蔣宗華

摘要：一些計(jì)算機(jī)類課程涉及協(xié)議等復(fù)雜內(nèi)容，即使是一個(gè)功能模塊，也難以在一次教學(xué)中完成原理的講解和項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)。該文提出了微模塊的方法，通過(guò)從模塊中凝練出一些微模塊，基于微模塊進(jìn)行任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)。由于微模塊的工作量合適，大多數(shù)同學(xué)在教師講解基本原理后能完成開(kāi)發(fā)，能及時(shí)鞏固相關(guān)知識(shí)、提高學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新能力。教師給出微模塊的功能要求，提供底層函數(shù)、幀結(jié)構(gòu)、寄存器說(shuō)明等，提高學(xué)生的開(kāi)發(fā)效率。該文給出了微模塊的具體實(shí)施方法和案例，該方法能適合涉及內(nèi)容較復(fù)雜的課程的教學(xué)。

關(guān)鍵詞：模塊；微模塊；任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)；教學(xué)模式；計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)；物聯(lián)網(wǎng)

中圖分類號(hào)：G642. 0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2018）19-0135-03

Abstract： Some computer courses involve complex content such as protocol， even if it is a functional module， it is difficult to complete the explanation of the principle and the development of the project in one teaching. In this paper， a method of micro module is proposed， some micro modules can be extracted from the module and task driven teaching can be carried on based on those micro ones. Because the workload of the micro module is suitable， most of the students can complete the development after the teachers explain the basic principles. It can consolidate the relevant knowledge， improve the learning interest and innovation ability in time. The teacher gives the functional requirements of the micro module， and provides the bottom function， frame structure and register instructions， so as to improve the development efficiency of students. This paper gives specific implementation methods and a case of micro module， which is suitable for teaching courses with complicated contents.

Key words： module； micro module； task driving teaching； teaching mode； computer network； Internet of things

1 引言

在計(jì)算機(jī)類課程的教學(xué)過(guò)程中，基于模塊的任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法通過(guò)讓學(xué)生實(shí)現(xiàn)功能模塊來(lái)驅(qū)動(dòng)學(xué)習(xí)，任務(wù)明確，能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，發(fā)揮學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，有利于提高學(xué)生的創(chuàng)新能力[1][2]。

然而隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)，特別是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展[3][4]，軟件編程有的需要基于相關(guān)協(xié)議、器件說(shuō)明文檔等，涉及內(nèi)容多，在一次課堂教學(xué)或?qū)嶒?yàn)教學(xué)中，學(xué)生難以編寫(xiě)完一個(gè)任務(wù)模塊，而課后的模塊設(shè)計(jì)和編寫(xiě)由于缺少教師的指導(dǎo)，學(xué)習(xí)效率低。如何在一次教學(xué)中，在教師的指導(dǎo)下，讓學(xué)生高效地完成一個(gè)模塊的理論學(xué)習(xí)、軟件編寫(xiě)和調(diào)試、體驗(yàn)軟件運(yùn)行效果，對(duì)提高學(xué)生的學(xué)習(xí)自信、學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效果有比較重要的作用。

基于微模塊的任務(wù)驅(qū)動(dòng)能較好地適合課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)，一個(gè)微模塊對(duì)應(yīng)的代碼較少，可能只有幾行或幾十行，但會(huì)涉及較多的理論和協(xié)議等，需要教師講解相關(guān)理論和技術(shù)并整理，作為注釋或附加文檔，學(xué)生在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)和編寫(xiě)軟件。通過(guò)模塊的微型化，并且提供相關(guān)底層函數(shù)、相關(guān)寄存器的概要說(shuō)明等，使學(xué)生能在一次教學(xué)活動(dòng)中較獨(dú)立地完成整個(gè)過(guò)程，及時(shí)鞏固相關(guān)理論和技術(shù)。同時(shí)通過(guò)提供除該微模塊外的完整軟件，讓微模塊能在整個(gè)系統(tǒng)中運(yùn)行，有助于學(xué)生掌握該模塊和其他模塊的關(guān)系和在整個(gè)系統(tǒng)中的作用，同時(shí)能獲得成功的體驗(yàn)，提升學(xué)習(xí)興趣。學(xué)生通過(guò)綜合相關(guān)知識(shí)積極參與微模塊開(kāi)發(fā)，能提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和自主開(kāi)發(fā)能力，提升創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力。

2 微模塊任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)模式

2.1 微模塊任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)模式的優(yōu)點(diǎn)

