“任務驅動”教學法在單片機教學中的應用

徐鋒 鄭曉東

[摘 要] 針對單片機課程教學中存在的一些問題，提出基于任務驅動的單片機教學方法，探討了該教學方法在實施過程中的注意事項。實踐表明，任務驅動教學法可有效提高學生的工程素養和創新能力。

[關 鍵 詞] 單片機；任務驅動；項目導入；教學方法

[中圖分類號] G642 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2016）19-0082-02

單片機是電子信息領域應用最廣泛的一門技術，是相關工程技術人員重要的技術知識層面。單片機原理作為電類相關專業的一門重要的專業基礎課程，其所涵蓋的原理技術對于掌握智能化系統設備的運行維護、技術改造以及自動控制系統的設計與實現起著關鍵作用。單片機是電類專業本科教學中典型的初學上手易、實際應用掌握難的一門課程，是理論結合實踐最緊密的課程之一。究其原因主要有以下幾點：

（1）單片機技術課程的綜合性強，先修專業基礎課程多，包括電子線路、微機原理與接口、C語言等，對學習者專業基礎知識面要求相對較高。

（2）單片機內部結構復雜，概念多、術語多、頭緒多，匯編指令多且較抽象，系統的綜合設計與編程考驗學生的邏輯思維能力。

（3）單片機課程的實踐性強，一般的系統結構都比較復雜且程序規模龐大，教師難以在有限的課時內把系統各功能模塊細節都講得既完整又透徹。

一、單片機教學中存在的問題

（一）重理論，輕實踐

多數學校在單片機課程的大綱設置上把培養的重點放在理論教學上，實驗實踐課時安排少，這使學生少有機會理論聯系實際，缺乏硬件設計和程序編譯的直觀感受，學習興趣不高，學習效果差。如何激發學生學習興趣，強化單片機技術的工程應用能力，就成為當前單片機課程實踐性教學改革中一個亟待解決的問題。

（二）理論課教學效果差

單片機課程中涉及的概念術語多，再加上一些復雜算法，課程內容比較枯燥。盡管不少高校也提出了一些教學改革方案，如情境教學法、啟發式教學法、構建多媒體教學環境等，但是綜合教學效率不高，難以提升學生學習的自主性，學生學習的持續性和深入性也不夠，難以保證教學質量和鞏固教學效果。

（三）實驗實踐環節薄弱

大部分學校將實驗內容安排在芯片基本功能的驗證上，而對綜合設計尤其聯系實際的設計性內容涉及較少。同時，實驗項目的選取一般都以單一功能的驗證實現為主，較少要求去完成一個規模型的項目，導致學生缺乏思考，照方抓藥，不利于學生自主性學習習慣的養成，對單片機系統總體把握不夠，難以真正掌握單片機系統的設計與調試技術。

（四）理論與實際應用脫節

相對于單片機已成為電子產品的主流應用，單片機芯片市場更加多元細分的今天，單片機相關課程的教學卻基本沒什么變化，教學芯片也大都采用51系列單片機，教師和學生對其他系列型號的單片機陌生。顯然與面向社會市場的技術應用一線必然存在著相當大的脫節，系統自主設計訓練的缺乏讓很多學生在面對一個實際項目時感到沒有思路，無從下手。

二、基于“任務驅動”的教學方法

任務驅動教學法（task-based teaching）是一種基于建構主義教學理論的探究式教學方法。“任務驅動”是在教學過程中，根據項目總體要求，以完成一個個具體的任務為線索，把教學內容巧妙地隱含在每個任務之中，讓學生自己提出問題，并經過思考和老師的點撥，自己解決問題。它通過教師將教學內容任務化，并在營造的模擬情景中提出任務，驅動學生開展學習、探索活動，尋找、搜索相關知識，歸納完成任務的方法和步驟。

同傳統以教師為中心的教學方法相比，“任務驅動”教學法以學生為中心，以“項目”為載體，以實踐為手段。以“項目”導入“任務”，注重任務內容的細節設計，任務實施的過程設計；注重培養學生學習單片機的興趣，提升學生學習的主觀能動性；注重學生的實踐技能、創新思維以及團隊協作能力的訓練與提升。

三、“任務驅動”教學法在單片機課程教學中的應用

單片機課程教學指導思想是注重基礎知識，以培養實踐能力、綜合應用知識能力、創造能力、在實踐中主動獲取知識的能力為主要目的，其課程建設要以培養具備一定專業能力的應用型人才為目標，以職業能力為課程標準，改革完善課程體系與教學內容，重視內容與技能的有機整合，強化學生能力的培養。

