項目式教學法在“單片機原理與接口”課程中的創設與運用

李悅晨 耿麗清

[摘 要] 單片機原理與接口是自動化類、電子信息類、機器人類等專業領域的核心基礎課程，其課程相關理論知識抽象，并具有高度綜合性和實踐應用性等特點，學生理解非常困難，傳統灌輸式的教學方法效果較差。基于此，將項目式教學法應用于單片機原理與接口課程中，創設與運用教學做一體化教學模式，充分調動學生自主學習與探索的積極性，增強學生的實踐動手能力，有效提高教學效果。

[關 鍵 詞] 單片機原理與接口；項目式教學法；教學做一體化

[中圖分類號] G712 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2018）21-0096-02

一、引言

單片機原理與接口課程在眾多學科領域都有所涉及，其先行課程包括電路基礎、數電、模電、C語言等，具有很強的綜合性與實踐性。同時，單片機芯片的高速發展與眾多科技領域的使用，讓單片機課程在學生的學習乃至日后的工作中變得極其重要。面對客觀存在的問題，項目性教學法的引入與“教學做”一體化教學模式系統的綜合運用成為提高學生綜合能力的利器。

二、當前單片機原理與接口教學中存在的問題

（一）從教學理念來看，傳統教學模式重理論傳授、輕能力培養

理論教學作為傳統的教學方法在單片機課程中占很大一部分課，講授的主要內容包括MCS-51單片機硬件系統、并行輸入輸出電路、C語言、中斷系統等。單片機的理論教學方法也較為單一，多數教師以講授知識為主，不太注重學生綜合能力的培養。大部分學生動手能力較差，對單片機的一些抽象概念很難理解，致使教師在教學過程中困難不斷，學生在學習中也經常出現知識點銜接不上、編程錯誤頻出等問題。

（二）從實踐環節來看，理論與現實嚴重脫離

傳統的單片機課程的理論教學課時大大超過實驗課時，在實驗課程上安排少量課時，且每個實驗連貫性不強，也很難與理論教學的進度相匹配。實驗課程可以把這些枯燥無味的知識讓學生在做中學，但實驗課時安排得過少致使很多重難點知識的學習與運用不夠全面和系統，很難提高學生對單片機的現實工程應用能力。

（三）從考核方式來看，考核單一，學生能力不能充分體現

現如今單片機課程采取的考核方式主要是期末閉卷筆試考試，且考試成績占總成績的大部分。面對這種考核方式，會有學生不重視日常學習，養成臨近期末考試突擊和死記硬背等學習習慣。只通過一張試卷評定一個學生對單片機這門綜合性如此強的課程的整體學習情況是片面的、不夠科學的。

三、“教學做”一體化教學模式的創設與運用

“教學做”一體化教學模式是將理論教學與實踐教學有機結合，教師的教和學生的學高度融合，如下圖所示。在一體化教學改革過程中，改變傳統教學的章節次序，對知識點進行歸納整理，加入大量的典型實例，對教學內容重新整合[1]。

（一）項目式教學法案例

項目式教學法就是師生通過共同完成一個完整獨立的學習項目，形成知識傳授的一種新型教學方法。在項目式教學法中教師的主要任務包括項目設計、項目實施中的監督與指導、項目成果的批改與總結、項目評價等。教師在設計項目時應當注意項目要具備可實施性；難度不可過大或過小；最后的評定應該是全面客觀的。使用項目教學法，要求學生能夠解決新問題，從方案提出到項目實施都由學生去完成，而教師所起的作用是協助指導作用，學生在整個過程中都起到主導作用[2]。

1.項目整體設計方案

本文以智慧校園系統設計項目為例，解釋項目式教學法實施中應該包括哪些重要部分。智慧校園指的是以物聯網為基礎的智慧化的校園工作、學習和生活一體化環境，將教學、科研、管理和校園生活進行充分融合[3]。智慧校園項目的主要教學目的是掌握利用單片機和傳感器搭建數據采集系統、掌握單片機與PC機的有線與無線通信、提高單片機的綜合應用能力。智慧校園項目為綜合的主項目，學生很難完成這么龐大的一個項目，故分設多個子項目讓學生分組完成，這樣設計項目既保證了項目的可實施性也確保了項目的綜合性。智慧校園子項目包括：智能燈光系統、防盜報警系統、火災報警系統、智能窗戶控制系統、有毒氣體報警系統、智能鬧鐘系統、智能窗簾控制系統等。

2.子項目設計方案

以子項目智能窗戶控制系統為例，在項目式教學法實施過程中學生應明確該項目的背景及意義、掌握主要項目內容、制訂項目方案；教師應使學生明確項目目標，講解主要元器件及模塊的功能和使用方法，及時引導學生推進項目設計，為學生答疑解惑。

