基于項目的單片機教學改革探索

馮 毅 ，何建民 ，劉湘屏

（1．安徽水利水電職業技術學院，安徽 合肥 230601；2．合肥工業大學，安徽 合肥 230009）

基于項目的單片機教學改革探索

馮 毅1，何建民2，劉湘屏1

（1．安徽水利水電職業技術學院，安徽 合肥 230601；2．合肥工業大學，安徽 合肥 230009）

針對高等院校單片機教學方面存在的問題展開研究，提出以項目為導向、工學結合的單片機教學改革模式，有利于電子、機電等專業的學生提高綜合素質和技能，力圖使單片機教學適應社會發展的需要。

單片機；教學改革

現代社會，單片機以其體積小。嵌入性好、良好的性價比，使其在各個行業得到了非常廣泛和深入的應用。使用、掌握好單片機技術，有利于電子、機電等專業的學生提高綜合素質和能力，適應社會需要。

1 單片機教學存在的問題

1.1 單片機教學基本情況

單片機課程，不單是一門基礎理論課，而且是一門涉及微機原理、模電、數電、匯編語言、C語言、機械、電子等多學科，實踐和應用性很強的綜合性課程，是電子、機電等專業的核心課程。學習本門課程的基礎是《電工基礎》、《電子技術》、《C 語言及程序設計》、《檢測與傳感技術》等，單片機課程又是學習《可編程序控制技術》、《計算機控制技術》及培養學生在電子、機電工業控制中的工程系統思維和分析、解決問題的職業綜合能力、動手操作和技術創新的職業能力的基礎，更是學生將來從事相關電子、機電工業控制領域的堅實基礎，為將來進行各種智能化控制產品的設計和開發提供堅實的技術儲備。[1]

1.2 教學中存在的問題

1.2.1 教學內容理論性強，教學缺乏針對性

在單片機教學過程中，教學內容基本沿襲傳統學科教學模式，理論性強，教師基本上以一些具體的型號芯片（如51系列芯片）為例講解復雜電路，學生認識模糊，難以理解。高等職業院校的學生兩極分化比較嚴重，部分學生基礎較弱，缺乏學習主動性、積極性，邏輯思維、分析能力不強，由于單片機課程涉及電路、數電、模電、程序設計等多學科，知識牽連性較廣泛，不同學生個體相關知識掌握程度差別較大，因而在單片機軟硬件分析與設計上都存在問題,從而導致部分學生似懂非懂，感到單片機學習困難，產生厭學情緒。

1.2.2 工學結合力度不夠，學生綜合能力弱

理論教學和實驗教學的相脫節，各自為政，自成體系，教學中沒有很好與實際特別是和具體項目結合起來，只限于簡單模仿性、驗證性的訓練，顧名思義，就是照葫蘆畫瓢，學生按示意圖連接電路，下載系統或老師編好程序，觀察運行結果，缺乏分析和理解，從而不能形成一個完整的習得體系，無法觸類旁通，導致學生缺乏思路、生搬硬套、實踐鍛煉不夠充分,綜合技能難以提高，與社會需要的合格人才相去甚遠。

2 基于項目的單片機教學改革

2.1 教學改革的總體思路

近年來，為適應社會發展需要，高等教育走上了堅持“以服務為宗旨，以就業為導向，走產學研結合的發展道路”。[2]要建立寬基礎、活模塊，以能力為本位，工學結合的教學模式，培養出來的學生既有理論知識，又有較強的專業崗位實踐能力的“專才”，是能夠勝任一線崗位要求和具備較高綜合能力的復合型應用人才。根據這些要求，我們提出了單片機教學改革的總體思路是打破以知識傳授為主要特征的傳統學科課程模式，從“項目教學”分析出發，設定職業能力培養目標，變書本知識的傳授為動手能力的培養，開發基于工作過程的項目課程，以工作任務（項目）為中心組織課程內容，讓學生在完成具體項目的過程中來構建相關理論知識，并發展職業能力。

單片機課程根據工廠實踐與單片機產品的工作項目為線索來設計典型案例，使其內容涉及單片機接口技術、單片機定時/計數功能、單片機串行通信、單片機顯示、機器人綜合控制等幾個學習項目。課程內容突出對學生職業能力的訓練，理論知識的選取緊緊圍繞工作項目完成的需要來展開。

2.2 教學內容項目化、情境化

根據教改思路，借鑒德國“雙元制”教學模式，根據學科的發展和教師的科研工作經驗，進行“基于工作過程系統化的課程”[3]的教學改革，以實際產品為載體，研討設立具體的項目，將學科體系的知識解構，再進行行動體系的重構，不斷用新的內容、新的方式充實教學活動。[4]

具體地單片機教學設置為兩個學習情境，一是基本編程能力與軟硬件調試能力訓練，二是單片機控制系統設計能力與系統創新能力訓練，每一個學習情境有幾個項目組成，層層遞進，每個項目的學習都按以典型案例為載體設計的活動來進行，以工作任務為中心整合理論與實踐，實現理論與實踐的一體化，教學設計如圖1所示。

