
教學實例的選擇是直接影響單片機技術應用課程教學效果的關鍵。目前該課程的教學設計存在的問題有以下幾個方面：教學方式和教學實例項目較陳舊；很多實例項目能覆蓋多個知識點，但是選取的實例項目要么復雜度高、實時任務多、系統資源緊張，學生入門難度大，從而削弱學生的學習積極性，要么各知識點相對獨立，沒有融合形成實用的系統，從而降低學生的學習興趣。選擇復雜度合適的實際應用項目，將其包含的知識點進行分解后形成多個任務，每個任務的知識點相對獨立自洽，可使教學設計更具實用性、易學性和綜合性[1]。
1教學項目改進思路
在單片機課程中，人機交互教學模塊以常見的LED數碼管和LCD液晶顯示器件為例來介紹系統的輸出顯示，以機械按鍵為例來介紹人對單片機的輸入控制。通過對該教學模塊的教學，為人機交互應用打下基礎。筆者之前選用的人機交互應用教學實例是計算器的實現，能覆蓋多個知識點，但內容比較枯燥，不夠新穎有趣，軟件設計上較復雜，學生學習難度大，難點在程序設計上，忽略了重點是單片機的輸入輸出控制及人機交互的應用，反饋的學習效果不理想。經過對課程教學項目的診斷與改進，調整教學實例項目，選擇節奏游戲實例作為人機交互教學模塊的綜合應用項目能滿足高趣味性、低難度、易入門、小坡度、低成本和覆蓋多項知識點等教學需求。將項目的知識點：單片機的輸出、輸入控制及人機交互應用拆解為控制LED、數碼管顯示、LCD顯示、按鍵輸入和綜合應用幾個任務，遵循了由簡到繁的原則。各任務的具體內容、教學進度及先后次序，根據教學過程中的反饋監測進行調整改進。教學項目的改進整體思路如圖1所示[2]。
2項目及任務制定
該項目是模擬“太鼓達人”這款打擊類音樂游戲，規則是按音樂節奏的快慢，音符從右至左移動，當音符進入左邊的小圓圈時，敲打太鼓，若敲在節奏點上則得分，反之則不得分。對游戲規則進行分析，若簡易地模擬，從硬件上看，可以采用揚聲器或蜂鳴器來發出音樂的節奏，用8個LED顯示移動的音符，用按鍵來代替敲打的鼓槌，另外需要數碼管或LCD液晶顯示器來顯示玩家得分情況。這些硬件及其驅動電路，都是目前在單片機教學中廣泛使用的單片機實驗板上現有的硬件資源，不用額外擴展，可方便地使用。當然也可用PROTEUS軟件進行仿真實驗[3-4]。在程序設計方面，用8個LED按隨機節奏從右至左輪流點亮，移動到最左邊時，用按鍵打出節奏。若節奏偏差2個LED及以上，則直接輸掉游戲；若節奏偏差1點則加1分，但顯示“-”號；若連續2次都偏差1點，也輸掉游戲；若節奏準確則加2分，并清除之前的“-”號。數碼管左邊2位顯示總分，第3位可顯示“-”號，第4位顯示本次得分。任務對應的知識點，以最簡單直觀的LED閃爍為例：1）對應最基本的通用IO口輸出和延時函數的編寫。2）蜂鳴器配合LED發聲，講解有源和無源蜂鳴器。3）實現跑馬燈，對應端口輸出和C語言的運算符。4）靜態和動態顯示，對應數碼管的驅動電路、程序及數組的定義和使用。5）LED液晶顯示，對應字符串的使用。6）鍵控計數，對應獨立式按鍵的消抖和處理。7）實現扔骰子，對應游戲里常用的隨機值，講解stdlib標準庫頭文件里rand()、srand()函數，產生偽隨機數序列。8）節奏大師游戲的實現，對應人機交互系統的綜合應用。
3結束語
通過對課程教學項目的診斷與改進，調整教學實例，選擇節奏游戲實例作為人機交互教學模塊的綜合應用項目，進行項目式教學設計。該實例充分利用單片機實驗板的硬件資源，具有成本低，復雜度合適，覆蓋知識點，兼具實用性、綜合性和趣味性的特點。該設計提高了學生的學習積極性和綜合應用能力，教學效果良好。可以進一步讓學生參照流行的種類繁多的游戲，充分發揮想象力，制定玩法規則，自行設計更有趣的游戲，鞏固教學成果。
參考文獻：
[1]劉宸.單片機技術基礎與應用[M].北京:電子工業出版社,2017.
[2]胡啟迪,何婷.基于微型四軸飛行器的單片機教學設計[J].電子世界,2018(12):63-65.
[3]戴麗佼.單片機課程實驗教學的改革與實驗[J].實驗科學與技術,2015(6):110-112.
[4]扈琨瓏.高職《單片機技術應用》課程信息化教學設計與實踐探析[J].南方農機,2020,51(7):189.
作者：劉宸 單位：四川職業技術學院