项目化与PBL教学法在单片机教学中的探索与实践

宋向前　沈春龙　许胜

摘要：在单片机的教学中采用了以项目导向、任务驱动为主的教学模式，适当引入PBL教学法。把这两种教学方法综合地运用在单片机的教学中，极大地提高了学生对课程的兴趣、主动性和积极性，也提高了学生的自主学习能力，提升了学生团队合作意识和表达能力。

关键词：单片机；项目导向；PBL教学法

中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）04-0115-02

Abstract： In MCU teaching， the teaching mode of project-oriented and task-driven have been used mainly， introducing the use of PBL teaching method. The two kinds of comprehensive teaching method used in MCU Teaching， greatly improve the student interest， initiative and enthusiasm， but also improve the students' autonomous learning ability， raising the students' team cooperation consciousness and ability of expression.

Key words： single chip microcomputer； project-oriented； PBL teaching

传统的单片机课程教学方法是教师先讲单片机的基本结构和全部的指令系统，再讲程序设计和单片机的中断系统、定时器/计数器、串行口等重要系统部件，一个完整的单片机系统人为地割裂为多个独立的知识点。学生在学习单片机的基本结构和指令系统的时候仍然不知道单片机到底能完成什么任务、实现什么样的功能。加上这些知识本身就很枯燥泛味，学生往往很快就对单片机失去了兴趣和热情，这样的教学效果就可想而知了。学生学完几章后依然对单片机一知半解，似懂非懂，也不能利用单片机去解决实际的问题。传统教学模式存在种种弊端，因此我们近几年在单片机的教学中采用了以项目导向、任务驱动为主的教学模式，适当引入PBL教学法。实践表明：学生的学习积极性和主动性以及解决问题的能力都有大幅提高，效果良好。

1 项目导向和PBL教学法介绍

项目导向教学法是为达到专业岗位能力的培养，通过合理设计和选择项目，学生在完成一个完整的项目过程中获得所需要的知识、能力和素质的教学模式。学生带着真实的任务在探索中学习，有利于培养学生的创新能力和独立分析问题、解决问题的能力。

PBL（problem-based learning）是基于问题的学习，是一种以问题为基础、以学生为主体的教学方法[1]。PBL教学法需要教师转变角色，从主讲变成主导，教师应该成为组织者、管理者、指导者。这种方法旨在培养和训练学生的自主学习和终生学习的意识和能力、提高学生发现问题和解决问题的综合能力，在欧美发达国家已经得到了广泛的应用，效果良好。我国目前主要应用于医学学科的教学中，而工科专业教学较少采用这种方法。

2 项目导向、任务驱动教学法的应用

在组织教学的过程，设计或采用了典型的单片机应用项目，如跑马灯控制、加法控制器、篮球比赛记分器、定时闹钟等实用有趣的小项目或任务。在每个任务的实施过程中，严格按照控制要求与功能展示、硬件系统分析、控制流程分析、任务所需相关知识的讲解、程序的分析与调试、Proteus仿真等几个过程。

在控制要求与功能展示环节，通过实物装置及视频展示、Proteus仿真理效果展示，说明任务的控制要求和目标。任务的硬件系统分析主要针对电路原理图展开，讲解常用的单片机外围的工作电路，如LED接口控制电路、独立按键电路、矩阵按键、独立数码管、数码管的动态扫描、点阵屏驱动、蜂鸣器驱动等，为任务的实施做好硬件电路原理上的准备。控制任务流程分析主要讨论任务完成的过程及思路，学习表达和绘制控制流程图，让学生明白程序的编制都是先有思路或算法再将算法具体化为程序和指令的过程。任务所需知识的讲解部分是围绕某个任务的实施要求对任务程序中用到的单片机的指令和程序设计方法进行展示分析，从而使学生在任务实施过程理解指令的功能和使用方法。最后一个环节是用Keil软件进行程序的分析、编制与调试，并结合目前常用的单片机仿真软件Proteus，对任务的程序实施效果进行仿真。

