基于創新式項目驅動的單片機課程教改探討

蘇俊維

（廣西民族師范學院，廣西 崇左 532200）

0 引言

當代科學技術迅速發展的環境下，各種技術培訓機構應運而生， 但是單片機的培訓機構卻為數不多，理由是單片機學習涉及交叉學科多、軟硬件知識復雜和實踐經驗需要長期積累。

大學校園是單片機學習的主要場所， 每年都開設單片機課程。高校仍然采用古老的8 位51 單片機作為該門課的內容， 原因是這門課是學習嵌入式技術的奠基石。高校講授的是比較經典陳舊的基礎知識，但是學生卻喜歡潮流先進的科學技術， 他們對老學科老技術不感興趣，導致很多同學對這門課程的學習感到迷茫，最終放棄單片機轉向軟件編程方向或參加軟件培訓班課程，最終也導致國家嵌入式領域人才缺乏和流失[1]。

針對上述共性問題，本文探討該課程的改革，希望通過本文的探討能對各高校的單片機有關課程的教改研究產生共鳴。

1 教改探討

1.1 教材選定

本文理論教材采用了郭天祥編寫的教材，該教材對51 單片機入門有較好的引導作用，內容安排合理，但是沒有必要購買配套該書本的開發板。

本文實踐教材是市面上一本買書送單片機開發板的教材，該教材的優勢在于學生做實驗再也不用待在實驗室，也不需要費盡周章購買市面上其他開發板就能隨時隨地玩轉單片機。 理論和實踐的程序都采用了C 語言， 雖然理論教材與實踐教材的原理圖不一樣， 但是剛好讓學生擁有了一個學以致用的平臺，通過修改理論教材上代碼去匹配實踐教材開發板，讓學生親自的去研究原理圖和接線，了解了單片機硬件的構造。

實驗室配備有一批51 單片機最小系統板和一些制作智能小車常用的配件，供學生做實驗使用，也為創新式項目做好鋪墊。 綜上所述，教材的選定滿足了改革的需求。

1.2 理論學習

理論學習普遍的特點就是枯燥、 死板和抽象，所以本文提出基于創新式項目來驅動單片機學習的改革如下：首先，任課教師需要充分理解書本的理論知識和代碼例程，然后制作社會上熱門的、學生們感興趣的科技作品，如智能小車、機械臂和人工智能管家等。 教師通過書本知識點和單片機硬件改編成幾個創新式項目出來，根據這些創新式項目來引導學生學習單片機技術。

下面以智能小車為例說明創新式項目驅動學習的過程。創新式的項目必須是書本上代碼的改編、原理圖是實驗教材配套的，這樣安排考核的時候就有依據。該項目結合理論教材的理論知識一起講述， 在實踐課上現場編寫程序改造和完善創新式項目， 該項目不涉及過多的硬件設計，主要利用現成的模塊進行搭建完成，如智能小車由變壓模塊、電機驅動模塊、電池模塊、單片機最小系統模塊和串口藍牙模塊等組成， 也不要焊接電路，用杜邦線連接更方便項目的擴展和完善。

理論課的教學方法主要是啟發和總結歸納， 首先要啟發學生用書本上特定的知識點去完成該創新項目，例如，用定時器去實現單片機的串口收發功能，然后總結歸納定時器的原理和程序， 最后當場改編書本定時器的代碼變成智能小車無線藍牙遙控代碼。 當學生看到教師根據書本知識點也都能做出遙控小車，他們就想嘗試，這個時候教師要抓住時機，布置提高版本的創新項目作業要求學生課后完成，例如，要求學生根據定時器和I/O 口的操作原理編寫程序控制智能小車自動左拐右拐前進后退，實現自動行進。

廣西民族師范學院物聯網工程專業的單片機課程的理論課時不多，雖然選好了教材，但因材施教也是需要改革，很多高校開設的單片機課程根據書本章節按順序講授，范圍面廣，學生理解能力有限的情況下復習該期末考試比較頭疼。 經過長期實踐，本文總結出單片機課程中核心的內容包括：I/O 輸出、I/O 輸入、中斷、串口和一種總線。 對應的實驗包括：點燈和數碼管顯示、獨立和矩陣鍵盤、定時器中斷和外部中斷、下載程序和調試程序、I2C 或者SPI 總線。 單片機學習內容是可以化繁為簡的，沒有必要去學習各種傳感器的使用而迷失了單片機的精華，本文建議課堂上應該充分發揮51 單片機的性能， 把所有的板載資源都用上，少用現成的傳感器，組成一個創新式的項目，從項目的構思、設計和調試各個階段融入上述的單片機核心內容，這樣學生在做項目的同時鞏固了單片機的核心技術，為日后的就業打下項目基礎。

