基于项目的单片机教学改革探索

冯 毅 ，何建民 ，刘湘屏

（1．安徽水利水电职业技术学院，安徽 合肥 230601；2．合肥工业大学，安徽 合肥 230009）

基于项目的单片机教学改革探索

冯 毅1，何建民2，刘湘屏1

（1．安徽水利水电职业技术学院，安徽 合肥 230601；2．合肥工业大学，安徽 合肥 230009）

针对高等院校单片机教学方面存在的问题展开研究，提出以项目为导向、工学结合的单片机教学改革模式，有利于电子、机电等专业的学生提高综合素质和技能，力图使单片机教学适应社会发展的需要。

单片机；教学改革

现代社会，单片机以其体积小。嵌入性好、良好的性价比，使其在各个行业得到了非常广泛和深入的应用。使用、掌握好单片机技术，有利于电子、机电等专业的学生提高综合素质和能力，适应社会需要。

1 单片机教学存在的问题

1.1 单片机教学基本情况

单片机课程，不单是一门基础理论课，而且是一门涉及微机原理、模电、数电、汇编语言、C语言、机械、电子等多学科，实践和应用性很强的综合性课程，是电子、机电等专业的核心课程。学习本门课程的基础是《电工基础》、《电子技术》、《C 语言及程序设计》、《检测与传感技术》等，单片机课程又是学习《可编程序控制技术》、《计算机控制技术》及培养学生在电子、机电工业控制中的工程系统思维和分析、解决问题的职业综合能力、动手操作和技术创新的职业能力的基础，更是学生将来从事相关电子、机电工业控制领域的坚实基础，为将来进行各种智能化控制产品的设计和开发提供坚实的技术储备。[1]

1.2 教学中存在的问题

1.2.1 教学内容理论性强，教学缺乏针对性

在单片机教学过程中，教学内容基本沿袭传统学科教学模式，理论性强，教师基本上以一些具体的型号芯片（如51系列芯片）为例讲解复杂电路，学生认识模糊，难以理解。高等职业院校的学生两极分化比较严重，部分学生基础较弱，缺乏学习主动性、积极性，逻辑思维、分析能力不强，由于单片机课程涉及电路、数电、模电、程序设计等多学科，知识牵连性较广泛，不同学生个体相关知识掌握程度差别较大，因而在单片机软硬件分析与设计上都存在问题,从而导致部分学生似懂非懂，感到单片机学习困难，产生厌学情绪。

1.2.2 工学结合力度不够，学生综合能力弱

理论教学和实验教学的相脱节，各自为政，自成体系，教学中没有很好与实际特别是和具体项目结合起来，只限于简单模仿性、验证性的训练，顾名思义，就是照葫芦画瓢，学生按示意图连接电路，下载系统或老师编好程序，观察运行结果，缺乏分析和理解，从而不能形成一个完整的习得体系，无法触类旁通，导致学生缺乏思路、生搬硬套、实践锻炼不够充分,综合技能难以提高，与社会需要的合格人才相去甚远。

2 基于项目的单片机教学改革

2.1 教学改革的总体思路

近年来，为适应社会发展需要，高等教育走上了坚持“以服务为宗旨，以就业为导向，走产学研结合的发展道路”。[2]要建立宽基础、活模块，以能力为本位，工学结合的教学模式，培养出来的学生既有理论知识，又有较强的专业岗位实践能力的“专才”，是能够胜任一线岗位要求和具备较高综合能力的复合型应用人才。根据这些要求，我们提出了单片机教学改革的总体思路是打破以知识传授为主要特征的传统学科课程模式，从“项目教学”分析出发，设定职业能力培养目标，变书本知识的传授为动手能力的培养，开发基于工作过程的项目课程，以工作任务（项目）为中心组织课程内容，让学生在完成具体项目的过程中来构建相关理论知识，并发展职业能力。

单片机课程根据工厂实践与单片机产品的工作项目为线索来设计典型案例，使其内容涉及单片机接口技术、单片机定时/计数功能、单片机串行通信、单片机显示、机器人综合控制等几个学习项目。课程内容突出对学生职业能力的训练，理论知识的选取紧紧围绕工作项目完成的需要来展开。

2.2 教学内容项目化、情境化

根据教改思路，借鉴德国“双元制”教学模式，根据学科的发展和教师的科研工作经验，进行“基于工作过程系统化的课程”[3]的教学改革，以实际产品为载体，研讨设立具体的项目，将学科体系的知识解构，再进行行动体系的重构，不断用新的内容、新的方式充实教学活动。[4]

具体地单片机教学设置为两个学习情境，一是基本编程能力与软硬件调试能力训练，二是单片机控制系统设计能力与系统创新能力训练，每一个学习情境有几个项目组成，层层递进，每个项目的学习都按以典型案例为载体设计的活动来进行，以工作任务为中心整合理论与实践，实现理论与实践的一体化，教学设计如图1所示。

