51單片機(jī)實(shí)驗(yàn)課程應(yīng)用項(xiàng)目教學(xué)法探析

梁飄

【摘 要】分析單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的不足，以制作“智能小車”為課程項(xiàng)目，探討項(xiàng)目教學(xué)法在51單片機(jī)實(shí)驗(yàn)課程中的應(yīng)用，提出將課程各章節(jié)知識(shí)融入項(xiàng)目制作過程中，通過學(xué)生親自動(dòng)手完成項(xiàng)目的形式來掌握課程的知識(shí)點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】單片機(jī) 項(xiàng)目教學(xué)法 智能小車 教學(xué)改革

【中圖分類號(hào)】G 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【文章編號(hào)】0450-9889（2016）08C-0161-02

在電子技術(shù)快速發(fā)展的時(shí)代，單片機(jī)技術(shù)在電子行業(yè)中扮演著極其重要的的角色，掌握了單片機(jī)技術(shù)，就掌握了電子技術(shù)的核心，因此，各大中專院校的電氣工程、機(jī)電工程、自動(dòng)化專業(yè)及計(jì)算機(jī)專業(yè)等電類專業(yè)都把單片機(jī)作為一門重要專業(yè)課程來抓。然而，在現(xiàn)實(shí)教學(xué)過程中，單片機(jī)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)卻存在著諸多的不足。很多學(xué)生反映該課程不好學(xué)，知識(shí)難記，程序難寫，講課內(nèi)容不好理解等。教師也反映學(xué)生剛開始認(rèn)真學(xué)，后來越來越不認(rèn)真，最后布置的練習(xí)和作業(yè)都不做，學(xué)習(xí)態(tài)度不好等，由此產(chǎn)生教師的教和學(xué)生的學(xué)達(dá)不到平衡，教學(xué)效果不理想，教學(xué)過程偏離教學(xué)計(jì)劃，達(dá)不到教學(xué)的預(yù)期培養(yǎng)目標(biāo)。本文針對(duì)上述所存在的問題，以制作“智能小車”為整門課程的大項(xiàng)目，采用項(xiàng)目教學(xué)法將課程的各章節(jié)融入項(xiàng)目制作過程中，通過做項(xiàng)目，讓學(xué)生在制作的過程中理解并掌握課程的知識(shí)點(diǎn)。

一、單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀與不足

職業(yè)院校不同于普通高等院校，職業(yè)院校的學(xué)生更是異于普通高等院校的學(xué)生。普通高等院校的學(xué)生自學(xué)能力強(qiáng)，自覺性高，相反，職業(yè)院校的學(xué)生則大多自我認(rèn)識(shí)不高，自學(xué)能力較差，自覺性不高，比較好動(dòng)。如果在職業(yè)院校教學(xué)中采用傳統(tǒng)的教學(xué)方法，教師在黑板前單純講課，或通過多媒體單純授課，學(xué)生在下面聽，即便教師講得十分生動(dòng)、精細(xì)，也許臺(tái)下的學(xué)生也是無心聽課，不能真正掌握好單片機(jī)技術(shù)。

一些教師采用計(jì)算機(jī)房進(jìn)行授課，先講一定的教材內(nèi)容，然后通過計(jì)算機(jī)演示和示范程序，讓學(xué)生按照示范程序進(jìn)行練習(xí)，然后用Proteus軟件或單片機(jī)系統(tǒng)板進(jìn)行程序仿真。此種教學(xué)方法比上述傳統(tǒng)方法好很多，但授課一段時(shí)間后卻發(fā)現(xiàn)，學(xué)生基本上是將教師的示范程序照抄一遍，然后下載到Proteus軟件或單片機(jī)系統(tǒng)板中，仿真成功后，接下來就是拿出手機(jī)開始玩游戲，沒有繼續(xù)強(qiáng)化知識(shí)的意識(shí)或精神。而那些打字慢或搬抄過程中存在錯(cuò)漏的學(xué)生，可能準(zhǔn)備下課了都沒打完字，也可能是因?yàn)橹型揪幾g錯(cuò)誤太多，又找不出錯(cuò)誤的地方，最后干脆就放棄，直接玩手機(jī)或睡覺。

為了避免上述現(xiàn)象問題的發(fā)生，提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果，我們應(yīng)該根據(jù)職業(yè)院校學(xué)生的情況，制定出符合他們特點(diǎn)的教學(xué)方法，讓他們對(duì)課程感興趣，進(jìn)而激發(fā)他們自主去學(xué)習(xí)和探索知識(shí)。

