項目設計教學法在單片機類課程中的教學實踐

張玉均 李玉東 王曉衛(wèi)

河南理工大學電氣工程與自動化學院 河南焦作 454000

單片機應用技術課程是高校電子信息類專業(yè)的主干課程，也是多年來的“問題課程”。在教學過程中反映出課程內容抽象、邏輯性強、與其他課程關聯度大等特點。教學過程極易陷入難教、難學的惡性循環(huán)[1]。隨著集成電路技術和軟硬件技術的飛速發(fā)展，單片機應用技術課程的內容與教學方法都發(fā)生了很大變化。如何充分利用多種開發(fā)工具和仿真軟件，掌握單片機的綜合運用能力，是單片機課程教學中面臨的新挑戰(zhàn)。筆者依據教學過程中存在的問題和多年教學經驗進行深入探討，提出了“項目設計”教學法的新思路，以提高單片機類課程的教學質量和效率。

1 傳統(tǒng)單片課程機教學中存在的問題

目前，在部分高校單片機課程教學中，普遍存在以下幾方面的問題：

(1)教材結構不合理。多數單片機教材內容主要是依照單片機硬件結構、指令系統(tǒng)、匯編語言、系統(tǒng)接口技術順序編寫，注重了課程的學科性與系統(tǒng)性，但未考慮學生的認知特點，從而影響了學生的學習興趣。而課程的教學過程也是以教材為主線，先介紹單片機的硬件結構，指令講解和軟件編程，然后是單片機的擴展和外圍器件應用，最后是應用實例。這種教學方式使學生對復雜的電路和抽象的指令缺乏了解，從而產生難學、厭學的情緒[2]。

(2)部分教材較為陳舊，所介紹知識與實際應用不符。在部分單片機教材中，還介紹74LS273/373鎖存器、74LS244/245總線驅動器、8279鍵盤顯示器件等，這些器件在單片機的開發(fā)中已很少應用。而一些新型單片機，如支持在線編程的AT89S系列單片機，支持串口編程的STC系列單片機，32位CORTEX-M3核心的單片機，特殊功能單片機(具備語音，A/D，D/A，抗干擾，SPI擴展等)被廣泛應用[2]，但這些單片機和外圍電路在目前課堂教學中很少涉及，從而影響實際教學效果。

(3)理論教學與實踐教學嚴重脫節(jié)。在教學形式上，單片機教學多以課堂教學結合少量驗證性實驗教學為主。在教學過程中，則是先理論后實踐，或者理論與實踐分階段交叉進行，這種教學方法使理論教學與實踐教學嚴重脫節(jié)。全部教學活動結束后，許多學生也未能真正了解單片機應用及系統(tǒng)開發(fā)過程，不會使用調試工具，不會使用開發(fā)工具，無法掌握單片機系統(tǒng)開發(fā)的方法[3]。

(4)教師隊伍中缺乏高素質工程人員。長期以來，教師受傳統(tǒng)教學模式的影響，重視理論教學，輕視實踐教學。使得在工科類專業(yè)課程中，教師對提高工程素質認識不足，使得教學活動缺乏技術性、實用性和工程實踐性[2]。所以才出現將單片機課程教學演繹為以單片機為藍本的微機原理課程教學的誤區(qū)，這種紙上談兵的教學模式使許多教師在技術應用能力、工程實踐能力和科研開發(fā)能力上有缺失，致使單片機課程教學活動無法適應當今對技術人才的需求，難以培養(yǎng)出具有應用能力、開發(fā)能力和創(chuàng)新能力的高素質人才。

2 項目設計教學法的實施方案

2.1 項目的確定

單片機類課程是實踐性很強的課程，項目設計教學法則是將實踐項目與理論教學緊密聯系起來，提高學生實踐能力與理論知識水平的方法，合理的實踐項目保證了教學效果。在教學過程中，綜合考慮學生的培養(yǎng)目標和培養(yǎng)方案，以單片機課程的各知識點為依據，制定出合理的實踐項目。這些項目既能與理論相聯系，又能保留一定的發(fā)揮空間。在項目設置時，為了提高學生的興趣，則圍繞日常電子設備由淺入深，由易到難，設置10個實踐項目(見表1)。這些項目之間緊密聯系，并能逐漸增加新的知識點，最后達到課程教學的目的。

另外，實踐項目都需教師先期試做，在學生進行實驗之前先進行演示，讓學生明確目標，也對項目有全面的了解。便于學生順利地完成實驗任務。

表1 單片機類課程的實踐項目

2.2 項目的實施

項目設計教學法的實施主要分為項目確定、項目實施和項目總結3個過程。

2.2.1 項目確定

在項目確定過程中，將學生分成2～3人一組，由學生根據所學知識選擇項目(項目1～6各選做1個，項目7～10則為選做)。選好項目后，教師根據項目任務、目標及相關知識點進行講解，讓學生了解項目中的知識點和難點。最后學生根據實踐項目進行資料查閱、小組討論，提出合理的設計方案。

