单片机应用技术项目化教学体系的构建与实施

张 良，徐 雷，孙长智

（亳州师范高等专科学校 理化系，安徽 亳州 236800）

单片机（单片微型计算机）实际上是一种将CPU（中央处理器）、存储器和输入输出接口集成在一个芯片中的微型计算机.单片机具有功能强、功耗低、体积小、可靠性高、扩展灵活、价格低廉、使用方便、容易产品化等优点，使其在生产自动化、智能仪器仪表、家用电器、实时监控、医用设备、计算机网络和通信、航空航天、国防现代化等领域广泛应用［1-3］.

1 单片机应用技术教学现状

单片机应用技术是随着微电子技术的发展而迅速发展起来的一门应用科学［1］，是机电、汽车、电气、电子、通信等所有工科专业的专业必修课［4］，该课程是开设C语言程序设计、电子线路、模拟电子技术、微机原理与接口技术课程之后，开设的后续专业课程.在内容上，单片机应用技术重点介绍了MCS-51单片机硬件结构、指令系统和汇编语言、中断系统、定时器/计数器，串行口及其应用、系统扩展、系统接口、系统开发等.

单片机应用技术主要强调单片机在生活及工作中的实际应用.然而，目前的单片机应用技术的教学大多数是以教师讲授为主，讲授中以单片机的结构为主线展开，其顺序依次为：单片机的硬件结构、指令、然后是简单的软件编程，再到中断的概念和应用，最后是单片机系统的扩展和各种外围器件的应用，同时结合一些实例［4］，该讲授顺序注重强调理论知识体系的完整性和严密性，对设计硬件的综合性分析几乎不做讲解［5］.这种教学方式注重课程本身体系结构和前后的逻辑联系，但却忽略了可行性［6］，致使教师课堂上的“长篇大论”无法引起学生的兴趣，结果往往是课程结束后，学生既没有形成系统的概念也没有掌握系统的设计方法［7］.这就需要教育工作者必须对这种即达不到教学目的也不能满足实际需求的教学方式进行改革，设计新的教学方案，探索有效的教学方法，让学生成为教学的主体，积极地参与教学的每个环节，从而达到培养学生实践能力的目的.

2 项目化教学体系的构建

笔者根据单片机各项目在教学中体现的作用，把单片机应用技术项目化教学体系分为技能型项目、基础型项目、综合型项目3个层次：技能型项目培养学生EDA相关软件的使用技能；基础型项目帮助学生构建系统的知识体系；综合型项目培养学生项目开发的综合能力.该教学体系中项目的选择按照由易到难、由浅入深的原则，突出应用.

2.1 技能型项目

技能型项目教学的目的主要是让学生熟练掌握Keil、Proteus、Protel 99SE等EDA软件工具，熟悉从项目的提出→使用Proteus软件进行电路的搭建→Keil软件编程仿真→Protel 99 SE画电路板→雕刻机雕刻PCB版→原器件的焊接→项目的调试，完成整个项目开发流程.具体开设的技能型项目见表1.

表1 技能型项目

在技能型类项目中，主要是通过单片机最小系统让学生学会单片机相关软件以及机器的使用，这些软件和机器的使用操作流程比较固定单一，难度不大，只要给学生充足的时间练习和操作，即使对于没有任何基础的学生而言，也是可以较快地掌握该类技能.

2.2 基础型项目

基础型项目是针对分立项目进行介绍学习，该项目类型主要是为了让学生熟悉单片机的I/O端口的控制，掌握单片机中断系统、定时器/计数器，串行口及其应用重要概念.具体开设的基础型项目见表2.

表2 基础型项目

在基础型项目中，项目之间具有一定的关联性，每一个项目中都承载着单片机的重要知识点，把这种重要的理论知识附在实际的项目中，让学生在完成项目的同时，理解这些复杂的概念.

2.3 综合型项目

综合型项目在技能型项目和基础型项目的基础上，按照实际工程项目的要求，从分析项目要求出发，逐步实施整个项目开发流程，最终达到项目调试完成.具体开设的综合型项目见表3.

表3 综合型项目

在综合型项目中，每一个项目都能体现学生学习单片机应用的能力；这些项目和实际工程要求一致，每一个都可以作为一个毕业设计，综合应用能力较强，对学生的要求也比较高，教师在实际教学过程中可以根据学生的单片机实际应用能力，分层次的实施教学.

3 项目化教学的实施

项目化教学的实施是整个项目化教学体系的核心环节，实施过程中以学生为主体，教师为主导，知识点应用为载体，以培养学生实践能力为目的［8］，教师把学生引入项目工作中后退居到次要的位置，当学生遇到问题时，并不是马上告诉他们答案，而是引导学生思考解决问题的思路和方法，展开讨论［9］.下面以笔者实际教学为例，探讨项目化教学的实施过程.