二、單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目教學(xué)法改革

經(jīng)過多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，本文對(duì)51單片機(jī)實(shí)驗(yàn)課采用項(xiàng)目教學(xué)法進(jìn)行改革，主要由以下幾個(gè)環(huán)節(jié)組成：

（一）興趣入門。心理學(xué)上有一個(gè)專業(yè)的術(shù)語叫做“初次效果”，意思是初次見面的一瞬間就能決定勝敗。這是對(duì)人說的，其實(shí)對(duì)教學(xué)課程也有同樣的效果。如果在第一次給學(xué)生上這門單片機(jī)實(shí)驗(yàn)課時(shí)，做好開頭，讓學(xué)生從一開始就對(duì)這門課充滿興趣和期待，那么，可以說，這門課程的教學(xué)就算成功三分之一了。

對(duì)本課程第一次課的教學(xué)設(shè)計(jì)，大部分教師都是簡單做自我介紹，提出課程的學(xué)習(xí)要求，然后就開始打開課本上新課。本文的設(shè)計(jì)則不同，為了做好“初次效果”，本文的第一次課沒有直接上新課，而是跟學(xué)生一起看視頻、交流和討論，通過交流與討論的形式讓學(xué)生對(duì)單片機(jī)有一個(gè)感性的認(rèn)識(shí)，再通過一定手段使學(xué)生對(duì)課程學(xué)習(xí)產(chǎn)生興趣和欲望，然后才慢慢引入新課。具體內(nèi)容如下：

1.相互認(rèn)識(shí)。先由教師簡單向?qū)W生做自我介紹，然后再對(duì)全班學(xué)生進(jìn)行點(diǎn)名，認(rèn)識(shí)班里的班干，簡單了解班級(jí)的一些基本情況。

2.看視頻。相比學(xué)習(xí)文字材料，職業(yè)院校的學(xué)生對(duì)圖片、視頻，甚至實(shí)物更加感興趣，利用這一特點(diǎn)，教師在上課前準(zhǔn)備好搬運(yùn)機(jī)器人、足球機(jī)器人、工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)焊接機(jī)器人等幾個(gè)具有代表性的視頻材料，通過多媒體播放給學(xué)生看，然后再向?qū)W生介紹這些智能機(jī)器人之所以能完成那么多智能控制功能，都是由我們即將學(xué)習(xí)的單片機(jī)芯片來控制，隨即放出單片機(jī)芯片的相關(guān)圖片。運(yùn)用此種方法，通過播放視頻和圖片的形式，將全班學(xué)生的目光吸引到屏幕上，讓學(xué)生從感官上對(duì)單片機(jī)有一個(gè)初步的認(rèn)識(shí)。

3.項(xiàng)目實(shí)物演示。此環(huán)節(jié)是第一次課的高潮部分，教師準(zhǔn)備好本門課程項(xiàng)目教學(xué)的項(xiàng)目實(shí)物——智能小車，用一紙箱裝好，等到這一環(huán)節(jié)時(shí)將它亮相在學(xué)生面前，然后試運(yùn)行給學(xué)生看，甚至讓學(xué)生親手操作智能小車，讓智能小車動(dòng)起來，最后現(xiàn)場給學(xué)生指出單片機(jī)芯片，由此激發(fā)學(xué)生對(duì)本課程學(xué)習(xí)的興趣。

4.布置項(xiàng)目任務(wù)與討論。通過以上幾個(gè)步驟后，學(xué)生對(duì)單片機(jī)已經(jīng)有一定的興趣，此時(shí)，教師粗略地講一下智能小車的大致工作原理，然后向?qū)W生宣布項(xiàng)目任務(wù)—— 制作一輛智能小車。教師將實(shí)現(xiàn)的功能和要求羅列出來，最后與學(xué)生一起討論如何去完成這個(gè)項(xiàng)目，包括硬件部分如何制作，需要用什么電路模塊，最后如何去編寫程序等，擬出一個(gè)大體的方案，調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，激發(fā)學(xué)生求知欲。

5.材料準(zhǔn)備。做完項(xiàng)目布置和討論環(huán)節(jié)后，最后一環(huán)節(jié)就是材料準(zhǔn)備的布置，要求學(xué)生列出自己項(xiàng)目所需要的材料，然后用一周的時(shí)間去準(zhǔn)備，材料可以自己制作，也可以購買現(xiàn)成模塊，這樣，學(xué)生有事可做后，也不會(huì)再覺得課程枯燥無味，相應(yīng)地學(xué)習(xí)興趣也就提高了。

