基于項目教學(xué)法在單片機(jī)技術(shù)課程中應(yīng)用的探索

黃麗軍

（福建廣播電視大學(xué)，福建福州，350003）

基于項目教學(xué)法在單片機(jī)技術(shù)課程中應(yīng)用的探索

黃麗軍

（福建廣播電視大學(xué)，福建福州，350003）

項目教學(xué)法是一種典型的以學(xué)生為中心的教學(xué)方法袁目前在高職院校被普遍認(rèn)可它可應(yīng)用于實踐性強(qiáng)的工科課程。單片機(jī)技術(shù)又是一門理論知識相對抽象而實踐操作性很強(qiáng)的課程。試從分析傳統(tǒng)單片機(jī)教學(xué)問題入手袁結(jié)合單片機(jī)課程教學(xué)實際袁探索如何將項目教學(xué)法應(yīng)用到單片機(jī)技術(shù)課程中袁提出教學(xué)改革的幾點思考。

單片機(jī)教學(xué)曰項目教學(xué)法曰教學(xué)改革

一、引言

當(dāng)前我國的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)正在飛速發(fā)展，在電子通信、工業(yè)控制、汽車電子、智能家電、智能儀器儀表以及安防等各個領(lǐng)域里，單片機(jī)作為性價比極高的MCU被相當(dāng)廣泛地應(yīng)用著。因此一直以來在我國理工院校的應(yīng)用電子專業(yè)、機(jī)電一體化專業(yè)、通信工程及計算機(jī)技術(shù)等專業(yè)中都設(shè)置單片機(jī)技術(shù)課程為專業(yè)必修課。

自上世紀(jì)80年代后期普及開設(shè)單片機(jī)課程以來，單片機(jī)課程的教學(xué)模式相對固定的，是在教室里講授理論，到實驗室利用實驗箱做實驗。大多數(shù)學(xué)生在學(xué)習(xí)這門課程后，普遍反映學(xué)習(xí)難度很大，學(xué)習(xí)過程令人枯燥乏味，學(xué)習(xí)的主動性和積極性不足，從而也談不上通過這門應(yīng)用性很強(qiáng)的課程來增強(qiáng)自己的實際應(yīng)用和設(shè)計能力，進(jìn)而可能削弱了自己今后就業(yè)的競爭力。[1]

因此，一方面，是我國的高新企業(yè)急需一批具有單片機(jī)開發(fā)及應(yīng)用能力的人才；另一方面，是高校，特別是我們高職院校培養(yǎng)不出相應(yīng)的應(yīng)用型人才。這兩者間的巨大反差，足以促使我們授課教師積極反思，如何針對單片機(jī)技術(shù)這門課程進(jìn)行有效教學(xué)改革，提高課程的教學(xué)效果，促進(jìn)學(xué)生快速地掌握實用技術(shù)。

近些年，不少高職院校積極探索單片機(jī)課程的教學(xué)改革，從多個方面推行課程的教學(xué)，特別是實踐性環(huán)節(jié)試點改革。目前為止，項目教學(xué)法是業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)可的一種應(yīng)用于實踐性強(qiáng)的工科課程較有效的教學(xué)方法?；趯纹瑱C(jī)課程的十幾年教學(xué)經(jīng)驗，我對以項目為導(dǎo)向、以任務(wù)為驅(qū)動的教學(xué)思路有極大的興趣，對于如何將項目教學(xué)法應(yīng)用在單片機(jī)的教學(xué)，進(jìn)行進(jìn)一步的探索和思考。

二、傳統(tǒng)單片機(jī)課程的教學(xué)存在的問題

第一，學(xué)生對傳統(tǒng)教學(xué)順序的不適應(yīng)：以往的單片機(jī)教學(xué)多以傳授單片機(jī)的理論知識為主，按照教材編寫的順序，從單片機(jī)硬件基礎(chǔ)知識、指令系統(tǒng)和匯編語言程序的設(shè)計，以及接口技術(shù)及應(yīng)用實例一路講授下去，待理論教學(xué)結(jié)束后再安排實驗項目。學(xué)生在逐步學(xué)習(xí)的過程中越覺得理論學(xué)習(xí)枯燥難懂，興趣越來越小，等到實驗階段，已把前面所學(xué)的忘得差不多，因此不利于學(xué)生將課堂上學(xué)到的理論知識立即在實踐中應(yīng)用起來。

第二，當(dāng)前大部分教材不適合學(xué)生的自主學(xué)習(xí)：受普通教育教學(xué)的影響，我們在單片機(jī)教學(xué)中長期選用系統(tǒng)性和結(jié)構(gòu)性完整嚴(yán)密的教材，這些教材多側(cè)重于介紹單片機(jī)的結(jié)構(gòu)原理和各種功能以及指令系統(tǒng)編程實例等，理論性強(qiáng)而實踐指導(dǎo)弱。這對于剛剛?cè)腴T的工科學(xué)生而言，學(xué)習(xí)的過程變得枯燥刻板，無法引起興趣，更無法倡導(dǎo)自主學(xué)習(xí)，也不利于提高教學(xué)效果。

