基于項目教學法在單片機技術課程中應用的探索

黃麗軍

（福建廣播電視大學，福建福州，350003）

基于項目教學法在單片機技術課程中應用的探索

黃麗軍

（福建廣播電視大學，福建福州，350003）

項目教學法是一種典型的以學生為中心的教學方法袁目前在高職院校被普遍認可它可應用于實踐性強的工科課程。單片機技術又是一門理論知識相對抽象而實踐操作性很強的課程。試從分析傳統單片機教學問題入手袁結合單片機課程教學實際袁探索如何將項目教學法應用到單片機技術課程中袁提出教學改革的幾點思考。

單片機教學曰項目教學法曰教學改革

一、引言

當前我國的高新技術產業正在飛速發展，在電子通信、工業控制、汽車電子、智能家電、智能儀器儀表以及安防等各個領域里，單片機作為性價比極高的MCU被相當廣泛地應用著。因此一直以來在我國理工院校的應用電子專業、機電一體化專業、通信工程及計算機技術等專業中都設置單片機技術課程為專業必修課。

自上世紀80年代后期普及開設單片機課程以來，單片機課程的教學模式相對固定的，是在教室里講授理論，到實驗室利用實驗箱做實驗。大多數學生在學習這門課程后，普遍反映學習難度很大，學習過程令人枯燥乏味，學習的主動性和積極性不足，從而也談不上通過這門應用性很強的課程來增強自己的實際應用和設計能力，進而可能削弱了自己今后就業的競爭力。[1]

因此，一方面，是我國的高新企業急需一批具有單片機開發及應用能力的人才；另一方面，是高校，特別是我們高職院校培養不出相應的應用型人才。這兩者間的巨大反差，足以促使我們授課教師積極反思，如何針對單片機技術這門課程進行有效教學改革，提高課程的教學效果，促進學生快速地掌握實用技術。

近些年，不少高職院校積極探索單片機課程的教學改革，從多個方面推行課程的教學，特別是實踐性環節試點改革。目前為止，項目教學法是業內普遍認可的一種應用于實踐性強的工科課程較有效的教學方法。基于對單片機課程的十幾年教學經驗，我對以項目為導向、以任務為驅動的教學思路有極大的興趣，對于如何將項目教學法應用在單片機的教學，進行進一步的探索和思考。

二、傳統單片機課程的教學存在的問題

第一，學生對傳統教學順序的不適應：以往的單片機教學多以傳授單片機的理論知識為主，按照教材編寫的順序，從單片機硬件基礎知識、指令系統和匯編語言程序的設計，以及接口技術及應用實例一路講授下去，待理論教學結束后再安排實驗項目。學生在逐步學習的過程中越覺得理論學習枯燥難懂，興趣越來越小，等到實驗階段，已把前面所學的忘得差不多，因此不利于學生將課堂上學到的理論知識立即在實踐中應用起來。

第二，當前大部分教材不適合學生的自主學習：受普通教育教學的影響，我們在單片機教學中長期選用系統性和結構性完整嚴密的教材，這些教材多側重于介紹單片機的結構原理和各種功能以及指令系統編程實例等，理論性強而實踐指導弱。這對于剛剛入門的工科學生而言，學習的過程變得枯燥刻板，無法引起興趣，更無法倡導自主學習，也不利于提高教學效果。

第三，當前的實驗教學不利于學生對單片機技術的理解及應用：傳統的單片機教學中，實驗內容通常是課程理論的驗證，往往是教師給出各個實驗項目的內容、目的、實驗步驟，甚至是實驗的硬件連線和程序，學生照著該實驗書按部就班完成就行，很少有應用理論去解決實際問題的設計性實驗。[2]

另外，當前的單片機課程實驗設備普遍采用高集成度的單片機實驗箱，里面按照實驗項目配置好相應的硬件模塊，其數據線、地址線及控制線大多已連接好，地址譯碼電路及端口地址都己分配好，實驗時學生面對實驗箱不需再設計電路，只需連接幾個相應的端口，按照參考程序輸入并執行，觀看實驗想象，驗證實驗結果，就算完成該項實驗項目了。因此，這樣的實驗教學并不利于學生對單片機這門課的理解，也很難鍛煉學生的實際應用能力。