圖1 單片機課程教學設計

2.3 教學方法和手段立體化

1．在教學過程中，應立足于加強學生實際操作能力的培養，采用項目導向教學、小組合作討論法，以項目引領提高學生學習興趣，激發學生的成就動機。

2．單片機課程教學的關鍵是通過典型的活動項目，由教師提出要求或示范，組織學生進行活動，注重“教”與“學”的互動。

3．在教學過程中，根據項目任務，應加大實踐實操的容量，使學生盡可能多掌握單片機控制軟件與硬件設計和使用方法，提高學生的實踐動手能力。

4．在教學過程中，應用多媒體、投影、C51計算機仿真、網絡輔助教學、教學資源輔助教學，幫助學生理解單片機編程方法、硬件連接方法及機器人控制方法。

5．在教學過程中，要重視本專業領域新技術、新工藝、新設備發展趨勢，努力培養學生參與社會實踐的創新精神和職業能力。

6．教學過程中教師應積極引導學生提升職業素養，培養良好的職業道德。

2.4 教學過程項目化，提高學生綜合能力

2.4.1 理論和實踐教學項目化

上理論課時不應只是簡單的介紹某一種型號芯片的功能和工作原理，上實踐課時不應只是簡單模仿性、驗證性的訓練和驗證，而是結合相應項目，給學生講解單片機芯片的原理和功能，引導學生思考，提出方案，試著去發現問題、解決問題，同時在項目的教學和實施過程中，讓學生主動去探索思考，激發學生的主觀能動性和創新能力，教師應想方設法盡力做到讓學生把理論知識運用到項目實踐中，在項目的實施過程中，增強學生的學習積極性，提高學生的綜合素質和技能。如圖2所示，在“搶答器的設計與制作”的項目開展過程中，完成單片機的教學任務。

圖2 搶答器的設計與制作

1.項目描述和提供資料。描述搶答器的功能：8個人能同時搶答；誰先按下搶答按鈕，誰旁邊的燈亮；在大顯示屏上顯示搶答人的編號。老師提供與項目相關的單片機的知識和技能、搶答器基本原理圖和相關單片機應用技術資料。

2.項目計劃。根據設計要求，選擇確定設計方案，分析并實現原理圖；確定本工作任務需要使用的工具和輔助設備。

3.項目決策。鼓勵引導學生利用教材、網絡等多種渠道收集資料，主動學習，分小組討論，分析闡述各自對搶答器電路的理解和軟件設計思路；在老師指導下確定最終設計方案和設計電路；并分解任務到小組的每一個成員。

4.項目實施過程。設計前的準備工作；設計時要注意的事項；電路流程的選擇和主要注意事項；搶答器電路的元件的選擇和注意事項；對設計好的原理圖進行檢測和排除錯誤；對設計好的程序進行檢測和排除錯誤處；對整個項目實施過程進行完整記錄。

5.項目檢查與評價。通過學生填寫檢查單、教師填寫評價表、學生撰寫搶答器的設計說明書、小組匯報材料、自我評價、項目產品顯示等多種手段評價學生能否正確描述項目實施原理，正確理解和設計項目程序，能否在試驗裝置上獨立完成項目。

6.項目總結。通過學生互評和老師點評的結果，學生結合自身完成情況及發生的問題，提出改進方案和提高效率的建議，為今后的改進和提高做準備；整理相關資料，列表說明項目資料及資料來源，注明存檔情況。

2.4.2 課外活動項目化

充分利用業余時間和第二課堂，以單片機興趣小組的形式，組織學生組成開發團隊，每個團隊配置一定單片機開發設備,經費可由系部和學生共同合理分擔，在單片機創新工作室或寢室里完成某個單片機項目的設計與開發，指導老師穿插其中指導，以項目為導向，有針對性讓學生做一些小規模單片機產品。利用課余時間進行動手能力的培訓、實驗和設計，更有利于學生綜合素質和能力的提高，形成一個良好的學習氛圍。如圖3所示，課外指導學生完成“有緊急優先處置權的交通燈”項目，充分利用課外活動來調動、發揮學生的主觀能動性，提高自身綜合能力。

圖3 交通燈的設計與制作

2.4.3 競賽激勵項目化

1.競賽培養興趣，激勵學生

興趣是創造的源泉，也是主動學習的不竭動力源泉。[5]在競賽項目實施過程中，可以讓學生主動參觀歷屆學生的優秀單片機項目成果展和各類獲獎證書文件，以及教師在工作崗位取得的成績，給學生樹立學習的榜樣和將要達到的目標，使學生提高學習興趣，主動去探索單片機的知識，并以此作為動力來激勵自我，進一步提升今后自我發展的空間。

教師在這個過程中的作用，不是全盤承包，而是引導、指導和幫助學生，小項目設計與制作可以通過小組討論、老師點評完成；稍大的系統設計與制作，則需要給學生提供一定解決問題的思路，讓學生充分利用網絡、圖書館等各種渠道去查閱資料，博采眾長，讓學生自己提出初步的設計方案,反復論證這個過程，從而最終完成正確的設計和制作方案。如圖4所示，通過參與自動機器人設計與制作競賽，讓學生了解單片機發展的前沿和趨勢，掌握單片機的控制技術，在項目的實施過程中，激勵學生學習單片機的興趣，提高運用知識來解決問題的綜合素質和能力。

