基于“項目驅(qū)動法”的單片機類課程教學(xué)探索

謝宏霖

摘要：《單片機技術(shù)與應(yīng)用》是高等院校電子類專業(yè)開設(shè)的一門專業(yè)必修課。本文結(jié)合我校單片機教學(xué)改革進行項目驅(qū)動式教學(xué)的探索。提出了基于“項目驅(qū)動法”的單片機類課程教學(xué)的新思路，大大提高了教學(xué)效率，調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，具有較高的推廣價值。

關(guān)鍵詞：單片機；項目驅(qū)動法；實踐教學(xué)

中圖分類號：G424文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1009-3044（2012）30-7290-03

《單片機應(yīng)用技術(shù)》課程是電子類專業(yè)的主干課程，也是多年來公認(rèn)的“問題課程”，學(xué)生普遍感到難學(xué)。課程內(nèi)容抽象、邏輯性強、與其他課程的關(guān)聯(lián)度大。學(xué)生除要掌握單片機的專業(yè)知識外，還要有一定的硬件電路基礎(chǔ)和較強的動手能力，以及熟練的匯編、C語言編程能力。

隨著計算機網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)、集成電路技術(shù)和計算機軟、硬件的飛速發(fā)展，單片機應(yīng)用技術(shù)的內(nèi)容與教學(xué)手段和方法都發(fā)生了很大的變化。如何充分利用多種單片機開發(fā)工具，掌握綜合運用單片機的軟硬件實用技術(shù)，為工業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究和實驗設(shè)備等領(lǐng)域的單片機應(yīng)用開發(fā)，培養(yǎng)具有技術(shù)應(yīng)用能力、創(chuàng)新精神和創(chuàng)業(yè)精神的高素質(zhì)人才，成為單片機課程教學(xué)面臨的新挑戰(zhàn)。[1]

目前國內(nèi)多數(shù)高等院校單片機課程存在理論與實踐嚴(yán)重脫節(jié)的現(xiàn)象，本文針對目前國內(nèi)高等院校電子專業(yè)單片機類課程教學(xué)中存在的問題，結(jié)合多年的教學(xué)經(jīng)驗，提出了基于“項目驅(qū)動法”的單片機類課程教學(xué)的新思路，以期為單片機類課程教學(xué)的改革提供參考。

1 項目驅(qū)動教學(xué)法教學(xué)理念

項目驅(qū)動法教學(xué)，也稱為“基于項目活動的研究性學(xué)習(xí)”。[2]這種教學(xué)方法的突出特點在于學(xué)習(xí)過程的實踐與研究活動相融合。具有幾個顯著特征：①在學(xué)習(xí)過程中，老師的“教”與學(xué)生的“做”是緊密聯(lián)系在一起的，以學(xué)生“做”為主，以老師“教”為輔的教學(xué)模式。整個教學(xué)是基于行動的過程；②老師教授實踐方法和思路，具體的實踐動手過程由學(xué)生決定（如：選用具體的元器件，電路圖的繪制，程序編寫的細節(jié)等等由學(xué)生自己選擇，充分發(fā)揮學(xué)生的能動性和創(chuàng)新性）；③學(xué)習(xí)的目標(biāo)的明確性，只有在學(xué)生清晰地意識到自身的學(xué)習(xí)目標(biāo)，斬獲與希望成果的預(yù)期時，學(xué)習(xí)才是成功的。

“教”與“練”的教學(xué)理念。[3]

項目驅(qū)動教學(xué)法是教與練的過程，是把課本的抽象知識轉(zhuǎn)換為技能訓(xùn)練的過程，教師不是將知識和理論灌輸給學(xué)生，而應(yīng)引導(dǎo)他們一步步思索探究、自己實踐。在實踐中理解知識、掌握知識。教學(xué)過程中教師充當(dāng)“教練”的角色，教給學(xué)生每個項目所要求的理論知識和學(xué)習(xí)方法后，主要是引導(dǎo)學(xué)生利用所學(xué)知識完成項目訓(xùn)練。擊球技巧和比賽規(guī)則講述完后，比賽是靠學(xué)生自己打得。項目驅(qū)動教學(xué)法強調(diào)學(xué)生為主體，提倡學(xué)生通過自我學(xué)習(xí)的方式來獲取知識。

例如：單片機中斷系統(tǒng)，教學(xué)內(nèi)容為：①簡述89S51中的5個中斷源；②外部中斷和定時器/計數(shù)器中斷的編程方法；③基本的電路搭建。而剩下的內(nèi)容如：計數(shù)數(shù)值與顯示數(shù)碼的轉(zhuǎn)換、秒表器的啟停控制、按鍵控制等，都需要老師“引導(dǎo)”學(xué)生自學(xué)，通過分析教材實例、網(wǎng)絡(luò)搜索等方式獲取解決方法，老師作為協(xié)助人員“引導(dǎo)”學(xué)生如何分析項目目標(biāo)，解決實際問題，直至完成項目要求。

