項目驅動教學法在單片機課程教學中的應用

摘要：單片機原理及應用課程是一門難教難學的專業基礎課程。在分析傳統教學方法的基礎上，為改善教學效果、增強學生的實踐動手能力，在教學過程中引入項目驅動教學法。實踐表明，項目驅動教學法應用于單片機課程教學中突出了學生在學習過程中的主體地位，使學生有針對地學習，有利于學生分析解決問題的能力、綜合創新能力的提高，在教學實踐中取得了較為理想的效果。

關鍵詞：單片機；項目驅動；教學模式；實踐

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）29-0046-01

單片機以其體積小、價格低、功能齊全、抗干擾性高、可靠性好、易于開發擴展等獨特特點，被廣泛應用于工業自動化及智能儀器儀表、通信設備、家用電器等各種設備儀器中。[1]近年來，隨著各種機械設備自動化程度的不斷提高，用單片機來實現對各種機械電子設備的控制顯得越來越重要。因此掌握單片機技術，了解其工作原理，特別是具備單片機的基本操作技能，成為當代理工科專業大學生的重要任務。

到目前為止，單片機原理及應用是多數理工科院校電子信息科學與技術、通信工程、電氣工程及其自動化等電氣信息類專業的主干課程。該門課程以C語言程序設計、數字電路、模擬電路為前續基礎課程，同時對嵌入式系統和DSP技術等后續課程的學習有重要影響。

一、教學背景

傳統的單片機課程，在教學內容的選擇和教學順序的設置上，通常采用的是理論與實踐相互結合、先理論后實踐的模式，程序設計語言通常采用匯編語言。從實際效果看，理論課程大多圍繞單片機的結構及原理、指令系統、匯編語言程序設計、中斷系統、定時/計數器、串行通信、單片機系統擴展等相關知識展開，學生處于被動接受狀態，在整個教學活動中參與度不高，容易感到枯燥和倦怠；實際的拓展性應用知識講解較少，無法體現當今社會對應用型人才培養的需求，對學生真正掌握單片機控制系統沒有實質性的幫助。

相對于理論教學，實驗教學學時非常有限。以筆者所在院校電氣工程及其自動化專業為例，單片機原理及應用理論學時為48學時，實驗學時僅為16學時。實驗教學一般在理論教學中后期才展開，受課時限制，實驗重點也大多局限于對單片機的簡單操作和自身功能驗證之上，而很少拓展到單片機的具體應用領域。又由于缺乏后續相關課程的支撐，沒有能夠將單片機教學與相關課程有機結合，將所學知識有機系統的串聯起來，對單片機“軟硬件結合的系統設計方法”強調不夠，使得學生在設計實際的應用系統時缺少系統化的思想。[2]

此外，多數院校單片機課程成績的評定多是以期末理論考試為主，考核方式欠缺多樣性，對學生實踐能力的考核欠缺有效的考評機制，導致學生在學習過程中重理論而輕實驗，忽略了單片機作為一門應用性極強的課程的本質。

二、項目驅動教學法在單片機教學中的實踐

1.項目驅動教學法

所謂項目驅動教學法，是一種基于探究性學習和協作學習的教學方式，是指教師把教學內容和教學重點提煉出來，巧妙地蘊含在一個個具體的項目中，把相關的知識點融入到項目的各個環節中，層層推進，從而激發學生學習的興趣、發展學生動手能力的教學方式。項目驅動教學法把教師的作用更多的定位在促進學生學習、引導學生成功上，教與學都是圍繞著所設計的項目來展開。

項目驅動教學法比較適合實踐性較強的理工科課程教學，它要求師生改變傳統的觀念和角色，充分發揮學生在學習中的主體地位和教師在教學中的組織、引導、促進、控制作用，把學生認為枯燥的知識轉變為生動的學習內容，有利于真正培養學生的創新能力、自學能力、實踐能力、增強學生獨立意識和協作精神。[3]

2.項目驅動教學法在單片機教學中的實踐

把項目驅動教學法應用于單片機課程教學過程中，首先要解決的是編程語言的選擇問題。現今大多數的單片機教材的編程語言都是以匯編語言為主，使用匯編語言編程的優點在于其所編寫程序的代碼緊湊、執行時間短、便于控制。然而其缺點也是明顯的——由于其缺乏通用性，需要程序編寫人員對單片機硬件系統有相當深入的理解，且程序不易移植，所以不利于單片機教學。C語言由于其運算速度快、有良好的可移植性、且編譯效率高，可以直接實現對單片機硬件系統的控制，因此筆者所在院校從2010級電氣信息類本科專業開始，在單片機教學中采用了C語言編程。

