高職單片機原理與接口技術課程任務驅動式教學探析

季 峰

（武漢職業(yè)技術學院 電子信息工程學院，湖北 武漢 430074）

0 引言

建構主義認為： 知識是學習者在一定的情景下，運用合適的學習資料，借助教師和學習工具的幫助，通過意義構建的方式學習而獲得。 而符合構建主義觀點的任務驅動式教學方法是以學生為學習主體，教師為主導，通過互動方式，以完成某項具體任務為載體達到學習目的教學方法[1]。 采用任務驅動教學模式進行教學，教師教學和學生學習都是圍繞如何完成具體的任務進行的。 教師教學思路清晰，學生學習目的明確，更容易掌握學習內容。

高職教育是培養(yǎng)面向生產(chǎn)、建設、管理、服務第一線，具備必要的專業(yè)理論基礎知識和較強實踐能力的實用人才。 單片機原理與接口技術是高職電子信息專業(yè)學生所必修的一門專業(yè)課，也是學生應掌握的一門專業(yè)技能。 學好該課程，對以后的嵌入式系統(tǒng)的學習有很大的幫助，此外，也可以提高學生初涉職場的競爭力。 該課程的知識體系是在一個大的框架下分成了許多部分，具有知識點多、邏輯性強和內容抽象的特點。 而高職類院校學生的特點是：已經(jīng)具備了一定的邏輯思維能力，但抽象思維能力有待提高。 因此學生學習這門課程時，存在興趣大、但難以理解課本知識的問題。 任務驅動教學法是在一個個典型任務的驅動下，教師引導學生由簡到繁、由易到難、循序漸進地完成一系列任務的教學方法[2]。 學生在任務完成過程中，培養(yǎng)學生分析問題、解決問題的能力，構建真正屬于自己的知識技能[3]。 因此，該教學方法是一種較適用于高職電子信息專業(yè)“單片機原理與接口技術” 課程的教學方法。

1 教學任務設計

1.1 教學任務提出

在任務驅動式教學中，任務的設計應符合學生的特點[4]，這直接關系到教學的效果。 在任務的設計中，要遵循學生的知識背景和將要學習的知識點為基礎，以激發(fā)學生的學習興趣、驅動學生主動學習為出發(fā)點[5]，以學生掌握知識和技能為目的原則。 因此，所設計的任務應是合理的、科學的、系統(tǒng)的，并具有層次性、綜合性、實踐性、創(chuàng)新性等特點[6]。 其課程體系如圖1 所示。

圖1 單片機原理與接口技術課程體系Fig.1 SCM principle and interface technique course system

在“單片機與接口技術”的學習過程中，根據(jù)圖1 所示的該課程知識體系，要求學生掌握的主要內容有：匯編/c51 語言編程，單片機的串口、中斷、定時器的使用方法和單片機對外設控制系統(tǒng)的設計。 就電子信息專業(yè)類而言，利用單片機進行信息傳輸也是學生應該掌握的技能，因此學生應能根據(jù)通信協(xié)議建立起單片機的數(shù)據(jù)傳輸通道。 據(jù)此，教學要求可歸納為以下兩個方面：（1）能圍繞單片機開發(fā)控制系統(tǒng)；（2）會根據(jù)通信協(xié)議開發(fā)出相應的數(shù)據(jù)傳輸通道。 根據(jù)以上對高職類學生思維特點和“單片機與接口技術”課程體系與教學要求的分析，我們設計了如下的總體任務：通過微機終端進行數(shù)據(jù)刷新，單片機控制的信息顯示系統(tǒng)。 該任務可分解為3 個方面的內容：（1）單片機和微機的串口通信；（2）單片機對外部顯示設備控制；（3）按外設的通信協(xié)議建立起單片機與外設之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ǖ馈?可以看出，該任務滿足了高職類電子專業(yè)學生的學習要求。此外，在該總體任務的解決過程中， 要注重引導學生如何分析、發(fā)現(xiàn)、思考和解決問題，以其進一步提高教學效果。

總任務是由若干個具體的子任務構成的，其完成也是通過若干個具體子任務的實施來實現(xiàn)的。 因此有必要進一步對這些任務進行具體化描述： 單片機通過串口接收微機傳來的信息，根據(jù)約定的協(xié)議，或把該信息直接送到與單片機相連的LCD（型號1602）顯示（同時回送給微機顯示），或先把該信息存入與單片機相連的14CO2存儲器（通過I2C 協(xié)議傳輸信息），然后從14CO2讀出后，再送LCD 顯示。 這些具體任務的實施，可以使學生學會匯編語言，掌握定時器、串口通信和中斷系統(tǒng)的使用方法，能根據(jù)I2C 協(xié)議建立起通信通道。

1.2 教學任務分析

該任務實際上相當于一個由單片機控制的戶外廣告屏（這樣描述可激發(fā)學生興趣）。 可將整個任務分解為3 個子任務：A.單片機與微機間的通信；B.單片機和14CO2間的通信；C.單片機和LCD 間的通信。

子任務A 分析：主要是需要解決微機和單片機之間的通信問題。 在硬件上，需要采用Max232 把微機和單片機的串口連接起來，在軟件上，需要編寫單片機接收/發(fā)送給微機信息的程序，微機的串口通信不需要編程，可采用“串口調試助手”。

子任務A 編程所遇到的問題有：（1） 串行接口工作方式的設定；（2）串口通信比特率定時器初值和工作方式的設定；（3）單片機對微機發(fā)送結束的判斷，需要采用定時器的方式確定發(fā)送是否結束，用定時器中斷來結束接收程序。 通過對這3 個問題的解決，學生會初步掌握定時器、串口和中斷的使用方法。

