“任務(wù)驅(qū)動(dòng)”教學(xué)法在單片機(jī)教學(xué)中的應(yīng)用

徐鋒 鄭曉東

[摘 要] 針對(duì)單片機(jī)課程教學(xué)中存在的一些問(wèn)題，提出基于任務(wù)驅(qū)動(dòng)的單片機(jī)教學(xué)方法，探討了該教學(xué)方法在實(shí)施過(guò)程中的注意事項(xiàng)。實(shí)踐表明，任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法可有效提高學(xué)生的工程素養(yǎng)和創(chuàng)新能力。

[關(guān) 鍵 詞] 單片機(jī)；任務(wù)驅(qū)動(dòng)；項(xiàng)目導(dǎo)入；教學(xué)方法

[中圖分類(lèi)號(hào)] G642 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A [文章編號(hào)] 2096-0603（2016）19-0082-02

單片機(jī)是電子信息領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的一門(mén)技術(shù)，是相關(guān)工程技術(shù)人員重要的技術(shù)知識(shí)層面。單片機(jī)原理作為電類(lèi)相關(guān)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)重要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程，其所涵蓋的原理技術(shù)對(duì)于掌握智能化系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)、技術(shù)改造以及自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)起著關(guān)鍵作用。單片機(jī)是電類(lèi)專(zhuān)業(yè)本科教學(xué)中典型的初學(xué)上手易、實(shí)際應(yīng)用掌握難的一門(mén)課程，是理論結(jié)合實(shí)踐最緊密的課程之一。究其原因主要有以下幾點(diǎn)：

（1）單片機(jī)技術(shù)課程的綜合性強(qiáng)，先修專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程多，包括電子線(xiàn)路、微機(jī)原理與接口、C語(yǔ)言等，對(duì)學(xué)習(xí)者專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)面要求相對(duì)較高。

（2）單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，概念多、術(shù)語(yǔ)多、頭緒多，匯編指令多且較抽象，系統(tǒng)的綜合設(shè)計(jì)與編程考驗(yàn)學(xué)生的邏輯思維能力。

（3）單片機(jī)課程的實(shí)踐性強(qiáng)，一般的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)都比較復(fù)雜且程序規(guī)模龐大，教師難以在有限的課時(shí)內(nèi)把系統(tǒng)各功能模塊細(xì)節(jié)都講得既完整又透徹。

一、單片機(jī)教學(xué)中存在的問(wèn)題

（一）重理論，輕實(shí)踐

多數(shù)學(xué)校在單片機(jī)課程的大綱設(shè)置上把培養(yǎng)的重點(diǎn)放在理論教學(xué)上，實(shí)驗(yàn)實(shí)踐課時(shí)安排少，這使學(xué)生少有機(jī)會(huì)理論聯(lián)系實(shí)際，缺乏硬件設(shè)計(jì)和程序編譯的直觀(guān)感受，學(xué)習(xí)興趣不高，學(xué)習(xí)效果差。如何激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，強(qiáng)化單片機(jī)技術(shù)的工程應(yīng)用能力，就成為當(dāng)前單片機(jī)課程實(shí)踐性教學(xué)改革中一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。

（二）理論課教學(xué)效果差

單片機(jī)課程中涉及的概念術(shù)語(yǔ)多，再加上一些復(fù)雜算法，課程內(nèi)容比較枯燥。盡管不少高校也提出了一些教學(xué)改革方案，如情境教學(xué)法、啟發(fā)式教學(xué)法、構(gòu)建多媒體教學(xué)環(huán)境等，但是綜合教學(xué)效率不高，難以提升學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性，學(xué)生學(xué)習(xí)的持續(xù)性和深入性也不夠，難以保證教學(xué)質(zhì)量和鞏固教學(xué)效果。