第三，當(dāng)前的實驗教學(xué)不利于學(xué)生對單片機(jī)技術(shù)的理解及應(yīng)用：傳統(tǒng)的單片機(jī)教學(xué)中，實驗內(nèi)容通常是課程理論的驗證，往往是教師給出各個實驗項目的內(nèi)容、目的、實驗步驟，甚至是實驗的硬件連線和程序，學(xué)生照著該實驗書按部就班完成就行，很少有應(yīng)用理論去解決實際問題的設(shè)計性實驗。[2]

另外，當(dāng)前的單片機(jī)課程實驗設(shè)備普遍采用高集成度的單片機(jī)實驗箱，里面按照實驗項目配置好相應(yīng)的硬件模塊，其數(shù)據(jù)線、地址線及控制線大多已連接好，地址譯碼電路及端口地址都己分配好，實驗時學(xué)生面對實驗箱不需再設(shè)計電路，只需連接幾個相應(yīng)的端口，按照參考程序輸入并執(zhí)行，觀看實驗想象，驗證實驗結(jié)果，就算完成該項實驗項目了。因此，這樣的實驗教學(xué)并不利于學(xué)生對單片機(jī)這門課的理解，也很難鍛煉學(xué)生的實際應(yīng)用能力。

三、引入項目教學(xué)法是提高教學(xué)效果的一種探索

早在上世紀(jì)90年代，世界各國的教學(xué)改革都將學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變視為重要內(nèi)容。最早在德國推出的項目教學(xué)法，其核心思想是不再把教師掌握的現(xiàn)成知識或技能傳遞給學(xué)生為最終教學(xué)目的，而是把整個學(xué)習(xí)過程分解成一個個具體的項目教學(xué)方案，在教師的指導(dǎo)下學(xué)生解決問題的途徑并逐步完成整個任務(wù)，最后師生共同進(jìn)行展示和評價。

項目教學(xué)法是一種典型的以學(xué)生為中心的教學(xué)方法，是如何引導(dǎo)學(xué)生在完成一個從理解項目要求到實際制作及調(diào)試的完整的教學(xué)活動。采用項目教學(xué)法的突出理念，是將知識傳授和技能培養(yǎng)具體操作到一個個課程項目中，理論學(xué)習(xí)和實踐操作有序地交替進(jìn)行，在不斷的實踐摸索中促進(jìn)知識的理解、消化和吸收，在提高學(xué)生學(xué)習(xí)效果的基礎(chǔ)上，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)、探索的積極性，同時也培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)能力、解決問題的能力。[3]

基于項目教學(xué)法的這種教學(xué)理念，筆者認(rèn)為，在單片機(jī)技術(shù)這門課程中采用項目教學(xué)法，將會非常有利于學(xué)生對這門課程的接受和掌握，特別是有利于學(xué)生訓(xùn)練基于單片機(jī)產(chǎn)品開發(fā)的運(yùn)用能力和工程實踐的能力。

四、項目教學(xué)法如何應(yīng)用于單片機(jī)教學(xué)中

針對文中提到的當(dāng)前單片機(jī)教學(xué)中的幾個問題，引入項目教學(xué)法應(yīng)用于單片機(jī)課程中，筆者有以下幾個方面的思考和探索。

第一，教材的調(diào)整：為了結(jié)合單片機(jī)的項目化課程改革，在教材內(nèi)容和篇章結(jié)構(gòu)上必須進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整和改進(jìn)。

新的教材結(jié)構(gòu)應(yīng)該擯棄原來的章節(jié)概念，以適度夠用為原則取舍相應(yīng)的概念和原理。以實際應(yīng)用為主，以工作任務(wù)為主線，將課程理論分解成若干個知識點再融入一個個項目和模塊中，在每個項目中導(dǎo)入相關(guān)的概念和原理，即在每一個項目的編寫中明確指出本項目所涉及的原理及概念，供學(xué)生進(jìn)行必要的理論準(zhǔn)備。

在教材內(nèi)容上根據(jù)高等職業(yè)教育的特點，選擇合適學(xué)生水平和能力且又能看到立竿見影的效果的實例項目（例如電子鐘，信號燈，廣告燈，密碼鎖等）作為載體，從簡單到復(fù)雜，將單片機(jī)課程中的總線、引腳，并行接口、存儲器、中斷系統(tǒng)、定時計數(shù)器及串行接口等片內(nèi)資源及外圍接口器件的應(yīng)用，分別融入其中，通過漸進(jìn)的學(xué)習(xí)逐步提高和完善學(xué)生的知識面。

