單片機原理實踐教學與項目驅(qū)動結(jié)合改革初探

原嬌杰 趙杰文

摘 ?要：單片機作為人們很多日常生活設備上的主控制芯片而被廣泛使用，從早期的4位機到現(xiàn)在流行的32位機，單片機和人們的生活息息相關(guān)。單片機原理與應用這門課程也被很多工學專業(yè)作為專業(yè)基礎(chǔ)課程長期開授。筆者通過長期教學實踐和對教學方式的認真分析，總結(jié)出以工程項目為主線的單片機原理與應用教學新模式，通過對課程主要教學目標的解析，認識到工程任務對這門課程所起到的作用，發(fā)現(xiàn)工程項目的引入對于工科學生的學習所具有的重大意義。

關(guān)鍵詞：單片機原理;實踐教學;項目驅(qū)動

引言

單片機原理及應用是計算機專業(yè)的基礎(chǔ)課程。通過本課程的學習，使學生能夠掌握以MCS-51系列為主的單片機的基本結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)、存儲系統(tǒng)及輸入輸出接口電路、中斷系統(tǒng)、系統(tǒng)擴展等方面知識，借助儀器儀表維修電路圖，掌握單片機控制原理。隨著工業(yè)信息化、智慧城市、5G網(wǎng)絡等新概念、新技術(shù)的不斷出現(xiàn)，給單片機原理及應用課程帶來了豐富的“課程思政”素材。近年來，單片機的應用出現(xiàn)在人們?nèi)粘Ｉ畹姆椒矫婷?，智能儀表、工業(yè)智能控制、家用電器、計算機網(wǎng)絡通信、醫(yī)用設備制造等領(lǐng)域都少不了單片機的身影。目前國際高端芯片的生產(chǎn)被ASML和臺積電壟斷，芯片競爭日益激烈，中國在芯片制造方面的人才尤其缺失，原有芯片領(lǐng)域高技能人才也存在流失現(xiàn)象。單片機是智能芯片的開端，從源頭教育開始，正確引導學生思想建設不僅有利于芯片人才綜合素質(zhì)的培養(yǎng)，更有利于減少高端芯片產(chǎn)業(yè)人才的流失。

1單片機原理及應用實踐教學環(huán)節(jié)課程思政改革

單片機原理及應用是物聯(lián)網(wǎng)應用技術(shù)等工科專業(yè)的一門重要的專業(yè)課程。實踐教學環(huán)節(jié)是課程的重要組成部分，能夠培養(yǎng)學生掌握微處理器系統(tǒng)及其應用技術(shù)和應用系統(tǒng)開發(fā)的基本方法，在工程實踐過程中能夠解決一些基本問題，同時使學生形成嚴謹?shù)目茖W態(tài)度并養(yǎng)成良好的工程習慣。

2認識課程現(xiàn)狀出現(xiàn)的問題

本課程涉及C語言程序設計、數(shù)字電路、模擬電路、傳感器采集技術(shù)、控制原理等知識的學習和應用，與其他課程相關(guān)度較高，教學大綱中要理解記憶的知識點也必不可少。同時，該課程知識點晦澀抽象，難以理解，而傳統(tǒng)的說課教學方法則缺少直觀的表現(xiàn)方式。經(jīng)過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前單片機原理與應用課程教學以課堂授課為主，教師在講臺上不停講解，學生在講臺下被動接受，聽得暈頭轉(zhuǎn)向，課程枯燥乏味。此外，課程實驗注重對原理正確性的驗證，實驗項目在教材中以完整的思路和過程告訴給學生，無難度系數(shù)，沒有引導學生對問題進行思考，沒有對學生分析問題和解決問題的能力進行培養(yǎng)和訓練。單片機原理與應用課程采用這種填鴨子式的教學方式使得學生只會“照貓畫虎”，進而導致到了畢業(yè)設計時段，學生面對一個項目不清楚如何去設計方案和電路?？傊?，該課程的教學方式偏重于課程的系統(tǒng)性、完整性教學，實踐教學的重要性被忽視，且教學內(nèi)容側(cè)重于對知識點的講解，教學手段簡單，導致學生的學習興趣和積極性不高。因此如何改變學生的被動學習狀態(tài)，使之對單片機的學習產(chǎn)生濃厚的興趣，提高學生的學習效果，鍛煉學生的動手實踐能力、創(chuàng)新思維能力，成為本文研究的主要內(nèi)容。

