項目-任務(wù)驅(qū)動式單片機實驗教學模式探究

【摘" 要】 新工科背景下，面向應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標的課程教學改革已成為重要議題，要求培養(yǎng)學生解決實際問題的能力。文章基于新工科背景下應(yīng)用型人才培養(yǎng)需求，結(jié)合近年來單片機課程教學實踐，對傳統(tǒng)的單片機教學中存在的問題進行分析，并在此基礎(chǔ)上探索了項目任務(wù)驅(qū)動的教學模式。同時，文章研究了不同崗位對單片機專業(yè)知識、專業(yè)技能、實踐能力的需求情況，從而分析、設(shè)計出有針對性的實驗項目內(nèi)容并在教學中進行實踐。最后對實踐結(jié)果進行評價測試。評價結(jié)果表明，與傳統(tǒng)的單片機教學模式相比，本研究探究的項目任務(wù)驅(qū)動教學模式更能調(diào)動學生學習的積極性和主動性，大幅提升了教學效果和學生的實踐動手能力。

【關(guān)鍵詞】 單片機實驗教學；項目-任務(wù)驅(qū)動；Proteus；教學改革

一、背景與意義

“單片機原理及應(yīng)用”課程是電子類、信息類專業(yè)的專業(yè)核心課程，將先修課程電路、程序設(shè)計基礎(chǔ)、數(shù)字邏輯與嵌入式系統(tǒng)開發(fā)等課程銜接起來，在課程體系建設(shè)中發(fā)揮著重要作用。該實踐類課程學習中，單純地講解和記憶知識點會導致學習過程枯燥乏味，且零散的知識點難以理解和記憶，所以，實踐教學尤為重要。單片機實驗教學是學生掌握單片機基礎(chǔ)理論知識和提升實踐動手能力的重要環(huán)節(jié)。通過單片機實驗，學生可以將課堂上學到的理論知識應(yīng)用到實際中，加深對知識的理解和記憶，并培養(yǎng)解決問題和實踐操作的能力。

二、單片機課程教學現(xiàn)狀及存在的問題

在實際教學中，以“知識為本位”，強調(diào)以教材為中心、以教師為中心、以課堂教學為中心，采用傳統(tǒng)的“老師講，學生聽”的教學模式，教學以理論教學為主，理論與實際結(jié)合相脫節(jié)，教學過程枯燥，學生學習為被動接受，往往學習興趣不高，缺乏動手實踐機會，教學效果通常不理想。結(jié)合以往的《單片機原理及應(yīng)用》課程教學經(jīng)驗，通過深入分析，總結(jié)出該課程傳統(tǒng)教學模式中存在的主要問題：

重理論，輕實踐，教師講授為主、學生被動學習。課堂上基本采用教師講、學生聽的教學模式，學生處于被動接受知識的狀態(tài)，容易產(chǎn)生學習枯燥、無聊的心理，課堂理論教學效果欠佳。

實驗學時偏少。在教學大綱制訂時，通常理論課時遠多于實驗課時。

傳統(tǒng)箱式實驗無法滿足實驗要求。成品實驗箱實驗功能要求固定，不利于綜合性、設(shè)計性實驗的開展。同時，學生往往只能在實驗課上動手實踐，很少有其他的實踐機會，學校的實驗箱難以保證每位同學都有動手實操的機會。

所以，在《單片機原理及應(yīng)用》課程授課中探索項目-任務(wù)驅(qū)動教學方法，通過簡單的項目來創(chuàng)設(shè)實際應(yīng)用情景，將知識點與實際項目相結(jié)合，使學生在完成項目的過程中獲取知識并應(yīng)用于實踐，不僅可以激發(fā)學生的學習興趣，還可以通過實際操作來加深對知識點的理解和記憶，培養(yǎng)和鍛煉學生解決實際問題的能力。

三、項目-任務(wù)驅(qū)動教學模式

（一）項目內(nèi)容設(shè)計

單片機開發(fā)涉及的行業(yè)十分廣泛，如智能儀器儀表、智能家電、智能控制、汽車電子產(chǎn)品制造等。通過調(diào)研單片機相關(guān)產(chǎn)品開發(fā)企業(yè)的崗位設(shè)置情況，以及各崗位對專業(yè)技術(shù)人才的需求情況，總結(jié)出崗位、專業(yè)能力及實驗內(nèi)容需求，如表1所示。

