單片機(jī)課程的項目化教學(xué)改革與實踐①

陳婷婷

摘 ? 要：針對傳統(tǒng)的單片機(jī)教學(xué)過程中存在的以教師作為主體，理論知識與動手實踐脫節(jié)，缺乏學(xué)習(xí)積極性等問題，提出了單片機(jī)課程的項目化教學(xué)改革。首先介紹了項目化教學(xué)的總體思路，然后從教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計、教學(xué)過程的實施和考核評價機(jī)制幾個方面進(jìn)行闡述。項目化教學(xué)以學(xué)生為主，并以項目作為核心，模擬仿真和實物焊接相結(jié)合，較大程度上提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和實踐操作的能力，改善了教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：單片機(jī)課程 ?教學(xué)改革 ?項目化教學(xué) ?混合教學(xué) ?模擬仿真

中圖分類號：TP39 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）09（a）-0181-02

Abstract： In view of the problems existed in the traditional teaching of single-chip computer， such as teachers as the main body， disconnection between theory and practice， and low learning enthusiasm of students， project-based teaching reform of single-chip computer course is put forward. First the general thought of project-based Teaching is introduced， then the designing of teaching contents ，and implementation of the teaching process and assessment mechanism are expounded. The teaching mode based on project takes students as the main body and takes projects as the core， and combines simulation with physical welding， greatly improving students' learning enthusiasm and practical ability， and improving the teaching effect.

Key Words： Single chip microcomputer course; Teaching reform; Project teaching; Mixed teaching; Analog simulation

單片機(jī)課程是電子信息類專業(yè)的一門很重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，教學(xué)效果的好壞會直接影響學(xué)生實踐能力的培養(yǎng)和學(xué)生的就業(yè)情況[1-2]。傳統(tǒng)的單片機(jī)課程在教學(xué)過程中比較注重理論知識的講解，采用一貫式的教師講，學(xué)生聽的教學(xué)模式，缺少對學(xué)生動手實踐能力的培養(yǎng)，理論知識與實踐環(huán)節(jié)無法有效銜接，導(dǎo)致學(xué)生難以理解單片機(jī)的知識點(diǎn)[3]，從而失去學(xué)習(xí)的積極性，難以滿足應(yīng)用型高校教學(xué)的需要。為了改善教學(xué)效果，并適應(yīng)應(yīng)用型高校在新的形勢下對人才培養(yǎng)目標(biāo)的需要，對單片機(jī)課程進(jìn)行改革是十分必要的。

1 ?項目化教學(xué)總體思路

項目化教學(xué)以一個個項目作為核心，以任務(wù)作為驅(qū)動，將理論知識與實踐環(huán)節(jié)相結(jié)合，讓學(xué)生從任務(wù)的實現(xiàn)中掌握理論知識和實踐技能，從而有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和實踐能力[4]。單片機(jī)項目化教學(xué)改革經(jīng)過多方位的改革和探索，積累了一些經(jīng)驗，提出了四環(huán)節(jié)的項目化教學(xué)模式，分別為計劃環(huán)節(jié)、設(shè)計環(huán)節(jié)、考核環(huán)節(jié)和總結(jié)環(huán)節(jié)。

（1）計劃環(huán)節(jié)。

計劃環(huán)節(jié)的主體是老師，主要是老師根據(jù)教學(xué)知識點(diǎn)設(shè)計項目，并以任務(wù)書的形式把任務(wù)布置給學(xué)生，學(xué)生根據(jù)任務(wù)要求做出整體的計劃。

（2）設(shè)計環(huán)節(jié)。

設(shè)計環(huán)節(jié)的主體是學(xué)生，以學(xué)生自主學(xué)習(xí)和小組合作為主，教師進(jìn)行適時輔導(dǎo)，有效的避免了傳統(tǒng)教學(xué)教師講，學(xué)生被動聽的弊端，使學(xué)生能夠根據(jù)項目主題，圍繞項目的具體任務(wù)主動去發(fā)現(xiàn)新的知識點(diǎn)，進(jìn)而按計劃進(jìn)行實施。

（3）考核環(huán)節(jié)。

考核環(huán)節(jié)教師采用多維度考核指標(biāo)對學(xué)生的項目完成情況進(jìn)行評價，如學(xué)生仿真模擬，實踐演示，項目答辯、團(tuán)隊合作等。通過考評可以進(jìn)一步提升學(xué)生的項目執(zhí)行能力。