（三）實(shí)驗(yàn)實(shí)踐環(huán)節(jié)薄弱

大部分學(xué)校將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容安排在芯片基本功能的驗(yàn)證上，而對(duì)綜合設(shè)計(jì)尤其聯(lián)系實(shí)際的設(shè)計(jì)性?xún)?nèi)容涉及較少。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的選取一般都以單一功能的驗(yàn)證實(shí)現(xiàn)為主，較少要求去完成一個(gè)規(guī)模型的項(xiàng)目，導(dǎo)致學(xué)生缺乏思考，照方抓藥，不利于學(xué)生自主性學(xué)習(xí)習(xí)慣的養(yǎng)成，對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)總體把握不夠，難以真正掌握單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與調(diào)試技術(shù)。

（四）理論與實(shí)際應(yīng)用脫節(jié)

相對(duì)于單片機(jī)已成為電子產(chǎn)品的主流應(yīng)用，單片機(jī)芯片市場(chǎng)更加多元細(xì)分的今天，單片機(jī)相關(guān)課程的教學(xué)卻基本沒(méi)什么變化，教學(xué)芯片也大都采用51系列單片機(jī)，教師和學(xué)生對(duì)其他系列型號(hào)的單片機(jī)陌生。顯然與面向社會(huì)市場(chǎng)的技術(shù)應(yīng)用一線(xiàn)必然存在著相當(dāng)大的脫節(jié)，系統(tǒng)自主設(shè)計(jì)訓(xùn)練的缺乏讓很多學(xué)生在面對(duì)一個(gè)實(shí)際項(xiàng)目時(shí)感到?jīng)]有思路，無(wú)從下手。

二、基于“任務(wù)驅(qū)動(dòng)”的教學(xué)方法

任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法（task-based teaching）是一種基于建構(gòu)主義教學(xué)理論的探究式教學(xué)方法。“任務(wù)驅(qū)動(dòng)”是在教學(xué)過(guò)程中，根據(jù)項(xiàng)目總體要求，以完成一個(gè)個(gè)具體的任務(wù)為線(xiàn)索，把教學(xué)內(nèi)容巧妙地隱含在每個(gè)任務(wù)之中，讓學(xué)生自己提出問(wèn)題，并經(jīng)過(guò)思考和老師的點(diǎn)撥，自己解決問(wèn)題。它通過(guò)教師將教學(xué)內(nèi)容任務(wù)化，并在營(yíng)造的模擬情景中提出任務(wù)，驅(qū)動(dòng)學(xué)生開(kāi)展學(xué)習(xí)、探索活動(dòng)，尋找、搜索相關(guān)知識(shí)，歸納完成任務(wù)的方法和步驟。

同傳統(tǒng)以教師為中心的教學(xué)方法相比，“任務(wù)驅(qū)動(dòng)”教學(xué)法以學(xué)生為中心，以“項(xiàng)目”為載體，以實(shí)踐為手段。以“項(xiàng)目”導(dǎo)入“任務(wù)”，注重任務(wù)內(nèi)容的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)，任務(wù)實(shí)施的過(guò)程設(shè)計(jì)；注重培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)單片機(jī)的興趣，提升學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀(guān)能動(dòng)性；注重學(xué)生的實(shí)踐技能、創(chuàng)新思維以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力的訓(xùn)練與提升。

三、“任務(wù)驅(qū)動(dòng)”教學(xué)法在單片機(jī)課程教學(xué)中的應(yīng)用

單片機(jī)課程教學(xué)指導(dǎo)思想是注重基礎(chǔ)知識(shí)，以培養(yǎng)實(shí)踐能力、綜合應(yīng)用知識(shí)能力、創(chuàng)造能力、在實(shí)踐中主動(dòng)獲取知識(shí)的能力為主要目的，其課程建設(shè)要以培養(yǎng)具備一定專(zhuān)業(yè)能力的應(yīng)用型人才為目標(biāo)，以職業(yè)能力為課程標(biāo)準(zhǔn)，改革完善課程體系與教學(xué)內(nèi)容，重視內(nèi)容與技能的有機(jī)整合，強(qiáng)化學(xué)生能力的培養(yǎng)。