3項目驅(qū)動法教學理念

傳統(tǒng)的教學方法強調(diào)以教材中心，理論學習為主，實踐為輔。在教學形式上，教師主要通過PPT、板書和語言講解來講授知識;在教學內(nèi)容上，主要按照教材章節(jié)順序進行講授。對于單片機課程，其知識點多，實踐性強，傳統(tǒng)的教學方法導致學生對知識點理解不深、理論與實踐存在脫節(jié)。項目驅(qū)動法是一種建立在建構(gòu)主義理論上的新方法，教材知識點不是教師唯一講授的內(nèi)容，而是學生主動建構(gòu)的對象。與傳統(tǒng)的教學方法相比，項目驅(qū)動法的特點是在教學過程中將理論學習和實踐緊密結(jié)合，將老師的“教”和學生的“做”充分融合。在項目驅(qū)動法中，知識點都嵌入在項目中，通過任務驅(qū)動來引導學生進行知識點的學習，通過任務目標來鍛煉學生的實踐能力。在項目進行中，學生帶著任務去學習，能更深刻理解知識點的內(nèi)涵及其關(guān)聯(lián)性，提高學習效率。

4改革內(nèi)容

4.1學生成為課堂主角

以設計任務的完成為目標，督促學生進行實踐動手能力的培養(yǎng)。學生帶著任務去學習，促使他們在完成任務的過程中自覺地學習相關(guān)理論知識，深刻理解并掌握技術(shù)的應用方法，既能激發(fā)學生的學習積極性，又能提高學習效果，達到事半功倍的效果。在“項目驅(qū)動法”教學方式下，大部分的課堂時間留給學生進行實踐訓練，讓他們成為課堂學習主角，教師在進行簡單的理論講授后，主要以指導者身份進行技術(shù)輔導。實踐中，學生可能會在項目訓練中提出一些創(chuàng)新的想法或思路，這就讓一些學生有了發(fā)揮空間，或者說是天馬行空的觀點，這也是學生創(chuàng)新的過程，身份轉(zhuǎn)變后讓學生成為課堂的主角，學生可下意識的自由發(fā)揮，有助于學生潛能的激發(fā)。

4.2基于項目驅(qū)動的常規(guī)教學模式的實施

對于基礎(chǔ)性項目和提升性項目，采用常規(guī)教學模式，著重于讓學生掌握單片機基礎(chǔ)知識點及其組合應用。這一層次項目的平臺為MCS-51單片機實驗箱，包含單片機最小應用系統(tǒng)和常見的外圍功能模塊，最小系統(tǒng)和各模塊之間通過簡單的連線可組成不同項目的硬件系統(tǒng)。項目的教學以教師為主導，學生為學習主體。首先，教師在課堂上發(fā)布項目任務，并根據(jù)項目要求講解知識點，通過面對面講授，教師可以掌控整體進度，并能及時回答學生的問題。然后，教師分析項目方案，每個學生根據(jù)方案搭建硬件系統(tǒng)，并編寫軟件，這期間教師需要巡回指導，及時答疑解惑。最后，學生進行功能演示并撰寫項目報告，教師對項目進行驗收并給出總結(jié)評價。在具體實施中，對于基礎(chǔ)性項目，以教師講解為主、輔導答疑為輔;對于提升性項目，教師講解適當減少，輔導答疑則適當增加，以給學生一定的自主學習空間。這樣將集中講解和分析輔導相結(jié)合，通過簡單的硬件搭建和的軟件編程，可讓學生能較快地掌握基礎(chǔ)知識點，鍛煉實踐能力，提高學習效率。

