項目-任務驅動式單片機實驗教學模式探究

【摘" 要】 新工科背景下，面向應用型人才培養目標的課程教學改革已成為重要議題，要求培養學生解決實際問題的能力。文章基于新工科背景下應用型人才培養需求，結合近年來單片機課程教學實踐，對傳統的單片機教學中存在的問題進行分析，并在此基礎上探索了項目任務驅動的教學模式。同時，文章研究了不同崗位對單片機專業知識、專業技能、實踐能力的需求情況，從而分析、設計出有針對性的實驗項目內容并在教學中進行實踐。最后對實踐結果進行評價測試。評價結果表明，與傳統的單片機教學模式相比，本研究探究的項目任務驅動教學模式更能調動學生學習的積極性和主動性，大幅提升了教學效果和學生的實踐動手能力。

【關鍵詞】 單片機實驗教學；項目-任務驅動；Proteus；教學改革

一、背景與意義

“單片機原理及應用”課程是電子類、信息類專業的專業核心課程，將先修課程電路、程序設計基礎、數字邏輯與嵌入式系統開發等課程銜接起來，在課程體系建設中發揮著重要作用。該實踐類課程學習中，單純地講解和記憶知識點會導致學習過程枯燥乏味，且零散的知識點難以理解和記憶，所以，實踐教學尤為重要。單片機實驗教學是學生掌握單片機基礎理論知識和提升實踐動手能力的重要環節。通過單片機實驗，學生可以將課堂上學到的理論知識應用到實際中，加深對知識的理解和記憶，并培養解決問題和實踐操作的能力。

二、單片機課程教學現狀及存在的問題

在實際教學中，以“知識為本位”，強調以教材為中心、以教師為中心、以課堂教學為中心，采用傳統的“老師講，學生聽”的教學模式，教學以理論教學為主，理論與實際結合相脫節，教學過程枯燥，學生學習為被動接受，往往學習興趣不高，缺乏動手實踐機會，教學效果通常不理想。結合以往的《單片機原理及應用》課程教學經驗，通過深入分析，總結出該課程傳統教學模式中存在的主要問題：

重理論，輕實踐，教師講授為主、學生被動學習。課堂上基本采用教師講、學生聽的教學模式，學生處于被動接受知識的狀態，容易產生學習枯燥、無聊的心理，課堂理論教學效果欠佳。

實驗學時偏少。在教學大綱制訂時，通常理論課時遠多于實驗課時。

傳統箱式實驗無法滿足實驗要求。成品實驗箱實驗功能要求固定，不利于綜合性、設計性實驗的開展。同時，學生往往只能在實驗課上動手實踐，很少有其他的實踐機會，學校的實驗箱難以保證每位同學都有動手實操的機會。

所以，在《單片機原理及應用》課程授課中探索項目-任務驅動教學方法，通過簡單的項目來創設實際應用情景，將知識點與實際項目相結合，使學生在完成項目的過程中獲取知識并應用于實踐，不僅可以激發學生的學習興趣，還可以通過實際操作來加深對知識點的理解和記憶，培養和鍛煉學生解決實際問題的能力。

三、項目-任務驅動教學模式

（一）項目內容設計

單片機開發涉及的行業十分廣泛，如智能儀器儀表、智能家電、智能控制、汽車電子產品制造等。通過調研單片機相關產品開發企業的崗位設置情況，以及各崗位對專業技術人才的需求情況，總結出崗位、專業能力及實驗內容需求，如表1所示。

（二）項目-任務驅動教學模式設計

在單片機課程教學中，結合學生的實際學習情況，探索了項目任務驅動式教學模式，教師通過將線上學習、線下授課以及實驗實踐各要素優化組合，提前設置教學環節來調動學生學習的積極性、主動性。

課前，教師根據課程知識點和學生的學習情況設計教學環節，并通過網絡平臺、即時通信軟件或線上教學平臺發布預習資源，并安排適量的習題任務。同時結合知識點設計開發單片機實驗任務、實驗項目內容，并錄制虛擬仿真實驗教學視頻，通過線上平臺發布給學生。通過先完成基礎實驗，后完成綜合實驗并實現課程設計的方式，將項目總體任務分解為小目標任務、階段性目標任務。學生通過學習教師發布的預習資源、完成習題等形式，提前了解概念性的知識。學生使用Proteus仿真軟件繪制項目原理圖。

理論課中，教師結合實驗項目對實驗原理、電路構造過程以及涉及的電子元器件的使用進行講解，并帶領學生進行C51程序的設計，講解編程思路，將課程知識點融入項目中進行講解與學習。實驗課中，學生在對實驗項目有了充分理解并完成仿真實驗的前提下，在實驗室焊接單片機硬件開發板并進行測試。通過引導學生就遇到的問題進行探討與講解，協助學生解決項目開展及實踐過程中的硬件鏈接、軟件編程等問題。