2.1.1 充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主體性

在微模塊任務(wù)的開(kāi)發(fā)中，教師指導(dǎo)處輔助地位，學(xué)生開(kāi)發(fā)處主體地位，從而能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性[5]。在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，學(xué)生會(huì)認(rèn)真研究微模塊中給出的相關(guān)知識(shí)和基本函數(shù)，有時(shí)會(huì)進(jìn)一步查閱相關(guān)知識(shí)和文檔、主動(dòng)和同學(xué)討論和向教師提問(wèn)，不但鞏固了相關(guān)知識(shí)、提高了開(kāi)發(fā)能力，同時(shí)也逐漸養(yǎng)成研究型學(xué)習(xí)方式，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力。

2.1.2 工作量合適，能及時(shí)鞏固相關(guān)知識(shí)、提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新能力

如果學(xué)習(xí)較多的基本知識(shí)后再進(jìn)行模塊或項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)，這些基本知識(shí)往往沒(méi)能及時(shí)得到鞏固，難以使用它們進(jìn)行較為深入的開(kāi)發(fā)。另外，涉及知識(shí)較多時(shí)也會(huì)快速提高軟件開(kāi)發(fā)的復(fù)雜度，對(duì)一個(gè)較大的功能，學(xué)生可能不知道運(yùn)用那些知識(shí)去設(shè)計(jì)軟件。

微模塊任務(wù)驅(qū)動(dòng)能在短時(shí)間內(nèi)完成基本知識(shí)的講解、給出微模塊的條件和任務(wù)并讓學(xué)生完成開(kāi)發(fā)。微模塊軟件開(kāi)發(fā)所用知識(shí)集中在當(dāng)時(shí)講解的基本知識(shí)，覆蓋性好，學(xué)生印象深。由于知識(shí)較為集中，降低了開(kāi)發(fā)難度，學(xué)生有可能對(duì)該微模塊進(jìn)行較為深入的開(kāi)發(fā)。

由于設(shè)計(jì)的微模塊會(huì)使多數(shù)同學(xué)能在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成開(kāi)發(fā)，剩下的少數(shù)學(xué)生在同學(xué)或教師的少量幫助下，也基本上能完成開(kāi)發(fā)任務(wù)，從而克服了學(xué)生對(duì)復(fù)雜程序的畏難情緒。將微模塊放到教師提供的系統(tǒng)軟件中，整個(gè)系統(tǒng)能運(yùn)行起來(lái)，學(xué)生的短時(shí)間開(kāi)發(fā)就能讓整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行起來(lái)，這進(jìn)一步提升了學(xué)生的成就感和學(xué)習(xí)興趣，他們甚至?xí)迸c開(kāi)發(fā)下一個(gè)微模塊。在整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中，較容易找出微模塊隱藏的錯(cuò)誤，通過(guò)糾錯(cuò)，能幫助學(xué)生理解本微模塊的原理和在整個(gè)系統(tǒng)中的作用，不但對(duì)從微觀上對(duì)微模塊有比較深入的理解，也從宏觀上對(duì)模塊之間的關(guān)系和整個(gè)系統(tǒng)也有較全面的了解。

2.1.3 充分發(fā)揮教師的主導(dǎo)性，提高學(xué)習(xí)效率

由于模塊的編寫(xiě)涉及的知識(shí)較多，到了程序設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，學(xué)生查找相關(guān)文檔要花費(fèi)較多時(shí)間，程序設(shè)計(jì)難度大，耗時(shí)多。對(duì)于微模塊，如果教師在知識(shí)講解后，再把該微模塊需要的相關(guān)知識(shí)凝練出來(lái)，一方面能重點(diǎn)突出，同時(shí)能加快學(xué)生的開(kāi)發(fā)速度，大大提高學(xué)生的開(kāi)發(fā)效率。通過(guò)提供除該微模塊外的整個(gè)系統(tǒng)軟件，學(xué)生設(shè)計(jì)的微模塊能在系統(tǒng)中運(yùn)行，學(xué)生更容易發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，提高了軟件調(diào)試效率。

2.1.4 目標(biāo)明確，易于評(píng)價(jià)