圖4 自動機器人平臺控制系統組成框圖

2.競賽引導，提高綜合技能日常單片機學習，學生一般按照課本流程和教師安排的項目流程，一個小項目一個小項目的進行學習的，缺乏連貫性、完整性和系統性。因此參與技能競賽,

讓學生從頭到尾，參與一個相對較完整的項目的設計和開發，以賽促學,以賽促練，這對于鍛煉學生自己的能力，提高主動性和綜合技能，效果非常顯著。單片機競賽題目定的很寬泛,只羅列了基本的功能要求,這就為學生發揮想象力提供了自由翱翔的空間。在競賽的觸動下，學生按要求，自己去查閱資料來定方案，圍繞基本功能和要求，充分發揮想象，來增加附加功能。通過這樣的競賽，使學生對單片機、數電、模電、程序設計等相關學科的知識進行高效率的運用和提升,進而結合實際競賽方案來設計制作，從而使自己的單片機水平達到一個新的高度。

2.5 考核過程多樣化

傳統的以期末總結性考試和閉卷考試為主的考核方式難以適應高等人才綜合能力培養的要求，其弊端顯而易見。單片機考核應該實現了由“知識本位”到“技能能力本位”轉變，建立以考核知識的應用、技能與綜合能力水平為主的，平時考核與期末總結性、鑒定性考試并重的，由多種考核方式構成、時間與空間按需設定的考核綜合評定成績的課程考核體系。[6]

我們采用了以平時項目性考核為主，期末總結性考試為輔的考試模式。其中平時項目性考核采用項目設計作業/作品、抽查答辯(口試)和課內實驗實訓操作技能考核相結合的方法，主要在各環節考核學生平時在實施項目時表現出的綜合能力，同時注重對專業技能、學習態度、職業操守、團隊合作精神等社會能力的評價，成績占60-70%，期末總結性考試采用閉卷考試的方法，主要考核學生掌握知識的多少，成績占40-30%。

上述考核方法的改革實踐，突出了單片機知識的應用、技能與綜合能力的考核，體現了以知識的應用、技能與綜合能力的掌握為“主線”的高等教學特征，推動了教學改革，使學生的綜合能力得到提高。

3小 結

針對單片機教學的不足，本文提出了將工作項目教學模式運用到單片機教學改革中，并在許多方面付諸于實踐，從而使單片機學習過程變成學生積極主動參與其中，并在項目實踐過程中理解、掌握單片機知識和融會貫通，提高了學生綜合素質和技能，許多學生在國家、省、市比賽中取得了優異成績。但在教改中，也暴露出另外一些問題，如學生傳統習慣和思維的存在，教師素質隊伍建設滯后等問題，但我們堅信，這些問題都是改革和發展中面臨的新情況，隨著教學改革的不斷深入，都能予以解決，實現適應社會發展的教育目標。

[1]程繼興.單片機原理及應用[M].北京：中國傳媒大學出版社，2007：5-12.

[2]CEAC信息化培訓認證管理辦公室.單片機應用[M].北京:高等教育出版社,2006：34-39.

[3]周根榮,姜平,李俊紅.單片機課程教學模式的探討[J].電氣電子教學學報，2006,(10)：33-35.

[4]戴士弘.職業教育課程教學改革[M].北京：清華大學出版社，2007：131-134.

[5]尤拯.項目教學法在電氣控制教學中的應用與實踐[J].職業教育,2007,6:29-31.

[6]何克抗.建構主義的教學模式、教學方法與教學設計[J].北京師范大學學報(社會科學版),1997,(5):74-81.

The Exploration of SCM Teaching Reform Based on Projects

Feng Yi1,He Jianmin2,Liu Xiangping1
(1.Anhui Technical College of Water Resources and Hydroelectric Power,Hefei 230601,China;2.Hefei University of Technology,Hefei 23009,China)

Based on the research of the problems existing in single chip machine (SCM)teaching in higher vocational colleges,the thesis explores the project-oriented SCM teaching reform mode of integrating work with learning so as to improve the overall qualities and abilities of the students majoring in electronics and electro-mechanics and make SCM teaching meet the requirement of social development.

higher vocational education;single chip machine;teaching reform

G642.0

A

1672-447X（2011）03-0111-004

2011-03-28

安徽省教育廳教學研究項目（2008jyxm205）;安徽水利水電職業技術學院教研重點項目（2008XJ09）

馮毅（1975-），安徽績溪人，安徽水利水電職業技術學院講師，碩士，研究方向為信息管理、單片機控制；

何建民（1961-），安徽桐城人，合肥工業大學管理學院副教授，碩士生導師，博士，研究方向為信息管理；

劉湘屏（1975-）安徽懷寧人，安徽水利水電職業技術學院講師，碩士，研究方向為管理科學。

胡德明