子任務B 分析：14CO2是通過I2C 協(xié)議進行通信的，但是采用的89S51 單片機沒有I2C 接口，需要對單片機編寫基于I2C 協(xié)議的通信程序。

子任務B 遇到的問題及解決辦法：（1） 確定單片機的那些引腳給14CO2提供SCL、SCD 信號，這是硬件連接的問題，（2）微機和單片機通信的速率高于單片機寫14CO2的速率，需要在單片機開辟一個緩沖區(qū)，存放單片機從微機接收到的數(shù)據(jù)，當數(shù)據(jù)接收完后，再把緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)轉移到14c02 中保存。該任務的實施，可使學生掌握如何根據(jù)通信協(xié)議編寫程序，單片機RAM 區(qū)域的范圍是多少，那些地址可以作為緩沖區(qū)等知識。

子任務C 分析： 根據(jù)1602 的使用手冊編寫LCD 的驅動程序。 1602 在顯示完本屏的第一行后，可以立即顯示第二行，但顯示完第二行后需要延時一段時間再顯示下一屏的第一行。

子任務C 遇到的問題：（1）學習根據(jù)器件的手冊進行編程；（2）實現(xiàn)換行編程的技巧；在完成子任務（3）后，可以啟發(fā)學生：是不是可以在LCD 和單片機間增加一個并行接口8255，這可以作為一個課外的趣味練習。

整個任務設計比較復雜， 因此每個子任務的分析是在該子任務實施前才進行的。

2 教學任務的實施及評價

2.1 教學任務的實施

為了使學生對硬件電路的構造理解得更深刻，在任務實施的過程中，沒有采用已經(jīng)做好的電路板或試驗箱，而是要求學生把元器件或元器件的底座焊接在實驗版上，根據(jù)實驗板上單片機引腳的連接情況確定如何編程。 為避免學生焊接錯誤，在焊接前，要求學生用 Protel 軟件畫出版圖，檢驗正確后再焊接。

編程使用的是匯編語言，采用的軟件是Keil。該軟件可以對單片機內部的各寄存器、定時器、串口等進行監(jiān)測，既方便了程序的調試，又可以幫助學生初步了解單片機的工作過程，加深對單片機內部結構的認識。 在子任務（1）中單片機和微機的串口已經(jīng)通過Max232 相連，因此沒有采用傳統(tǒng)的編程器對單片機燒錄程序，而是采用新穎的ISP 在線下載編程方式。 學生可以自己動手自由地把修改后的程序下載到單片機，增加了學生的自主性。

各子任務完成后， 需要對整個系統(tǒng)進行調試。在這個過程中，教師要積極調整自己的角色，充分當好學生的助手。 這個過程是學生對以前知識進行總結、吸收和提高的重要階段。

2.2 學生完成任務后的交流評價

在學生完成任務后，應及時組織了交流和評價。在整個交流和評價過程中，堅持了公正、客觀、公平的原則。 交流和評價不僅激發(fā)了學生的成就感，激發(fā)了學生的創(chuàng)新精神， 而且促使學生進行反思，把學習到的東西進一步地系統(tǒng)化。 如：引導學生理解模塊化設計的好處； 為方便后期的調用和調試，指導學生規(guī)劃好各階段任務的入口程序。 在對交流的信息進行總結、歸納的基礎上，教師進行自我反思，查找教學中的不足， 為以后改進教學方法打下基礎。

2.3 考核方法

合理、科學的考核方法可有效緩解學生對應試教育的逆反心理，使學生不必擔心考試，從而以一個輕快的心情達到學習目的對待學習。 在本教學方法中，摒棄了傳統(tǒng)的試卷考核方式，制定出以注重學生設計能力、問題分析和解決能力、學習和應用上的創(chuàng)新能力的考核模式。 該模式把工作過程各個環(huán)節(jié)的考核標準進行量化，按量化指標對過程和結果實施考核。 具體標準是：按照子任務A、B 和C 各占權值的25%，系統(tǒng)的整體調試占權值15%，學生在任務實施和交流評價過程中的表現(xiàn)占權值的10%的方案進行綜合評價。

3 結語

本文結合單片機原理與接口技術課程的知識點、高職學生的知識背景和思維特點，提出了該課程基于任務驅動式的教學法。通過具體的任務，把抽象的知識具體化，散碎的知識系統(tǒng)化，使學生在任務實施的過程中自然掌握知識和技能。 在該教學方法中，要處理好以下幾個環(huán)節(jié)：首先，選取的任務既能反應需要掌握的知識， 也能激發(fā)學生的學習興趣。其次，任務目標明確，任務分解要闡明原因，任務分析要明晰、易懂。 另外，任務完成后的交流評價和考核方法的改革必須高度重視。 最后，要注重引導學生，培養(yǎng)其領悟、探索和創(chuàng)新能力。

[1] 劉紀信. 試析PLC 課程任務驅動教學法中任務設計的原則[J]. 黃河水利職業(yè)技術學院學報，2009(21):72-72.

[2] 戴獻軍. 技術物理基礎任務驅動教學模式的構建[J]. 技術物理教學，2009(17):9-10.

[3] 李 華. 任務驅動教學法初探[J]. 職業(yè)與教育，2009(6):29-29.

[4] 王吟雪. “任務驅動” 教學法在信息技術課中的應用[J].寧夏教育科研，2007(92):18-19.

[5] 余永輝，何莉，賀曉蓉. “電子技術”課程教學中“任務驅動”教學模式的構建[J]. 中國電力教育，2009(130):81-81.

[6] 李慶武. “任務驅動”教學法的探討[J]. 中國科技信息，2009(2):202-203.