（二）項目-任務(wù)驅(qū)動教學模式設(shè)計

在單片機課程教學中，結(jié)合學生的實際學習情況，探索了項目任務(wù)驅(qū)動式教學模式，教師通過將線上學習、線下授課以及實驗實踐各要素優(yōu)化組合，提前設(shè)置教學環(huán)節(jié)來調(diào)動學生學習的積極性、主動性。

課前，教師根據(jù)課程知識點和學生的學習情況設(shè)計教學環(huán)節(jié)，并通過網(wǎng)絡(luò)平臺、即時通信軟件或線上教學平臺發(fā)布預習資源，并安排適量的習題任務(wù)。同時結(jié)合知識點設(shè)計開發(fā)單片機實驗任務(wù)、實驗項目內(nèi)容，并錄制虛擬仿真實驗教學視頻，通過線上平臺發(fā)布給學生。通過先完成基礎(chǔ)實驗，后完成綜合實驗并實現(xiàn)課程設(shè)計的方式，將項目總體任務(wù)分解為小目標任務(wù)、階段性目標任務(wù)。學生通過學習教師發(fā)布的預習資源、完成習題等形式，提前了解概念性的知識。學生使用Proteus仿真軟件繪制項目原理圖。

理論課中，教師結(jié)合實驗項目對實驗原理、電路構(gòu)造過程以及涉及的電子元器件的使用進行講解，并帶領(lǐng)學生進行C51程序的設(shè)計，講解編程思路，將課程知識點融入項目中進行講解與學習。實驗課中，學生在對實驗項目有了充分理解并完成仿真實驗的前提下，在實驗室焊接單片機硬件開發(fā)板并進行測試。通過引導學生就遇到的問題進行探討與講解，協(xié)助學生解決項目開展及實踐過程中的硬件鏈接、軟件編程等問題。

課后，學生根據(jù)教師發(fā)布的教學資源進行復習與鞏固，并完成課后作業(yè)，學有余力的學生可根據(jù)自己達到興趣參與課后拓展實驗項目，教師提供技術(shù)指導。

通過項目-任務(wù)驅(qū)動式教學，學生課前預習，了解基礎(chǔ)概念并完成原理圖繪制，理論教學時通過借助Proteus仿真平臺和多媒體講解項目實現(xiàn)過程并將知識點融入項目中進行講解，可以使學生更加直觀地感受到單片機編程的魅力和實用性，激發(fā)學生對單片機編程和電子技術(shù)的興趣和熱情。課后學生使用個人電腦中的Keil C 軟件復現(xiàn)程序并仿真練習，實驗課教師指導學生完成硬件電路的搭建、開發(fā)板的制作、項目的調(diào)試運行，對傳統(tǒng)的單片機教學模式進行改革。通過改革，將單片機實驗任務(wù)分解到課前、理論課與課后，不再局限于實驗學時。依托教師發(fā)布的教學資源，在實驗項目與任務(wù)驅(qū)動下，充分利用課前課后時間，探索出一種全新的實驗教學模式，充分調(diào)動了學生學習的積極性與主動性，提高了學生學習單片機的興趣和實踐動手能力。

（三）實驗教學內(nèi)容設(shè)計

將單片機課程各章節(jié)知識點重新排列整合，規(guī)劃出6個基礎(chǔ)項目和3個綜合項目。在項目規(guī)劃中，不僅要基本覆蓋當前階段教學內(nèi)容相關(guān)的知識點，還要考慮前后課程之間的關(guān)聯(lián)，結(jié)合學生實際學情，合理安排項目的難易程度和學習順序。

基礎(chǔ)實驗項目有：熟悉Proteus、Keil C仿真實驗平臺、LED流水燈實驗、數(shù)碼管動態(tài)顯示數(shù)字0～9、廣告牌制作、模擬汽車轉(zhuǎn)向燈控制、8路搶答器設(shè)計、單片機雙機通信這7個實驗項目，主要涉及單片機的I/O口控制、定時器的使用、中斷系統(tǒng)的使用、模數(shù)轉(zhuǎn)換、串口通信等基礎(chǔ)知識點，通過模擬仿真和調(diào)試，旨在引導學生入門單片機的基礎(chǔ)知識和基本操作，熟悉C51程序設(shè)計。