（1）項目背景及意義

在項目開始前教師應向學生介紹智能窗戶控制系統的項目背景及意義，引發學生思考。眾所周知，窗戶的作用是調節室內環境，使室內環境達到居民感到舒適的狀態。但是當前居民使用的窗戶大多數是單純的推拉式或平移式，完全靠人為來控制窗戶開啟，會帶來諸多不便。所以，研究智能窗戶控制系統具有重要意義。

（2）明確項目內容與目標

教師應與學生共同明確項目內容，讓學生明白自己的項目要完成哪些任務，當具有高度針對性和目的性時，學生才能高效地推進項目實施。智能窗戶控制系統的主要項目內容為：用雨滴傳感器檢測室外是否有雨，粉塵傳感器檢測PM2.5是否超標；將雨滴傳感器和粉塵傳感器模塊采集到的數據通過模數轉換傳送給單片機；當檢測到有雨滴和粉塵時步進電機轉動關閉窗戶；將實時的室外情況通過無線模塊與主控中心進行通信，實現遠程控制功能。

（3）制訂項目設計方案

學生需要自主確定項目設計方案，教師應及時檢查學生方案中是否存在錯誤，進行及時的指導。

（4）主要元器件及模塊的講解

在項目實施過程中教師應要求學生先自主選擇元器件，并對照說明書和資料對該元件做一個簡單的學習分析，隨后教師再深入講解使用方案。智能窗戶控制系統的主要元器件及模塊的講解要點主要有：雨滴傳感器模塊的型號為Arduino雨滴傳感器套件，主要作用是雨滴檢測，接上5V電源，電源燈亮。感應板上沒有水滴時，DO輸出為高電平，開關指示燈滅；滴上一滴水，DO輸出為低電平，開關指示燈亮；刷掉上面的水滴，又恢復到輸出高電平狀態[4]。PM2.5粉塵傳感器模塊的型號為GP2Y1014AUOF，主要用途是檢測空氣中PM2.5粉塵濃度，傳感器中心有個洞可以讓空氣自由流過，定向發射LED光，通過檢測經過空氣中灰塵折射過后的光線來判斷灰塵的含量。步進電機驅動模塊的選用型號是5V步進電機+ULN2003驅動板，作用是驅動開關窗戶，在5V的工作電壓下ULN200能與TTL和CMOS電路直接相連，可以直接處理原先需要標準邏輯緩沖器來處理的數據。無線模塊的器件型號為nRF24L01，主要功能為無線通信，通過無線模塊將此任務的數據傳送到主控（ZigBee）。

（5）項目實施的評定

學生完成項目后，教師應對每個學生的項目進行客觀全面的評定。與項目式教學法比較契合的評價方式是復合式評價，通過這種復合式評價可以激發學生學習的主觀能動性，建立知識、能力、態度、情感并重的多維立體的評價體系，可取得較好的教學效果[5]。

（二）考核方式改革

傳統的單一試卷考試模式只注重理論知識的掌握和課堂出勤情況，忽略了學生實踐動手能力以及創新能力的考核，無法全面反映學生的綜合素質。應將考試內容和標準分別做出細化，并更加注重實驗課程的考核及其在總成績中的比重。具體比例可設置為期末考試試卷成績占總成績的40%；實驗教學中的表現情況占總成績的40%；作業完成情況占總成績的10%；出勤情況占總成績的10%。

四、結論

本文針對當前單片機原理與接口教學中存在的問題，提出項目式教學法和“教學做”一體化教學模式的創設與應用；學生更好地掌握了單片機抽象的基礎理論，增強了學生的學習積極性、主動性，有效提高了教學效果；通過對考核方式的改革，更加充分且客觀全面地評價了學生的學習效果。項目式教學法在“單片機原理與接口”課程中的創設與運用總體成效比傳統教學方法顯著，從根本上提升了學生的動手能力、獨立思考能力、實踐應用能力等綜合素質。

參考文獻：

[1]段英宏，劉秀紅.單片機課程一體化教學模式的研究與實踐[J].亞太教育，2016（27）：112-113.

[2]杜燕.淺談任務驅動法和項目教學法在中職《單片機原理與應用》課程中的應用[J].電腦知識與技術，2012，8（21）：5125-5126.

[3]周彤，劉文.智慧校園建設的現狀與思考[J].信息與電腦（理論版），2011（10）：86.

[4]馬嘉聰，鄭杭，陳文中，等.智能化遠程可伸縮裝置[J].職業教育（下旬刊），2017（9）：15-18.

[5]李建剛.項目教學法視角下的單片機課程教學策略研究[J].職業技術，2017，16（8）：92-93.