（4）總結(jié)環(huán)節(jié)。

總結(jié)環(huán)節(jié)主要是教師對學(xué)生項目完成情況以及能力培養(yǎng)情況總結(jié)經(jīng)驗和教訓(xùn)，把成功的經(jīng)驗累積到項目化教學(xué)的規(guī)范中去，把失敗的教訓(xùn)進(jìn)行總結(jié)，使項目化教學(xué)得到進(jìn)一步改進(jìn)和優(yōu)化。同時學(xué)生也對自身存在的缺點(diǎn)和不足進(jìn)行總結(jié)，為下一個項目的順利完成打下基礎(chǔ)。

2 ?教學(xué)內(nèi)容設(shè)計

項目化教學(xué)以項目為核心，把單片機(jī)教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的知識點(diǎn)打散，圍繞教學(xué)內(nèi)容設(shè)計一系列的項目，并分解成具體的任務(wù)，然后再按照項目進(jìn)行知識點(diǎn)的整合。教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計主要有以下幾個特點(diǎn)。

（1）以項目為核心，實現(xiàn)知識點(diǎn)的有效整合。

單片機(jī)課程的項目化教學(xué)改革以項目為核心，根據(jù)教學(xué)目標(biāo)的需要，把教學(xué)內(nèi)容設(shè)計成幾個典型的項目，例如花樣流水燈，數(shù)字電子鐘，串口通信，數(shù)字電壓表的設(shè)計，溫度報警系統(tǒng)的設(shè)計等。每個項目把單片機(jī)的不同知識點(diǎn)進(jìn)行整合，打破了傳統(tǒng)單片機(jī)教學(xué)按章節(jié)進(jìn)行知識點(diǎn)講解的模式，解決了人為把完整的單片機(jī)系統(tǒng)割裂成散亂的知識點(diǎn)，從而導(dǎo)致知識無法銜接的問題。學(xué)生在做項目的過程中發(fā)現(xiàn)并學(xué)習(xí)新的知識點(diǎn)，把這些知識應(yīng)用到項目中來，真正做到學(xué)有所用。

（2）以任務(wù)作為驅(qū)動，尊重學(xué)生之間的差異。

針對每個項目設(shè)計不同的任務(wù)，由易到難，層層遞進(jìn)?？紤]到要充分尊重學(xué)生之間的個體知識層次的差異[5]，對任務(wù)進(jìn)行了差異化設(shè)置，任務(wù)分為基礎(chǔ)任務(wù)，進(jìn)階任務(wù)。這些任務(wù)是老師事先設(shè)計好的，學(xué)生根據(jù)任務(wù)要求完成相應(yīng)的項目操作?；A(chǔ)任務(wù)主要針對基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生，使他們能夠通過一些基本任務(wù)的實現(xiàn)掌握所學(xué)的內(nèi)容，并產(chǎn)生一定的成就感，進(jìn)而激發(fā)濃厚的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)積極性。進(jìn)階任務(wù)主要針對一些學(xué)習(xí)程度較好并有進(jìn)一步提升自己的欲望的學(xué)生，使他們在完成基礎(chǔ)任務(wù)之后，再去實現(xiàn)一些進(jìn)階任務(wù)，進(jìn)一步鞏固所學(xué)內(nèi)容。

（3）以創(chuàng)新為目標(biāo)，實現(xiàn)能力的提升。

在完成任務(wù)的過程中，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新，可以是內(nèi)容上的創(chuàng)新，也可以是形式上的創(chuàng)新，逐步培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，實現(xiàn)能力的提升。譬如流水燈光的項目，學(xué)生自己創(chuàng)新設(shè)計出很多新的流水燈的樣式，同時流水燈也設(shè)計成不同的形狀，如心形、菱形、一字型、L型、姓名拼音首字母的形狀等等。通過點(diǎn)滴的新想法的實現(xiàn)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)樂趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識，逐步實現(xiàn)能力的提升。