图1 单片机课程教学设计

2.3 教学方法和手段立体化

1．在教学过程中，应立足于加强学生实际操作能力的培养，采用项目导向教学、小组合作讨论法，以项目引领提高学生学习兴趣，激发学生的成就动机。

2．单片机课程教学的关键是通过典型的活动项目，由教师提出要求或示范，组织学生进行活动，注重“教”与“学”的互动。

3．在教学过程中，根据项目任务，应加大实践实操的容量，使学生尽可能多掌握单片机控制软件与硬件设计和使用方法，提高学生的实践动手能力。

4．在教学过程中，应用多媒体、投影、C51计算机仿真、网络辅助教学、教学资源辅助教学，帮助学生理解单片机编程方法、硬件连接方法及机器人控制方法。

5．在教学过程中，要重视本专业领域新技术、新工艺、新设备发展趋势，努力培养学生参与社会实践的创新精神和职业能力。

6．教学过程中教师应积极引导学生提升职业素养，培养良好的职业道德。

2.4 教学过程项目化，提高学生综合能力

2.4.1 理论和实践教学项目化

上理论课时不应只是简单的介绍某一种型号芯片的功能和工作原理，上实践课时不应只是简单模仿性、验证性的训练和验证，而是结合相应项目，给学生讲解单片机芯片的原理和功能，引导学生思考，提出方案，试着去发现问题、解决问题，同时在项目的教学和实施过程中，让学生主动去探索思考，激发学生的主观能动性和创新能力，教师应想方设法尽力做到让学生把理论知识运用到项目实践中，在项目的实施过程中，增强学生的学习积极性，提高学生的综合素质和技能。如图2所示，在“抢答器的设计与制作”的项目开展过程中，完成单片机的教学任务。

图2 抢答器的设计与制作

1.项目描述和提供资料。描述抢答器的功能：8个人能同时抢答；谁先按下抢答按钮，谁旁边的灯亮；在大显示屏上显示抢答人的编号。老师提供与项目相关的单片机的知识和技能、抢答器基本原理图和相关单片机应用技术资料。

2.项目计划。根据设计要求，选择确定设计方案，分析并实现原理图；确定本工作任务需要使用的工具和辅助设备。

3.项目决策。鼓励引导学生利用教材、网络等多种渠道收集资料，主动学习，分小组讨论，分析阐述各自对抢答器电路的理解和软件设计思路；在老师指导下确定最终设计方案和设计电路；并分解任务到小组的每一个成员。

4.项目实施过程。设计前的准备工作；设计时要注意的事项；电路流程的选择和主要注意事项；抢答器电路的元件的选择和注意事项；对设计好的原理图进行检测和排除错误；对设计好的程序进行检测和排除错误处；对整个项目实施过程进行完整记录。

5.项目检查与评价。通过学生填写检查单、教师填写评价表、学生撰写抢答器的设计说明书、小组汇报材料、自我评价、项目产品显示等多种手段评价学生能否正确描述项目实施原理，正确理解和设计项目程序，能否在试验装置上独立完成项目。

6.项目总结。通过学生互评和老师点评的结果，学生结合自身完成情况及发生的问题，提出改进方案和提高效率的建议，为今后的改进和提高做准备；整理相关资料，列表说明项目资料及资料来源，注明存档情况。

2.4.2 课外活动项目化

充分利用业余时间和第二课堂，以单片机兴趣小组的形式，组织学生组成开发团队，每个团队配置一定单片机开发设备,经费可由系部和学生共同合理分担，在单片机创新工作室或寝室里完成某个单片机项目的设计与开发，指导老师穿插其中指导，以项目为导向，有针对性让学生做一些小规模单片机产品。利用课余时间进行动手能力的培训、实验和设计，更有利于学生综合素质和能力的提高，形成一个良好的学习氛围。如图3所示，课外指导学生完成“有紧急优先处置权的交通灯”项目，充分利用课外活动来调动、发挥学生的主观能动性，提高自身综合能力。

图3 交通灯的设计与制作

2.4.3 竞赛激励项目化

1.竞赛培养兴趣，激励学生

兴趣是创造的源泉，也是主动学习的不竭动力源泉。[5]在竞赛项目实施过程中，可以让学生主动参观历届学生的优秀单片机项目成果展和各类获奖证书文件，以及教师在工作岗位取得的成绩，给学生树立学习的榜样和将要达到的目标，使学生提高学习兴趣，主动去探索单片机的知识，并以此作为动力来激励自我，进一步提升今后自我发展的空间。

教师在这个过程中的作用，不是全盘承包，而是引导、指导和帮助学生，小项目设计与制作可以通过小组讨论、老师点评完成；稍大的系统设计与制作，则需要给学生提供一定解决问题的思路，让学生充分利用网络、图书馆等各种渠道去查阅资料，博采众长，让学生自己提出初步的设计方案,反复论证这个过程，从而最终完成正确的设计和制作方案。如图4所示，通过参与自动机器人设计与制作竞赛，让学生了解单片机发展的前沿和趋势，掌握单片机的控制技术，在项目的实施过程中，激励学生学习单片机的兴趣，提高运用知识来解决问题的综合素质和能力。