3 PBL教学法的应用

项目导向、任务驱动的教学过程中，项目和任务是教材中或教师设计好的，而且每节课只有一个任务，所有的过程和答案都是现成的，学生不需要额外去寻找资料，因而学生的自主学习能力并没有得到很好的训练。因此，在此基础上引入了PBL的教学方法，取得了良好的效果。

3.1 准备阶段

在实施PBL教学之前，教师需要做大量的准备工作。准备工作的充分与否直接关系到PBL的教学效果。

首先是学生分组的问题，需要考虑小组成员的合理分布和强弱搭配，采用学生自愿报名和老师调配相结合的分组方法，将学生分为6人一组。每组选出一个组长和记录员。组长负责整个小组的组织协调工作，以及与教师之间的联系。记录员负责记录每次讨论的时间、内容、组织发言情况等[2]。

其次，最关键的是设计什么样的问题。PBL的教学问题一般来说应该是结构不良的、开放的和真实的。此外，这些问题应该有足够的复杂性，能激发学生的学习动机。最后，问题是为学习相关知识和技能服务的，因此，问题应能引出所学相关的概念与知识。对于这些问题，学生需要经过各种各样的思考、讨论、广泛查阅资料等的过程才能逐渐寻找到答案。结合理论课进度，为每次PBL教学设计出8个不同的难易程度适中的题目。每个题目均要求完成电路的设计并绘制出来、进行程序设计思路的分析并画出流程图、在Keil软件中进行程序的编写与编译工作、在Proteus中进行程序的调试与仿真工作，最终完成实现课题要求的程序。在某些课题中还要求制作出实物装置，并进行展示。

3.2 实施过程

1） 提供课题。在准备实施PBL教学课的前一堂课结束前的二十分钟时间内，提供打印好的8个题目，由学生小组自主选择。学生自己利用课外或晚自习的时间，自主查阅资料、完成课题的设计过程。同时对学生的小组讨论作出规定，要求小组每个成员必须参加，由记录员记录整个讨论过程及发言情况，并作为考核成绩的重要依据。

2） 讲解展示。学生在课外完成课题的设计后，在课堂上每个小组选出一名组员在10分钟内讲解设计的过程以及编程时遇到的问题、这些问题是如何解决的等内容。每次PBL课堂的各个小组选出的讲解组员必须不同，从而使每位学生都能参与到课题的设计中去并得到有效的锻练。讲解结束后，其他小组成员可以提问，对普遍性的问题开展讨论。

3） 教师点评。由教师对各个小组的讲解进行点评和反馈，主要针对教学重点、难点以及学生没有阐述清楚的问题，做相应理论知识的提升。

3.3 成绩评价

PBL教学法需要有一套基于过程的考评体系。这种教学法更加重视学生学习过程的评价，期末考试仅仅是总成绩的一部分，所占比例一般不超过50%。整个评价体系可以是小组与小组之间互评、小组内部成员互评、组长对组员评分、教师对小组整体评分等形式。

4 总结

项目导向教学法是学生在完成一个完整的项目过程中获得所需要的知识、能力和素质的教学模式。PBL教学法是基于问题的学习，是一种以问题为基础、以学生为主体的教学方法。两种教学方法有共同的特征，就是学生在真实的任务或课题中学习，有利于培养学生的创新能力和独立分析问题、解决问题的能力。把这两种教学方法有机地、综合地运用在单片机的教学中，极大地提高了学生对课程的兴趣、主动性和积极性，也提高了学生的自主学习能力，提升了学生团队合作意识和表达能力。

参考文献：

[1] 李泽生，冼利青.麦克玛斯特大学问题学习法[J].复旦教育论坛，2003，1（3）：85-88.

[2] 徐一秋，王立伟. PBL教学法在C程序设计实验课教学改革中的应用[J].计算机教育，2010（21）：93-95.