2 項目驅(qū)動教學(xué)法的實施過程

2.1 項目的選取與實施

我們的項目選取本著實踐性、啟發(fā)性、典型性和目的性的原則進行設(shè)計。通過市場調(diào)研，直接選取專業(yè)性項目作為毛培，經(jīng)過移植、改造和簡化后，設(shè)計成符合當(dāng)前行業(yè)實際、學(xué)生極為感興趣的真實項目。這些項目往往蘊涵同種項目的普遍的應(yīng)用問題，學(xué)生掌握后，起到舉一反三、觸類旁通的作用。

在項目選取上以單片機應(yīng)用技術(shù)為主線，將整個課程分解成若干個項目，精心設(shè)計成三個層次的項目內(nèi)容——基礎(chǔ)性項目，系統(tǒng)性項目，綜合應(yīng)用項目。

基礎(chǔ)性項目是根據(jù)教學(xué)對象的認(rèn)知特點，站在初學(xué)者的角度來設(shè)計項目內(nèi)容的。其特點是項目功能簡單，易于實現(xiàn)，極快地調(diào)動起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和信心。

如I/O輸入輸出接口控制項目，首先給學(xué)生講解89s51單片機的4個并行口的使用，8位LED燈的硬件連接電路，然后進入KEIL51編程軟件使用，最后通過ISP在線仿真器驅(qū)動8位LED循環(huán)點亮，實現(xiàn)流水燈的效果。軟硬并重的教學(xué)模式，學(xué)生親自動手的實踐環(huán)節(jié)，調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，教學(xué)內(nèi)容簡單，學(xué)生易于實現(xiàn)，加強了學(xué)生的學(xué)習(xí)信心，調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。如圖1 基礎(chǔ)性項目簡圖。

系統(tǒng)性項目是在基礎(chǔ)性項目學(xué)習(xí)后的一個階段，學(xué)生對單片機已有一定認(rèn)識，具有一定基礎(chǔ)技能知識。這個層次主要把基礎(chǔ)層次的各個獨立、簡單的項目整合起來，并摻進一些較高的技術(shù)內(nèi)容。教師在設(shè)計項目時，將項目設(shè)計的較為靈活，給學(xué)生創(chuàng)造條件，鼓勵學(xué)生應(yīng)用多種方法實現(xiàn)項目目標(biāo)（比較各種方法的優(yōu)缺點，選擇更優(yōu)的系統(tǒng)配置，實現(xiàn)項目）。這一層次教學(xué)實施過程中應(yīng)注重、加強師生互動、團隊協(xié)作與交流的作用。突出學(xué)生的教學(xué)主導(dǎo)地位，教師作為“教練”的身份參與教學(xué)。

如LCD漢顯技術(shù)這一項目，它涵蓋了基礎(chǔ)層所以的項目知識，在此基礎(chǔ)上又引入了LCD12864顯示模塊和漢字顯示的編程方法，項目難度有了很大的提升，實現(xiàn)方法多樣化，教師負責(zé)講解顯示控制部分原理內(nèi)容，而具體顯示怎樣的圖案，則應(yīng)讓學(xué)生主動查找和獨立思考，實驗結(jié)果應(yīng)各不相同。目的是充分發(fā)揮學(xué)生的積極性和創(chuàng)新性。如圖2 系統(tǒng)性項目簡圖。

綜合應(yīng)用項目屬于綜合性設(shè)計實訓(xùn)。其特點是要求學(xué)生制作有一定技術(shù)含量的硬件作品。教師為單片機類的課程體系設(shè)計了5個綜合性的實驗項目，目的是把課程過程中所講的項目模塊銜接起來，鞏固和加強學(xué)生對單片機類課程的實踐操作能力，其項目選擇具有一定的典型性和應(yīng)用性，知識內(nèi)容可能涉及多門課程。

如圖3 綜合應(yīng)用項目簡圖所示共5個實訓(xùn)項目，學(xué)生3～5人一組，可任選其一進行設(shè)計，通過1～2周的集中實訓(xùn)來完成項目任務(wù)。這些項目涵蓋80%的課程內(nèi)容，20%的擴展知識，充分發(fā)揮學(xué)生的自學(xué)能力，培養(yǎng)他們的團隊合作意識，進一步地激發(fā)他們對單片機課程的興趣，為選拔各類電子大賽人才做好準(zhǔn)備。

2.2 軟硬件教學(xué)平臺的構(gòu)建

教學(xué)資源的構(gòu)建是實施“項目驅(qū)動教學(xué)法”的基礎(chǔ)，傳統(tǒng)的教學(xué)課件和教案資源比較單一，互動性差，不能滿足“教”與“練”的教學(xué)定位，不適合“項目驅(qū)動法”教學(xué)。為此，我們構(gòu)建了軟硬兩類教學(xué)資源平臺：軟件平臺包括：Protel教學(xué)視頻及其方案實現(xiàn)，Proteus視頻及100個Proteus設(shè)計實例程序，Keil51教學(xué)視頻及其案例程序，為了更好地適應(yīng)“項目驅(qū)動法”的教學(xué)，我們特別制作了具有模擬仿真功能的多媒體課件。硬件平臺：我們摒棄了傳統(tǒng)的單片機教學(xué)實驗箱，而是根據(jù)選取的項目要求，設(shè)計了一整套基于89S51的單片機硬件開發(fā)平臺。如8位LED燈顯示模塊，4*4鍵盤模塊，LCD12864顯示模塊，電機控制模塊等15個模塊，每個給定的項目都有成型的硬件實體，學(xué)生可借鑒、可擴展，大大地提供了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，學(xué)習(xí)效果極佳。

