基于單片機開發板的項目教學改革探討

【摘要】闡述按照由淺到深的遞進式項目教學步驟，實施基于開發板的單片機項目教學改革。

【關鍵詞】開發板單片機項目教學改革

【中圖分類號】G【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889(2012)05C-0132-02

自我國1982年開始使用單片機至今，單片機技術已經過了近30年的歷程，單片機存儲能力越來越大，CPU速度越來越快，可靠性越來越高，應用領域越來越廣，這使得單片機廣泛應用在電子行業、工業自動化、智能儀器儀表等多個領域。正是由于單片機技術的廣泛應用和市場需求，幾乎所有高校的電子類專業都開設了單片機技術課程。但這門課程在相當長的時間內都是采用以理論為主、實踐為輔的教學模式，這種傳統的教學模式最大的弊端是學生學完該課程后，未能掌握單片機應用系統設計的能力和項目開發設計能力，無法適應工作崗位的要求。為了讓學生學以致用，實現畢業后與崗位的無縫對接，具備工作崗位的專業技能，對單片機課程現有的教學模式進行改革勢在必行。

一、單片機傳統教學模式的缺陷

單片機是把中央處理器(CPU)、存儲器(RAM／ROM)、輸入，輸出端口(I／O)等主要計算功能部件集成在芯片上的微型計算機。單片機課程內容是“硬件+軟件”，即以單片機的內部結構為主線展開到匯編指令的應用。單片機的內部結構包括存儲器、特殊功能寄存器、并行I／O接口、定時器、中斷系統等；匯編語言方面如尋址方式、數據傳送、算術運算、控制轉移等；C語言方面加上語法和數據類型學習?，F行的教學模式中，教師一般都采用“以講為主，實踐為輔”的方式，大量講解抽象的理論知識。在實踐方面，只是進行少量課時的驗證性實驗，通過實驗箱對單片機的I／O接口進行簡單應用，學生往往難以了解電路結構，學完后也不知道怎么用，理論結合不了實際，從而喪失了學習興趣和信心。這種常規的教學模式已經不適應社會工作崗位的需求，也不利于培養學生創新設計能力和開拓能力，在學生工程項目的開發與應用能力培養方面嚴重缺失。

二、單片機項目教學改革

(一)課程內容的改革思路

單片機技術是一門電子電路與軟件技術綜合應用的實踐性課程，課程教學改革思路應符合單片機相關工作崗位的知識和能力需求，在課程中培養學生單片機系統設計能力，提高學生電子產品設計能力。為了適應崗位要求，單片機課程教學模式應從以知識傳授為主轉變成以能力培養為主?；诖?，可實施基于工作過程的單片機項目教學法。

為了順利進行單片機項目教學改革，應徹底改變原教學的內容和組織結構，并構建新的課程內容和課程體系結構。筆者對現行的課程內容進行了創新的改革，精心設計了4個基礎項目(單片機設計入門、單片機程序設計、單片機典型控制、單片機接口設計)和2個綜合項目(單片機綜合開發、單片機綜合測試)，并對單片機課程教學內容的組織方式重新進行編排，以項目為主線，使教學內容適應項目教學法的要求。以遞進式的單片機項目教學進行改革，每個項目具有自創特色，讓學生學完課程后，具有單片機最小系統設計能力；由淺到深，最后進行綜合設計能力培訓，使學生綜合能力適應電子產品設計與相關崗位的要求。

(二)項目教學的實施

改革后的授課內容已經在教材中充分體現，項目實施的硬件載體是單片機開發板。在項目的實施過程中，單片機教材與教學開發板相輔相成，缺一不可，對學生的實際操作能力和系統設計開發能力的培養起著非常重要的作用。單片機開發板整合了單片機最小系統，功能齊全，整機只需要用一條USB線，即可與Pc機完成全部的供電、通信、燒寫、仿真等操作。

通過開發板上紅外線遙控、通信、矩陣鍵盤、8位數碼管、10端口應用、10擴展等功能模塊的豐富硬件資源，可以讓學生直接開發電子鐘、電壓表、遙控開關、數字溫度計、智能儀表等，使學生在獲得基礎項目知識的基礎上提高綜合設計和創新設計能力。

為了讓學生在遞進式的項目教學中提高設計能力，激發項目開發的熱情，應有一個理論與實踐緊密結合的項目實施方案。項目的實施方案主要體現在教師運用提示、演示、引導、討論、歸納與總結的教學手段，引導學生正確地找出項目中相關的知識點及結論點；學生則通過軟件仿真、開發板操作、資料查找、項目研究與討論、理解和開發的實踐，完成知識和技能的積累和學習。基礎項目教學實施過程可以分為4個階段，即項目介紹、項目引入、項目開發與實踐和項目考核與總結。