第二，項目教學(xué)法的教學(xué)實施改變以往的單片機(jī)教學(xué)順序。

傳統(tǒng)的教學(xué)順序大多是先進(jìn)行大篇幅的循序漸進(jìn)的理論教學(xué)后，再進(jìn)行驗證性的實驗，而項目教學(xué)法是直接引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入一個個單片機(jī)項目的操作中。在實施過程中，按照從簡單到復(fù)雜的順序?qū)嵤└鱾€項目，每個項目的實施都按照項目任務(wù)的提出，項目計劃的制定，項目任務(wù)的實施，項目的檢測和評價這四個步驟進(jìn)行。[4]

在第一個步驟“項目任務(wù)的提出”中，教師先提出項目任務(wù)的目標(biāo)和要求，通過演示、案例等對學(xué)生進(jìn)行指導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生了解在該項目中用到的原理和知識點，使學(xué)生具備基本完成項目的能力。

在第二步驟“項目計劃的制定”中，在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生在分析該任務(wù)的目標(biāo)下，學(xué)習(xí)如何設(shè)計硬件電路和程序流程來實現(xiàn)該目標(biāo)的方法，進(jìn)而制定出完成該項目的實施方案，寫出方案實現(xiàn)的流程圖。在這個階段，學(xué)生以項目小組為單位進(jìn)行討論和設(shè)計，他們是方案制定的主體，而教師從中進(jìn)行個別的提示性的指導(dǎo)。

在第三步驟“項目任務(wù)的實施”中，學(xué)生按方案動手操作，在實施的過程中會不斷發(fā)現(xiàn)問題再解決問題，從而一步步接近目標(biāo)，直至完成項目任務(wù)。這個階段是整個項目教學(xué)法教學(xué)的核心階段，在不斷地實施方案中，學(xué)生通過對硬件電路的設(shè)計和反復(fù)調(diào)試，清晰地了解單片機(jī)系統(tǒng)的實際開發(fā)過程。同時，學(xué)生在操練的過程中，熟悉所涉及到的工作原理等理論部分，在循序漸進(jìn)中，直至掌握單片機(jī)的基礎(chǔ)理論和基本編程技術(shù)，進(jìn)入單片機(jī)學(xué)習(xí)的世界。

項目教學(xué)法最大的優(yōu)勢，就在于教學(xué)過程中采用理論分析和實踐操作同步交替進(jìn)行的方法，通過對理論知識的學(xué)習(xí)支持實踐操作，又通過實踐探索不斷完善對理論知識的理解和掌握。在整個項目的實施過程中，教師的講解和學(xué)生的操作也是交替進(jìn)行的，抽象觀念和直觀現(xiàn)象交錯出現(xiàn)，相互驗證，使得學(xué)生的動手能力和專業(yè)技能不斷提高。

在第四步驟“項目的檢測和評價”中，教師和學(xué)生分別對項目完成的情況進(jìn)行檢驗。師生在實驗室中對各組學(xué)生所做出的實物進(jìn)行演示，對軟硬件系統(tǒng)進(jìn)行驗證，當(dāng)學(xué)生看到自己編寫的程序應(yīng)用在設(shè)計出的硬件系統(tǒng)中，能成功實現(xiàn)相應(yīng)的功能時，肯定充滿成就感和興趣。每次檢測之后，教師立即對本次項目的實施情況進(jìn)行評價和總結(jié)，并根據(jù)學(xué)生的操作情況給予評分。

當(dāng)課程結(jié)束時，每個學(xué)生都獲得各個項目的實踐成績，最終將它們按比例計入課程的總成績。以這種分布式的過程評價，替代期末考試一次性終結(jié)考核，使考核貫穿于學(xué)習(xí)的全過程，必然將引得學(xué)生對每一次項目實施的重視，進(jìn)而改變只管期末的紙上考試、忽視平時的學(xué)習(xí)和實踐的觀念。[5]

第三，以廣告流水燈的項目制作為例，說明項目教學(xué)法的具體實施。

對于引入項目法教學(xué)的教師來說，最大的挑戰(zhàn)就是如何選擇合適的項目題目。結(jié)合單片機(jī)的課程特點和學(xué)生的接受程度，應(yīng)選擇有助于將教學(xué)過程分解為從簡單到復(fù)雜、從基礎(chǔ)到高級的循序漸進(jìn)的階段性任務(wù)，同時也有利于學(xué)生求知心理的形成，能使學(xué)生充分參與整個教學(xué)的過程中，從而提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性。

