基于項目的單片機(jī)教學(xué)改革探索

馮 毅 ，何建民 ，劉湘屏

（1．安徽水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 合肥 230601；2．合肥工業(yè)大學(xué)，安徽 合肥 230009）

基于項目的單片機(jī)教學(xué)改革探索

馮 毅1，何建民2，劉湘屏1

（1．安徽水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 合肥 230601；2．合肥工業(yè)大學(xué)，安徽 合肥 230009）

針對高等院校單片機(jī)教學(xué)方面存在的問題展開研究，提出以項目為導(dǎo)向、工學(xué)結(jié)合的單片機(jī)教學(xué)改革模式，有利于電子、機(jī)電等專業(yè)的學(xué)生提高綜合素質(zhì)和技能，力圖使單片機(jī)教學(xué)適應(yīng)社會發(fā)展的需要。

單片機(jī)；教學(xué)改革

現(xiàn)代社會，單片機(jī)以其體積小。嵌入性好、良好的性價比，使其在各個行業(yè)得到了非常廣泛和深入的應(yīng)用。使用、掌握好單片機(jī)技術(shù)，有利于電子、機(jī)電等專業(yè)的學(xué)生提高綜合素質(zhì)和能力，適應(yīng)社會需要。

1 單片機(jī)教學(xué)存在的問題

1.1 單片機(jī)教學(xué)基本情況

單片機(jī)課程，不單是一門基礎(chǔ)理論課，而且是一門涉及微機(jī)原理、模電、數(shù)電、匯編語言、C語言、機(jī)械、電子等多學(xué)科，實踐和應(yīng)用性很強(qiáng)的綜合性課程，是電子、機(jī)電等專業(yè)的核心課程。學(xué)習(xí)本門課程的基礎(chǔ)是《電工基礎(chǔ)》、《電子技術(shù)》、《C 語言及程序設(shè)計》、《檢測與傳感技術(shù)》等，單片機(jī)課程又是學(xué)習(xí)《可編程序控制技術(shù)》、《計算機(jī)控制技術(shù)》及培養(yǎng)學(xué)生在電子、機(jī)電工業(yè)控制中的工程系統(tǒng)思維和分析、解決問題的職業(yè)綜合能力、動手操作和技術(shù)創(chuàng)新的職業(yè)能力的基礎(chǔ)，更是學(xué)生將來從事相關(guān)電子、機(jī)電工業(yè)控制領(lǐng)域的堅實基礎(chǔ)，為將來進(jìn)行各種智能化控制產(chǎn)品的設(shè)計和開發(fā)提供堅實的技術(shù)儲備。[1]

1.2 教學(xué)中存在的問題

1.2.1 教學(xué)內(nèi)容理論性強(qiáng)，教學(xué)缺乏針對性

在單片機(jī)教學(xué)過程中，教學(xué)內(nèi)容基本沿襲傳統(tǒng)學(xué)科教學(xué)模式，理論性強(qiáng)，教師基本上以一些具體的型號芯片（如51系列芯片）為例講解復(fù)雜電路，學(xué)生認(rèn)識模糊，難以理解。高等職業(yè)院校的學(xué)生兩極分化比較嚴(yán)重，部分學(xué)生基礎(chǔ)較弱，缺乏學(xué)習(xí)主動性、積極性，邏輯思維、分析能力不強(qiáng)，由于單片機(jī)課程涉及電路、數(shù)電、模電、程序設(shè)計等多學(xué)科，知識牽連性較廣泛，不同學(xué)生個體相關(guān)知識掌握程度差別較大，因而在單片機(jī)軟硬件分析與設(shè)計上都存在問題,從而導(dǎo)致部分學(xué)生似懂非懂，感到單片機(jī)學(xué)習(xí)困難，產(chǎn)生厭學(xué)情緒。

1.2.2 工學(xué)結(jié)合力度不夠，學(xué)生綜合能力弱

理論教學(xué)和實驗教學(xué)的相脫節(jié)，各自為政，自成體系，教學(xué)中沒有很好與實際特別是和具體項目結(jié)合起來，只限于簡單模仿性、驗證性的訓(xùn)練，顧名思義，就是照葫蘆畫瓢，學(xué)生按示意圖連接電路，下載系統(tǒng)或老師編好程序，觀察運(yùn)行結(jié)果，缺乏分析和理解，從而不能形成一個完整的習(xí)得體系，無法觸類旁通，導(dǎo)致學(xué)生缺乏思路、生搬硬套、實踐鍛煉不夠充分,綜合技能難以提高，與社會需要的合格人才相去甚遠(yuǎn)。

