项目驱动教学法在单片机课程教学中的应用

　　中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）29-0046-01

　　单片机以其体积小、价格低、功能齐全、抗干扰性高、可靠性好、易于开发扩展等独特特点，被广泛应用于工业自动化及智能仪器仪表、通信设备、家用电器等各种设备仪器中。[1]近年来，随着各种机械设备自动化程度的不断提高，用单片机来实现对各种机械电子设备的控制显得越来越重要。因此掌握单片机技术，了解其工作原理，特别是具备单片机的基本操作技能，成为当代理工科专业大学生的重要任务。

　　到目前为止，单片机原理及应用是多数理工科院校电子信息科学与技术、通信工程、电气工程及其自动化等电气信息类专业的主干课程。该门课程以C语言程序设计、数字电路、模拟电路为前续基础课程，同时对嵌入式系统和DSP技术等后续课程的学习有重要影响。

　　一、教学背景

　　传统的单片机课程，在教学内容的选择和教学顺序的设置上，通常采用的是理论与实践相互结合、先理论后实践的模式，程序设计语言通常采用汇编语言。从实际效果看，理论课程大多围绕单片机的结构及原理、指令系统、汇编语言程序设计、中断系统、定时/计数器、串行通信、单片机系统扩展等相关知识展开，学生处于被动接受状态，在整个教学活动中参与度不高，容易感到枯燥和倦怠；实际的拓展性应用知识讲解较少，无法体现当今社会对应用型人才培养的需求，对学生真正掌握单片机控制系统没有实质性的帮助。

　　相对于理论教学，实验教学学时非常有限。以笔者所在院校电气工程及其自动化专业为例，单片机原理及应用理论学时为48学时，实验学时仅为16学时。实验教学一般在理论教学中后期才展开，受课时限制，实验重点也大多局限于对单片机的简单操作和自身功能验证之上，而很少拓展到单片机的具体应用领域。又由于缺乏后续相关课程的支撑，没有能够将单片机教学与相关课程有机结合，将所学知识有机系统的串联起来，对单片机“软硬件结合的系统设计方法”强调不够，使得学生在设计实际的应用系统时缺少系统化的思想。[2]

　　此外，多数院校单片机课程成绩的评定多是以期末理论考试为主，考核方式欠缺多样性，对学生实践能力的考核欠缺有效的考评机制，导致学生在学习过程中重理论而轻实验，忽略了单片机作为一门应用性极强的课程的本质。

　　二、项目驱动教学法在单片机教学中的实践

　　1.项目驱动教学法

　　所谓项目驱动教学法，是一种基于探究性学习和协作学习的教学方式，是指教师把教学内容和教学重点提炼出来，巧妙地蕴含在一个个具体的项目中，把相关的知识点融入到项目的各个环节中，层层推进，从而激发学生学习的兴趣、发展学生动手能力的教学方式。项目驱动教学法把教师的作用更多的定位在促进学生学习、引导学生成功上，教与学都是围绕着所设计的项目来展开。

　　项目驱动教学法比较适合实践性较强的理工科课程教学，它要求师生改变传统的观念和角色，充分发挥学生在学习中的主体地位和教师在教学中的组织、引导、促进、控制作用，把学生认为枯燥的知识转变为生动的学习内容，有利于真正培养学生的创新能力、自学能力、实践能力、增强学生独立意识和协作精神。[3]

　　2.项目驱动教学法在单片机教学中的实践

　　把项目驱动教学法应用于单片机课程教学过程中，首先要解决的是编程语言的选择问题。现今大多数的单片机教材的编程语言都是以汇编语言为主，使用汇编语言编程的优点在于其所编写程序的代码紧凑、执行时间短、便于控制。然而其缺点也是明显的――由于其缺乏通用性，需要程序编写人员对单片机硬件系统有相当深入的理解，且程序不易移植，所以不利于单片机教学。C语言由于其运算速度快、有良好的可移植性、且编译效率高，可以直接实现对单片机硬件系统的控制，因此笔者所在院校从2010级电气信息类本科专业开始，在单片机教学中采用了C语言编程。

　　其次，把项目驱动教学法应用于单片机课程教学实践中，项目内容的设计与提炼极其重要和关键。项目内容的设计要打破原有教学框架，遵循学生的认知规律，以学生为中心，由简单开始，将单片机课程的核心技术提炼为若干知识点，并通过一个个具体案例来体现。引导学生边做边学，在实践中学习。一个项目的设计需要由不同的知识点去组合和搭建，如“基于单片机的交通灯控制系统设计”，不但要求学生熟练单片机的I/O口操作，还要熟悉数码管的显示知识；同样“简易抢答器设计”，不但要熟练单片机的I/O口操作、数码管的显示知识，还要熟悉按键等的操作，因此，每个项目又可被分解为若干任务。

　　笔者依据本校电气信息类专业对“单片机原理及应用”课程教学内容的要求，结合自身实际教学经验，把单片机教学内容大致分解为三大模块，详见表1。

　　表1 项目内容及任务

　　在这三大模块中，基础训练模块教学内容由单片机最小系统、I/O接口、数码管显示技术等组成；技能模块教学内容由单片机的中断系统、定时器/计数器、串口通信、电机控制等组成；综合训练教学内容由模拟交通灯控制系统设计和简易抢答器设计等组成。在基础模块教学阶段，教师通过讲解和演示的形式以提起学生的学习兴趣，让学生熟悉常用的编程软件和实验平台的使用方法。技能模块教学设置与基础模块一致，教师先讲解后演示，综合训练模块不再设置讲解环节，教师布置题目后，学生自行完成，教师点评项目报告。每个项目结束后，教师都要求学生撰写项目报告并据此进行教学评估。 　　此外，在单片机教学过程中，对部分教学项目，在实验板不能满足教学需要的情况下，还引入了Proteus单片机系统虚拟仿真软件结合Keil C软件编程，用虚拟单片机系统来替代实际硬件电路，把程序运行于虚拟的MCU上，使软件调试不再依赖于实际的硬件电路，当仿真结果达到系统预期目的后，还可以进行实际硬件电路的制作。仿真软件的使用让学生不再受限于现有的实验课时和实验设备，使其能够更加灵活、深入地学习单片机知识。

　　对单片机实验课时相对不足的现状，将部分理论课时移到实验室进行，构建理论与实践一体化的教学模式。教师每讲授完一个项目，立刻要求学生进行实践，同时充分利用开放实验和课程设计的有限学时，作为实践学时的有效补充，通过充分的实践使学生掌握单片机的软硬件资源及工作原理。

　　三、教学体会

　　实践表明，在对本校2010-2012级电气信息类本科专业单片机教学中引入项目驱动通过对教学内容的精简的教学法的尝试，，达到了优化教学内容的目的。项目驱动教学法中项目的设计应遵循循序渐进、从易到难的原则，以符合学生认知规律。项目驱动教学法将部分理论课时移到实验室进行，把课堂还给了学生，实现了理实一体化教学，突出了学生在学习过程中的主体地位，尤其适用于应用性较强的理工科课程教学。

　　项目驱动教学法在对单片机理论教学内容精简的基础上，更加重视实验教学、课程设计、开放实验与理论教学的紧密结合，培养和提高了学生的实践动手能力和创新能力。通过教师对典型项目案例的讲解，使学生有针对性的学习，有助于综合创新能力、科技创新的提升。以项目驱动教学法重塑单片机课程教学体系，还有助于任课教师之间相互借鉴教学经验，达到课程教学方法和教学手段的改善和提高。

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