由于微模塊功能較為簡(jiǎn)單，目標(biāo)明確，一般能現(xiàn)場(chǎng)完成，容易形成較客觀評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，方便了教師對(duì)學(xué)生的評(píng)價(jià)，使得平時(shí)成績(jī)的考核更具有可操作性。對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握程度將直接影響微模塊的開(kāi)發(fā)，并且能得到及時(shí)評(píng)價(jià)，從而促進(jìn)了學(xué)生積極學(xué)習(xí)、積極實(shí)踐，形成良好的學(xué)習(xí)氛圍。

2.2 微模塊的構(gòu)建

2.2.1 項(xiàng)目整體功能的設(shè)計(jì)

根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，設(shè)計(jì)出能較好地涵蓋相關(guān)章節(jié)知識(shí)，開(kāi)發(fā)難度和開(kāi)發(fā)時(shí)間合適的項(xiàng)目，一般每個(gè)章節(jié)或內(nèi)聚性較強(qiáng)的幾個(gè)章節(jié)設(shè)計(jì)一個(gè)項(xiàng)目。選取的項(xiàng)目注重結(jié)合新技術(shù)，注重能較好地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，減少驗(yàn)證性內(nèi)容，增加學(xué)生自主設(shè)計(jì)的內(nèi)容。精心選取相關(guān)講解內(nèi)容，注重啟發(fā)學(xué)生思考，在基本知識(shí)學(xué)習(xí)時(shí)就強(qiáng)調(diào)學(xué)生學(xué)習(xí)的主體性，通過(guò)討論等方式促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)，努力培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、研究性學(xué)習(xí)的能力，使得學(xué)生在基本知識(shí)學(xué)習(xí)時(shí)就”躍躍欲試”想進(jìn)行相關(guān)模塊的開(kāi)發(fā)。

給出項(xiàng)目的目的、主要知識(shí)點(diǎn)、整體功能、模塊劃分以及和其他項(xiàng)目的關(guān)系等。教師課前進(jìn)行項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、編寫(xiě)和調(diào)試，形成經(jīng)過(guò)反復(fù)測(cè)試的項(xiàng)目的源代碼。通過(guò)項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)，教師更加熟悉開(kāi)發(fā)過(guò)程中的常見(jiàn)問(wèn)題，在知識(shí)講解時(shí)能重點(diǎn)加強(qiáng)，同時(shí)當(dāng)學(xué)生開(kāi)發(fā)時(shí)遇到問(wèn)題也能快速解決。教師開(kāi)完成項(xiàng)目設(shè)計(jì)后再次評(píng)估開(kāi)發(fā)難度和開(kāi)發(fā)時(shí)間，并對(duì)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)進(jìn)行必要的調(diào)整。

2.2.2 微模塊的提取

將項(xiàng)目的模塊進(jìn)行進(jìn)一步劃分，精心選取和設(shè)計(jì)一些微模塊，這些微模塊應(yīng)該能較好地覆蓋相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，重點(diǎn)突出，代碼量合適，在學(xué)生的能力范圍內(nèi)，大多數(shù)學(xué)生在課堂上能夠完成。并不需要將一個(gè)功能模塊劃分成多個(gè)微模塊，只要選取和設(shè)計(jì)較少的幾個(gè)微模塊即可，模塊的其他部分將提供給學(xué)生測(cè)試用，只要學(xué)生將微模塊的代碼加入則整個(gè)模塊便可以運(yùn)行。微模塊主要對(duì)應(yīng)關(guān)鍵原理和方法，同時(shí)微模塊的設(shè)計(jì)應(yīng)該能較好地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力。微模塊要和相關(guān)文檔結(jié)合起來(lái)，培養(yǎng)學(xué)生閱讀相關(guān)原理和協(xié)議的文檔的能力，這對(duì)創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是非常重要的，相關(guān)文檔由教師給出或提供相關(guān)主題由學(xué)生通過(guò)網(wǎng)絡(luò)或圖書(shū)館獲取。教師給出微模塊的功能、它在模塊中的作用以及和其他模塊的關(guān)系，形成較為明確的規(guī)格說(shuō)明。