三、引入項目教學法是提高教學效果的一種探索

早在上世紀90年代，世界各國的教學改革都將學習方式的轉變視為重要內容。最早在德國推出的項目教學法，其核心思想是不再把教師掌握的現成知識或技能傳遞給學生為最終教學目的，而是把整個學習過程分解成一個個具體的項目教學方案，在教師的指導下學生解決問題的途徑并逐步完成整個任務，最后師生共同進行展示和評價。

項目教學法是一種典型的以學生為中心的教學方法，是如何引導學生在完成一個從理解項目要求到實際制作及調試的完整的教學活動。采用項目教學法的突出理念，是將知識傳授和技能培養具體操作到一個個課程項目中，理論學習和實踐操作有序地交替進行，在不斷的實踐摸索中促進知識的理解、消化和吸收，在提高學生學習效果的基礎上，激發學生的學習、探索的積極性，同時也培養學生的職業能力、解決問題的能力。[3]

基于項目教學法的這種教學理念，筆者認為，在單片機技術這門課程中采用項目教學法，將會非常有利于學生對這門課程的接受和掌握，特別是有利于學生訓練基于單片機產品開發的運用能力和工程實踐的能力。

四、項目教學法如何應用于單片機教學中

針對文中提到的當前單片機教學中的幾個問題，引入項目教學法應用于單片機課程中，筆者有以下幾個方面的思考和探索。

第一，教材的調整：為了結合單片機的項目化課程改革，在教材內容和篇章結構上必須進行相應的調整和改進。

新的教材結構應該擯棄原來的章節概念，以適度夠用為原則取舍相應的概念和原理。以實際應用為主，以工作任務為主線，將課程理論分解成若干個知識點再融入一個個項目和模塊中，在每個項目中導入相關的概念和原理，即在每一個項目的編寫中明確指出本項目所涉及的原理及概念，供學生進行必要的理論準備。

在教材內容上根據高等職業教育的特點，選擇合適學生水平和能力且又能看到立竿見影的效果的實例項目（例如電子鐘，信號燈，廣告燈，密碼鎖等）作為載體，從簡單到復雜，將單片機課程中的總線、引腳，并行接口、存儲器、中斷系統、定時計數器及串行接口等片內資源及外圍接口器件的應用，分別融入其中，通過漸進的學習逐步提高和完善學生的知識面。

第二，項目教學法的教學實施改變以往的單片機教學順序。

傳統的教學順序大多是先進行大篇幅的循序漸進的理論教學后，再進行驗證性的實驗，而項目教學法是直接引導學生進入一個個單片機項目的操作中。在實施過程中，按照從簡單到復雜的順序實施各個項目，每個項目的實施都按照項目任務的提出，項目計劃的制定，項目任務的實施，項目的檢測和評價這四個步驟進行。[4]

在第一個步驟“項目任務的提出”中，教師先提出項目任務的目標和要求，通過演示、案例等對學生進行指導，引導學生了解在該項目中用到的原理和知識點，使學生具備基本完成項目的能力。

在第二步驟“項目計劃的制定”中，在教師的指導下，學生在分析該任務的目標下，學習如何設計硬件電路和程序流程來實現該目標的方法，進而制定出完成該項目的實施方案，寫出方案實現的流程圖。在這個階段，學生以項目小組為單位進行討論和設計，他們是方案制定的主體，而教師從中進行個別的提示性的指導。

在第三步驟“項目任務的實施”中，學生按方案動手操作，在實施的過程中會不斷發現問題再解決問題，從而一步步接近目標，直至完成項目任務。這個階段是整個項目教學法教學的核心階段，在不斷地實施方案中，學生通過對硬件電路的設計和反復調試，清晰地了解單片機系統的實際開發過程。同時，學生在操練的過程中，熟悉所涉及到的工作原理等理論部分，在循序漸進中，直至掌握單片機的基礎理論和基本編程技術，進入單片機學習的世界。

項目教學法最大的優勢，就在于教學過程中采用理論分析和實踐操作同步交替進行的方法，通過對理論知識的學習支持實踐操作，又通過實踐探索不斷完善對理論知識的理解和掌握。在整個項目的實施過程中，教師的講解和學生的操作也是交替進行的，抽象觀念和直觀現象交錯出現，相互驗證，使得學生的動手能力和專業技能不斷提高。

在第四步驟“項目的檢測和評價”中，教師和學生分別對項目完成的情況進行檢驗。師生在實驗室中對各組學生所做出的實物進行演示，對軟硬件系統進行驗證，當學生看到自己編寫的程序應用在設計出的硬件系統中，能成功實現相應的功能時，肯定充滿成就感和興趣。每次檢測之后，教師立即對本次項目的實施情況進行評價和總結，并根據學生的操作情況給予評分。