2 基于項目的單片機(jī)教學(xué)改革

2.1 教學(xué)改革的總體思路

近年來，為適應(yīng)社會發(fā)展需要，高等教育走上了堅持“以服務(wù)為宗旨，以就業(yè)為導(dǎo)向，走產(chǎn)學(xué)研結(jié)合的發(fā)展道路”。[2]要建立寬基礎(chǔ)、活模塊，以能力為本位，工學(xué)結(jié)合的教學(xué)模式，培養(yǎng)出來的學(xué)生既有理論知識，又有較強(qiáng)的專業(yè)崗位實踐能力的“專才”，是能夠勝任一線崗位要求和具備較高綜合能力的復(fù)合型應(yīng)用人才。根據(jù)這些要求，我們提出了單片機(jī)教學(xué)改革的總體思路是打破以知識傳授為主要特征的傳統(tǒng)學(xué)科課程模式，從“項目教學(xué)”分析出發(fā)，設(shè)定職業(yè)能力培養(yǎng)目標(biāo)，變書本知識的傳授為動手能力的培養(yǎng)，開發(fā)基于工作過程的項目課程，以工作任務(wù)（項目）為中心組織課程內(nèi)容，讓學(xué)生在完成具體項目的過程中來構(gòu)建相關(guān)理論知識，并發(fā)展職業(yè)能力。

單片機(jī)課程根據(jù)工廠實踐與單片機(jī)產(chǎn)品的工作項目為線索來設(shè)計典型案例，使其內(nèi)容涉及單片機(jī)接口技術(shù)、單片機(jī)定時/計數(shù)功能、單片機(jī)串行通信、單片機(jī)顯示、機(jī)器人綜合控制等幾個學(xué)習(xí)項目。課程內(nèi)容突出對學(xué)生職業(yè)能力的訓(xùn)練，理論知識的選取緊緊圍繞工作項目完成的需要來展開。

2.2 教學(xué)內(nèi)容項目化、情境化

根據(jù)教改思路，借鑒德國“雙元制”教學(xué)模式，根據(jù)學(xué)科的發(fā)展和教師的科研工作經(jīng)驗，進(jìn)行“基于工作過程系統(tǒng)化的課程”[3]的教學(xué)改革，以實際產(chǎn)品為載體，研討設(shè)立具體的項目，將學(xué)科體系的知識解構(gòu)，再進(jìn)行行動體系的重構(gòu)，不斷用新的內(nèi)容、新的方式充實教學(xué)活動。[4]

具體地單片機(jī)教學(xué)設(shè)置為兩個學(xué)習(xí)情境，一是基本編程能力與軟硬件調(diào)試能力訓(xùn)練，二是單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計能力與系統(tǒng)創(chuàng)新能力訓(xùn)練，每一個學(xué)習(xí)情境有幾個項目組成，層層遞進(jìn)，每個項目的學(xué)習(xí)都按以典型案例為載體設(shè)計的活動來進(jìn)行，以工作任務(wù)為中心整合理論與實踐，實現(xiàn)理論與實踐的一體化，教學(xué)設(shè)計如圖1所示。

圖1 單片機(jī)課程教學(xué)設(shè)計

2.3 教學(xué)方法和手段立體化

1．在教學(xué)過程中，應(yīng)立足于加強(qiáng)學(xué)生實際操作能力的培養(yǎng)，采用項目導(dǎo)向教學(xué)、小組合作討論法，以項目引領(lǐng)提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生的成就動機(jī)。

2．單片機(jī)課程教學(xué)的關(guān)鍵是通過典型的活動項目，由教師提出要求或示范，組織學(xué)生進(jìn)行活動，注重“教”與“學(xué)”的互動。

3．在教學(xué)過程中，根據(jù)項目任務(wù)，應(yīng)加大實踐實操的容量，使學(xué)生盡可能多掌握單片機(jī)控制軟件與硬件設(shè)計和使用方法，提高學(xué)生的實踐動手能力。

