項(xiàng)目式教學(xué)法在“單片機(jī)原理與接口”課程中的創(chuàng)設(shè)與運(yùn)用

李悅晨 耿麗清

[摘 要] 單片機(jī)原理與接口是自動(dòng)化類、電子信息類、機(jī)器人類等專業(yè)領(lǐng)域的核心基礎(chǔ)課程，其課程相關(guān)理論知識(shí)抽象，并具有高度綜合性和實(shí)踐應(yīng)用性等特點(diǎn)，學(xué)生理解非常困難，傳統(tǒng)灌輸式的教學(xué)方法效果較差?；诖耍瑢㈨?xiàng)目式教學(xué)法應(yīng)用于單片機(jī)原理與接口課程中，創(chuàng)設(shè)與運(yùn)用教學(xué)做一體化教學(xué)模式，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)與探索的積極性，增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力，有效提高教學(xué)效果。

[關(guān) 鍵 詞] 單片機(jī)原理與接口；項(xiàng)目式教學(xué)法；教學(xué)做一體化

[中圖分類號(hào)] G712 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A [文章編號(hào)] 2096-0603（2018）21-0096-02

一、引言

單片機(jī)原理與接口課程在眾多學(xué)科領(lǐng)域都有所涉及，其先行課程包括電路基礎(chǔ)、數(shù)電、模電、C語言等，具有很強(qiáng)的綜合性與實(shí)踐性。同時(shí)，單片機(jī)芯片的高速發(fā)展與眾多科技領(lǐng)域的使用，讓單片機(jī)課程在學(xué)生的學(xué)習(xí)乃至日后的工作中變得極其重要。面對(duì)客觀存在的問題，項(xiàng)目性教學(xué)法的引入與“教學(xué)做”一體化教學(xué)模式系統(tǒng)的綜合運(yùn)用成為提高學(xué)生綜合能力的利器。

二、當(dāng)前單片機(jī)原理與接口教學(xué)中存在的問題

（一）從教學(xué)理念來看，傳統(tǒng)教學(xué)模式重理論傳授、輕能力培養(yǎng)

理論教學(xué)作為傳統(tǒng)的教學(xué)方法在單片機(jī)課程中占很大一部分課，講授的主要內(nèi)容包括MCS-51單片機(jī)硬件系統(tǒng)、并行輸入輸出電路、C語言、中斷系統(tǒng)等。單片機(jī)的理論教學(xué)方法也較為單一，多數(shù)教師以講授知識(shí)為主，不太注重學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)。大部分學(xué)生動(dòng)手能力較差，對(duì)單片機(jī)的一些抽象概念很難理解，致使教師在教學(xué)過程中困難不斷，學(xué)生在學(xué)習(xí)中也經(jīng)常出現(xiàn)知識(shí)點(diǎn)銜接不上、編程錯(cuò)誤頻出等問題。

（二）從實(shí)踐環(huán)節(jié)來看，理論與現(xiàn)實(shí)嚴(yán)重脫離

傳統(tǒng)的單片機(jī)課程的理論教學(xué)課時(shí)大大超過實(shí)驗(yàn)課時(shí)，在實(shí)驗(yàn)課程上安排少量課時(shí)，且每個(gè)實(shí)驗(yàn)連貫性不強(qiáng)，也很難與理論教學(xué)的進(jìn)度相匹配。實(shí)驗(yàn)課程可以把這些枯燥無味的知識(shí)讓學(xué)生在做中學(xué)，但實(shí)驗(yàn)課時(shí)安排得過少致使很多重難點(diǎn)知識(shí)的學(xué)習(xí)與運(yùn)用不夠全面和系統(tǒng)，很難提高學(xué)生對(duì)單片機(jī)的現(xiàn)實(shí)工程應(yīng)用能力。

（三）從考核方式來看，考核單一，學(xué)生能力不能充分體現(xiàn)

現(xiàn)如今單片機(jī)課程采取的考核方式主要是期末閉卷筆試考試，且考試成績(jī)占總成績(jī)的大部分。面對(duì)這種考核方式，會(huì)有學(xué)生不重視日常學(xué)習(xí)，養(yǎng)成臨近期末考試突擊和死記硬背等學(xué)習(xí)習(xí)慣。只通過一張?jiān)嚲碓u(píng)定一個(gè)學(xué)生對(duì)單片機(jī)這門綜合性如此強(qiáng)的課程的整體學(xué)習(xí)情況是片面的、不夠科學(xué)的。