2.2.3 微模塊的基礎(chǔ)知識(shí)注釋

課堂學(xué)習(xí)時(shí)間短，學(xué)生難以在短時(shí)間內(nèi)完全掌握相關(guān)原理和協(xié)議，難以快速界定微模塊所需知識(shí)并在文檔中找到對(duì)應(yīng)知識(shí)點(diǎn)。對(duì)微模塊，教師整理出相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)，包括原理、算法、協(xié)議的數(shù)據(jù)區(qū)等相關(guān)區(qū)域的值對(duì)應(yīng)的含義、協(xié)議區(qū)的計(jì)算方法等，便于同學(xué)提高開(kāi)發(fā)效率。對(duì)于有些較長(zhǎng)或需要詳細(xì)了解的知識(shí)點(diǎn)，可以指出相關(guān)參考文檔的頁(yè)碼。根據(jù)微模塊的難度，教師給出不同層次的微模塊流程圖，有的只給主流程圖，有的給出部分子流程圖，有的只給出功能需求說(shuō)明和原理，不給流程圖。在開(kāi)發(fā)時(shí)間可控的前提下，盡量提高學(xué)生自主開(kāi)發(fā)的比例。

2.2.4 采用合作開(kāi)發(fā)等方法提高學(xué)習(xí)效果

根據(jù)微模塊的難度和學(xué)生的開(kāi)發(fā)能力，決定讓學(xué)生獨(dú)立開(kāi)發(fā)還是獨(dú)立開(kāi)發(fā)和小組開(kāi)發(fā)相結(jié)合。對(duì)于代碼較少的微模塊，提倡學(xué)生獨(dú)立開(kāi)發(fā)從而提高獨(dú)立開(kāi)發(fā)能力，對(duì)難度較大的微模塊采用獨(dú)立開(kāi)發(fā)和小組開(kāi)發(fā)相結(jié)合，可以讓能力強(qiáng)一些的同學(xué)幫助弱一些的同學(xué)，同時(shí)能提高同學(xué)的協(xié)作開(kāi)發(fā)能力。鼓勵(lì)同學(xué)討論，包括設(shè)計(jì)過(guò)程中的討論和糾錯(cuò)過(guò)程中的討論，很多問(wèn)題會(huì)隨著學(xué)生一邊開(kāi)發(fā)一邊討論而逐漸明晰。

除了在一個(gè)模塊中選取較少的微模塊外，另一種方法是對(duì)模塊選取較多的微模塊，將學(xué)生分成學(xué)習(xí)小組[6]，小組內(nèi)結(jié)對(duì)開(kāi)發(fā)，每?jī)擅麑W(xué)生開(kāi)發(fā)一個(gè)微模塊，小組共同完成一個(gè)模塊的開(kāi)發(fā)，充分發(fā)揮兩人合作學(xué)習(xí)以及小組合作學(xué)習(xí)的優(yōu)勢(shì)。在微模塊的調(diào)試和運(yùn)行方面，首先將微模塊代碼加到教師給出的模塊中調(diào)試，各微模塊調(diào)試成功后，小組成員介紹各自微模塊的功能和主要開(kāi)發(fā)過(guò)程，再將小組的各微模塊和成一個(gè)模塊，進(jìn)行集成測(cè)試，小組成員共同調(diào)試和討論，從而能讓學(xué)生接觸更多微模塊的開(kāi)發(fā)，提高學(xué)習(xí)效率，發(fā)揮團(tuán)隊(duì)合作優(yōu)勢(shì)。

2.2.5 微模塊開(kāi)發(fā)經(jīng)典方法和反例的整理

學(xué)生開(kāi)發(fā)后，教師對(duì)該微模塊的經(jīng)典開(kāi)發(fā)方法進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，對(duì)常見(jiàn)的反例，特別是班級(jí)學(xué)生犯的較多的錯(cuò)誤進(jìn)行講解，分析出錯(cuò)的原因，包括基本理論錯(cuò)、算法錯(cuò)、協(xié)議錯(cuò)、編程錯(cuò)等。對(duì)微模塊開(kāi)發(fā)經(jīng)典方法的點(diǎn)評(píng)和反例的講解一般分為開(kāi)發(fā)中期和后期兩個(gè)階段，其中以開(kāi)發(fā)中期為主，可以較好地提高后期的開(kāi)發(fā)效率，使得大多數(shù)同學(xué)能完成開(kāi)發(fā)、提高開(kāi)發(fā)的質(zhì)量并在開(kāi)發(fā)中能更好地鞏固知識(shí)點(diǎn)。教師對(duì)學(xué)生開(kāi)發(fā)中遇到的常見(jiàn)困難和反例等進(jìn)行積累和整理，提高對(duì)學(xué)生的開(kāi)發(fā)過(guò)程的預(yù)見(jiàn)性，調(diào)整教學(xué)方法和教學(xué)內(nèi)容的時(shí)間分配，快速解決學(xué)生開(kāi)發(fā)過(guò)程中的問(wèn)題，同時(shí)對(duì)學(xué)生的開(kāi)發(fā)過(guò)程進(jìn)行預(yù)見(jiàn)性指導(dǎo)。

