基于項目驅動的單片機技術及應用教學改革研究

摘 要：傳統的單片機教學存在理論與實踐脫節、學生學習興趣不高等情況，學生學完課程后不能馬上將所學知識應用于實踐項目中。針對以上問題，采用基于項目驅動的教學方法來對單片機技術及應用課程進行教學，結合單片機技術的特點和應用需求，設計了一系列實踐項目，讓學生在“學中做，做中學”來掌握單片機技術。實踐表明，項目驅動方法能夠提高學生的實踐能力和創新能力，為單片機技術的教學改革提供了新的思路和方法。

關鍵詞：項目驅動 單片機技術 實踐教學 教學改革

0 引言

隨著信息技術的發展，設備越來越智能化，而作為現代電子工程領域的重要組成部分，單片機在各個領域應用越來越廣泛。單片機廣泛應用于無人駕駛、智能設備、通訊設備、智慧家居、工業控制等多個領域。學習單片機將使學生能夠適應社會的發展，具備更多的競爭力。然而傳統的單片機技術教學還是存在著一些問題，比如理論與實踐脫節、學生缺乏興趣等，導致學生難以將所學知識應用于實際項目中[1-3]。因此，探索一種基于項目驅動的單片機技術及應用實踐課教學方法顯得尤為重要。

單片機技術及應用課程基于C語言開展，要求學生需要具備良好的C語言基礎，同時也需要具備模擬電子技術、數字電子技術基礎。該課程實踐性較高，學習難度較大，傳統理論課堂加課內實驗的教學模式效果并不理想。會導致學生理論學習難以理解，對于抽象的知識點不能理解透徹，實驗練習只是知識點的簡單應用，脫離實際，浮于表面，整體掌握度不高[4-6]。為此，以湖南信息職業技術學院單片機技術及應用課程實際教學為研究背景，對該課程中的教學方式進行改革，引入項目驅動的思想，以真實項目作為實踐案例教學，帶領學生實踐，提升學生掌握度，讓學生在實踐中深入了解單片機的基本原理、開發方法和應用技巧，從而更好地掌握單片機技術。

1 基于項目驅動的單片機技術課程設計

1.1 課程設計原則

以社會主義核心價值觀和工匠精神為指引，以應用為目標、以實踐為主線、以能力為中心，教學內容體現工作任務導向，教學編排體現技能實操導向，教學方法體現“教、學、做”合一[7-8]。

課程通過多花樣彩燈的設計實例來介紹單片機內部資源、單片機最小系統等。通過計數器的制作幫助學生掌握七段數碼管在應用單片技術中的應用；通過簡易計算器的設計幫助學生掌握鍵盤控制技術在單片機技術中的應用；通過交通燈控制系統設計的學習讓學生單片機定時/計數器的應用；通過可中斷控制的循環彩燈系統讓學生掌握單片機中斷控制系統的應用；通過單片機雙機通信讓學生了解單片機串口通信原理及應用；通過基于時鐘芯片的萬年歷設計讓學生掌握LCD顯示技術、時鐘芯片在單片機技術中的應用。

1.2 課程教學內容

課程教學內容主要包括單片機的基本原理、指令系統、編程方法、接口技術以及應用案例等。通過理論教學與實踐項目的結合，使學生能夠全面了解單片機的功能和應用，掌握單片機的開發流程和技巧。具體內容如表1所示。

1.3 教學方法與手段

采用項目驅動教學法，通過項目設計、項目實施和項目評價等環節，讓學生在實踐中學習單片機技術。同時，利用多媒體教學、實驗室實踐和網絡教學等手段，提高教學效果和學生的學習體驗。

2 教學實施與案例分析

2.1 教學實施過程

在實際教學過程中，將學生以2～3人分為一組，每組選出一個組長，然后根據每組學生的實際水平和興趣愛好，在單片機教學案例庫中選擇合適的案例實施。學生根據案例庫中的要求來完成對整個案例的需求分析、方案設計、元器件選型、硬件搭建、程序編寫和軟硬件聯調等工作，在案例實施過程中教師只提供必要的指導。每個案例實施完成后組織每組同學進行案例展示和成果交流，總結經驗和教訓[9-10]。

2.2 案例分析

以“多花樣彩燈的設計”項目為例，該項目要求學生設計一個基于單片機的多花樣彩燈控制系統，實現彩燈顯示，其硬件電路如圖1所示，程序流程圖如圖2所示。該案例需要通過按鍵控制LED燈的點亮狀態，需要考慮多種情況，邏輯思維容易混亂，需要先理清流程圖再進行程序編寫；同時該案例的實現程序本身可以是多樣化的，將學生引導到如何簡化、優化程序、畫流程圖。通過該案例的實施能培養學生具備團隊協作、創新思維能力；培養學生嚴謹、細致、規范的職業素質和精益求精的工匠精神。

