任務驅動法在單片機控制設備安裝與調試課程中的應用

李聰玲

摘 要：本文結合北京市工貿技師學院智能樓宇系單片機控制設備安裝與調試課程邏輯性和實踐性強、課程安排時間短、學生基礎薄弱、傳統教學方法效果不佳的實際情況，探索任務驅動法在單片機控制設備安裝與調試課程中的應用。以“十字路口交通信號燈”的設計為主要任務，將單片機相關的軟、硬件知識貫穿到每個小任務中，讓學生在完成設計任務的同時學到理論知識、掌握相關技能、培養綜合能力，在教學實踐中取得了不錯的效果。

關鍵詞：單片機 任務驅動 教學

單片機控制設備安裝與調試是北京市工貿技師學院智能樓宇系網絡安防系統組裝與維護、樓宇自動控制設備安裝與維護和物業管理三個專業的重要專業課程之一，目的是培養學生設計數字電路系統的思維模式及實踐能力。課程結合單片機的軟硬件開發知識，通過設計簡單的單片機控制系統，掌握數字系統的基本知識，以及在現實生活中的實際應用。

教學方法是教師和學生為了實現共同的教學目標、完成共同的教學任務，在教學過程中運用的方式與手段的總稱。任務驅動教學法區別于以往傳授知識為主的教學理念，是以解決問題、完成任務為主要目的互動式的教育方法，即學生在教師的引導下圍繞任務，積極主動探索，并運用自己的經驗和知識，提出方案、解決問題。

一、采取任務驅動法的必要性

專業課程的教學是筆者學校教學活動中很重要的一項內容，教師采取有效的教學方法引導學生積極主動地學習探索，使其快速學到專業理論知識，掌握基本技能，成長為現代化社會所需要的高技能、應用型人才。

教學大綱里將數字電路和單片機技術結合到一起，且每門課程各只占學期一半的課時，導致原本就晦澀難懂、綜合性極強的兩門課程更是難上加難；且傳統的教學方式忽視了學生的實際情況，不適合筆者學校的教學環境，使得理論知識的學習枯燥、不易吸收，實操課程無從下手，理論與實操課程脫節，導致學生學得莫名其妙、稀里糊涂。

此外，據調查研究，由于家庭、個人、社會等各方面原因，很大一部分學生貪玩、厭學心理比較嚴重，學習動力不足，沒有良好的學習習慣。學生陷入因為不會學而學不會，因為學不會而不愿學的惡性循環狀態。而且當今社會對職業教育存在偏見，使學生出現自卑心理而失去信心，覺得前途渺茫。另外傳統的滿堂灌、填鴨式的教學方法使學生被動接受知識，而不是主動地去探索思考，不能適應現代素質教育的需要。所以有必要采取一種合適的教學方法來改變現狀。

二、采取任務驅動法的必然性

職業教育是人類文明發展到一定階段的必然產物，技工院校是職業教育的重要組成部分，培養的一般為實用型人才，相對于基礎教育而言，更注重學生專業技能、職業綜合能力的培養。而且隨著我國教育制度的不斷改革，職業教育體系在不斷完善，辦學規模在不斷擴大、辦學模式也在不斷創新，尤其是第44屆世界技能大賽我國取得了獎牌世界第一的優異成績后，國家陸續出臺了一系列大力發展職業教育的政策文件，政府和社會各界越來越重視職業教育。

筆者所在系一直采取校企合作的模式，注重理論與實踐的結合，采取合理的教學方法培養高技能人才，而且筆者學校一直在進行一體化課程改革，其理念與任務驅動法的“以任務為主線、教師為主導、學生為主體”的本質特點不謀而合。另外，結合智能樓宇系學生男生占比高、動手能力強、好奇心重，且處于青春期好勝心強等特點，采取“任務驅動教學法”也是必然的趨勢。

針對以上情況，筆者嘗試引進了“任務驅動教學法”，在電子系統設計中以“十字路口交通信號燈的設計”為總任務，在教學過程中進行了積極的探索和實踐，使學生在“學中做，做中學”，時刻以學生為主體、教師起引導作用，不但減輕了教師的工作任務，而且使學生主動積極的探究，提高了綜合能力。

三、任務驅動法在教學實踐中的探索

1.情景導入，引發思考

為了使學習內容直觀形象，教師根據教學目標創設出與當前學習內容相關的且真實度較高的情境，使學生有身臨其境的感覺，然后引導學生帶著真實的“任務”進入學習狀態，有效地激發學生進行思考和聯想。

十字路口的交通信號燈是大家很熟悉的事物，它的作用是科學合理分配道路上的行人和車輛的通行權，使之有秩序地順利、安全地通行。在前半學期數字電路的學習中，學生已經利用邏輯IC設計完成了十字路口交通信號燈，但由于其用到的元器件比較多，有集成芯片IC4081、IC555、CD4066、數碼管等，需要熟悉所有元器件的應用，且成本較高、硬件電路設計和焊接都很復雜、出錯后不容易修正等缺點，能否用簡單的方式——單片機控制電路來彌補數字電路設計中的缺陷？

2.積極探索，確定合理任務

筆者所任教的班級在前期學過電工電路基礎、模擬電路、數字電路、PLC編程等相關的課程，對學習單片機有很大的幫助。但是基于學生基礎相對差、知識運用能力不高的特點，教師需根據這階段學生的認知特點和接受能力進行任務設計，并合理地將理論知識的學習和實踐能力的培養相結合，使任務更加感性、客觀，學生在進行實操的同時自然而然地掌握理論知識。

