單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)項(xiàng)目化教學(xué)體系的構(gòu)建與實(shí)施

張 良，徐 雷，孫長智

（亳州師范高等?？茖W(xué)校 理化系，安徽 亳州 236800）

單片機(jī)（單片微型計(jì)算機(jī)）實(shí)際上是一種將CPU（中央處理器）、存儲器和輸入輸出接口集成在一個芯片中的微型計(jì)算機(jī).單片機(jī)具有功能強(qiáng)、功耗低、體積小、可靠性高、擴(kuò)展靈活、價(jià)格低廉、使用方便、容易產(chǎn)品化等優(yōu)點(diǎn)，使其在生產(chǎn)自動化、智能儀器儀表、家用電器、實(shí)時監(jiān)控、醫(yī)用設(shè)備、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信、航空航天、國防現(xiàn)代化等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用［1-3］.

1 單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)教學(xué)現(xiàn)狀

單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)是隨著微電子技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的一門應(yīng)用科學(xué)［1］，是機(jī)電、汽車、電氣、電子、通信等所有工科專業(yè)的專業(yè)必修課［4］，該課程是開設(shè)C語言程序設(shè)計(jì)、電子線路、模擬電子技術(shù)、微機(jī)原理與接口技術(shù)課程之后，開設(shè)的后續(xù)專業(yè)課程.在內(nèi)容上，單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)重點(diǎn)介紹了MCS-51單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)和匯編語言、中斷系統(tǒng)、定時器/計(jì)數(shù)器，串行口及其應(yīng)用、系統(tǒng)擴(kuò)展、系統(tǒng)接口、系統(tǒng)開發(fā)等.

單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)主要強(qiáng)調(diào)單片機(jī)在生活及工作中的實(shí)際應(yīng)用.然而，目前的單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)的教學(xué)大多數(shù)是以教師講授為主，講授中以單片機(jī)的結(jié)構(gòu)為主線展開，其順序依次為：單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)、指令、然后是簡單的軟件編程，再到中斷的概念和應(yīng)用，最后是單片機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展和各種外圍器件的應(yīng)用，同時結(jié)合一些實(shí)例［4］，該講授順序注重強(qiáng)調(diào)理論知識體系的完整性和嚴(yán)密性，對設(shè)計(jì)硬件的綜合性分析幾乎不做講解［5］.這種教學(xué)方式注重課程本身體系結(jié)構(gòu)和前后的邏輯聯(lián)系，但卻忽略了可行性［6］，致使教師課堂上的“長篇大論”無法引起學(xué)生的興趣，結(jié)果往往是課程結(jié)束后，學(xué)生既沒有形成系統(tǒng)的概念也沒有掌握系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法［7］.這就需要教育工作者必須對這種即達(dá)不到教學(xué)目的也不能滿足實(shí)際需求的教學(xué)方式進(jìn)行改革，設(shè)計(jì)新的教學(xué)方案，探索有效的教學(xué)方法，讓學(xué)生成為教學(xué)的主體，積極地參與教學(xué)的每個環(huán)節(jié)，從而達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力的目的.

2 項(xiàng)目化教學(xué)體系的構(gòu)建

筆者根據(jù)單片機(jī)各項(xiàng)目在教學(xué)中體現(xiàn)的作用，把單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)項(xiàng)目化教學(xué)體系分為技能型項(xiàng)目、基礎(chǔ)型項(xiàng)目、綜合型項(xiàng)目3個層次：技能型項(xiàng)目培養(yǎng)學(xué)生EDA相關(guān)軟件的使用技能；基礎(chǔ)型項(xiàng)目幫助學(xué)生構(gòu)建系統(tǒng)的知識體系；綜合型項(xiàng)目培養(yǎng)學(xué)生項(xiàng)目開發(fā)的綜合能力.該教學(xué)體系中項(xiàng)目的選擇按照由易到難、由淺入深的原則，突出應(yīng)用.

2.1 技能型項(xiàng)目

技能型項(xiàng)目教學(xué)的目的主要是讓學(xué)生熟練掌握Keil、Proteus、Protel 99SE等EDA軟件工具，熟悉從項(xiàng)目的提出→使用Proteus軟件進(jìn)行電路的搭建→Keil軟件編程仿真→Protel 99 SE畫電路板→雕刻機(jī)雕刻PCB版→原器件的焊接→項(xiàng)目的調(diào)試，完成整個項(xiàng)目開發(fā)流程.具體開設(shè)的技能型項(xiàng)目見表1.

表1 技能型項(xiàng)目

在技能型類項(xiàng)目中，主要是通過單片機(jī)最小系統(tǒng)讓學(xué)生學(xué)會單片機(jī)相關(guān)軟件以及機(jī)器的使用，這些軟件和機(jī)器的使用操作流程比較固定單一，難度不大，只要給學(xué)生充足的時間練習(xí)和操作，即使對于沒有任何基礎(chǔ)的學(xué)生而言，也是可以較快地掌握該類技能.