项目化的教学体系分成了3种类型，技能型项目是学习单片机相关的EDA软件，此类项目中的每一项由专门的老师来从事教学.例如笔者所在院校的做法是：Proteus软件和Keil软件的教学由笔者来指导，Protel 99SE软件教学及雕刻机使用的教学由相应专业的教师进行指导，整个技能型项目的教学以完成一个单片机最小系统为例，使同学熟练使用单片机学习所需软件的同时，熟悉整个设计流程.分教师指导好处就是专业教师可以将自己从教的相关软件讲解很透彻，但是要注意教学时间的安排不能和从教老师上课时间冲突.对于雕刻机的使用，要在学习后安排专门的学生负责管理和使用.

基础型项目和综合型项目中每一个项目都是分步骤实施.具体步骤如下：

（1）分析项目任务.每一个项目的安排都要明确任务要求，指导学生编写项目设计方案，让学生有的放矢；一般情况是每个项目分成2～3个任务，任务由简到难.

（2）学习相关知识.在明确了任务以后，教师指导学生学习相关的知识点.此时要教会学生查阅相关资料.

（3）用Proteus搭建电路.根据所学的相关知识，Proteus软件搭建电路.在技能型项目中已经学习了Proteus软件，所以在搭建电路时就可以分组自行完成，对于学生不知道的相关器件名称，教师可以作统一指导，也可以让学生上百度查询.

（4）Keil软件编写程序并进行仿真.此过程中可以用到的语言是C语言和汇编语言，针对于学生的实际知识储备，可以让学生自行选择使用哪种语言.并把编译后.HEX文件加载到Proteus搭建的单片机电路中进行仿真.

（5）画PCB板.在仿真正确的前提下，按照Proteus搭建的电路图，用Protel 99SE软件画PCB板.

（6）雕刻PCB板.在雕刻机上雕刻PCB板.此过程中每个同学第一次使用雕刻机时都应该在专门负责管理和使用的学生的指导下完成（老师有时间，也可以老师指导），学生虽然已经统一的学习过，由于没有亲自动手操作，还是可能会有部分细节掌握不牢固.

（7）实物安装与调试.在雕刻好的PCB板上安装原器件，并对焊接好的电路板进行功能调试，直到完成项目任务.原器件由物料储备室的老师根据项目原器件清单来发放.

（8）考核.根据项目任务完成的情况，指导老师给予打分.作为此门课程的最后成绩的参考依据.

（9）归纳总结.对项目任务的相关知识内容和任务中碰到的问题做归纳总结，完善知识体系.

单片机项目化教学的实施过程，包含了单片机项目化教学的整个流程，通过此过程实施教学，可以使同学们掌握这个操作流程，并且能够熟练地掌握技能型项目中的应用软件，同时通过基础型项目巩固练习，让学生掌握单片机的各个知识点，最后通过综合型项目对学生的单片机学习情况进行考核.整个教学过程贯穿性强，学生学习起来比较容易，教学效果较好.

4 结语

本文构建了从技能型项目到基础型项目再到综合型项目，逐层递进的项目化教学体系，体系中基础型和综合型项目都是有针对性的挑选出来的典型项目，按照如下流程实施：提出项目→分析项目任务要求→学习相关知识→搭建电路→电路仿真→画PCB板→焊接原器件→电路调试完成.此单片机项目化教学体系和实施方案在专业教师齐心协作下，真正的实现了教、学、做统一，软硬件统一，理论与实践统一，培养了学生分析问题、解决问题的能力，同时也培养了学生动手能力和实践能力.

［1］任照富，李学平.单片机原理与应用项目化教程［M］.北京：中国建材工业出版社，2013.

［2］赵全利，肖兴达.单片机原理及应用教程［M］.北京：机械工业出版社，2007.

［3］张晖.Proteus 在高职单片机项目化教学中的应用［J］.中国科学创新导刊，2009（2）：183-185

［4］宋雪臣.关于单片机课程项目化教学的探索［J］.山东水利职业学院院刊，2010（4）：19-21.

［5］顾亚文，廖武华，袁道香.基于高职高专的单片机课程项目化教学的改革实践［J］.计算机光盘软件与应用，2012（22）：246-247.

［6］杨志帮，杨樾.《单片机应用技术》在项目化教学中的改革与探索［J］.职教研究，2011，3（3）：38-41.

［7］蒲珊珊，孙超.高职单片机项目化教学的探讨［J］.机电技术，2011（6）：194-196.

［8］杨晓红.单片机新教学方法之探讨［J］.科技信息，2011（1）：244-245.

［9］龙海燕，董晓红，王姝.项目导入法在 EDA 教学中的探索［J］.成都航空职业技术学院学报，2011，27（2）：29-31.