單片機應用技術項目化教學體系的構建與實施

張 良，徐 雷，孫長智

（亳州師范高等專科學校 理化系，安徽 亳州 236800）

單片機（單片微型計算機）實際上是一種將CPU（中央處理器）、存儲器和輸入輸出接口集成在一個芯片中的微型計算機.單片機具有功能強、功耗低、體積小、可靠性高、擴展靈活、價格低廉、使用方便、容易產品化等優點，使其在生產自動化、智能儀器儀表、家用電器、實時監控、醫用設備、計算機網絡和通信、航空航天、國防現代化等領域廣泛應用［1-3］.

1 單片機應用技術教學現狀

單片機應用技術是隨著微電子技術的發展而迅速發展起來的一門應用科學［1］，是機電、汽車、電氣、電子、通信等所有工科專業的專業必修課［4］，該課程是開設C語言程序設計、電子線路、模擬電子技術、微機原理與接口技術課程之后，開設的后續專業課程.在內容上，單片機應用技術重點介紹了MCS-51單片機硬件結構、指令系統和匯編語言、中斷系統、定時器/計數器，串行口及其應用、系統擴展、系統接口、系統開發等.

單片機應用技術主要強調單片機在生活及工作中的實際應用.然而，目前的單片機應用技術的教學大多數是以教師講授為主，講授中以單片機的結構為主線展開，其順序依次為：單片機的硬件結構、指令、然后是簡單的軟件編程，再到中斷的概念和應用，最后是單片機系統的擴展和各種外圍器件的應用，同時結合一些實例［4］，該講授順序注重強調理論知識體系的完整性和嚴密性，對設計硬件的綜合性分析幾乎不做講解［5］.這種教學方式注重課程本身體系結構和前后的邏輯聯系，但卻忽略了可行性［6］，致使教師課堂上的“長篇大論”無法引起學生的興趣，結果往往是課程結束后，學生既沒有形成系統的概念也沒有掌握系統的設計方法［7］.這就需要教育工作者必須對這種即達不到教學目的也不能滿足實際需求的教學方式進行改革，設計新的教學方案，探索有效的教學方法，讓學生成為教學的主體，積極地參與教學的每個環節，從而達到培養學生實踐能力的目的.

2 項目化教學體系的構建

筆者根據單片機各項目在教學中體現的作用，把單片機應用技術項目化教學體系分為技能型項目、基礎型項目、綜合型項目3個層次：技能型項目培養學生EDA相關軟件的使用技能；基礎型項目幫助學生構建系統的知識體系；綜合型項目培養學生項目開發的綜合能力.該教學體系中項目的選擇按照由易到難、由淺入深的原則，突出應用.

2.1 技能型項目

技能型項目教學的目的主要是讓學生熟練掌握Keil、Proteus、Protel 99SE等EDA軟件工具，熟悉從項目的提出→使用Proteus軟件進行電路的搭建→Keil軟件編程仿真→Protel 99 SE畫電路板→雕刻機雕刻PCB版→原器件的焊接→項目的調試，完成整個項目開發流程.具體開設的技能型項目見表1.

表1 技能型項目

在技能型類項目中，主要是通過單片機最小系統讓學生學會單片機相關軟件以及機器的使用，這些軟件和機器的使用操作流程比較固定單一，難度不大，只要給學生充足的時間練習和操作，即使對于沒有任何基礎的學生而言，也是可以較快地掌握該類技能.

2.2 基礎型項目

基礎型項目是針對分立項目進行介紹學習，該項目類型主要是為了讓學生熟悉單片機的I/O端口的控制，掌握單片機中斷系統、定時器/計數器，串行口及其應用重要概念.具體開設的基礎型項目見表2.

表2 基礎型項目

在基礎型項目中，項目之間具有一定的關聯性，每一個項目中都承載著單片機的重要知識點，把這種重要的理論知識附在實際的項目中，讓學生在完成項目的同時，理解這些復雜的概念.

2.3 綜合型項目

綜合型項目在技能型項目和基礎型項目的基礎上，按照實際工程項目的要求，從分析項目要求出發，逐步實施整個項目開發流程，最終達到項目調試完成.具體開設的綜合型項目見表3.

表3 綜合型項目

在綜合型項目中，每一個項目都能體現學生學習單片機應用的能力；這些項目和實際工程要求一致，每一個都可以作為一個畢業設計，綜合應用能力較強，對學生的要求也比較高，教師在實際教學過程中可以根據學生的單片機實際應用能力，分層次的實施教學.

3 項目化教學的實施

項目化教學的實施是整個項目化教學體系的核心環節，實施過程中以學生為主體，教師為主導，知識點應用為載體，以培養學生實踐能力為目的［8］，教師把學生引入項目工作中后退居到次要的位置，當學生遇到問題時，并不是馬上告訴他們答案，而是引導學生思考解決問題的思路和方法，展開討論［9］.下面以筆者實際教學為例，探討項目化教學的實施過程.