（二）硬件制作。通過前期學(xué)生的材料準(zhǔn)備后，接下來就進(jìn)入硬件的制作過程。

教師將學(xué)生帶到實(shí)驗(yàn)室，通過分小組的形式進(jìn)行硬件的制作指導(dǎo)。首先對(duì)全班學(xué)生提出總的制作要求和注意事項(xiàng)，然后將全班學(xué)生分成若干個(gè)小組，再召集各組的組長進(jìn)行硬件的制作指導(dǎo)。比如，教師親自動(dòng)手示范指導(dǎo)組長們?nèi)绾窝b配智能小車的底盤，如何安裝驅(qū)動(dòng)電機(jī)和輪子，如何安裝電路板及相應(yīng)控制電路模塊等，然后再由各組長對(duì)本組的組員進(jìn)行指導(dǎo)和裝配示范，組員們按照組長的裝配方法進(jìn)行裝配。同時(shí)，教師巡視課堂，了解每個(gè)組的制作情況和進(jìn)度，對(duì)有問題或裝不對(duì)的學(xué)生進(jìn)行指導(dǎo)和提醒，最終完成項(xiàng)目的硬件裝配與制作過程。

（三）簡單驅(qū)動(dòng)。項(xiàng)目的硬件制作完成以后，教師組織學(xué)生帶上課本和智能小車進(jìn)入單片機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)室（或計(jì)算機(jī)機(jī)房），對(duì)硬件的相應(yīng)部件進(jìn)行功能測試以及程序的編寫和仿真，完成一些簡單功能的驅(qū)動(dòng)任務(wù)。

首先驅(qū)動(dòng)智能小車的運(yùn)動(dòng)部件，即驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)輪子轉(zhuǎn)動(dòng)。在驅(qū)動(dòng)之前，先給學(xué)生設(shè)一個(gè)疑問：如何讓輪子轉(zhuǎn)進(jìn)來？引發(fā)學(xué)生對(duì)本任務(wù)的思考。然后對(duì)硬件的電路及原理進(jìn)行簡單的講解，引出單片機(jī)的IO口控制知識(shí)，并提示學(xué)生翻到課本的相應(yīng)頁碼，融合課本教材相應(yīng)內(nèi)容進(jìn)行簡單的講解。接著，教師寫示范程序并下載到小車單片機(jī)中，驅(qū)動(dòng)車輪轉(zhuǎn)起來，再讓學(xué)生按此方法進(jìn)行程序的編寫和驅(qū)動(dòng)。

學(xué)生驅(qū)動(dòng)得電機(jī)讓小車跑起來后，學(xué)習(xí)興趣肯定大大提高，場面也會(huì)很熱鬧。此時(shí)，教師又提出探索性任務(wù)，提示學(xué)生如何驅(qū)動(dòng)LED指示燈亮起來，又如何實(shí)現(xiàn)燈閃鑠，以及蜂鳴器的驅(qū)動(dòng)等。通過完成這類小任務(wù)，學(xué)生去探索和驅(qū)動(dòng)其他的一些電路，達(dá)到知識(shí)拓展的目的，同時(shí)也完成單片機(jī)IO口的簡單驅(qū)動(dòng)任務(wù)。

（四）功能完善。通過以上的方法驅(qū)動(dòng)簡單電路后，學(xué)生對(duì)單片機(jī)IO口的編程和控制已經(jīng)有了一定的認(rèn)識(shí)和掌握，接下來就可以引導(dǎo)學(xué)生一步一步地將一些功能電路模塊綜合起來驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)從簡單到復(fù)雜的智能控制過程。

比如，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用紅外光電傳感器來識(shí)別路面的黑線，再控制小車的運(yùn)動(dòng)情況，如當(dāng)小車沒檢測到黑線時(shí)，小車一直向前行進(jìn)；當(dāng)檢測到黑線時(shí)，小車停止前進(jìn)。學(xué)生完成此任務(wù)后，教師又提出深一點(diǎn)要求，如當(dāng)小車沒檢測到黑線時(shí)，小車一直向前行進(jìn)；當(dāng)檢測到黑線時(shí)，小車轉(zhuǎn)彎或調(diào)頭行進(jìn)等，實(shí)現(xiàn)綜合性控制功能。