首先教師提出第一個任務：分析十字路口交通信號燈特點。這個任務相對簡單，學生根據日常經驗，基本都能回答出“紅、綠、黃三色燈交替閃爍，可以倒計時，每個路口有至少四組信號燈……”如下圖所示。根據學生回答，教師緊接著提出第二個問題：完成交通信號燈這些基本功能需要哪些元器件？學生在教師的提示下，根據以往所學專業知識進行分組討論、分析問題，并給出答案“LED燈顯示三種顏色、數碼管用來顯示時間、單片機控制所有的功能、電源用來給所有電路供電”等等。

回答前兩個問題，實際上是學生對以前學過的知識或自身經驗的總結，學生自己會給出準確答案。還有一些是從來沒有接觸過的新知識點，這也正是任務需要解決的問題，可以在教師適當的提示下，由學生自己思考、探索并主動提出來。經過教學嘗試，學生提出了：“如何讓三種顏色的燈交替閃爍”“如何讓時間顯示出來”“如何讓時間倒計時”等后續問題或任務。對于某些細節問題，學生不可能都一次提出來，只有在完成任務的過程中先粗后細、逐步求精地提出并解決。

比如在配置元器件清單時，發現學校庫房里沒有晶振、30p電容、芯片座、綠色LED、10K電阻、程序燒寫器，這是在逐步完成任務的過程中發現的細節。

3.互助學習，逐步完成任務

在現代化的教學體系中，學生是課堂的主人，教師起指導作用，教師和學生之間要相互配合，充分發揮學生的主導地位，不斷培養學生對知識的探索能力。教師在此階段的角色不是解惑者而是引路人，指導學生如何獲取線索，并在學生遇到疑惑時給予幫助，讓學生根據任務需求主動去學習單片機知識、編程語言、編程軟件的安裝使用等相關的知識，培養其自主學習能力。在教學實踐中，學生通過圍繞一個個任務查閱資料、展開交流，在教師指導下商討出了解決方案：主控電路以單片機89S51為核心、編程用C語言、程序編寫用keil c51軟件等。然后根據不同學生的個性和特長將其分成3組，讓不同組之間進行比較和競賽，培養其團隊合作意識；使同組內不同的學生承擔硬件電路的設計、軟件程序的編寫、軟件的安裝、電子元器件的采購、電路的焊接等，然后將完成的任務進行組內共享，一起探討遇到的問題、尋求方法共同解決，保證學習的全面性，提高效率，相互之間取長補短，高效完成任務。

在采購缺少的元器件時，教師只告訴其特點，然后讓每組負責的學生一起去電子市場進行查找、詢價、議價、決定采購量等。據學生反饋，自己查找海淀電子市場的位置并順利到達，在面對幾棟大廈琳瑯滿目的電子產品時蒙了，然后不停地咨詢，終于在熱情的賣家的幫助下完成采購。其間還有個小插曲，在買高溫海綿時，學生跟店家說買1米長，店家大笑地問：到底要多少海綿？是不是第一次來？學生不知所措地答買5米長。最后店家給學生講了海綿的作用、制作方法等，并送給學生一塊。學生在采購這個任務中，充分發揮主動性和探索性，學到了校園里學不到的知識，長了見識、提高了能力，獲得了成就感。

在相對比較難的電路設計和軟件編程方面，為了讓學生盡快明確解決思路，教師先給出相關案例讓學生觀摩并不斷探索。比如用電子制圖軟件protel 99嘗試繪圖、用keil c51軟件嘗試編程，在教師的指導下進行修改完善；等學生將原理圖和程序設計完成后，再用實物進行硬件電路焊接、程序下載、軟硬件調試等，逐步完成每一個任務。

在電路焊接時發現，技術好的學生利用4課時就準確無誤地完成了焊接、程序下載、調試、上電運行，看著自己一手制作的信號燈，成就感爆棚。隨后教師讓完成任務的同學去協助其他人，不僅鞏固了所學知識，還培養了互助協作精神。

4.學生互評，教師點評

總結評價也是教學過程中必不可少的部分，它起到了診斷教學成效、激勵學生、調節教學行為及促進教學的重要作用。

所有任務結束后，讓全班學生投票選出完成又快又好的同學，讓其講解自己制作的感受，并將其作品在班里、微信群里進行公開展示；讓不同組之間進行評價，不但能活躍課堂氣氛，還能使其更加全面地認識自己和他人，促進學生間的交流，在思考判斷對方行為的過程中，也鞏固了所學知識。教師根據不同學生的個性和任務完成情況進行了針對性的表揚，并提出改進意見，并將所有學生作品分發給了個人。

通過不同途徑的評價，使學生有了很高成就感，提高了其自信心，還激發了在后續的學習生涯中的自主學習能力和探索能力，使學生更容易接受任務驅動法教學模式，達到理想的教學效果。

四、小結

通過教學實踐發現，任務驅動法在設計十字路口交通信號燈的過程中，學生在進行任務分析、分解、知識探索和任務逐步完成的過程中，掌握了電子電路設計的思路和步驟，鞏固了硬件知識的學習和編程語言的應用，激發了學生學習單片機的興趣，而且其自主學習能力、溝通能力、專業能力普遍有了很大的提高，培養了學生在遇到實際問題時分析問題、解決問題的能力。任務驅動的教學模式比較適合《單片機控制設備安裝與調試》課程的學習，可以嘗試把這種教學方法應用于其他學科的教學中。

參考文獻：

[1]何磊.淺談任務驅動教學法在中職專業課程中的應用[J].科學時代，2014（8）.

（作者單位：北京市工貿技師學院）