2.2.6 全功能運(yùn)行和體驗(yàn)

指導(dǎo)學(xué)生將微模塊加入整個(gè)模塊或項(xiàng)目中，觀察運(yùn)行效果、理解程序功能，分析該微模塊所起的作用，分析和理解相關(guān)模塊的功能以及和本微模塊的關(guān)系，在全功能背景下理解各模塊、微模塊的功能關(guān)系，理解項(xiàng)目的總體功能的設(shè)計(jì)和微模塊的設(shè)計(jì)，理解相關(guān)微模塊的設(shè)計(jì)使用了哪些知識(shí)點(diǎn)，提高對(duì)相關(guān)理論和技術(shù)的理解深度。項(xiàng)目的全功能運(yùn)行能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并對(duì)后繼章節(jié)的知識(shí)和功能模塊起到了預(yù)習(xí)的作用。

2.3 微模塊任務(wù)驅(qū)動(dòng)案例

2.3.1 微模塊名稱

通過(guò)射頻識(shí)別讀寫(xiě)芯片RC522讀卡序列號(hào)（防沖突階段）。

2.3.2 提供函數(shù)

1） 讀RC522寄存器。輸入：寄存器地址，輸出：寄存器值。

2） 寫(xiě)RC522寄存器。輸入：寄存器地址、待寫(xiě)入值。

3） 通過(guò)空中接口發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。輸入：待發(fā)送數(shù)據(jù)、發(fā)送數(shù)據(jù)長(zhǎng)度（以字節(jié)為單位）。

2.3.3 輸出

卡序列號(hào)、序列號(hào)位長(zhǎng)度（以位為單位），函數(shù)返回0表示正確接收到數(shù)據(jù)。

2.3.4相關(guān)寄存器[7]

1） Status2Reg：狀態(tài)寄存器2，地址08h，默認(rèn)值00h。

位3（MFCrypto1On），該位設(shè)為1將使得所有和Mifare卡的通訊被加密，僅在成功執(zhí)行MfAuthent（認(rèn)證）時(shí)被置位，應(yīng)該通過(guò)軟件清零。

2） FramingReg：面向位的幀寄存器，地址0Dh ， 默認(rèn)值 00h。

位7（startsend），置為1將發(fā)送輸入輸出緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)。

位6-位5（RxAlign），定義接收到的第一位放在輸入輸出緩沖區(qū)中的什么位置。

位2-位0（TxLastBits），定義最后一個(gè)字節(jié)發(fā)送多少位，0代表最后一個(gè)字節(jié)都發(fā)送。

3） CollReg：沖突寄存器，地址0Eh ， 默認(rèn)值不定。

位 7（ValueAfterColl），置為0則當(dāng)發(fā)生沖突時(shí)，正在接收的所有位將被清零。該位僅在106kb/s防沖突階段使用，否則應(yīng)該置1。

2.3.4 流程[8]

設(shè)置好相關(guān)寄存器后，在RC522輸入輸出緩沖區(qū)填入防沖突命令字（93h）和發(fā)送數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)（20h，表示發(fā)送2個(gè)字節(jié)，即命令字和字節(jié)數(shù)，沒(méi)有發(fā)送卡序列號(hào)的任何部分），通過(guò)空中接口發(fā)送后，如果近場(chǎng)有卡并無(wú)沖突，接收到的卡序列號(hào)（4個(gè)字節(jié)）將存在輸入輸出緩沖區(qū)中，讀取出該序列號(hào)并保存到數(shù)組cardSerialNO中，供以后各階段用。

2.3.5 相關(guān)微模塊

前驅(qū)微模塊：卡請(qǐng)求，如果近場(chǎng)有卡將返回卡的類型。

后繼微模塊：選擇卡、認(rèn)證、讀卡數(shù)據(jù)等。

3 結(jié)論

微模塊目標(biāo)明確，規(guī)模合適，對(duì)一些涉及內(nèi)容較復(fù)雜的計(jì)算機(jī)類課程，微模塊任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)能在一次教學(xué)中高效完成原理講解和微模塊開(kāi)發(fā)，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新能力。給出了微模塊的具體實(shí)施方法和案例，下一步在更多的課程教學(xué)中實(shí)施并改進(jìn)。

參考文獻(xiàn)：

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