（一）設(shè)計(jì)項(xiàng)目任務(wù)

任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法是實(shí)施操作性與實(shí)踐性教學(xué)內(nèi)容教學(xué)的有效方法，但在利用這一方法時(shí)要根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，充分考慮它的適用性，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行科學(xué)深入的分析。項(xiàng)目的設(shè)計(jì)是整個(gè)“任務(wù)驅(qū)動(dòng)”教學(xué)過(guò)程的關(guān)鍵，以項(xiàng)目實(shí)踐為主的教學(xué)內(nèi)容很容易將教學(xué)情境與工作過(guò)程相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)教與學(xué)的一體化。以單片機(jī)工程師的典型工作任務(wù)為依據(jù)，組織序化教學(xué)內(nèi)容，形成以功能分類(lèi)的模塊化的課程體系。

在教學(xué)內(nèi)容組織過(guò)程中積極貼近崗位實(shí)際，從實(shí)踐中提煉項(xiàng)目，確定課程任務(wù)。以單片機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)項(xiàng)目為例，圍繞其包含的信號(hào)檢測(cè)與轉(zhuǎn)換、信息傳遞、參數(shù)設(shè)定、單片機(jī)信息處理及相關(guān)接口技術(shù)等知識(shí)與技能設(shè)計(jì)多個(gè)任務(wù)，如，單片機(jī)AD轉(zhuǎn)換控制任務(wù)下包含按控制要求做出接口電路接線(xiàn)圖、畫(huà)出程序流程圖、編寫(xiě)程序、進(jìn)行程序調(diào)試等諸多任務(wù)步驟。每一個(gè)任務(wù)的設(shè)計(jì)既要考慮在項(xiàng)目的系統(tǒng)化前提下突出該分立單元模塊的功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)；又要考慮教學(xué)內(nèi)容的前后連貫性，保證教學(xué)進(jìn)度的有序銜接。

（二）提高課堂教學(xué)效果

在課堂教學(xué)實(shí)踐中以“項(xiàng)目”為載體導(dǎo)入單元教學(xué)“任務(wù)”。先提出一個(gè)系統(tǒng)化的實(shí)踐項(xiàng)目，向?qū)W生講解并演示該項(xiàng)目的設(shè)計(jì)思路和技術(shù)路線(xiàn)，在學(xué)生對(duì)該項(xiàng)目有一個(gè)整體初步的認(rèn)識(shí)之后，再按模塊分解項(xiàng)目提出具體的教學(xué)任務(wù)，在課堂單元中分步驟實(shí)施教學(xué)。

以“AD轉(zhuǎn)換器應(yīng)用”單元教學(xué)為例，首先給出一個(gè)創(chuàng)設(shè)情景，即AD轉(zhuǎn)換器的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用場(chǎng)景，然后提出本節(jié)課的任務(wù)目標(biāo)，使用AD轉(zhuǎn)換器進(jìn)行電壓模數(shù)信號(hào)的轉(zhuǎn)換，由單片機(jī)對(duì)接收的信息進(jìn)行相應(yīng)處理。在讓學(xué)生對(duì)信號(hào)轉(zhuǎn)換方法進(jìn)行討論的基礎(chǔ)之上，由教師講授A(yíng)D轉(zhuǎn)換器的工作原理和芯片結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)仿真效果演示。然后由學(xué)生分組合作完成下列任務(wù)：硬件接口電路設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、系統(tǒng)運(yùn)行與調(diào)試。在任務(wù)完成的過(guò)程中，教師可適當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用相關(guān)的知識(shí)或技能，完成教學(xué)任務(wù)。最后對(duì)學(xué)生分組完成情況進(jìn)行問(wèn)題總結(jié)和針對(duì)性評(píng)價(jià)，做到區(qū)別激勵(lì)、因材施教，同時(shí)布置課后整理出任務(wù)實(shí)施報(bào)告，鞏固教學(xué)成果。