這樣的改革好處是：將課本理論知識與實際的創新項目結合起來，老理論實現新創意提升學生學習興趣，創新項目的材料新穎獨特，網上資源難以匹配，學生只能依靠自己獨立思考還要團結協作完成作業，達到增強學生隨機應變的能力。 所以綜上所述，理論學習的改革滿足了改革的需求。

1.3 實踐操作

實踐操作課程的特點是實踐， 以驗證性實驗為主。 不少同學習慣驗證，眼高手低，把代碼拷貝到電腦上完成實驗任務，最后自己寫代碼反而成問題。 這種情況也是普遍存在，所以本文提出的基于創新項目來驅動單片機實踐操作主要體現在項目的完善和教師帶頭示范創新性操作。

實踐課的教學方法主要以學生觀摩和動手實踐為主。 需要通過實踐課來檢驗同學們學以致用的水平，檢驗方法是：完成實踐教材上要求的驗證性實驗和創新式項目的功能完善。

驗證性實驗也不能拘泥于點燈、數碼管顯示和按鍵輸入，這樣的課程內容會顯得乏味。 本文建議將上述的知識點全部融入智能小車上，在車上同時實現點燈、數碼管顯示和按鍵輸入，這樣經過改良的創新式項目將會是一個很好的驗證性實驗。

創新式項目功能的完善需要師生合作，單靠任課教師一人之力是不可能做到面面俱到，所以要求學生團結協作完善創新式項目，如讓學生完成了智能小車自動行進之后再讓學生增加機械臂到智能小車上，實現遙控搬運智能小車。 另外如果學生有好的其他想法和做法來完善項目，也能給他增加平時成績。

當創新型項目的完善難度過大的時， 就需要教師帶頭示范創新性操作。 老師通過在課堂上總結同學們遇到的問題，展開師生間的課堂互動探討，通過各種渠道，特別是網絡資源的利用，找到合適的解決方案，親自演示解決部分關鍵問題， 剩下的問題留給同學們自行完成。 通過這樣的引導，學生學會解決問題的捷徑。所以綜上所述，實踐操作的改革也滿足了改革的需求。

1.4 考核方式

期末考核是檢驗學生在課堂上是否好好學習的一個有效標準。大部分高校采取的方案是：理論學習用閉卷筆試，實驗操作用上機操作或者開卷上機筆試。如果出一些概念性很強的題目，可能會導致以下的結果：一些腦筋靈活的學生不喜歡背誦一些繁雜的概念， 也不喜歡考前突擊，會導致高能低分；一些不會靈活變通，但是背誦能力很強， 注重考前突擊的學生會導致高分低能；上述的結果應該都不是我們所希望的。

本文也屬于該情況，但是在試題的內容上做出了很大的改革。 本文建議在理論閉卷筆試中不妨出一些讀程題和編程題結合的題型，讀程題讓學生知道程序的框架，自己將程序的功能表達清楚即可；學生在做編程題的時候可以參考讀程題的框架，沒有必要讓學生默寫出來， 寫出符合題意功能的新程序出來即可。本文考核題目的內容采用創新式項目中涉及理論教材中的知識點進行變換， 再分散滲透到各種題型，平時接觸多的同學都能做好這些題目， 不用刻意背誦，試題也有一定的區分度。 綜上所述，考核方式的改革也滿足了改革的需求。

2 結語

通過創新式項目來驅動單片機原理及應用的學習， 理論學習和實踐操作都得到很好的相互補充，相互促進。 高校對創新型應用人才的培養不僅僅是政策上的支持，更需要專業基礎課的老師自發引導學生逐步向創新型人才的目標奮斗。

本文的教改探討方案已經在本校的物聯網工程專業開展，得到較好的教學效果，也獲得了學生的好評。改革的道路是曲折的， 但是探索出來的方案有利于更多的學生成為社會上的創新型人才、復合型人才。