三、“教學(xué)做”一體化教學(xué)模式的創(chuàng)設(shè)與運(yùn)用

“教學(xué)做”一體化教學(xué)模式是將理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)有機(jī)結(jié)合，教師的教和學(xué)生的學(xué)高度融合，如下圖所示。在一體化教學(xué)改革過程中，改變傳統(tǒng)教學(xué)的章節(jié)次序，對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行歸納整理，加入大量的典型實(shí)例，對(duì)教學(xué)內(nèi)容重新整合[1]。

（一）項(xiàng)目式教學(xué)法案例

項(xiàng)目式教學(xué)法就是師生通過共同完成一個(gè)完整獨(dú)立的學(xué)習(xí)項(xiàng)目，形成知識(shí)傳授的一種新型教學(xué)方法。在項(xiàng)目式教學(xué)法中教師的主要任務(wù)包括項(xiàng)目設(shè)計(jì)、項(xiàng)目實(shí)施中的監(jiān)督與指導(dǎo)、項(xiàng)目成果的批改與總結(jié)、項(xiàng)目評(píng)價(jià)等。教師在設(shè)計(jì)項(xiàng)目時(shí)應(yīng)當(dāng)注意項(xiàng)目要具備可實(shí)施性；難度不可過大或過?。蛔詈蟮脑u(píng)定應(yīng)該是全面客觀的。使用項(xiàng)目教學(xué)法，要求學(xué)生能夠解決新問題，從方案提出到項(xiàng)目實(shí)施都由學(xué)生去完成，而教師所起的作用是協(xié)助指導(dǎo)作用，學(xué)生在整個(gè)過程中都起到主導(dǎo)作用[2]。

1.項(xiàng)目整體設(shè)計(jì)方案

本文以智慧校園系統(tǒng)設(shè)計(jì)項(xiàng)目為例，解釋項(xiàng)目式教學(xué)法實(shí)施中應(yīng)該包括哪些重要部分。智慧校園指的是以物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的智慧化的校園工作、學(xué)習(xí)和生活一體化環(huán)境，將教學(xué)、科研、管理和校園生活進(jìn)行充分融合[3]。智慧校園項(xiàng)目的主要教學(xué)目的是掌握利用單片機(jī)和傳感器搭建數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、掌握單片機(jī)與PC機(jī)的有線與無線通信、提高單片機(jī)的綜合應(yīng)用能力。智慧校園項(xiàng)目為綜合的主項(xiàng)目，學(xué)生很難完成這么龐大的一個(gè)項(xiàng)目，故分設(shè)多個(gè)子項(xiàng)目讓學(xué)生分組完成，這樣設(shè)計(jì)項(xiàng)目既保證了項(xiàng)目的可實(shí)施性也確保了項(xiàng)目的綜合性。智慧校園子項(xiàng)目包括：智能燈光系統(tǒng)、防盜報(bào)警系統(tǒng)、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)、智能窗戶控制系統(tǒng)、有毒氣體報(bào)警系統(tǒng)、智能鬧鐘系統(tǒng)、智能窗簾控制系統(tǒng)等。

2.子項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案

以子項(xiàng)目智能窗戶控制系統(tǒng)為例，在項(xiàng)目式教學(xué)法實(shí)施過程中學(xué)生應(yīng)明確該項(xiàng)目的背景及意義、掌握主要項(xiàng)目?jī)?nèi)容、制訂項(xiàng)目方案；教師應(yīng)使學(xué)生明確項(xiàng)目目標(biāo)，講解主要元器件及模塊的功能和使用方法，及時(shí)引導(dǎo)學(xué)生推進(jìn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)，為學(xué)生答疑解惑。

（1）項(xiàng)目背景及意義

在項(xiàng)目開始前教師應(yīng)向?qū)W生介紹智能窗戶控制系統(tǒng)的項(xiàng)目背景及意義，引發(fā)學(xué)生思考。眾所周知，窗戶的作用是調(diào)節(jié)室內(nèi)環(huán)境，使室內(nèi)環(huán)境達(dá)到居民感到舒適的狀態(tài)。但是當(dāng)前居民使用的窗戶大多數(shù)是單純的推拉式或平移式，完全靠人為來控制窗戶開啟，會(huì)帶來諸多不便。所以，研究智能窗戶控制系統(tǒng)具有重要意義。

（2）明確項(xiàng)目?jī)?nèi)容與目標(biāo)

教師應(yīng)與學(xué)生共同明確項(xiàng)目?jī)?nèi)容，讓學(xué)生明白自己的項(xiàng)目要完成哪些任務(wù)，當(dāng)具有高度針對(duì)性和目的性時(shí)，學(xué)生才能高效地推進(jìn)項(xiàng)目實(shí)施。智能窗戶控制系統(tǒng)的主要項(xiàng)目?jī)?nèi)容為：用雨滴傳感器檢測(cè)室外是否有雨，粉塵傳感器檢測(cè)PM2.5是否超標(biāo)；將雨滴傳感器和粉塵傳感器模塊采集到的數(shù)據(jù)通過模數(shù)轉(zhuǎn)換傳送給單片機(jī)；當(dāng)檢測(cè)到有雨滴和粉塵時(shí)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)閉窗戶；將實(shí)時(shí)的室外情況通過無線模塊與主控中心進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制功能。

