基于項目驅動和混合教學模式的單片機課程教學方法研究

薛偉 黃玉金 劉瑋

摘要：單片機課程是測控技術與儀器專業的專業基礎課，具有知識點多、實踐性強和綜合性強的特點。該文針對當前單片機課程教學中存在的不足，提出了基于項目驅動法和混合教學模式的新教學方法。該方法將項目分為三個層次，對不同層次的項目分別采用常規教學模式和翻轉課堂教學模式，可利用不同教學模式的優點，在強化基礎知識學習的同時，充分發揮學生的主觀能動性。實踐結果表明，新的教學方法可有效提高學生的學習效率和學習積極性，取得了較好的教學效果。

關鍵詞：單片機;項目驅動法;混合教學模式;翻轉課堂

中圖分類號：G424? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）11-0149-03

1 背景

單片機課程是測控技術與儀器專業的一門核心專業基礎課，在整個課程體系中起著重要的銜接作用[1]。單片機課程知識點多，涉及數字電路、模擬電路、傳感器、信號處理和程序設計等多方面的內容，具有很強的實踐性和綜合性[2]。熟練掌握單片機技術和系統設計能力，不僅有助于提升知識技能和創新實踐能力，更有利于專業素養的提高，滿足社會對應用型人才的需求。

在傳統的單片機課程教學中，一般采用先講理論、再進行實驗的方式，這種方式存在著以下的不足：1）理論部分講授過多，形式單一，且知識點比較分散，導致學生理解困難，學習效率不高;2）實驗項目都為基礎性實驗，且相互獨立、沒有關聯性，缺少設計性和綜合性實驗和團隊協作能力的鍛煉;3）教學過程都以教師為中心，難以發揮學生的主觀能動性。

針對單片機課程傳統教學中存在的問題，本文提出了一種基于項目驅動法和混合教學模式的新教學方法。首先，將課程知識點分解到三個不同層次的項目中，按照項目導向、任務驅動的方式組織教學，以提高學生對知識點的理解和實踐能力;然后，對于難度較低的前兩個層次項目，采用常規教學模式，以引導學生快速入門，強化基礎知識點的學習，提高學習效率;最后，對于難度較高的第三層次項目，采用翻轉課堂教學模式，以激發學生的學習積極性，培養啟發性思維和團隊協作精神。

2 項目驅動法理念及實施過程

2.1 項目驅動法教學理念

傳統的教學方法強調以教材中心，理論學習為主，實踐為輔。在教學形式上，教師主要通過PPT、板書和語言講解來講授知識;在教學內容上，主要按照教材章節順序進行講授。對于單片機課程，其知識點多，實踐性強，傳統的教學方法導致學生對知識點理解不深、理論與實踐存在脫節。

項目驅動法是一種建立在建構主義理論上的新方法[3-4]，教材知識點不是教師唯一講授的內容，而是學生主動建構的對象。與傳統的教學方法相比，項目驅動法的特點是在教學過程中將理論學習和實踐緊密結合，將老師的“教”和學生的“做”充分融合。在項目驅動法中，知識點都嵌入在項目中，通過任務驅動來引導學生進行知識點的學習，通過任務目標來鍛煉學生的實踐能力。在項目進行中，學生帶著任務去學習，能更深刻理解知識點的內涵及其關聯性，提高學習效率。

2.2 項目驅動法的實施過程

項目驅動方法需要重組教學內容，教學內容不再按照教材中的章節來劃分，而是歸納為多個知識點，按照知識點來設計項目，通過項目來實現對知識點的理論學習和實踐訓練。項目的設計以課程培養目標為依據，以社會需求為導向。這里根據項目的復雜度和覆蓋知識點的情況，采用循序漸進的方式，將項目分為三個層次：基礎性項目、提升性項目和綜合性項目。

