节奏游戏实例下的单片机技术应用教学设计

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摘要：单片机技术应用课程需要根据行业要求，选择实际应用项目设计教学内容，讲解知识点和技能点。选取合适的项目教学非常重要，文章基于节奏游戏实例项目进行教学设计，可满足高趣味性、低难度、易入门、小坡度、低成本和覆盖多知识点等教学需求。实践表明，改进的教学设计可提高学生的学习积极性和综合应用能力，教学效果良好。

关键词：节奏游戏实例；单片机技术应用教学；教学设计

教学实例的选择是直接影响单片机技术应用课程教学效果的关键。目前该课程的教学设计存在的问题有以下几个方面：教学方式和教学实例项目较陈旧；很多实例项目能覆盖多个知识点，但是选取的实例项目要么复杂度高、实时任务多、系统资源紧张，学生入门难度大，从而削弱学生的学习积极性，要么各知识点相对独立，没有融合形成实用的系统，从而降低学生的学习兴趣。选择复杂度合适的实际应用项目，将其包含的知识点进行分解后形成多个任务，每个任务的知识点相对独立自洽，可使教学设计更具实用性、易学性和综合性[1]。

1教学项目改进思路

在单片机课程中，人机交互教学模块以常见的LED数码管和LCD液晶显示器件为例来介绍系统的输出显示，以机械按键为例来介绍人对单片机的输入控制。通过对该教学模块的教学，为人机交互应用打下基础。笔者之前选用的人机交互应用教学实例是计算器的实现，能覆盖多个知识点，但内容比较枯燥，不够新颖有趣，软件设计上较复杂，学生学习难度大，难点在程序设计上，忽略了重点是单片机的输入输出控制及人机交互的应用，反馈的学习效果不理想。经过对课程教学项目的诊断与改进，调整教学实例项目，选择节奏游戏实例作为人机交互教学模块的综合应用项目能满足高趣味性、低难度、易入门、小坡度、低成本和覆盖多项知识点等教学需求。将项目的知识点：单片机的输出、输入控制及人机交互应用拆解为控制LED、数码管显示、LCD显示、按键输入和综合应用几个任务，遵循了由简到繁的原则。各任务的具体内容、教学进度及先后次序，根据教学过程中的反馈监测进行调整改进。教学项目的改进整体思路如图1所示[2]。

2项目及任务制定

该项目是模拟“太鼓达人”这款打击类音乐游戏，规则是按音乐节奏的快慢，音符从右至左移动，当音符进入左边的小圆圈时，敲打太鼓，若敲在节奏点上则得分，反之则不得分。对游戏规则进行分析，若简易地模拟，从硬件上看，可以采用扬声器或蜂鸣器来发出音乐的节奏，用8个LED显示移动的音符，用按键来代替敲打的鼓槌，另外需要数码管或LCD液晶显示器来显示玩家得分情况。这些硬件及其驱动电路，都是目前在单片机教学中广泛使用的单片机实验板上现有的硬件资源，不用额外扩展，可方便地使用。当然也可用PROTEUS软件进行仿真实验[3-4]。在程序设计方面，用8个LED按随机节奏从右至左轮流点亮，移动到最左边时，用按键打出节奏。若节奏偏差2个LED及以上，则直接输掉游戏；若节奏偏差1点则加1分，但显示“-”号；若连续2次都偏差1点，也输掉游戏；若节奏准确则加2分，并清除之前的“-”号。数码管左边2位显示总分，第3位可显示“-”号，第4位显示本次得分。任务对应的知识点，以最简单直观的LED闪烁为例：1）对应最基本的通用IO口输出和延时函数的编写。2）蜂鸣器配合LED发声，讲解有源和无源蜂鸣器。3）实现跑马灯，对应端口输出和C语言的运算符。4）静态和动态显示，对应数码管的驱动电路、程序及数组的定义和使用。5）LED液晶显示，对应字符串的使用。6）键控计数，对应独立式按键的消抖和处理。7）实现扔骰子，对应游戏里常用的随机值，讲解stdlib标准库头文件里rand()、srand()函数，产生伪随机数序列。8）节奏大师游戏的实现，对应人机交互系统的综合应用。

3结束语

通过对课程教学项目的诊断与改进，调整教学实例，选择节奏游戏实例作为人机交互教学模块的综合应用项目，进行项目式教学设计。该实例充分利用单片机实验板的硬件资源，具有成本低，复杂度合适，覆盖知识点，兼具实用性、综合性和趣味性的特点。该设计提高了学生的学习积极性和综合应用能力，教学效果良好。可以进一步让学生参照流行的种类繁多的游戏，充分发挥想象力，制定玩法规则，自行设计更有趣的游戏，巩固教学成果。

参考文献：

[1]刘宸.单片机技术基础与应用[M].北京:电子工业出版社,2017.

[2]胡启迪,何婷.基于微型四轴飞行器的单片机教学设计[J].电子世界,2018(12):63-65.

[3]戴丽佼.单片机课程实验教学的改革与实验[J].实验科学与技术,2015(6):110-112.

[4]扈琨珑.高职《单片机技术应用》课程信息化教学设计与实践探析[J].南方农机,2020,51(7):189.

作者：刘宸 单位：四川职业技术学院