基于項目的單片機系統教學體系探討

摘要：根據單片機系統的特點，討論高等職業學校單片機應用系統項目式教學的師資隊伍和教材建設、實驗室建設、教學實踐環節等問題，并就如何建立適合高職類院校特點和社會需求的單片機教學體系提出了建議。

關鍵詞：單片機系統項目式教學應用能力

一、引言

單片機應用系統的學習過程就是應用系統的開發過程，是一個基于實用的認知過程。為了使高等職業類院校的學生在學完單片機技術這門課程的同時，也能進行單片機實用產品的開發和研究，課程教學應該在單片機應用系統的學習過程中貫穿實用產品的開發與研究，在開發中熟悉、掌握單片機的基本知識和應用方法。

一般課程采用的是任務型教學方法，整個過程大致可以總結為：確定任務目標、進行任務分析、講授相關知識、任務實施并完成等幾個步驟。這種方法可以適合于各種課程的知識與技能教學。單片機系統教學如果也采用這樣的教學方法就不能體現其實用性，不能把單片機應用系統的學習過程貫穿于實用產品的開發與研究中，達不到理論聯系實際的教學效果。單片機應用技術課程的最大特點是實用性，這就從理論上決定了本課程的學習可以不同于其他理論課或理論基礎課，它可以和實踐緊密聯系起來進行學習。但是在實際教學實踐中，能夠實現理論和實際的緊密聯系并不是一件輕松的事情。

怎樣才能實現上述目的，提高高職院校單片機系統的教學質量呢？首先應該構建項目式教學平臺，進行項目式教學是實現上述目的的最好途徑。基于項目的單片機系統教學過程大致可分為：項目引入、相關知識學習、項目實施、知識拓展等幾個環節，其教學體系以培養學生應用能力為核心，以項目為驅動，以教師教材為基礎，以實驗為手段，以考核和課程設計為保證，整個教學體系如圖1所示。

基于項目進行單片機應用技術理論學習和操作的方法，也可以應用在其他嵌入式系統課程的教學中。

二、建立適合項目式教學的師資隊伍，選擇合適教材

良好的教師隊伍和恰當的教材是保證項目式教學正常運行的基本條件。

1.建立適合項目式教學的師資隊伍

單片機應用系統教學過程是一個以教師為主導的學習過程。講授單片機應用技術課的應該是具有一定項目開發和實踐經驗的教師，而不是剛畢業參加工作沒有開發經驗的研究生或者大學生。單片機系統教師應當定期進行培訓、調研、學習，到公司和企業去進行項目和產品開發，學校要加強與企業的聯系，以保證教師知識的先進性和提高教師的業務水平，還可以聘用企業、行業、科研單位人員到高校兼職，擔任任課教師。

2.選擇適合項目式教學的教材

在組織單片機系統教學中，教師選用的教材要和項目式的教學方法配套，切忌選擇經典式的任務式教學所用的教材。因為二種教材在教材定位、編寫原則、書籍特色等方面有所不同。以項目式為基礎的教材一般以項目、模塊或者課題為單元劃分整書結構，而任務型教學以理論知識的系統性學習為基礎按章節形式劃分整書結構，雖然二者內容相同，并且都可以由淺入深的組織教學，但側重點不同，前者突出實用、實驗、科研，后者側重理論、連貫、系統。從培養學生應用能力的目標來看，前者突出實際運用，更易達到學以致用的目的。

三、實驗室建設是項目單片機教學體系得以實施的平臺

單片機應用系統的學習離不開實驗。項目式教學的內容以最新的研究成果和企業的實際案例為學習單元，培養的是學生的實際操作能力，用理論指導操作，在操作中強化理論，最終將理論最大限度地運用于實踐是單片機應用技術課程教學的目的，而這一切都是以實驗為基礎的。

單片機應用技術的學習過程可能要在實驗室花費大半的時間。傳統的單片機實驗室由實驗箱構成，應用的軟件種類少，硬件改動難，只能做一些基本的實驗，已經不能滿足現代單片機的學習需求。

新型的實驗室以軟件和硬件相結合的方式，突出軟件的調試、仿真功能，培養學生的動手能力。將Keil、Wave、Proteus、Protel等軟件、仿真器和編程器貫穿用于教學中。使用的一般過程是用Keil、Wave、MPLAB-IDE等軟件（根據芯片種類選一種）進行程序設計、軟件調試和仿真，用Proteus對硬件電路進行設計和仿真，最后用Protel繪制電路原理圖和印制版。由于單片機軟件種類較多，比如PCB設計主流軟件有Protel、PADs、Cadence Allegro、Mentor WG等，學習時可根據實驗室現有裝備情況、市場需求、學生就業趨向等進行選擇。