2.2 基礎(chǔ)型項(xiàng)目

基礎(chǔ)型項(xiàng)目是針對分立項(xiàng)目進(jìn)行介紹學(xué)習(xí)，該項(xiàng)目類型主要是為了讓學(xué)生熟悉單片機(jī)的I/O端口的控制，掌握單片機(jī)中斷系統(tǒng)、定時器/計(jì)數(shù)器，串行口及其應(yīng)用重要概念.具體開設(shè)的基礎(chǔ)型項(xiàng)目見表2.

表2 基礎(chǔ)型項(xiàng)目

在基礎(chǔ)型項(xiàng)目中，項(xiàng)目之間具有一定的關(guān)聯(lián)性，每一個項(xiàng)目中都承載著單片機(jī)的重要知識點(diǎn)，把這種重要的理論知識附在實(shí)際的項(xiàng)目中，讓學(xué)生在完成項(xiàng)目的同時，理解這些復(fù)雜的概念.

2.3 綜合型項(xiàng)目

綜合型項(xiàng)目在技能型項(xiàng)目和基礎(chǔ)型項(xiàng)目的基礎(chǔ)上，按照實(shí)際工程項(xiàng)目的要求，從分析項(xiàng)目要求出發(fā)，逐步實(shí)施整個項(xiàng)目開發(fā)流程，最終達(dá)到項(xiàng)目調(diào)試完成.具體開設(shè)的綜合型項(xiàng)目見表3.

表3 綜合型項(xiàng)目

在綜合型項(xiàng)目中，每一個項(xiàng)目都能體現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)單片機(jī)應(yīng)用的能力；這些項(xiàng)目和實(shí)際工程要求一致，每一個都可以作為一個畢業(yè)設(shè)計(jì)，綜合應(yīng)用能力較強(qiáng)，對學(xué)生的要求也比較高，教師在實(shí)際教學(xué)過程中可以根據(jù)學(xué)生的單片機(jī)實(shí)際應(yīng)用能力，分層次的實(shí)施教學(xué).

3 項(xiàng)目化教學(xué)的實(shí)施

項(xiàng)目化教學(xué)的實(shí)施是整個項(xiàng)目化教學(xué)體系的核心環(huán)節(jié)，實(shí)施過程中以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)，知識點(diǎn)應(yīng)用為載體，以培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力為目的［8］，教師把學(xué)生引入項(xiàng)目工作中后退居到次要的位置，當(dāng)學(xué)生遇到問題時，并不是馬上告訴他們答案，而是引導(dǎo)學(xué)生思考解決問題的思路和方法，展開討論［9］.下面以筆者實(shí)際教學(xué)為例，探討項(xiàng)目化教學(xué)的實(shí)施過程.

項(xiàng)目化的教學(xué)體系分成了3種類型，技能型項(xiàng)目是學(xué)習(xí)單片機(jī)相關(guān)的EDA軟件，此類項(xiàng)目中的每一項(xiàng)由專門的老師來從事教學(xué).例如筆者所在院校的做法是：Proteus軟件和Keil軟件的教學(xué)由筆者來指導(dǎo)，Protel 99SE軟件教學(xué)及雕刻機(jī)使用的教學(xué)由相應(yīng)專業(yè)的教師進(jìn)行指導(dǎo)，整個技能型項(xiàng)目的教學(xué)以完成一個單片機(jī)最小系統(tǒng)為例，使同學(xué)熟練使用單片機(jī)學(xué)習(xí)所需軟件的同時，熟悉整個設(shè)計(jì)流程.分教師指導(dǎo)好處就是專業(yè)教師可以將自己從教的相關(guān)軟件講解很透徹，但是要注意教學(xué)時間的安排不能和從教老師上課時間沖突.對于雕刻機(jī)的使用，要在學(xué)習(xí)后安排專門的學(xué)生負(fù)責(zé)管理和使用.

基礎(chǔ)型項(xiàng)目和綜合型項(xiàng)目中每一個項(xiàng)目都是分步驟實(shí)施.具體步驟如下：

（1）分析項(xiàng)目任務(wù).每一個項(xiàng)目的安排都要明確任務(wù)要求，指導(dǎo)學(xué)生編寫項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案，讓學(xué)生有的放矢；一般情況是每個項(xiàng)目分成2～3個任務(wù)，任務(wù)由簡到難.

（2）學(xué)習(xí)相關(guān)知識.在明確了任務(wù)以后，教師指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)相關(guān)的知識點(diǎn).此時要教會學(xué)生查閱相關(guān)資料.

（3）用Proteus搭建電路.根據(jù)所學(xué)的相關(guān)知識，Proteus軟件搭建電路.在技能型項(xiàng)目中已經(jīng)學(xué)習(xí)了Proteus軟件，所以在搭建電路時就可以分組自行完成，對于學(xué)生不知道的相關(guān)器件名稱，教師可以作統(tǒng)一指導(dǎo)，也可以讓學(xué)生上百度查詢.