在基礎(chǔ)實驗項目掌握的基礎(chǔ)上，為了進一步提升單片機應(yīng)用能力，學生需要在交通燈控制系統(tǒng)、電子時鐘控制系統(tǒng)、超聲波測距儀設(shè)計三個項目中選做一個綜合型實驗項目，完成軟件模擬仿真與硬件開發(fā)板的制作，并撰寫設(shè)計報告。綜合實驗項目主要培養(yǎng)學生綜合應(yīng)用I/O口控制、按鍵的引腳連接和工作原理、定時器、中斷系統(tǒng)以及C51程序設(shè)計等能力。

通過綜合型實驗項目，引導學生將之前學習到的單片機相關(guān)知識點進行綜合應(yīng)用，將各個模塊和功能組合起來，實現(xiàn)一個完整的項目，可以培養(yǎng)學生綜合應(yīng)用能力。項目實現(xiàn)過程中，通過硬件電路的設(shè)計和軟件程序的開發(fā)，解決過程中遇到的硬件連接問題、軟件編程等問題，提升學生的問題解決能力和調(diào)試能力，培養(yǎng)其獨立思考和解決問題的能力，從而全面提升學生的技術(shù)能力和綜合素質(zhì)，也可以激發(fā)學生對電子技術(shù)和創(chuàng)新的興趣，培養(yǎng)學生的工程實踐能力和創(chuàng)業(yè)精神。

四、教學改革效果分析

項目-任務(wù)驅(qū)動式教學改革打破了傳統(tǒng)的理論教學與實踐教學的界限，借助軟、硬件平臺開展項目式教學，將單片機實驗任務(wù)分解到課前、理論課與課后，不再僅僅局限于實驗學時，充分調(diào)動了學生學習的積極性與主動性，提高了學生學習單片機的興趣和實踐動手能力，也使學生對基礎(chǔ)知識的掌握更為深入、扎實，有效提高了學生的學習效率。

（一）學生的學習興趣明顯提高

理論課時，教師借助Proteus仿真軟件和多媒體設(shè)備，首先展示項目完成的效果，使學生直觀感受到單片機項目開發(fā)的魅力和實用性，激發(fā)學生學習的興趣與熱情。再結(jié)合項目講解理論知識點，避免學生產(chǎn)生枯燥、無聊的心理，大幅提升了單片機課程教學效果。

（二）學生的認可度明顯提高

為了更好地測試項目-任務(wù)驅(qū)動教學模式改革的效果，本文采用平均意見得分（Mean Opinion Score，MOS）對學生的課程體驗滿意度進行評價。即在教學改革試點班中隨機抽取20名學生，通過訪談與問卷調(diào)查方式，要求學生分別對傳統(tǒng)單片機教學模式與項目任務(wù)驅(qū)動教學模式給出體驗意見值，評測標準如表2所示。

[教學效果 意見分值 評價指標 非常好 5.0 課程體驗非常好，非常感興趣 較好 4.0 課程體驗比較好，有點兒感興趣 一般 3.0 課程體驗一般 較差 2.0 課程體驗較差，不太感興趣 非常差 1.0 課程體驗極差，絲毫不感興趣 ][表2" 測評標準]

此次評測采用5分制，分值范圍在1～5分，要求評測者根據(jù)評測標準分別為傳統(tǒng)單片機教學模式與項目-任務(wù)驅(qū)動教學模式給出相應(yīng)分數(shù)。然后將每個參與者的意見得分進行匯總，計算出算術(shù)平均值作為平均意見得分（MOS）。較高的MOS表示較高的滿意度，較低的MOS表示較低的滿意度。此次評測的 MOS值如圖1所示。

由測評結(jié)果可以看出，本文探究的項目-任務(wù)驅(qū)動單片機教學模式的平均意見得分遠高于傳統(tǒng)單片機教學模式的得分，學生普遍認為項目-任務(wù)驅(qū)動式教學的課程體驗更好，該教學模式更能調(diào)動學生學習的積極性和主動性。

五、小結(jié)

本文結(jié)合單片機教學經(jīng)驗及傳統(tǒng)模式教學中存在的問題，探究了項目-任務(wù)驅(qū)動的單片機教學模式，借助軟、硬件平臺開展項目式教學，將單片機實驗任務(wù)分解到課前、理論課與課后，不再局限于實驗學時。依托教師發(fā)布的教學資源，在實驗項目與任務(wù)驅(qū)動下，充分利用課前課后時間，探索出一種全新的實驗教學模式，充分調(diào)動了學生學習的積極性與主動性，提升了單片機課程教學效果。

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