4．在教學(xué)過程中，應(yīng)用多媒體、投影、C51計算機(jī)仿真、網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)、教學(xué)資源輔助教學(xué)，幫助學(xué)生理解單片機(jī)編程方法、硬件連接方法及機(jī)器人控制方法。

5．在教學(xué)過程中，要重視本專業(yè)領(lǐng)域新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備發(fā)展趨勢，努力培養(yǎng)學(xué)生參與社會實踐的創(chuàng)新精神和職業(yè)能力。

6．教學(xué)過程中教師應(yīng)積極引導(dǎo)學(xué)生提升職業(yè)素養(yǎng)，培養(yǎng)良好的職業(yè)道德。

2.4 教學(xué)過程項目化，提高學(xué)生綜合能力

2.4.1 理論和實踐教學(xué)項目化

上理論課時不應(yīng)只是簡單的介紹某一種型號芯片的功能和工作原理，上實踐課時不應(yīng)只是簡單模仿性、驗證性的訓(xùn)練和驗證，而是結(jié)合相應(yīng)項目，給學(xué)生講解單片機(jī)芯片的原理和功能，引導(dǎo)學(xué)生思考，提出方案，試著去發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，同時在項目的教學(xué)和實施過程中，讓學(xué)生主動去探索思考，激發(fā)學(xué)生的主觀能動性和創(chuàng)新能力，教師應(yīng)想方設(shè)法盡力做到讓學(xué)生把理論知識運(yùn)用到項目實踐中，在項目的實施過程中，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)和技能。如圖2所示，在“搶答器的設(shè)計與制作”的項目開展過程中，完成單片機(jī)的教學(xué)任務(wù)。

圖2 搶答器的設(shè)計與制作

1.項目描述和提供資料。描述搶答器的功能：8個人能同時搶答；誰先按下?lián)尨鸢粹o，誰旁邊的燈亮；在大顯示屏上顯示搶答人的編號。老師提供與項目相關(guān)的單片機(jī)的知識和技能、搶答器基本原理圖和相關(guān)單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)資料。

2.項目計劃。根據(jù)設(shè)計要求，選擇確定設(shè)計方案，分析并實現(xiàn)原理圖；確定本工作任務(wù)需要使用的工具和輔助設(shè)備。

3.項目決策。鼓勵引導(dǎo)學(xué)生利用教材、網(wǎng)絡(luò)等多種渠道收集資料，主動學(xué)習(xí)，分小組討論，分析闡述各自對搶答器電路的理解和軟件設(shè)計思路；在老師指導(dǎo)下確定最終設(shè)計方案和設(shè)計電路；并分解任務(wù)到小組的每一個成員。

4.項目實施過程。設(shè)計前的準(zhǔn)備工作；設(shè)計時要注意的事項；電路流程的選擇和主要注意事項；搶答器電路的元件的選擇和注意事項；對設(shè)計好的原理圖進(jìn)行檢測和排除錯誤；對設(shè)計好的程序進(jìn)行檢測和排除錯誤處；對整個項目實施過程進(jìn)行完整記錄。

5.項目檢查與評價。通過學(xué)生填寫檢查單、教師填寫評價表、學(xué)生撰寫搶答器的設(shè)計說明書、小組匯報材料、自我評價、項目產(chǎn)品顯示等多種手段評價學(xué)生能否正確描述項目實施原理，正確理解和設(shè)計項目程序，能否在試驗裝置上獨(dú)立完成項目。

6.項目總結(jié)。通過學(xué)生互評和老師點(diǎn)評的結(jié)果，學(xué)生結(jié)合自身完成情況及發(fā)生的問題，提出改進(jìn)方案和提高效率的建議，為今后的改進(jìn)和提高做準(zhǔn)備；整理相關(guān)資料，列表說明項目資料及資料來源，注明存檔情況。