課后，學生根據教師發布的教學資源進行復習與鞏固，并完成課后作業，學有余力的學生可根據自己達到興趣參與課后拓展實驗項目，教師提供技術指導。

通過項目-任務驅動式教學，學生課前預習，了解基礎概念并完成原理圖繪制，理論教學時通過借助Proteus仿真平臺和多媒體講解項目實現過程并將知識點融入項目中進行講解，可以使學生更加直觀地感受到單片機編程的魅力和實用性，激發學生對單片機編程和電子技術的興趣和熱情。課后學生使用個人電腦中的Keil C 軟件復現程序并仿真練習，實驗課教師指導學生完成硬件電路的搭建、開發板的制作、項目的調試運行，對傳統的單片機教學模式進行改革。通過改革，將單片機實驗任務分解到課前、理論課與課后，不再局限于實驗學時。依托教師發布的教學資源，在實驗項目與任務驅動下，充分利用課前課后時間，探索出一種全新的實驗教學模式，充分調動了學生學習的積極性與主動性，提高了學生學習單片機的興趣和實踐動手能力。

（三）實驗教學內容設計

將單片機課程各章節知識點重新排列整合，規劃出6個基礎項目和3個綜合項目。在項目規劃中，不僅要基本覆蓋當前階段教學內容相關的知識點，還要考慮前后課程之間的關聯，結合學生實際學情，合理安排項目的難易程度和學習順序。

基礎實驗項目有：熟悉Proteus、Keil C仿真實驗平臺、LED流水燈實驗、數碼管動態顯示數字0～9、廣告牌制作、模擬汽車轉向燈控制、8路搶答器設計、單片機雙機通信這7個實驗項目，主要涉及單片機的I/O口控制、定時器的使用、中斷系統的使用、模數轉換、串口通信等基礎知識點，通過模擬仿真和調試，旨在引導學生入門單片機的基礎知識和基本操作，熟悉C51程序設計。

在基礎實驗項目掌握的基礎上，為了進一步提升單片機應用能力，學生需要在交通燈控制系統、電子時鐘控制系統、超聲波測距儀設計三個項目中選做一個綜合型實驗項目，完成軟件模擬仿真與硬件開發板的制作，并撰寫設計報告。綜合實驗項目主要培養學生綜合應用I/O口控制、按鍵的引腳連接和工作原理、定時器、中斷系統以及C51程序設計等能力。

通過綜合型實驗項目，引導學生將之前學習到的單片機相關知識點進行綜合應用，將各個模塊和功能組合起來，實現一個完整的項目，可以培養學生綜合應用能力。項目實現過程中，通過硬件電路的設計和軟件程序的開發，解決過程中遇到的硬件連接問題、軟件編程等問題，提升學生的問題解決能力和調試能力，培養其獨立思考和解決問題的能力，從而全面提升學生的技術能力和綜合素質，也可以激發學生對電子技術和創新的興趣，培養學生的工程實踐能力和創業精神。

四、教學改革效果分析

項目-任務驅動式教學改革打破了傳統的理論教學與實踐教學的界限，借助軟、硬件平臺開展項目式教學，將單片機實驗任務分解到課前、理論課與課后，不再僅僅局限于實驗學時，充分調動了學生學習的積極性與主動性，提高了學生學習單片機的興趣和實踐動手能力，也使學生對基礎知識的掌握更為深入、扎實，有效提高了學生的學習效率。

（一）學生的學習興趣明顯提高

理論課時，教師借助Proteus仿真軟件和多媒體設備，首先展示項目完成的效果，使學生直觀感受到單片機項目開發的魅力和實用性，激發學生學習的興趣與熱情。再結合項目講解理論知識點，避免學生產生枯燥、無聊的心理，大幅提升了單片機課程教學效果。

（二）學生的認可度明顯提高

為了更好地測試項目-任務驅動教學模式改革的效果，本文采用平均意見得分（Mean Opinion Score，MOS）對學生的課程體驗滿意度進行評價。即在教學改革試點班中隨機抽取20名學生，通過訪談與問卷調查方式，要求學生分別對傳統單片機教學模式與項目任務驅動教學模式給出體驗意見值，評測標準如表2所示。

[教學效果 意見分值 評價指標 非常好 5.0 課程體驗非常好，非常感興趣 較好 4.0 課程體驗比較好，有點兒感興趣 一般 3.0 課程體驗一般 較差 2.0 課程體驗較差，不太感興趣 非常差 1.0 課程體驗極差，絲毫不感興趣 ][表2" 測評標準]

此次評測采用5分制，分值范圍在1～5分，要求評測者根據評測標準分別為傳統單片機教學模式與項目-任務驅動教學模式給出相應分數。然后將每個參與者的意見得分進行匯總，計算出算術平均值作為平均意見得分（MOS）。較高的MOS表示較高的滿意度，較低的MOS表示較低的滿意度。此次評測的 MOS值如圖1所示。

由測評結果可以看出，本文探究的項目-任務驅動單片機教學模式的平均意見得分遠高于傳統單片機教學模式的得分，學生普遍認為項目-任務驅動式教學的課程體驗更好，該教學模式更能調動學生學習的積極性和主動性。

五、小結

本文結合單片機教學經驗及傳統模式教學中存在的問題，探究了項目-任務驅動的單片機教學模式，借助軟、硬件平臺開展項目式教學，將單片機實驗任務分解到課前、理論課與課后，不再局限于實驗學時。依托教師發布的教學資源，在實驗項目與任務驅動下，充分利用課前課后時間，探索出一種全新的實驗教學模式，充分調動了學生學習的積極性與主動性，提升了單片機課程教學效果。

參考文獻：

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