图4 自动机器人平台控制系统组成框图

2.竞赛引导，提高综合技能日常单片机学习，学生一般按照课本流程和教师安排的项目流程，一个小项目一个小项目的进行学习的，缺乏连贯性、完整性和系统性。因此参与技能竞赛,

让学生从头到尾，参与一个相对较完整的项目的设计和开发，以赛促学,以赛促练，这对于锻炼学生自己的能力，提高主动性和综合技能，效果非常显著。单片机竞赛题目定的很宽泛,只罗列了基本的功能要求,这就为学生发挥想象力提供了自由翱翔的空间。在竞赛的触动下，学生按要求，自己去查阅资料来定方案，围绕基本功能和要求，充分发挥想象，来增加附加功能。通过这样的竞赛，使学生对单片机、数电、模电、程序设计等相关学科的知识进行高效率的运用和提升,进而结合实际竞赛方案来设计制作，从而使自己的单片机水平达到一个新的高度。

2.5 考核过程多样化

传统的以期末总结性考试和闭卷考试为主的考核方式难以适应高等人才综合能力培养的要求，其弊端显而易见。单片机考核应该实现了由“知识本位”到“技能能力本位”转变，建立以考核知识的应用、技能与综合能力水平为主的，平时考核与期末总结性、鉴定性考试并重的，由多种考核方式构成、时间与空间按需设定的考核综合评定成绩的课程考核体系。[6]

我们采用了以平时项目性考核为主，期末总结性考试为辅的考试模式。其中平时项目性考核采用项目设计作业/作品、抽查答辩(口试)和课内实验实训操作技能考核相结合的方法，主要在各环节考核学生平时在实施项目时表现出的综合能力，同时注重对专业技能、学习态度、职业操守、团队合作精神等社会能力的评价，成绩占60-70%，期末总结性考试采用闭卷考试的方法，主要考核学生掌握知识的多少，成绩占40-30%。

上述考核方法的改革实践，突出了单片机知识的应用、技能与综合能力的考核，体现了以知识的应用、技能与综合能力的掌握为“主线”的高等教学特征，推动了教学改革，使学生的综合能力得到提高。

3小 结

针对单片机教学的不足，本文提出了将工作项目教学模式运用到单片机教学改革中，并在许多方面付诸于实践，从而使单片机学习过程变成学生积极主动参与其中，并在项目实践过程中理解、掌握单片机知识和融会贯通，提高了学生综合素质和技能，许多学生在国家、省、市比赛中取得了优异成绩。但在教改中，也暴露出另外一些问题，如学生传统习惯和思维的存在，教师素质队伍建设滞后等问题，但我们坚信，这些问题都是改革和发展中面临的新情况，随着教学改革的不断深入，都能予以解决，实现适应社会发展的教育目标。

[1]程继兴.单片机原理及应用[M].北京：中国传媒大学出版社，2007：5-12.

[2]CEAC信息化培训认证管理办公室.单片机应用[M].北京:高等教育出版社,2006：34-39.

[3]周根荣,姜平,李俊红.单片机课程教学模式的探讨[J].电气电子教学学报，2006,(10)：33-35.

[4]戴士弘.职业教育课程教学改革[M].北京：清华大学出版社，2007：131-134.

[5]尤拯.项目教学法在电气控制教学中的应用与实践[J].职业教育,2007,6:29-31.

[6]何克抗.建构主义的教学模式、教学方法与教学设计[J].北京师范大学学报(社会科学版),1997,(5):74-81.

The Exploration of SCM Teaching Reform Based on Projects

Feng Yi1,He Jianmin2,Liu Xiangping1
(1.Anhui Technical College of Water Resources and Hydroelectric Power,Hefei 230601,China;2.Hefei University of Technology,Hefei 23009,China)

Based on the research of the problems existing in single chip machine (SCM)teaching in higher vocational colleges,the thesis explores the project-oriented SCM teaching reform mode of integrating work with learning so as to improve the overall qualities and abilities of the students majoring in electronics and electro-mechanics and make SCM teaching meet the requirement of social development.

higher vocational education;single chip machine;teaching reform

G642.0

A

1672-447X（2011）03-0111-004

2011-03-28

安徽省教育厅教学研究项目（2008jyxm205）;安徽水利水电职业技术学院教研重点项目（2008XJ09）

冯毅（1975-），安徽绩溪人，安徽水利水电职业技术学院讲师，硕士，研究方向为信息管理、单片机控制；

何建民（1961-），安徽桐城人，合肥工业大学管理学院副教授，硕士生导师，博士，研究方向为信息管理；

刘湘屏（1975-）安徽怀宁人，安徽水利水电职业技术学院讲师，硕士，研究方向为管理科学。

胡德明