當課程結束時，每個學生都獲得各個項目的實踐成績，最終將它們按比例計入課程的總成績。以這種分布式的過程評價，替代期末考試一次性終結考核，使考核貫穿于學習的全過程，必然將引得學生對每一次項目實施的重視，進而改變只管期末的紙上考試、忽視平時的學習和實踐的觀念。[5]

第三，以廣告流水燈的項目制作為例，說明項目教學法的具體實施。

對于引入項目法教學的教師來說，最大的挑戰就是如何選擇合適的項目題目。結合單片機的課程特點和學生的接受程度，應選擇有助于將教學過程分解為從簡單到復雜、從基礎到高級的循序漸進的階段性任務，同時也有利于學生求知心理的形成，能使學生充分參與整個教學的過程中，從而提高學生學習的積極性和主動性。

筆者率先選擇廣告流水燈的項目，原因是這個任務只涉及到端口的輸出和延時子程序的設計，硬件和軟件設計都較簡單，而通過程序的控制可以產生多樣的顯示效果。每個學生都可以按照自己的想法展示不同的廣告燈花樣。這個簡單易現的項目，既可以引發學生的興趣，又可以讓每個同學的項目成果不重樣，避免了同學之間的抄襲。

當告知學生這個項目的任務及要求后，教師首先把關于并行接口輸入輸出的原理及相關的若干指令功能用法教授給學生，接下來教師解釋運作方法，說明要解決的問題，逐步引導學生進入方案的討論，如項目中哪些功能由硬件來實現，哪些功能由軟件實現，進而討論電路的結構和程序的流程。

在進入方案實施階段時，教師應進一步引導學生思考發光二極管的亮滅是怎樣通過單片機來控制的，亮滅的時間長短是由硬件控制還是用軟件延時來實現，如何程序控制各種花樣的流水燈等等問題。在逐步解決每一個問題的過程中，學生的成果慢慢地呈現出來，他們對完成任務的信心也一點一點地建立起來。最后該項目完成時，師生一起測試驗證系統，教師對每一組的任務完成情況逐一點評和評分，每組同學也對自己的成果及項目的全過程進行總結評價。

五、結束語

通過項目教學法使單片機技術這門課程的學習過程，成為每一個學生作為主體積極參與的創造實踐活動，變成一個不斷學習更新、不斷探索前進的富有挑戰性的學習過程，在這個過程中，注重的不是最終的成績，而是實施項目完成任務的全過程，這在最終的課程評價中得到充分的體現。

當學生將單片機的所有課程項目完成后，這門課程的所有知識點就基本學到了，達到了預期的學習目標。更重要的是，學生在逐步理解和把握課程所要求的知識和技能的同時，擁有了完成一個個項目任務的成就感，增強了繼續探索問題的信心，激發了強烈的求知欲，真正提高了學習的主動性和積極性。

從理論上看，項目教學法的效果和前景非常完美，但是真正實施起來能達到預期的效果嗎？筆者認為最大的挑戰在于教師。首先，教師在課程的教學中要極大地轉變教學理念和傳統的教學方法，將由主講轉變為向導和顧問，引導學生如何在實踐中發現新知識，掌握新技能。其次，教師要花費比傳統教學多出數倍的時間和精力，設計出適合與其所面臨的學生層次的各個項目內容，既要符合教學大綱的基本要求，達到相應的知識目標和能力目標，又能保證難易程度相當，引發起學生的興趣，調動學生的積極性和主動性。

[1]耿秀明.項目教學法在單片機技術課程中的應用[J].課程教育研究袁2013袁(5).

[2]胡慶芳.優化課堂教學院方法與實踐[M].北京院中國人民大學出版社袁2014.

[3]陳爽.淺談項目教學法在高職單片機課程中的應用[J].科技經濟市場袁2013袁(10).

[4]王文海.項目教學法在單片機技術課程教學中的應用與研究[J].科教導刊袁2011袁(5).

[5]王義和.新加坡理工學院野項目教學法冶對高職單片機課程教學改革的啟示[J].科技信息袁2011袁(33).

[責任編輯：姚青群]

TP368.1-4

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1008-7346(2015)04-0048-04

2015-07-30

黃麗軍袁女袁福建莆田人袁福建廣播電視大學工程與農林系副教授。