2.2.2 項目實施

在項目實施中以倒計時交通信號燈的設計為例說明項目設計教學法的實施過程。

(1)教學目標：要求學生根據所學知識，設計出交通信號燈控制電路，編寫相應的控制程序，完成硬件連接和系統(tǒng)調試，達到控制要求；并撰寫設計報告。

(2)項目描述：利用單片機及相關器件設計一個倒計時交通信號燈。

①基本要求：信號燈分東西、南北兩組，分別有紅、黃、綠3種顏色，并由LED顯示倒計時。具體控制要求：南北方向綠燈亮30秒后，黃燈閃3秒，紅燈亮；同時東西方向紅燈亮30秒后，黃燈閃3秒，綠燈亮，循環(huán)點亮。②創(chuàng)新部分：倒計時調整和路口緊急通過功能。

(3)實施過程：利用實驗室的設備設計調試出倒計時交通信號燈。

①硬件設計。學生根據項目要求設計出合理的電路，并根據電路在實驗箱上進行連接，完成系統(tǒng)所需電路，這是項目實施的重點。硬件設計不僅能考查學生的動手能力，還能考查學生使用儀器設備(萬用表、示波器等)的熟練程度。在此過程中，教師引導學生正確使用儀器設備，為硬件設計提供幫助，也為今后發(fā)展打下堅實基礎[3]。②控制軟件設計。教師引導學生進行模塊化軟件設計，依據項目要求將軟件分為幾個相對獨立的子程序，最后形成合理、高效的軟件結構體，這是項目實施的另一重點。通過軟件設計培養(yǎng)學生獨立思考、分析問題、解決問題和創(chuàng)造性思維的能力。③系統(tǒng)聯調。在各模塊設計完成后，對軟硬件進行聯調。調試中，引導學生分析問題、解決問題，不斷地進行軟硬件調整，實現分析問題→修正錯誤→再分析→再修正→成功的過程。通過反復調試實踐，學生的自信心和創(chuàng)造力得到進一步提升，他們的綜合能力在潛移默化中提高。

2.2.3 項目的總結驗收

項目總結驗收是項目設計教學法的重要環(huán)節(jié)。首先，學生進行自我評價，寫出項目實施的任務、目標、方法、手段、結果以及收獲和體會。然后，教師根據項目評價標準對學生作品的工藝、完成情況、評價報告等材料做出評價，評出優(yōu)劣。項目評價標準為：完成時間(10%)，完成效果(工藝10%，基本30%，創(chuàng)新10%，答辯10%，報告20%)，綜合表現(10%)。通過這種評價可以發(fā)現不同學生的長處和缺點，針對缺點引導他們再學習、再提高，以達到單片機類課程的學習要求。

3 項目設計教學法的實施效果

經過幾年的教學實踐，新的教學法在我校電類專業(yè)單片機課程教學中取得了良好效果，完全達到教學培養(yǎng)目標的要求，其具體成效主要表現在：

(1)教學效果明顯提高。項目設計教學法打破了理論教學與實踐教學的界限，使理論教學和實踐教學有機結合，提高了教學效果。此教學方式，使抽象、難學的知識點變得簡單，激發(fā)了學生的學習興趣。使學生充分利用實驗室各種資源，實現多種教學資源的有機融合[4]。

(2)學生學習主動性明顯提高。傳統(tǒng)的教學模式中，學生都是被動接受知識，而新的項目設計教學法中，學生是主動學習，學習興趣被有效激發(fā)。

(3)學生的創(chuàng)新能力得到加強。通過兩年的教學實踐，一大批學生喜愛上了單片機技術課程，并參加一些電子競賽活動。近兩年參加電子競賽的學生1000余人次，其中獲省級以上獎項100余項。可以看出，學生的實踐能力和創(chuàng)新能力得到明顯增強。

4 結束語

經過近幾年的教學實踐，項目設計教學法在單片機類課程教學中取得了良好的效果，學生的知識掌握和動手能力得到顯著提高，充分體驗了創(chuàng)新的艱辛與樂趣。通過該教學法的實施，培養(yǎng)了學生的團隊精神與合作能力，發(fā)掘了學生的創(chuàng)造潛能。通過這種教學方式的實施，學生的學習興趣得到提高，為后續(xù)專業(yè)課的學習提供了有效幫助，也為社會培養(yǎng)了大量優(yōu)秀的應用型、創(chuàng)造型技能人才。

[1]彭芳遠,陸勤.基于“項目驅動法”的單片機課程一體化教學的探索與實踐[J].計算機教育,2010(3):78-81.

[2]唐煒.基于“項目驅動”的單片機課程實踐教學改革[J].實驗室研究與探索,2010(5):130-132.

[3]貢雪梅.項目教學法在單片機原理課程設計中的應用[J].實驗技術與管理,2009(7):115-116.

[4]張素琴.論“產品導向、項目遞進”式單片機項目教學中的項目設置和內容設計[J].常州信息職業(yè)技術學院學報,2010(8):50-53.

[5]蘇檢德,何富運.“單片機應用設計”課程教學改革與實踐[J].實驗技術與管理,2011(12):148-150.