（3）制訂項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案

學(xué)生需要自主確定項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案，教師應(yīng)及時(shí)檢查學(xué)生方案中是否存在錯(cuò)誤，進(jìn)行及時(shí)的指導(dǎo)。

（4）主要元器件及模塊的講解

在項(xiàng)目實(shí)施過程中教師應(yīng)要求學(xué)生先自主選擇元器件，并對(duì)照說明書和資料對(duì)該元件做一個(gè)簡(jiǎn)單的學(xué)習(xí)分析，隨后教師再深入講解使用方案。智能窗戶控制系統(tǒng)的主要元器件及模塊的講解要點(diǎn)主要有：雨滴傳感器模塊的型號(hào)為Arduino雨滴傳感器套件，主要作用是雨滴檢測(cè)，接上5V電源，電源燈亮。感應(yīng)板上沒有水滴時(shí)，DO輸出為高電平，開關(guān)指示燈滅；滴上一滴水，DO輸出為低電平，開關(guān)指示燈亮；刷掉上面的水滴，又恢復(fù)到輸出高電平狀態(tài)[4]。PM2.5粉塵傳感器模塊的型號(hào)為GP2Y1014AUOF，主要用途是檢測(cè)空氣中PM2.5粉塵濃度，傳感器中心有個(gè)洞可以讓空氣自由流過，定向發(fā)射LED光，通過檢測(cè)經(jīng)過空氣中灰塵折射過后的光線來判斷灰塵的含量。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的選用型號(hào)是5V步進(jìn)電機(jī)+ULN2003驅(qū)動(dòng)板，作用是驅(qū)動(dòng)開關(guān)窗戶，在5V的工作電壓下ULN200能與TTL和CMOS電路直接相連，可以直接處理原先需要標(biāo)準(zhǔn)邏輯緩沖器來處理的數(shù)據(jù)。無線模塊的器件型號(hào)為nRF24L01，主要功能為無線通信，通過無線模塊將此任務(wù)的數(shù)據(jù)傳送到主控（ZigBee）。

（5）項(xiàng)目實(shí)施的評(píng)定

學(xué)生完成項(xiàng)目后，教師應(yīng)對(duì)每個(gè)學(xué)生的項(xiàng)目進(jìn)行客觀全面的評(píng)定。與項(xiàng)目式教學(xué)法比較契合的評(píng)價(jià)方式是復(fù)合式評(píng)價(jià)，通過這種復(fù)合式評(píng)價(jià)可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性，建立知識(shí)、能力、態(tài)度、情感并重的多維立體的評(píng)價(jià)體系，可取得較好的教學(xué)效果[5]。

（二）考核方式改革

傳統(tǒng)的單一試卷考試模式只注重理論知識(shí)的掌握和課堂出勤情況，忽略了學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力以及創(chuàng)新能力的考核，無法全面反映學(xué)生的綜合素質(zhì)。應(yīng)將考試內(nèi)容和標(biāo)準(zhǔn)分別做出細(xì)化，并更加注重實(shí)驗(yàn)課程的考核及其在總成績(jī)中的比重。具體比例可設(shè)置為期末考試試卷成績(jī)占總成績(jī)的40%；實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的表現(xiàn)情況占總成績(jī)的40%；作業(yè)完成情況占總成績(jī)的10%；出勤情況占總成績(jī)的10%。

四、結(jié)論

本文針對(duì)當(dāng)前單片機(jī)原理與接口教學(xué)中存在的問題，提出項(xiàng)目式教學(xué)法和“教學(xué)做”一體化教學(xué)模式的創(chuàng)設(shè)與應(yīng)用；學(xué)生更好地掌握了單片機(jī)抽象的基礎(chǔ)理論，增強(qiáng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、主動(dòng)性，有效提高了教學(xué)效果；通過對(duì)考核方式的改革，更加充分且客觀全面地評(píng)價(jià)了學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。項(xiàng)目式教學(xué)法在“單片機(jī)原理與接口”課程中的創(chuàng)設(shè)與運(yùn)用總體成效比傳統(tǒng)教學(xué)方法顯著，從根本上提升了學(xué)生的動(dòng)手能力、獨(dú)立思考能力、實(shí)踐應(yīng)用能力等綜合素質(zhì)。

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