基于項目驅動的單片機教學實踐

魏強

摘要：單片機應用課程是電子類專業(yè)智能化控制發(fā)展方向的核心課程。它集軟件、硬件于一體，能夠實現(xiàn)智能化控制，應用非常廣泛。單片機應用涉及眾多領域知識，在教學環(huán)節(jié)普遍存在老師難教、學生難學現(xiàn)象，教學效果不盡如人意。各個學校都在不斷探索更好的教學方法、教學手段。

關鍵詞：單片機;機器人;學中做;做中學

目前單片機的應用已滲透到我們生活的各個領域，凡是智能化產品都有單片機的影子。智能電子產品日新月異，單片機的應用日趨廣泛。單片機的應用技術和編程技術，是電子專業(yè)學生必須掌握的高級技能。隨著社會的發(fā)展，掌握單片機應用技能的從業(yè)人員將更為搶手。因此，單片機的學習、開發(fā)與應用是社會發(fā)展的必然需求。掌握單片機應用技術，是電子類學生夢寐以求的愿望。

一、單片機教學現(xiàn)狀

1.師資問題。

目前很多中職學校都開設了單片機課程，但教學水平普遍不高，教學效果普遍不好。主要原因是單片機應用需要較高的專業(yè)知識和素質，需要動手實踐實際操作。在諸多問題中師資自身能力不足，教學水平不高是最重要的問題。在中職學校，單片機課程任課教師大都半路出家，精通電路的未必熟悉編程，熟悉編程的一般不會電路，既精通電路又熟悉編程的可謂鳳毛麟角。大家基本上都是摸著石頭過河，邊教邊學。師資問題直接影響教學效果。

2.學生問題。

影響教學效果的主要原因還有一個盡管實驗設備先進卻無法精教透講。但我認為我們要面對現(xiàn)實：學生選擇我們，而我們是無法選擇學生的。教學效果低下，歸根結底癥結還是在教師，是教師的教學能力和教學水平存在問題。一方面是學生問題：現(xiàn)在的中職學生，在專業(yè)知識、學習欲望、理解能力、邏輯思維等方面比較薄弱。

3.教材問題。

當前的單片機應用教材普遍將理論知識安排為先單片機內部結構，再程序設計指令及設計方法，最后外部擴展技術，清晰完整，但是內容偏重理論，選例缺乏應用性，不能邊學邊用，以致學生學了后面忘了前面，學完了也不知道單片機到底是什么，實際用到哪里，最終對單片機學習失去興趣，產生厭煩甚至恐懼。

4.教學方式方法問題。

傳統(tǒng)單片機的教學手段以講授為主，缺乏生動、直觀的一些輔助手段，這樣便使學生覺得學習單片機枯燥乏味，沒有現(xiàn)實意義，缺乏興趣，嚴重影響了教學效果。

5.教學設備問題。

當前的實驗教學大多以單片機實驗箱為實驗平臺，功能齊全，電路復雜。所進行的實驗也多為驗證性實驗，實踐教學形式單一、與實際應用產品聯(lián)系不緊密。導致學生過度追求實驗結果，而忽略了硬件設計、軟件調試等過程。而單片機課程設計的選題也沒有緊密聯(lián)系市場實際應用，單片機的應用能力、開發(fā)技巧、產品創(chuàng)新能力都沒能得到很好地鍛煉。

目前單片機教學存在著許多不足之處，教學效果不盡如人意。為了保證教學質量，讓學生學有所成，除了提高教師自身教學水平，還必須改革傳統(tǒng)的教學方法，選擇生動有趣的實驗器材，增加學生的動手機會，想方設法激發(fā)學生興趣。

二、基于項目驅動的單片機教學實踐

本人根據單片機的工作原理，結合中職學生特點，思考和探索易學高效的單片機教學規(guī)律，提出了基于項目驅動的單片機教學改革思路，并大膽進行實踐，取得了比較好的效果。本人不敢獨享，將教學過程進行整理，期予同行分享借鑒。

1.組裝機器人

我們放棄了單調枯燥，功能復雜的單片機實驗箱，另辟蹊徑，選擇能走能動，具有一定判斷功能的小車機器人，讓學生看到一個活靈活現(xiàn)的單片機控制的電子產品，吸引學生的眼球，激發(fā)了學習興趣。從小車機器人的組裝到實現(xiàn)控制的工作過程，我們按以下幾個項目來進行：

項目1：控制電路的裝配與調試

本項目包括元件識別、選擇，焊接、裝配及調試等，完成控制電路板的裝配

項目2：小車機械機構的組裝和調試

本項目搭建小車機器人架子，包括選取零件、安裝、調整、緊固等過程

項目3：小車機器人的總裝調試

本項目任務主要是將控制電路板、電池盒等安裝到機器人架子上，正確連接接插件連線，調整有關傳感器的方向、位置等

項目4：小車機器人感覺系統(tǒng)的安裝與調試

本項目主要傳感器的安裝、調整和測試，其完成質量直接影響機器人性能。傳感器是機器人的感覺系統(tǒng)，是機器人非常重要的器官。本項目傳感器包括聽覺傳感器，紅外傳感器。

項目5：小車機器人顯示系統(tǒng)的安裝與調試

本項目顯示系統(tǒng)包括LED顯示和數碼管顯示，用于狀態(tài)顯示。單獨使用時LED可做流水燈顯示，數碼管可做數字顯示。

項目6：小車機器人遙控系統(tǒng)的安裝與調試

本項目包括主控板上的遙控接收系統(tǒng)和使用者手中的遙控器。

項目7：小車機器人運動系統(tǒng)的控制與調整

本項目包括電機、車輪、減速箱等的安裝和調整

項目8：程序編寫

本項目將為機器人編寫控制運行程序，屬于軟件部分。程序是機器人的靈魂，程序編寫是否完善直接影響機器人的運行質量

項目9：整體運行與調試

本項目通過編寫相應程序可以實現(xiàn)黑線尋跡、白線尋跡、避障、轉彎、后退、停止、報警、顯示等功能。通過運行不斷修改程序，調整零部件安裝位置，使之不斷完善。

基于以上9個項目的教學，學生不僅能學到單片機應用及常用的傳感器知識，還能熟悉一個產品的研發(fā)過程，并將所學知識構成了一個完整的系統(tǒng)。在機器人身上，機械和電子，軟件和硬件得到完美和諧的統(tǒng)一。

2.學生在學中做，在做中學

我們讓學生自己焊接裝配線路板，組裝機器人，認識傳感器，了解機器人的運行過程，包括電機的運行、感覺系統(tǒng)的構成和控制、單片機判斷和控制、控制程序的編寫和調試等等;讓學生通過改變程序，實現(xiàn)黑線尋跡、白線尋跡、避障、轉彎、后退、停止、報警、顯示等功能。寓樂于做，做中寓樂，實際教學效果超出預期，這是一般單片機實驗箱達不到的。

以上是我們基于項目驅動的單片機教學改革的探索與實踐，對提高單片機教學質量做了新的嘗試，尚需不斷完善、不斷創(chuàng)新。我們組裝機器人小車，機電結合，動靜結合，同時引入傳感器，具備一定智能化判斷及控制功能。從實際教學效果來看，我們認為機器人是學習單片機非常理想的教學設備。讓學生在學中做，在做中學，以項目驅動教學，使得單片機不再難教難學，枯燥乏味，而是易學易懂，充滿樂趣。