筆者率先選擇廣告流水燈的項目，原因是這個任務(wù)只涉及到端口的輸出和延時子程序的設(shè)計，硬件和軟件設(shè)計都較簡單，而通過程序的控制可以產(chǎn)生多樣的顯示效果。每個學(xué)生都可以按照自己的想法展示不同的廣告燈花樣。這個簡單易現(xiàn)的項目，既可以引發(fā)學(xué)生的興趣，又可以讓每個同學(xué)的項目成果不重樣，避免了同學(xué)之間的抄襲。

當(dāng)告知學(xué)生這個項目的任務(wù)及要求后，教師首先把關(guān)于并行接口輸入輸出的原理及相關(guān)的若干指令功能用法教授給學(xué)生，接下來教師解釋運(yùn)作方法，說明要解決的問題，逐步引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入方案的討論，如項目中哪些功能由硬件來實現(xiàn)，哪些功能由軟件實現(xiàn)，進(jìn)而討論電路的結(jié)構(gòu)和程序的流程。

在進(jìn)入方案實施階段時，教師應(yīng)進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生思考發(fā)光二極管的亮滅是怎樣通過單片機(jī)來控制的，亮滅的時間長短是由硬件控制還是用軟件延時來實現(xiàn)，如何程序控制各種花樣的流水燈等等問題。在逐步解決每一個問題的過程中，學(xué)生的成果慢慢地呈現(xiàn)出來，他們對完成任務(wù)的信心也一點一點地建立起來。最后該項目完成時，師生一起測試驗證系統(tǒng)，教師對每一組的任務(wù)完成情況逐一點評和評分，每組同學(xué)也對自己的成果及項目的全過程進(jìn)行總結(jié)評價。

五、結(jié)束語

通過項目教學(xué)法使單片機(jī)技術(shù)這門課程的學(xué)習(xí)過程，成為每一個學(xué)生作為主體積極參與的創(chuàng)造實踐活動，變成一個不斷學(xué)習(xí)更新、不斷探索前進(jìn)的富有挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)過程，在這個過程中，注重的不是最終的成績，而是實施項目完成任務(wù)的全過程，這在最終的課程評價中得到充分的體現(xiàn)。

當(dāng)學(xué)生將單片機(jī)的所有課程項目完成后，這門課程的所有知識點就基本學(xué)到了，達(dá)到了預(yù)期的學(xué)習(xí)目標(biāo)。更重要的是，學(xué)生在逐步理解和把握課程所要求的知識和技能的同時，擁有了完成一個個項目任務(wù)的成就感，增強(qiáng)了繼續(xù)探索問題的信心，激發(fā)了強(qiáng)烈的求知欲，真正提高了學(xué)習(xí)的主動性和積極性。

從理論上看，項目教學(xué)法的效果和前景非常完美，但是真正實施起來能達(dá)到預(yù)期的效果嗎？筆者認(rèn)為最大的挑戰(zhàn)在于教師。首先，教師在課程的教學(xué)中要極大地轉(zhuǎn)變教學(xué)理念和傳統(tǒng)的教學(xué)方法，將由主講轉(zhuǎn)變?yōu)橄驅(qū)Ш皖檰?，引?dǎo)學(xué)生如何在實踐中發(fā)現(xiàn)新知識，掌握新技能。其次，教師要花費(fèi)比傳統(tǒng)教學(xué)多出數(shù)倍的時間和精力，設(shè)計出適合與其所面臨的學(xué)生層次的各個項目內(nèi)容，既要符合教學(xué)大綱的基本要求，達(dá)到相應(yīng)的知識目標(biāo)和能力目標(biāo)，又能保證難易程度相當(dāng)，引發(fā)起學(xué)生的興趣，調(diào)動學(xué)生的積極性和主動性。

[1]耿秀明.項目教學(xué)法在單片機(jī)技術(shù)課程中的應(yīng)用[J].課程教育研究袁2013袁(5).

[2]胡慶芳.優(yōu)化課堂教學(xué)院方法與實踐[M].北京院中國人民大學(xué)出版社袁2014.

[3]陳爽.淺談項目教學(xué)法在高職單片機(jī)課程中的應(yīng)用[J].科技經(jīng)濟(jì)市場袁2013袁(10).

[4]王文海.項目教學(xué)法在單片機(jī)技術(shù)課程教學(xué)中的應(yīng)用與研究[J].科教導(dǎo)刊袁2011袁(5).

[5]王義和.新加坡理工學(xué)院野項目教學(xué)法冶對高職單片機(jī)課程教學(xué)改革的啟示[J].科技信息袁2011袁(33).

[責(zé)任編輯：姚青群]

TP368.1-4

A

1008-7346(2015)04-0048-04

2015-07-30

黃麗軍袁女袁福建莆田人袁福建廣播電視大學(xué)工程與農(nóng)林系副教授。