四、課內課外相結合，鼓勵學生主動學習

單片機應用系統授課時間大約32～40學時，在這么短的時間里實現產品的開發與研究幾乎是不可能的，這就需要擴展教學時間，使教與學由課堂內延伸到課堂外。項目式教學以實踐為入口，注重實用，利用人的好奇心，有利于激發學生的學習興趣，反過來，對單片機應用技術的興趣又激勵著學生能主動利用課余時間學習，使二者之間形成良性循環，為基于項目式單片機系統的教學目標的實現提供可靠的保證。

為了能更好地引導和幫助學生的課內、外學習，教師和實驗員有必要采取一些輔助手段。比如：一是開放實驗室。教師可以安排責任心強的學生負責課余時間實驗室的管理，基本做到宿舍不熄燈，實驗室不關門，給好學的學生提供實驗條件。二是對學生進行分組。教師以項目為基礎進行教學非常有利于學生分組學習，因為可以以項目本身作為分組的標準，當然也可以選擇其他的分組方法。主要分組方法有：

一是以項目為標準劃分：同一項目分組、不同項目分組。

二是從學生層次上劃分：可分為強弱互助型小組、 強強聯合型小組、弱弱共濟型小組等。例如強弱互助型小組是把基礎較好、學習能力較強的學生和基礎較弱、各方面表現欠佳的學生組成一個學習小組。這種小組實行“一對一”互幫互學辦法，促進后進學生更快地進步。這種學習小組非常適合于日常教學的各個環節，教師做好引導工作，制定合適的激勵措施，真正達到全組同學共同努力、共同提高的目的。

三是按學生興趣劃分小組。教師在平時多觀察學生的個性，把興趣相近的學生組成一個小組。這種分組方法特別適合建立各種課外興趣小組時使用，因為小組成員志趣相同，更容易凝聚成一個充滿合作精神的團體。

五、改革考核形式，實行項目特色考核

改革期末評分方法，實現教考分離是項目式教學特有的一種評分方法。由于單片機應用技術課程是以培養學生實踐能力和應用能力為目的，因此考核也應針對幾方面的能力進行考核，考核的方式方法和考核的內容將直接影響教學過程的實施，關系到教師如何教和學生如何學。在期末考核時，教師應結合學生平時的表現，進行綜合評定。例如：

平時：60%～80%——基于項目的成績。

考試：20%～40%——基于測試和測驗。

基于測試和測驗的成績主要在學期末進行評定。由專業教師根據教學大綱編制試題庫，題庫分應知和應會兩方面內容。期末考核也分為應知和應會二部分內容。應知考試是對各知識點的考核，包括基本概念、基本原理、基本器件；應會是對學生的編程、制版、調試等進行操作考核，應會考試要求學生現場調試結果，教師根據學生完成的準確性和熟練程度按評分標準現場評分。

基于項目的成績，主要是對學生在實驗操作、課題開發與研究過程中的表現狀況、進行狀態、完成速度與完成質量等方面情況以分數形式體現的綜合評價。整個考核主要是對編程能力、軟硬件分析能力、軟硬件調試能力，綜合運用能力的考核，可以用直接參照、加權平均、綜合評分等方法進行打分。這一成績應該在整個分數中占較大比例。由于每一個項目除了教師講授、演示外，許多工作由學生動手、教師指導來完成，每一個課題的成功都離不開學生的努力和創新，學生的發揮在項目開發中會表現的淋漓盡致，這種評分的價值甚至比考試更加重要，尤為客觀和真實。

六、增加課程設計，進行項目自主開發或產品的開發

產品的開發過程實際上是把一個大的項目分解成若干個小的項目進行開發，一些小的項目是單片機項目，另一些小的項目不一定是單片機項目，而是產品相關的其他領域項目。基于項目的教學方法可以以課程設計的完成作為課程教學結束的標志，課程設計中要貫穿單片機相關的實用產品開發，最后要有經過調試的、完整的電路原理圖、仿真電路圖、源程序清單、參考印制版圖。在設計和開發過程中，教師加強學生的能力培養，包括元器件應用、傳感器應用、電子技術應用、電路設計、執行機構設計、編程控制設計等綜合能力。課程開發的經驗和過程也完全可以在畢業設計時采用。有實踐經驗的教師更容易組織此類教學，此類教學也更能培養學生的學習興趣，提高單片機系統課程的教學效果，培養出實用型人才。

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（作者單位：山西省晉中市晉中學院）