當(dāng)學(xué)生掌握這些較簡單的綜合控制功能的編程和控制方法后，再往知識(shí)較深、程序較難、單片機(jī)功能更強(qiáng)的內(nèi)容去學(xué)，比如超聲波避障功能、液晶顯示功能、定時(shí)器使用等，引導(dǎo)學(xué)生一步一步地、從簡單到復(fù)雜地學(xué)習(xí)，最終完成智能小車所有功能的實(shí)現(xiàn)，從而完成本課程主要內(nèi)容的授課與學(xué)習(xí)。

（五）考核評(píng)比。本課程的最后幾次課是項(xiàng)目完成情況的考核評(píng)比與總結(jié)。當(dāng)學(xué)生把課程項(xiàng)目的所有功能都完成后，安排一個(gè)時(shí)間對(duì)全班學(xué)生制作的項(xiàng)目進(jìn)行演示和考核評(píng)比。在教室的講臺(tái)做一個(gè)演示臺(tái)，讓每個(gè)學(xué)生將自己的項(xiàng)目作品拿到演示臺(tái)上，在全班同學(xué)面前展示和演示自己做的項(xiàng)目作品，看看所能實(shí)現(xiàn)的功能與開學(xué)初的計(jì)劃是否一致，再簡單講解作品的工作原理和制作方法，最后，教師再對(duì)作品的結(jié)果進(jìn)行點(diǎn)評(píng)和總結(jié)。

通過演示作品和教師的點(diǎn)評(píng)總結(jié)，學(xué)生不但收獲了學(xué)習(xí)成功的喜悅，也認(rèn)識(shí)了自己的一些缺陷和不足，進(jìn)而努力去彌補(bǔ)和更正。同時(shí)，教師也能從這個(gè)環(huán)節(jié)中了解到學(xué)生學(xué)習(xí)的掌握情況和教學(xué)上存在的不足，進(jìn)而對(duì)下一節(jié)課程進(jìn)行完善和改進(jìn)。

三、實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革效果分析

51單片機(jī)實(shí)驗(yàn)課項(xiàng)目教學(xué)法的教學(xué)改革，打破了傳統(tǒng)理論教學(xué)和單純Proteus軟件或單片機(jī)系統(tǒng)板仿真教學(xué)的缺陷，將整門課程改成項(xiàng)目作品的制作，再將課程內(nèi)容知識(shí)融入項(xiàng)目的制作過程中，讓學(xué)生既學(xué)會(huì)了課本知識(shí)，又掌握了知識(shí)的實(shí)際運(yùn)用，達(dá)到理論與實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)目的。

通過多年的嘗試發(fā)現(xiàn)，改革后的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，教師的教學(xué)過程輕松了很多，對(duì)學(xué)生的指導(dǎo)時(shí)間多了很多，學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和積極性更是大幅度地提高，課上睡覺或玩手機(jī)的學(xué)生大幅度地減少，更多學(xué)生將時(shí)間和精力投入到了項(xiàng)目的制作過程中，碰到問題時(shí)，學(xué)生也懂得借助網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行相關(guān)資料的查找，學(xué)會(huì)了知識(shí)的探索，最后在畢業(yè)設(shè)計(jì)中，單片機(jī)項(xiàng)目的論文尤其是單片機(jī)畢業(yè)作品都明顯多了很多。

綜上，以制作“智能小車”為整門課程的大項(xiàng)目，采用項(xiàng)目教學(xué)法將課程的各章節(jié)融入項(xiàng)目制作過程中，通過學(xué)生親自動(dòng)手做項(xiàng)目的形式，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)本課程的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，引導(dǎo)學(xué)生將理論知識(shí)應(yīng)用到實(shí)踐中，增強(qiáng)學(xué)生的技能水平和實(shí)際應(yīng)用能力，達(dá)到理論與實(shí)踐相結(jié)合的目的。經(jīng)過多年的教學(xué)實(shí)踐證明，改革后的項(xiàng)目教學(xué)法不但提高了教育教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果，而且學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣了大為提高，實(shí)際動(dòng)手能力也增強(qiáng)了。

【參考文獻(xiàn)】

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【作者簡介】梁 飄（1984— ），男，壯族，廣西靖西人，廣西大學(xué)在讀研究生，廣西理工職業(yè)技術(shù)學(xué)院助理講師，專職教師兼實(shí)驗(yàn)員。

（責(zé)編 黎 原）