項目化的教學體系分成了3種類型，技能型項目是學習單片機相關的EDA軟件，此類項目中的每一項由專門的老師來從事教學.例如筆者所在院校的做法是：Proteus軟件和Keil軟件的教學由筆者來指導，Protel 99SE軟件教學及雕刻機使用的教學由相應專業的教師進行指導，整個技能型項目的教學以完成一個單片機最小系統為例，使同學熟練使用單片機學習所需軟件的同時，熟悉整個設計流程.分教師指導好處就是專業教師可以將自己從教的相關軟件講解很透徹，但是要注意教學時間的安排不能和從教老師上課時間沖突.對于雕刻機的使用，要在學習后安排專門的學生負責管理和使用.

基礎型項目和綜合型項目中每一個項目都是分步驟實施.具體步驟如下：

（1）分析項目任務.每一個項目的安排都要明確任務要求，指導學生編寫項目設計方案，讓學生有的放矢；一般情況是每個項目分成2～3個任務，任務由簡到難.

（2）學習相關知識.在明確了任務以后，教師指導學生學習相關的知識點.此時要教會學生查閱相關資料.

（3）用Proteus搭建電路.根據所學的相關知識，Proteus軟件搭建電路.在技能型項目中已經學習了Proteus軟件，所以在搭建電路時就可以分組自行完成，對于學生不知道的相關器件名稱，教師可以作統一指導，也可以讓學生上百度查詢.

（4）Keil軟件編寫程序并進行仿真.此過程中可以用到的語言是C語言和匯編語言，針對于學生的實際知識儲備，可以讓學生自行選擇使用哪種語言.并把編譯后.HEX文件加載到Proteus搭建的單片機電路中進行仿真.

（5）畫PCB板.在仿真正確的前提下，按照Proteus搭建的電路圖，用Protel 99SE軟件畫PCB板.

（6）雕刻PCB板.在雕刻機上雕刻PCB板.此過程中每個同學第一次使用雕刻機時都應該在專門負責管理和使用的學生的指導下完成（老師有時間，也可以老師指導），學生雖然已經統一的學習過，由于沒有親自動手操作，還是可能會有部分細節掌握不牢固.

（7）實物安裝與調試.在雕刻好的PCB板上安裝原器件，并對焊接好的電路板進行功能調試，直到完成項目任務.原器件由物料儲備室的老師根據項目原器件清單來發放.

（8）考核.根據項目任務完成的情況，指導老師給予打分.作為此門課程的最后成績的參考依據.

（9）歸納總結.對項目任務的相關知識內容和任務中碰到的問題做歸納總結，完善知識體系.

單片機項目化教學的實施過程，包含了單片機項目化教學的整個流程，通過此過程實施教學，可以使同學們掌握這個操作流程，并且能夠熟練地掌握技能型項目中的應用軟件，同時通過基礎型項目鞏固練習，讓學生掌握單片機的各個知識點，最后通過綜合型項目對學生的單片機學習情況進行考核.整個教學過程貫穿性強，學生學習起來比較容易，教學效果較好.

4 結語

本文構建了從技能型項目到基礎型項目再到綜合型項目，逐層遞進的項目化教學體系，體系中基礎型和綜合型項目都是有針對性的挑選出來的典型項目，按照如下流程實施：提出項目→分析項目任務要求→學習相關知識→搭建電路→電路仿真→畫PCB板→焊接原器件→電路調試完成.此單片機項目化教學體系和實施方案在專業教師齊心協作下，真正的實現了教、學、做統一，軟硬件統一，理論與實踐統一，培養了學生分析問題、解決問題的能力，同時也培養了學生動手能力和實踐能力.

［1］任照富，李學平.單片機原理與應用項目化教程［M］.北京：中國建材工業出版社，2013.

［2］趙全利，肖興達.單片機原理及應用教程［M］.北京：機械工業出版社，2007.

［3］張暉.Proteus 在高職單片機項目化教學中的應用［J］.中國科學創新導刊，2009（2）：183-185

［4］宋雪臣.關于單片機課程項目化教學的探索［J］.山東水利職業學院院刊，2010（4）：19-21.

［5］顧亞文，廖武華，袁道香.基于高職高專的單片機課程項目化教學的改革實踐［J］.計算機光盤軟件與應用，2012（22）：246-247.

［6］楊志幫，楊樾.《單片機應用技術》在項目化教學中的改革與探索［J］.職教研究，2011，3（3）：38-41.

［7］蒲珊珊，孫超.高職單片機項目化教學的探討［J］.機電技術，2011（6）：194-196.

［8］楊曉紅.單片機新教學方法之探討［J］.科技信息，2011（1）：244-245.

［9］龍海燕，董曉紅，王姝.項目導入法在 EDA 教學中的探索［J］.成都航空職業技術學院學報，2011，27（2）：29-31.