1） 基礎性項目。基礎性項目針對初學者的特點來設計，主要是掌握單片機的基本知識點。這一層次項目功能簡單，易于實現，能夠調動學生的學習興趣，引導學生快速入門。

2）提升性項目。提升性項目針對具有初步基礎學習者的特點來設計，主要是掌握單片機知識點的簡單組合應用。這一層次項目具有一定的檢測控制功能，能讓學生建立單片機系統的概念。

3） 綜合性項目。綜合性項目針對具有一定理論和實踐基礎學習者的特點來設計，主要是掌握單片機功能的綜合應用。這一次層次項目具有完整的系統檢測控制功能，覆蓋知識點多，需要團隊合作完成，能發揮學生的自學能力，鍛煉學生的團隊合作精神。

基礎性項目的設計如表1所示，一共8個，每個項目均涵蓋單片機的1～2個基礎知識點。通過基礎性項目的學習，讓學生了解單片機基本結構、工作原理和外設接口，掌握基本程序設計和調試方式，具備單片機基本功能開發能力。

提升性項目的設計如表2所示，一共5個，每個項目均包含若干個知識點。通過提升性項目的學習，讓學生對單片機片內資源和外圍電路有進一步了解，掌握軟硬件調試方法，具備單片機基本系統的開發能力。

綜合性項目的設計如表3所示，一共2個，如表3所示，每個項目均包含多個功能模塊。通過綜合性項目的教學，讓學生對單片機系統設計和相關擴展知識的應用有比較深刻的了解，具備單片機綜合應用系統的開發能力。

3 混合教學模式及實施過程

目前的教學模式可分為常規教學模式和翻轉課堂模式。常規教學模式中以老師為主導，以課堂講授為主，以課后輔導答疑為輔，側重于基礎知識的教學，通過老師的講授和督促有利于教學進度的統一，但是很難調動學生的學習積極性。

翻轉課堂模式是將課堂內的事情轉換到課堂之外進行，在課堂內主要進行討論和答疑[5]，即將常規模式中課堂內外的任務進行了翻轉，課堂內的學習任務轉換到課堂之外進行，而課后的討論答疑轉換到課內進行。在翻轉課堂模式中，學生有更多的學習自主權，需要在課前通過自學完成大部分知識點的學習;在課堂上學生起主導作用，教師不再進行知識的講授，而是通過討論輔導學生完成知識點的學習。翻轉課堂模式能夠節省課堂上理解新知識的時間，專注于更深層次知識的學習和理解，讓學生有更強的學習參與感，提高學習主動性。翻轉課堂模式雖然可以發揮學生的學習主導作用，但學生在課堂外的自主學習中與教師聯系較少，有些問題無法得到教師的及時解答，這樣也會影響學習的積極性。此外，不同的學生在學習主動性方面存在差異，對于學習主動性較差的學生，還需要老師督促推進，否則會影響教學效果。

在單片機課程的項目設計中，三個層次項目的難度是逐漸增加的，單一的常規教學模式或者翻轉課堂模式難以很好地適應所有層次的項目，因此，這里采用混合教學模式來實現項目化教學。

3.1 基于項目驅動的常規教學模式的實施

對于基礎性項目和提升性項目，采用常規教學模式，著重于讓學生掌握單片機基礎知識點及其組合應用。這一層次項目的平臺為MCS-51單片機實驗箱，包含單片機最小應用系統和常見的外圍功能模塊，最小系統和各模塊之間通過簡單的連線可組成不同項目的硬件系統。項目的教學以教師為主導，學生為學習主體，實施流程如圖1所示。首先，教師在課堂上發布項目任務，并根據項目要求講解知識點，通過面對面講授，教師可以掌控整體進度，并能及時回答學生的問題。然后，教師分析項目方案，每個學生根據方案搭建硬件系統，并編寫軟件，這期間教師需要巡回指導，及時答疑解惑。最后，學生進行功能演示并撰寫項目報告，教師對項目進行驗收并給出總結評價。在具體實施中，對于基礎性項目，以教師講解為主、輔導答疑為輔;對于提升性項目，教師講解適當減少，輔導答疑則適當增加，以給學生一定的自主學習空間。這樣將集中講解和分析輔導相結合，通過簡單的硬件搭建和的軟件編程，可讓學生能較快地掌握基礎知識點，鍛煉實踐能力，提高學習效率。