4.3將遵守規(guī)則規(guī)范融入實踐教學

所謂“不以規(guī)矩，不能成方圓”，單片機的開發(fā)過程也要遵循一定的規(guī)則規(guī)范，在單片機原理及應用的實踐教學環(huán)節(jié)，需要為學生樹立規(guī)則意識，要求學生在單片機的應用設計開發(fā)過程中也必須遵守各項規(guī)定。如要求學生獨立認真完成每次實驗的各項任務，在實驗過程中杜絕一切抄襲行為，使學生完成實驗內(nèi)容的同時，遵守工程實踐守則，培養(yǎng)良好的工程素養(yǎng)。

4.4給予學生認知、開發(fā)單片機實際應用的機會

重復的理論驗證讓學習變得無趣、無聊。實驗作為工科專業(yè)理論知識的驗證環(huán)節(jié)，在學生學習過程中具有重要的作用。但是我們的很多實驗只是對于所學理論知識的驗證，缺乏新意，缺乏創(chuàng)新與挑戰(zhàn)。學生做實驗只是照貓畫虎，實驗沒有生機，做實驗只是為獲取學分，而不是探索新知。將實際工程項目引入實驗內(nèi)容，可使每一個實驗都是一次全新的體驗，每個實驗都充滿了神秘和未知。伴隨實驗的展開，學生將充分調(diào)動主觀能動性進行積極探索。實驗將不再是對知識點的簡單驗證，實驗不再單一、乏味。雖然理論知識都是高度一致的，但是因為學生個體的差異，每個個體都有自己的獨特性，所以會出現(xiàn)同一個實驗題目，有千種萬種的設計方案，同時也有千種萬種的答案的情況。實驗不再固化，實驗不再乏味，實驗不再只是簡單的學分，而是重新認知單片機的機會，鍛煉自我能力的機會。

結(jié)束語

雖然，目前改革起來會遇到一定的難度或者說一些前所未有的問題，但我們的探索是不能止步不前的，摸索也是我們探索的一部分。單片機原理實踐教學與項目驅(qū)動結(jié)合改革初探是我們所要探索的問題，不管遇到怎樣的問題，解決的思想始終貫穿我們的大腦，為了能讓學生真正地理解與有效的實施，教學改革的問題必須提上日程。教學理念也很重要，實踐改革與項目驅(qū)動相結(jié)合以完成任務為目的帶動學生積極性，我們要時刻秉持著寓教于樂，練習為主的教學理念，可以彌補我國高等職業(yè)教育中所缺少的一部分內(nèi)容，使我國高等職業(yè)教育發(fā)展更上一層樓?？梢园堰@次改革作為教學史上的一個轉(zhuǎn)折點，作為成功案例以后會有更多課程加入進來，以達到從實踐得真知的目的?？傊母锊皇悄康?，真正的目的是讓學生有所學，教學質(zhì)量的不斷提升。

參考文獻

[1] 吳陽，張亞勤，劉潔，王明鑫.“新工科”背景下單片機課程教學體系構(gòu)建[J].科技與創(chuàng)新，2020（21）：114-115.

[2] 李潔，杜玉杰.項目驅(qū)動教學法在單片機課程中的應用[J].高等職業(yè)教育教學論壇，2020（40）：160-161.

[3] 袁志強.微項目式驅(qū)動法在《單片機原理》實踐教學改革中的應用[J].高等職業(yè)教育教學論壇，2019（38）：117-118.

[4] 劉霄，潘慶先，孫紅霞.單片機原理及應用課程中的多元化教學方法實踐[J].電子技術(shù)與軟件工程，2019（12）：241-242.

[5] 李穗.應用型高校單片機原理與應用課程教學探索[J].合肥學院學報（綜合版），2019，36（02）：141-144.

作者簡介：

原嬌杰（1981.11），女，漢族，河南博愛縣人，本科學歷，焦作大學，講師職稱，研究方向：計算機網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)挖掘;趙杰文（1982.5），男，漢族，河南商水縣人，本科學歷，焦作大學，副教授職稱，研究方向：計算機信號處理和軟件開發(fā)。