（一）設計項目任務

任務驅動教學法是實施操作性與實踐性教學內容教學的有效方法，但在利用這一方法時要根據教學內容，充分考慮它的適用性，對教學內容進行科學深入的分析。項目的設計是整個“任務驅動”教學過程的關鍵，以項目實踐為主的教學內容很容易將教學情境與工作過程相結合，實現教與學的一體化。以單片機工程師的典型工作任務為依據，組織序化教學內容，形成以功能分類的模塊化的課程體系。

在教學內容組織過程中積極貼近崗位實際，從實踐中提煉項目，確定課程任務。以單片機監控系統項目為例，圍繞其包含的信號檢測與轉換、信息傳遞、參數設定、單片機信息處理及相關接口技術等知識與技能設計多個任務，如，單片機AD轉換控制任務下包含按控制要求做出接口電路接線圖、畫出程序流程圖、編寫程序、進行程序調試等諸多任務步驟。每一個任務的設計既要考慮在項目的系統化前提下突出該分立單元模塊的功能設計與實現；又要考慮教學內容的前后連貫性，保證教學進度的有序銜接。

（二）提高課堂教學效果

在課堂教學實踐中以“項目”為載體導入單元教學“任務”。先提出一個系統化的實踐項目，向學生講解并演示該項目的設計思路和技術路線，在學生對該項目有一個整體初步的認識之后，再按模塊分解項目提出具體的教學任務，在課堂單元中分步驟實施教學。

以“AD轉換器應用”單元教學為例，首先給出一個創設情景，即AD轉換器的現實應用場景，然后提出本節課的任務目標，使用AD轉換器進行電壓模數信號的轉換，由單片機對接收的信息進行相應處理。在讓學生對信號轉換方法進行討論的基礎之上，由教師講授AD轉換器的工作原理和芯片結構，并進行現場仿真效果演示。然后由學生分組合作完成下列任務：硬件接口電路設計、軟件設計、系統運行與調試。在任務完成的過程中，教師可適當引導學生應用相關的知識或技能，完成教學任務。最后對學生分組完成情況進行問題總結和針對性評價，做到區別激勵、因材施教，同時布置課后整理出任務實施報告，鞏固教學成果。

（三）模塊化的設計思想

在教學設計和教學過程中將模塊化的理念貫穿始終。將教材知識點根據教學進度結合工程實踐，通過分解綜合形成涵蓋一定知識范圍的幾個項目模塊，在每一個項目下再分解成多個任務模塊，可以由多個學生組合去分別具體負責一個任務進度，引入分組合作競爭的教學模式，既給學生施加了一定的學習壓力，又鍛煉了團隊協作能力。

在教學實施過程中將項目分解成不同的功能任務模塊，每個任務對于系統項目來說都是一個分立的“插件”模塊。在教學中提供實現功能任務模塊的典型電路和代碼，通過仿真或課堂實驗演示運行效果，讓學生直觀形象地感知實踐應用的成果，激發學生對任務背景知識學習的興趣與自己動手實現任務設計的欲望。

（四）教師在“任務驅動”教學中的定位與要求

1.需要教師樹立以學生為中心的教學理念與態度。教學設計要符合學生的特點，遵循學習的規律，力求滿足不同類型和不同層次學生的需求。要為學生提供自主學習的機會以及充分表現和自我發展的空間。教學內容以可操作的典型項目為核心，將項目分解為任務模塊融入不同階段的章節中，讓學生能夠循序漸進地理解掌握知識，積累實踐技能。

2.要求教師不但要具備一定基礎的一線實踐經驗，還要能夠與時俱進，跟蹤了解行業的最新技術應用。“紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行。”經驗是在書本上學不到的知識技能，對于實踐性強的單片機課程的學習更是如此。

3.在教材上需要教師在不斷實踐中將課程內容標準化，可以采用自編教材，保障課程體系能夠得到不斷完善與更新。

“授人以魚，不如授人以漁。”教學實踐表明，在單片機課程教學中實施基于“任務驅動”的實踐性教學模式，進行系統化的理論學習和工程訓練。在實際教學過程中通過任務分解項目，分階段有層次地展開教學，引導學生充分參與項目實施、任務完成的教學全過程，不僅增加了教學的知識性、趣味性、拓展性，而且提高了學生的工程素養、實踐能力、創新意識，學生參加各類電子競賽及認證考試成果顯著，有效提升了教學質量水平。

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