最后，利用現(xiàn)代化的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，整合先進的軟硬件教學(xué)資源，構(gòu)建單片機應(yīng)用技術(shù)課程的網(wǎng)上教學(xué)資源庫。全方位、一體化的為學(xué)生打造課程資源平臺。

2.3考核機制

傳統(tǒng)的考核方式是筆試，一般安排在期末集中進行，主要根據(jù)考試卷面成績來對學(xué)生進行評價.這樣的考核方法不能準(zhǔn)確反映學(xué)生的實際掌握水平，容易讓學(xué)生產(chǎn)生突擊復(fù)習(xí)、應(yīng)付考試的心理，不重視平時的學(xué)習(xí)，不適合“項目驅(qū)動法”教學(xué)的過程監(jiān)管。[4]

在“項目驅(qū)動法”教學(xué)中，學(xué)生的成績主要取決于完成項目工作的質(zhì)量和效果，由個人成績、團隊成績和教師評價組成。個人成績：圍繞項目設(shè)計過程（記錄從項目分析->知識點學(xué)習(xí)->目標(biāo)搭建->項目分工->項目完成一系列活動）的項目報告以及各階段的實施效果，考察學(xué)生對項目任務(wù)的理解、知識點的學(xué)習(xí)及應(yīng)用單片機開發(fā)工具完成相應(yīng)項目設(shè)計的能力。團隊成績：學(xué)生3～5人一組完成項目，鼓勵學(xué)生間交流、協(xié)助，共同完成項目目標(biāo)。這一成績應(yīng)體現(xiàn)學(xué)生的協(xié)作能力和團隊意識，側(cè)重于學(xué)生在完成項目目標(biāo)構(gòu)建中所起的作用，如該學(xué)生是否為團隊的核心，其學(xué)習(xí)行為及協(xié)作精神是否具有示范性。教師評價：這一成績主要取決于學(xué)生在設(shè)計項目過程中的學(xué)習(xí)態(tài)度，教師應(yīng)以激勵、鼓勵為主，以增強學(xué)生的信心。

項目考核機制不單單考核學(xué)生技術(shù)能力，其最終目的是使“項目驅(qū)動教學(xué)法”通過知識點的組合與搭建，完成理論向?qū)嵺`的轉(zhuǎn)換，通過師生間的互動交流、學(xué)生間的互助協(xié)作，進一步解決學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中遇見的問題，將項目內(nèi)容不斷充實與完善，使項目教學(xué)法質(zhì)量進一步得到提高。

3 “項目驅(qū)動教學(xué)法”效果分析

經(jīng)過多年的研究與實踐，我院單片機類課程的綜合實踐性環(huán)節(jié)取得了較好的教學(xué)效果， 成效主要體現(xiàn)在：

1）學(xué)生學(xué)習(xí)積極性顯著提高；學(xué)生普遍反映“項目驅(qū)動教學(xué)法”使單片機的課程不僅能夠?qū)W得會，而且自身主動學(xué)習(xí)熱情高，也使學(xué)生對于單片機技術(shù)有了更加直接的感官認(rèn)識，學(xué)生的動手能力、創(chuàng)新能力和綜合運用知識的能力得到提高。

2）畢業(yè)設(shè)計選題學(xué)生愿意選擇單片機類的設(shè)計題目；電子類畢業(yè)設(shè)計80%學(xué)生選題傾向于單片機。

3）電子類各級別的參賽獲獎成果顯著：2009年全國“畢昇杯”電子設(shè)計大賽全國二等獎，2011年山東省電子設(shè)計大賽二等獎等等。

4 結(jié)束語

“項目驅(qū)動教學(xué)法”能將教學(xué)內(nèi)容的理論與實踐有機結(jié)合在一起，項目完成過程是一個設(shè)計、安裝、編程、調(diào)試，培養(yǎng)學(xué)生的綜合應(yīng)用能力的完整過程。它克服了傳統(tǒng)單片機教學(xué)模式的不足，真正做到了教學(xué)以學(xué)生為主體，以實踐為中心，不僅提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，值得廣泛推廣。

參考文獻：

[1] 彭遠芳，陸勤，胡寧，等. 基于“項目驅(qū)動法”的單片機課程一體化教學(xué)的探索與實踐[J]. 計算機教育，2010（6）：78.

[2] 賀平.項目教學(xué)法的實踐探索[J].中國職業(yè)技術(shù)教育，2006，（22）：43-44.

[3] 陳玉平，林奎.《單片機應(yīng)用技術(shù)》課程教學(xué)方法改革與研究[J].武漢科技學(xué)院學(xué)報，2008（2）：92.

[4] 王海濱，龍俊波，鄧安遠.新建地方本科院校工科類青年教師工程實踐能力培養(yǎng)研究[J].電腦知識與技術(shù)，2011，6（16）：3990.