（三）模塊化的設(shè)計(jì)思想

在教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)過(guò)程中將模塊化的理念貫穿始終。將教材知識(shí)點(diǎn)根據(jù)教學(xué)進(jìn)度結(jié)合工程實(shí)踐，通過(guò)分解綜合形成涵蓋一定知識(shí)范圍的幾個(gè)項(xiàng)目模塊，在每一個(gè)項(xiàng)目下再分解成多個(gè)任務(wù)模塊，可以由多個(gè)學(xué)生組合去分別具體負(fù)責(zé)一個(gè)任務(wù)進(jìn)度，引入分組合作競(jìng)爭(zhēng)的教學(xué)模式，既給學(xué)生施加了一定的學(xué)習(xí)壓力，又鍛煉了團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。

在教學(xué)實(shí)施過(guò)程中將項(xiàng)目分解成不同的功能任務(wù)模塊，每個(gè)任務(wù)對(duì)于系統(tǒng)項(xiàng)目來(lái)說(shuō)都是一個(gè)分立的“插件”模塊。在教學(xué)中提供實(shí)現(xiàn)功能任務(wù)模塊的典型電路和代碼，通過(guò)仿真或課堂實(shí)驗(yàn)演示運(yùn)行效果，讓學(xué)生直觀(guān)形象地感知實(shí)踐應(yīng)用的成果，激發(fā)學(xué)生對(duì)任務(wù)背景知識(shí)學(xué)習(xí)的興趣與自己動(dòng)手實(shí)現(xiàn)任務(wù)設(shè)計(jì)的欲望。

（四）教師在“任務(wù)驅(qū)動(dòng)”教學(xué)中的定位與要求

1.需要教師樹(shù)立以學(xué)生為中心的教學(xué)理念與態(tài)度。教學(xué)設(shè)計(jì)要符合學(xué)生的特點(diǎn)，遵循學(xué)習(xí)的規(guī)律，力求滿(mǎn)足不同類(lèi)型和不同層次學(xué)生的需求。要為學(xué)生提供自主學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)以及充分表現(xiàn)和自我發(fā)展的空間。教學(xué)內(nèi)容以可操作的典型項(xiàng)目為核心，將項(xiàng)目分解為任務(wù)模塊融入不同階段的章節(jié)中，讓學(xué)生能夠循序漸進(jìn)地理解掌握知識(shí)，積累實(shí)踐技能。

2.要求教師不但要具備一定基礎(chǔ)的一線(xiàn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，還要能夠與時(shí)俱進(jìn)，跟蹤了解行業(yè)的最新技術(shù)應(yīng)用。“紙上得來(lái)終覺(jué)淺，絕知此事要躬行。”經(jīng)驗(yàn)是在書(shū)本上學(xué)不到的知識(shí)技能，對(duì)于實(shí)踐性強(qiáng)的單片機(jī)課程的學(xué)習(xí)更是如此。

3.在教材上需要教師在不斷實(shí)踐中將課程內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)化，可以采用自編教材，保障課程體系能夠得到不斷完善與更新。

“授人以魚(yú)，不如授人以漁。”教學(xué)實(shí)踐表明，在單片機(jī)課程教學(xué)中實(shí)施基于“任務(wù)驅(qū)動(dòng)”的實(shí)踐性教學(xué)模式，進(jìn)行系統(tǒng)化的理論學(xué)習(xí)和工程訓(xùn)練。在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中通過(guò)任務(wù)分解項(xiàng)目，分階段有層次地展開(kāi)教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生充分參與項(xiàng)目實(shí)施、任務(wù)完成的教學(xué)全過(guò)程，不僅增加了教學(xué)的知識(shí)性、趣味性、拓展性，而且提高了學(xué)生的工程素養(yǎng)、實(shí)踐能力、創(chuàng)新意識(shí)，學(xué)生參加各類(lèi)電子競(jìng)賽及認(rèn)證考試成果顯著，有效提升了教學(xué)質(zhì)量水平。

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