其次，把項目驅動教學法應用于單片機課程教學實踐中，項目內容的設計與提煉極其重要和關鍵。項目內容的設計要打破原有教學框架，遵循學生的認知規律，以學生為中心，由簡單開始，將單片機課程的核心技術提煉為若干知識點，并通過一個個具體案例來體現。引導學生邊做邊學，在實踐中學習。一個項目的設計需要由不同的知識點去組合和搭建，如“基于單片機的交通燈控制系統設計”，不但要求學生熟練單片機的I/O口操作，還要熟悉數碼管的顯示知識；同樣“簡易搶答器設計”，不但要熟練單片機的I/O口操作、數碼管的顯示知識，還要熟悉按鍵等的操作，因此，每個項目又可被分解為若干任務。

筆者依據本校電氣信息類專業對“單片機原理及應用”課程教學內容的要求，結合自身實際教學經驗，把單片機教學內容大致分解為三大模塊，詳見表1。

表1 項目內容及任務

在這三大模塊中，基礎訓練模塊教學內容由單片機最小系統、I/O接口、數碼管顯示技術等組成；技能模塊教學內容由單片機的中斷系統、定時器/計數器、串口通信、電機控制等組成；綜合訓練教學內容由模擬交通燈控制系統設計和簡易搶答器設計等組成。在基礎模塊教學階段，教師通過講解和演示的形式以提起學生的學習興趣，讓學生熟悉常用的編程軟件和實驗平臺的使用方法。技能模塊教學設置與基礎模塊一致，教師先講解后演示，綜合訓練模塊不再設置講解環節，教師布置題目后，學生自行完成，教師點評項目報告。每個項目結束后，教師都要求學生撰寫項目報告并據此進行教學評估。

此外，在單片機教學過程中，對部分教學項目，在實驗板不能滿足教學需要的情況下，還引入了Proteus單片機系統虛擬仿真軟件結合Keil C軟件編程，用虛擬單片機系統來替代實際硬件電路，把程序運行于虛擬的MCU上，使軟件調試不再依賴于實際的硬件電路，當仿真結果達到系統預期目的后，還可以進行實際硬件電路的制作。仿真軟件的使用讓學生不再受限于現有的實驗課時和實驗設備，使其能夠更加靈活、深入地學習單片機知識。

對單片機實驗課時相對不足的現狀，將部分理論課時移到實驗室進行，構建理論與實踐一體化的教學模式。教師每講授完一個項目，立刻要求學生進行實踐，同時充分利用開放實驗和課程設計的有限學時，作為實踐學時的有效補充，通過充分的實踐使學生掌握單片機的軟硬件資源及工作原理。

三、教學體會

實踐表明，在對本校2010-2012級電氣信息類本科專業單片機教學中引入項目驅動通過對教學內容的精簡的教學法的嘗試，，達到了優化教學內容的目的。項目驅動教學法中項目的設計應遵循循序漸進、從易到難的原則，以符合學生認知規律。項目驅動教學法將部分理論課時移到實驗室進行，把課堂還給了學生，實現了理實一體化教學，突出了學生在學習過程中的主體地位，尤其適用于應用性較強的理工科課程教學。

項目驅動教學法在對單片機理論教學內容精簡的基礎上，更加重視實驗教學、課程設計、開放實驗與理論教學的緊密結合，培養和提高了學生的實踐動手能力和創新能力。通過教師對典型項目案例的講解，使學生有針對性的學習，有助于綜合創新能力、科技創新的提升。以項目驅動教學法重塑單片機課程教學體系，還有助于任課教師之間相互借鑒教學經驗，達到課程教學方法和教學手段的改善和提高。

參考文獻：

[1]朱向慶，胡均萬，陳宏華，等.多功能單片機實驗系統的研制[J].實驗室研究與探索，2012，31（4）：41-44.

[2]張毅剛，彭喜元，姜守達，等.新編MCS-51單片機應用設計[M].黑龍江：哈爾濱工業大學出版社，2010.

[3]孫帥，宋小娜.關于單片機教學改革的思考與探索[J].科技信息，2009，（5）：146-147.

[4]李紹靜.基于案例驅動的單片機教學模式研究[J].信息技術，2013，（4）：59-62.

[5]史成芳，程榮龍.基于“案例驅動”的單片機教學方法研究[J].實驗科學與技術，2010，8（6）：93-94.

（責任編輯：劉翠枝）