3.2 基于項目驅動的翻轉課堂模式的實施

對于綜合性項目，采用翻轉課堂教學模式，著重于讓學生掌握單片機系統設計方法。這一層次項目的平臺為MCS-51單片機開發板，包含單片機最小應用系統和擴展接口。項目的教學以學生為主進行，教師進行相關輔導，實施流程如圖3所示。

在課前，教師根據項目任務，進行知識點分解，準備開發板和擴展器件的原理資料，并制作微視頻，提供給學生，讓學生在課前自主學習，充分了解項目的知識點。

在課堂上，學生為學習主體，3～4名學生分為1組進行學習。首先，學生進行團隊討論交流，確定項目方案，教師需要關注每組討論的進展，對學生的思維進行啟發，分析設計思路是否正確。然后，學生根據確定的方案，進行軟硬件聯合開發和調試，在此期間教師也需巡回檢查，隨時解答學生的問題。最后，學生以小組為單位進行功能演示，并提交報告，教師驗收后分別給出小組評價和個人評價。

在課后，學生需要對項目完成情況進行總結，分析項目中出現的問題，進一步完善項目。教師需要根據各個小組完成的情況，對教學進行反思，不斷完善教學資料，優化項目設計，以進一步提升教學效果。

在綜合性項目的教學中，學生在課前學習、課中討論和實現、課后總結完善三個環節均占主導地位，教師不再進行集中講解，從主導地位轉變為輔導地位，以培養學生分析問題和解決問題的能力，充分發揮學生的主動學習能力。此外，通過小組方式進行項目實施，還有利于培養學生的協調溝通能力和團隊合作精神，激發學生的學習熱情。

4 實踐效果

在最近兩年的單片機課程教學中，對基于項目驅動和混合教學模式的教學方法進行了實踐，取得了較好的效果，體現如下：

1） 學生的學習興趣明顯增強，對基礎知識點的理解更加深刻，期末考試中平均成績提高了9%;

2） 學生的學習效率得到提升，在完成基礎性項目的學習后，基本能夠掌握單片機原理和基本應用;

3） 學生的實踐能力和團隊合作能力得到提升， 在以單片機為核心、以小組形式進行的檢測技術實習中，所有小組在完成課題基本任務的基礎上，都能完成擴展任務要求，優秀率達到40%以上。

5 結束語

針對單片課程的特點和目前教學方法的不足，本文提出了一種基于項目驅動法和混合教學模式的新教學方法。通過項目任務驅動教學，讓學生在實踐中學習，可提高動手能力，激發學習熱情，提高學習效率;通過設計三個不同層次的項目，分別采用常規教學模式和翻轉課堂模式進行教學，在以教師為主強化基礎知識學習的同時，逐步讓學生成為學習的主角，可充分發揮學生的主觀能動性，培養團隊合作精神。實踐結果表明新方法可有效提升教學效果，提高學生對單片機的綜合理解和應用能力。

參考文獻：

[1] 顧亞雄，張禾，賴欣.測控技術與儀器專業課程體系改革探索[J].實驗技術與管理，2008，25（6）：142-145.

[2] 李建忠.單片機原理及應用[M].2版.西安：西安電子科技大學出版社，2008.

[3] 唐煒.基于“項目驅動”的單片機類課程實踐教學改革[J].實驗室研究與探索，201，29（5）：130-132.

[4] 謝宏霖.基于"項目驅動法"的單片機類課程教學探索[J].電腦知識與技術，2012，8（30）：7290-7292.

[5] 潘炳超.翻轉課堂模式應用于高校教學的實驗研究[J].電化教育研究，2015（3）：83-88.

【通聯編輯：謝媛媛】