2.4.2 課外活動項目化

充分利用業(yè)余時間和第二課堂，以單片機(jī)興趣小組的形式，組織學(xué)生組成開發(fā)團(tuán)隊，每個團(tuán)隊配置一定單片機(jī)開發(fā)設(shè)備,經(jīng)費(fèi)可由系部和學(xué)生共同合理分擔(dān)，在單片機(jī)創(chuàng)新工作室或?qū)嬍依锿瓿赡硞€單片機(jī)項目的設(shè)計與開發(fā)，指導(dǎo)老師穿插其中指導(dǎo)，以項目為導(dǎo)向，有針對性讓學(xué)生做一些小規(guī)模單片機(jī)產(chǎn)品。利用課余時間進(jìn)行動手能力的培訓(xùn)、實驗和設(shè)計，更有利于學(xué)生綜合素質(zhì)和能力的提高，形成一個良好的學(xué)習(xí)氛圍。如圖3所示，課外指導(dǎo)學(xué)生完成“有緊急優(yōu)先處置權(quán)的交通燈”項目，充分利用課外活動來調(diào)動、發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，提高自身綜合能力。

圖3 交通燈的設(shè)計與制作

2.4.3 競賽激勵項目化

1.競賽培養(yǎng)興趣，激勵學(xué)生

興趣是創(chuàng)造的源泉，也是主動學(xué)習(xí)的不竭動力源泉。[5]在競賽項目實施過程中，可以讓學(xué)生主動參觀歷屆學(xué)生的優(yōu)秀單片機(jī)項目成果展和各類獲獎證書文件，以及教師在工作崗位取得的成績，給學(xué)生樹立學(xué)習(xí)的榜樣和將要達(dá)到的目標(biāo)，使學(xué)生提高學(xué)習(xí)興趣，主動去探索單片機(jī)的知識，并以此作為動力來激勵自我，進(jìn)一步提升今后自我發(fā)展的空間。

教師在這個過程中的作用，不是全盤承包，而是引導(dǎo)、指導(dǎo)和幫助學(xué)生，小項目設(shè)計與制作可以通過小組討論、老師點(diǎn)評完成；稍大的系統(tǒng)設(shè)計與制作，則需要給學(xué)生提供一定解決問題的思路，讓學(xué)生充分利用網(wǎng)絡(luò)、圖書館等各種渠道去查閱資料，博采眾長，讓學(xué)生自己提出初步的設(shè)計方案,反復(fù)論證這個過程，從而最終完成正確的設(shè)計和制作方案。如圖4所示，通過參與自動機(jī)器人設(shè)計與制作競賽，讓學(xué)生了解單片機(jī)發(fā)展的前沿和趨勢，掌握單片機(jī)的控制技術(shù)，在項目的實施過程中，激勵學(xué)生學(xué)習(xí)單片機(jī)的興趣，提高運(yùn)用知識來解決問題的綜合素質(zhì)和能力。

圖4 自動機(jī)器人平臺控制系統(tǒng)組成框圖

2.競賽引導(dǎo)，提高綜合技能日常單片機(jī)學(xué)習(xí)，學(xué)生一般按照課本流程和教師安排的項目流程，一個小項目一個小項目的進(jìn)行學(xué)習(xí)的，缺乏連貫性、完整性和系統(tǒng)性。因此參與技能競賽,

讓學(xué)生從頭到尾，參與一個相對較完整的項目的設(shè)計和開發(fā)，以賽促學(xué),以賽促練，這對于鍛煉學(xué)生自己的能力，提高主動性和綜合技能，效果非常顯著。單片機(jī)競賽題目定的很寬泛,只羅列了基本的功能要求,這就為學(xué)生發(fā)揮想象力提供了自由翱翔的空間。在競賽的觸動下，學(xué)生按要求，自己去查閱資料來定方案，圍繞基本功能和要求，充分發(fā)揮想象，來增加附加功能。通過這樣的競賽，使學(xué)生對單片機(jī)、數(shù)電、模電、程序設(shè)計等相關(guān)學(xué)科的知識進(jìn)行高效率的運(yùn)用和提升,進(jìn)而結(jié)合實際競賽方案來設(shè)計制作，從而使自己的單片機(jī)水平達(dá)到一個新的高度。

2.5 考核過程多樣化

傳統(tǒng)的以期末總結(jié)性考試和閉卷考試為主的考核方式難以適應(yīng)高等人才綜合能力培養(yǎng)的要求，其弊端顯而易見。單片機(jī)考核應(yīng)該實現(xiàn)了由“知識本位”到“技能能力本位”轉(zhuǎn)變，建立以考核知識的應(yīng)用、技能與綜合能力水平為主的，平時考核與期末總結(jié)性、鑒定性考試并重的，由多種考核方式構(gòu)成、時間與空間按需設(shè)定的考核綜合評定成績的課程考核體系。[6]