1.項目介紹。項目介紹就是讓學生明白做什么項目內容，該項目的功能與應用領域是什么的過程。教師可列舉單片機系統應用的2—4個實例，學生通過聽講了解本項目知識從而了解它在實際生活中的應用，如汽車方向、儀表方向和電訊方向，等等。同時，以實例為依托，介紹內容以單片機的結構為主線，從單片機的硬件結構到軟件編程，再到中斷的概念與應用，最后是單片機系統的擴展和各種外圍器件的應用。

2.項目引入。項目引入主要是以介紹項目如何實現為目的，告知學生做什么的過程。以信號燈項目演示為例，用單片機開發板實現該項目之前，教師先講解C51程序語言的語法、結構等主要內容，以及KeilC51的開發環境、Protues仿真使用條件，并要求學生在上述條件下實踐該項目。

通過編程與仿真，學生初步掌握了項目實施的方法，教師結合項目運行時所出現的問題逐一講解，總結驗證項目中出現的問題并歸納相關的知識點，最后提出項目擴展任務，讓學生親自實踐。

3.項目開發與實踐。項目開發與實踐即讓學生自己做，自己開發。通過前兩個步驟的學習與掌握，學生根據布置的項目擴展任務，查閱資料，編寫程序，仿真實施解決硬件的問題，自己開發軟件，最終在單片機開發板上驗證。教師對衍生的新知識點采用提問、討論和講解的方式與學生進行互動，學生通過討論可以自己改進程序，實現功能擴展。

4.項目考核與總結。項目考核與總結是教師檢查學生項目做得如何、項目開發深度怎么樣的過程。教師通過考核，檢查學生是否能夠正確連接計算機與單片機教學板之間的接線，是否能正確演示已完成項目。教師根據項目擴展任務進行考核，提問學生項目中的軟硬件技術內容，根據學生回答問題的正確性進行評分，最后對項目考核中容易出錯的知識點重新進行講解和分析，讓學生最終掌握該項目的應用與開發。圖3所示項目是實現兩個燈亮的變化過渡到四燈同亮的花樣變化，可作為項目擴展任務。

三、項目教學改革的效果

過去以講為主的教學模式弊端多，學生在該模式中，由于不能很好地理解理論知識，容易產生厭學和畏難情緒，導致課堂上睡覺和注意力不集中，課后無復習與無鉆研精神。而實施項目教學法后，學生由主動操作與實踐代替了被動接受，在實施項目時遇到問題，可以隨時與同學、教師進行討論交流。這種互動性可以使學生逐漸加強對該課程的學習興趣。而且，學生反復進行操作練習，不斷調試與改進，大大提高了課程應用性探索能力，以及單片機應用系統的設計能力。

此外，在項目教學過程中，學生經過項目需求分析、任務分解、軟硬件開發和文檔撰寫，能接觸到PCB電路制板、電子元器件識別與焊接、儀器儀表使用、單片機原理和單片機系統調試與測試等諸多專業知識，以及軟件的開發和調試方法。項目教學法完全按照企業研發流程技能來對學生進行訓練，增強了學生對已學課程知識的實際應用水平，在鍛煉中提高了專業技能水平和綜合技能水平。

四、結語

項目教學改革的主要出發點不是僅在課程中教給學生更多的單片機知識，而是在項目實施過程中培養學生單片機系統分析、設計和調試的能力。本文基于工作過程的單片機項目教學法對單片機課程的改革進行了初步探索，但由于改革時間較短，還存在不少缺陷，希望在今后的教學實踐過程中不斷完善和補充，進一步對課程的深度和廣度進行挖掘，在課程的各個方面繼續進行探索，從而逐步建成富有成效的單片機課程教學新模式。

【參考文獻】

[1]顏延秦，單片機的項目教學法探討[I].職業技術，2010(1).

[2]李精華，楊端等，基于數字鐘設計的單片機課程項目開發[I].桂林航天工業高等?？茖W校學報，2010(2).

[3]肖令祿，朱志平等，基于Proteus和KeilC的MCS-51單片機虛擬實驗室的建立[J]，科技信息，2009(31).

【基金項目】廣西新世紀教改工程項目(2010JGAl21)

【作者簡介】楊永昌(1979-)，男，四川巴中人，桂林航天工業高等?？茖W校講師，碩士，研究方向：電子信息技術研究。

(責編 昊筱)