在項目實施過程中，學生首先需要進行需求分析，確定系統的功能要求和性能指標。然后，設計系統的硬件電路和軟件程序，包括單片機的選型、接口電路的設計、元器件的選型與連接以及控制算法的實現等。通過以上學習過程學生能夠繪制流程圖、開關控制和LED燈的電路結構、循環和if else語句、程序調試等知識。

3 教學效果評估與反思

3.1 教學效果評估

以湖南信息職業技術學院應用電子技術專業兩個平行班級進行學習單片機技術及應用課程效果評估，A班為傳統教學方式，B班為采用項目驅動方式，具體效果如表2所示。

通過對兩個平行班的學生在為其一個學期的學習過程中的表現和成果的評估，可以從表2中對比發現。采用了項目驅動方法教學的學生在單片機基礎知識能力、綜合應用能力和解決實際應用能力等方法明顯好于傳統教學手段的班級。因此可以得出結論，項目驅動方法在實際教學過程中取得了良好的教學效果。

3.2 教學反思與改進

雖然基于項目驅動的單片機技術及應用教學取得了一定的成效，但仍存在一些不足之處。例如，部分小組在選擇案例上存在對案例的難度把握不準，有個別小組所選取的案例太難，導致難以進行下去；或者對所選的案例需求分析不到位，導致在實施的過程中存在一定的不足，沒有完成案例所需的全部內容；案例庫中的案例也存在難易程度相差過大，有個別案例沒有貼近學生的實際水平。針對以上問題，在以后的教學過程中需要教師在學生選取案例時對學生所選的案例進行評估分析，同時對案例庫中案例進行難易程度分類以及實時更新案例，以便學生更好地選取案例。同時也需要進一步完善課程設計，優化教學方法和手段，提高教學效果和學生的學習體驗。

4 結論

實踐表明，以項目驅動的方式來對單片機技術進行教學是一種有效的教學方法，相對于傳統的教學，該方法能夠有效地激發學生的學習興趣以及主動性，讓學生在“做中學，學中做”，提高了學生的實踐能力和創新能力。以案例的方式進行教學，能夠讓學生在了解單片機基礎原理的同時又能夠掌握單片機的開發流程和技巧，真正做到了“結課”就能“上崗”的教學效果；同時該方式也能夠培養學生團隊能力和創新精神，為信息技術的應用和發展提供了人才支持。

基金項目：湖南省教育科學研究工作者協會“十四五”規劃2023年度立項課題（XJKX23B313）；湖南省教育廳科學研究項目（22C1179）；湖南省職業教育與成人教育學會科研規劃立項課題（XH202103）；2021年湖南信息職業技術學院校級課題“電子信息工程技術專業教學創新團隊建設”成果（文件編號：湘信院發〔2021〕44號）。

參考文獻：

[1]張君誠，蘭明尚，賴祥亮，等.項目驅動創新班：應用型大學教學組織形式創新——兼論“五位一體”應用型人才培養模式[J].高等工程教育研究，2022（03）：74-78+95.

[2]孟霆，張曉峻，車雪峰，等.基于Proteus軟件的單片機課程線上教學探索[J].實驗室研究與探索，2021，40（11）：184-188+214.DOI：10.19927/j.cnki.syyt.2021.11.039.

[3]趙榮麗，劉強，傅惠，等.項目驅動與競教結合的智能制造創新人才培養[J].實驗室研究與探索，2023，42（11）：192-195+219.DOI：10.19927/j.cnki.syyt.2023.11.038.

[4]王慧芳，陳玉.項目驅動制在Java EE框架開發課程中的應用研究[J].現代信息科技，2024，8（03）：195-198.DOI：10.19850/j.cnki.2096-4706.2024.03.041.

[5]馮學玲，姚鴻泰，張蓉，等.項目驅動的電力電子實驗教學研究與探索[J].實驗室研究與探索，2023，42（06）：164-168+173.DOI：10.19927/j.cnki.syyt.2023.0a198df04679961ee5590be8fb5725813947863ac53066d5c501900d44e40789f6.033.

[6]高守鋒，尚妍，金鑫，等.階梯式項目驅動的工程實踐教學改革與探討[J].實驗室研究與探索，2023，42（05）：179-182+203.DOI：10.19927/j.cnki.syyt.2023.05.036.

[7]張雪松，劉信香.“微型機與單片機應用技術”課程思政教學的探索與創新[J].現代農機，2024（02）：115-118.

[8]周燕云，李洪濤，石飛，等.項目分階段引導的主動式實踐教學方法探索[J].實驗室研究與探索，2023，42（07）：233-236+251.DOI：10.19927/j.cnki.syyt.2023.07.046.

[9]王月.單片機應用技術課程中的案例教學實踐[J].電子技術，2023，52（11）：139-141.

[10]鄧加川，劉淑波.基于案例貫穿的單片機課堂教學設計與實踐[J].中國教育技術裝備，2023（11）：78-81.