（4）Keil軟件編寫程序并進(jìn)行仿真.此過程中可以用到的語言是C語言和匯編語言，針對于學(xué)生的實(shí)際知識儲備，可以讓學(xué)生自行選擇使用哪種語言.并把編譯后.HEX文件加載到Proteus搭建的單片機(jī)電路中進(jìn)行仿真.

（5）畫PCB板.在仿真正確的前提下，按照Proteus搭建的電路圖，用Protel 99SE軟件畫PCB板.

（6）雕刻PCB板.在雕刻機(jī)上雕刻PCB板.此過程中每個同學(xué)第一次使用雕刻機(jī)時都應(yīng)該在專門負(fù)責(zé)管理和使用的學(xué)生的指導(dǎo)下完成（老師有時間，也可以老師指導(dǎo)），學(xué)生雖然已經(jīng)統(tǒng)一的學(xué)習(xí)過，由于沒有親自動手操作，還是可能會有部分細(xì)節(jié)掌握不牢固.

（7）實(shí)物安裝與調(diào)試.在雕刻好的PCB板上安裝原器件，并對焊接好的電路板進(jìn)行功能調(diào)試，直到完成項(xiàng)目任務(wù).原器件由物料儲備室的老師根據(jù)項(xiàng)目原器件清單來發(fā)放.

（8）考核.根據(jù)項(xiàng)目任務(wù)完成的情況，指導(dǎo)老師給予打分.作為此門課程的最后成績的參考依據(jù).

（9）歸納總結(jié).對項(xiàng)目任務(wù)的相關(guān)知識內(nèi)容和任務(wù)中碰到的問題做歸納總結(jié)，完善知識體系.

單片機(jī)項(xiàng)目化教學(xué)的實(shí)施過程，包含了單片機(jī)項(xiàng)目化教學(xué)的整個流程，通過此過程實(shí)施教學(xué)，可以使同學(xué)們掌握這個操作流程，并且能夠熟練地掌握技能型項(xiàng)目中的應(yīng)用軟件，同時通過基礎(chǔ)型項(xiàng)目鞏固練習(xí)，讓學(xué)生掌握單片機(jī)的各個知識點(diǎn)，最后通過綜合型項(xiàng)目對學(xué)生的單片機(jī)學(xué)習(xí)情況進(jìn)行考核.整個教學(xué)過程貫穿性強(qiáng)，學(xué)生學(xué)習(xí)起來比較容易，教學(xué)效果較好.

4 結(jié)語

本文構(gòu)建了從技能型項(xiàng)目到基礎(chǔ)型項(xiàng)目再到綜合型項(xiàng)目，逐層遞進(jìn)的項(xiàng)目化教學(xué)體系，體系中基礎(chǔ)型和綜合型項(xiàng)目都是有針對性的挑選出來的典型項(xiàng)目，按照如下流程實(shí)施：提出項(xiàng)目→分析項(xiàng)目任務(wù)要求→學(xué)習(xí)相關(guān)知識→搭建電路→電路仿真→畫PCB板→焊接原器件→電路調(diào)試完成.此單片機(jī)項(xiàng)目化教學(xué)體系和實(shí)施方案在專業(yè)教師齊心協(xié)作下，真正的實(shí)現(xiàn)了教、學(xué)、做統(tǒng)一，軟硬件統(tǒng)一，理論與實(shí)踐統(tǒng)一，培養(yǎng)了學(xué)生分析問題、解決問題的能力，同時也培養(yǎng)了學(xué)生動手能力和實(shí)踐能力.

［1］任照富，李學(xué)平.單片機(jī)原理與應(yīng)用項(xiàng)目化教程［M］.北京：中國建材工業(yè)出版社，2013.

［2］趙全利，肖興達(dá).單片機(jī)原理及應(yīng)用教程［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

［3］張暉.Proteus 在高職單片機(jī)項(xiàng)目化教學(xué)中的應(yīng)用［J］.中國科學(xué)創(chuàng)新導(dǎo)刊，2009（2）：183-185

［4］宋雪臣.關(guān)于單片機(jī)課程項(xiàng)目化教學(xué)的探索［J］.山東水利職業(yè)學(xué)院院刊，2010（4）：19-21.

［5］顧亞文，廖武華，袁道香.基于高職高專的單片機(jī)課程項(xiàng)目化教學(xué)的改革實(shí)踐［J］.計(jì)算機(jī)光盤軟件與應(yīng)用，2012（22）：246-247.

［6］楊志幫，楊樾.《單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)》在項(xiàng)目化教學(xué)中的改革與探索［J］.職教研究，2011，3（3）：38-41.

［7］蒲珊珊，孫超.高職單片機(jī)項(xiàng)目化教學(xué)的探討［J］.機(jī)電技術(shù)，2011（6）：194-196.

［8］楊曉紅.單片機(jī)新教學(xué)方法之探討［J］.科技信息，2011（1）：244-245.

［9］龍海燕，董曉紅，王姝.項(xiàng)目導(dǎo)入法在 EDA 教學(xué)中的探索［J］.成都航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2011，27（2）：29-31.