我們采用了以平時項目性考核為主，期末總結(jié)性考試為輔的考試模式。其中平時項目性考核采用項目設(shè)計作業(yè)/作品、抽查答辯(口試)和課內(nèi)實驗實訓(xùn)操作技能考核相結(jié)合的方法，主要在各環(huán)節(jié)考核學(xué)生平時在實施項目時表現(xiàn)出的綜合能力，同時注重對專業(yè)技能、學(xué)習(xí)態(tài)度、職業(yè)操守、團(tuán)隊合作精神等社會能力的評價，成績占60-70%，期末總結(jié)性考試采用閉卷考試的方法，主要考核學(xué)生掌握知識的多少，成績占40-30%。

上述考核方法的改革實踐，突出了單片機(jī)知識的應(yīng)用、技能與綜合能力的考核，體現(xiàn)了以知識的應(yīng)用、技能與綜合能力的掌握為“主線”的高等教學(xué)特征，推動了教學(xué)改革，使學(xué)生的綜合能力得到提高。

3小 結(jié)

針對單片機(jī)教學(xué)的不足，本文提出了將工作項目教學(xué)模式運(yùn)用到單片機(jī)教學(xué)改革中，并在許多方面付諸于實踐，從而使單片機(jī)學(xué)習(xí)過程變成學(xué)生積極主動參與其中，并在項目實踐過程中理解、掌握單片機(jī)知識和融會貫通，提高了學(xué)生綜合素質(zhì)和技能，許多學(xué)生在國家、省、市比賽中取得了優(yōu)異成績。但在教改中，也暴露出另外一些問題，如學(xué)生傳統(tǒng)習(xí)慣和思維的存在，教師素質(zhì)隊伍建設(shè)滯后等問題，但我們堅信，這些問題都是改革和發(fā)展中面臨的新情況，隨著教學(xué)改革的不斷深入，都能予以解決，實現(xiàn)適應(yīng)社會發(fā)展的教育目標(biāo)。

[1]程繼興.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].北京：中國傳媒大學(xué)出版社，2007：5-12.

[2]CEAC信息化培訓(xùn)認(rèn)證管理辦公室.單片機(jī)應(yīng)用[M].北京:高等教育出版社,2006：34-39.

[3]周根榮,姜平,李俊紅.單片機(jī)課程教學(xué)模式的探討[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報，2006,(10)：33-35.

[4]戴士弘.職業(yè)教育課程教學(xué)改革[M].北京：清華大學(xué)出版社，2007：131-134.

[5]尤拯.項目教學(xué)法在電氣控制教學(xué)中的應(yīng)用與實踐[J].職業(yè)教育,2007,6:29-31.

[6]何克抗.建構(gòu)主義的教學(xué)模式、教學(xué)方法與教學(xué)設(shè)計[J].北京師范大學(xué)學(xué)報(社會科學(xué)版),1997,(5):74-81.

The Exploration of SCM Teaching Reform Based on Projects

Feng Yi1,He Jianmin2,Liu Xiangping1
(1.Anhui Technical College of Water Resources and Hydroelectric Power,Hefei 230601,China;2.Hefei University of Technology,Hefei 23009,China)

Based on the research of the problems existing in single chip machine (SCM)teaching in higher vocational colleges,the thesis explores the project-oriented SCM teaching reform mode of integrating work with learning so as to improve the overall qualities and abilities of the students majoring in electronics and electro-mechanics and make SCM teaching meet the requirement of social development.

higher vocational education;single chip machine;teaching reform

G642.0

A

1672-447X（2011）03-0111-004

2011-03-28

安徽省教育廳教學(xué)研究項目（2008jyxm205）;安徽水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院教研重點(diǎn)項目（2008XJ09）

馮毅（1975-），安徽績溪人，安徽水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，碩士，研究方向為信息管理、單片機(jī)控制；

何建民（1961-），安徽桐城人，合肥工業(yè)大學(xué)管理學(xué)院副教授，碩士生導(dǎo)師，博士，研究方向為信息管理；

劉湘屏（1975-）安徽懷寧人，安徽水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，碩士，研究方向為管理科學(xué)。

胡德明