3 ?教學(xué)過程實施

（1）線上線下相結(jié)合的混合式教學(xué)。

課前，將項目任務(wù)書，電子教案，視頻資源等項目相關(guān)的電子資源，通過網(wǎng)絡(luò)平臺發(fā)送給學(xué)生，使學(xué)生提前了解項目的要求，進(jìn)行項目預(yù)備知識的學(xué)習(xí)，有利于及時向老師請教不懂的問題。課中，學(xué)生以小組的形式進(jìn)行項目總體方案的設(shè)計討論，接著分別從硬件電路原理圖繪制，軟件程序設(shè)計，聯(lián)合調(diào)試，實物焊接幾個方面逐步進(jìn)行實施，教師進(jìn)行相應(yīng)的指導(dǎo)。課后教師把學(xué)生課上遇到的常見問題以及注意事項總結(jié)成文稿，通過網(wǎng)絡(luò)平臺發(fā)送給學(xué)生，便于學(xué)生進(jìn)一步的進(jìn)行總結(jié)。

（2）模擬仿真和實物焊接相結(jié)合。

大多數(shù)高校單片機(jī)教學(xué)都是使用實驗箱[6-8]，主要存在以下兩個問題：（1）實驗環(huán)境的局限性。學(xué)生只能在課上時間接觸實驗箱進(jìn)行實驗，離開實驗室則無法進(jìn)行，時間不能充分的利用。（2）實驗類型的局限性。實驗箱器件相對固定，單片機(jī)型號單一，只能利用已經(jīng)固定好的線路進(jìn)行一些驗證性的實驗，無法了解單片機(jī)與元器件之間的連接方式，缺乏創(chuàng)新性，不利于單片機(jī)的學(xué)習(xí)。

為解決以上問題，在教學(xué)過程中采用模擬仿真和實物焊接相結(jié)合的方式。在硬件設(shè)計階段，學(xué)生使用Proteus軟件，從元件庫中選擇需要的元器件，完成硬件電路原理圖的繪制，并進(jìn)行仿真。在軟件的設(shè)計階段，學(xué)生通過Keil軟件，使用C51語言進(jìn)行程序的設(shè)計和調(diào)試。然后把硬件和軟件進(jìn)行聯(lián)合調(diào)試，對項目進(jìn)行仿真。通過軟件仿真可以解決實驗環(huán)境局限性的問題，同時也可以打破元器件固定的限制，自由選擇所需元器件，進(jìn)行一定程度的創(chuàng)新。實物焊接階段，學(xué)生利用教師提供的可供選擇的元器件散件進(jìn)行焊接，制作出實物模型。實物焊接可以鍛煉學(xué)生的動手實踐能力，使學(xué)生更好地了解單片機(jī)與各個元器件的連接方式。

（3）獨(dú)立學(xué)習(xí)與團(tuán)隊合作相結(jié)合。

項目以獨(dú)立學(xué)習(xí)和小組合作相結(jié)合的方式進(jìn)行。上課之前對學(xué)生進(jìn)行分組，每3～4個學(xué)生分為一組。首先通過小組討論的方式確定項目的總體設(shè)計方案;然后每個學(xué)生各自進(jìn)行硬件電路原理圖的繪制和軟件程序的設(shè)計;最后小組成員分工合作完成實物的焊接，進(jìn)行項目的答辯。通過個人獨(dú)立學(xué)習(xí)與團(tuán)隊合作相結(jié)合的方式進(jìn)行，可以提高學(xué)生溝通交流的能力和團(tuán)隊合作能力。

4 ?學(xué)習(xí)效果考核評價機(jī)制

單片機(jī)的項目化教學(xué)注重學(xué)生的學(xué)習(xí)過程的評價，使考核方式多樣性，從不同維度評價學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。最后的總評成績包括期末考試卷面成績和平時成績，各占50%。其中平時成績由考勤評分、項目模塊評分（知識點(diǎn)提問、硬件電路設(shè)計、軟件設(shè)計）、組長對組員評分、小組項目答辯等共同組成，使學(xué)習(xí)效果考核更加公正，更能體現(xiàn)學(xué)生的真實學(xué)習(xí)水平。

5 ?結(jié)語

單片機(jī)課程的項目化教學(xué)改革，主要從項目化教學(xué)的總體思路、教學(xué)內(nèi)容設(shè)計、教學(xué)過程的實施以及考核機(jī)制等方面進(jìn)行了研究與實踐，解決了傳統(tǒng)教學(xué)中存在的一些問題，有效提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)的積極性，同時也提升了學(xué)生的團(tuán)隊合作能力和創(chuàng)新意識。

參考文獻(xiàn)

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