基于项目教学法在单片机技术课程中应用的探索

黄丽军

（福建广播电视大学，福建福州，350003）

基于项目教学法在单片机技术课程中应用的探索

黄丽军

（福建广播电视大学，福建福州，350003）

项目教学法是一种典型的以学生为中心的教学方法袁目前在高职院校被普遍认可它可应用于实践性强的工科课程。单片机技术又是一门理论知识相对抽象而实践操作性很强的课程。试从分析传统单片机教学问题入手袁结合单片机课程教学实际袁探索如何将项目教学法应用到单片机技术课程中袁提出教学改革的几点思考。

单片机教学曰项目教学法曰教学改革

一、引言

当前我国的高新技术产业正在飞速发展，在电子通信、工业控制、汽车电子、智能家电、智能仪器仪表以及安防等各个领域里，单片机作为性价比极高的MCU被相当广泛地应用着。因此一直以来在我国理工院校的应用电子专业、机电一体化专业、通信工程及计算机技术等专业中都设置单片机技术课程为专业必修课。

自上世纪80年代后期普及开设单片机课程以来，单片机课程的教学模式相对固定的，是在教室里讲授理论，到实验室利用实验箱做实验。大多数学生在学习这门课程后，普遍反映学习难度很大，学习过程令人枯燥乏味，学习的主动性和积极性不足，从而也谈不上通过这门应用性很强的课程来增强自己的实际应用和设计能力，进而可能削弱了自己今后就业的竞争力。[1]

因此，一方面，是我国的高新企业急需一批具有单片机开发及应用能力的人才；另一方面，是高校，特别是我们高职院校培养不出相应的应用型人才。这两者间的巨大反差，足以促使我们授课教师积极反思，如何针对单片机技术这门课程进行有效教学改革，提高课程的教学效果，促进学生快速地掌握实用技术。

近些年，不少高职院校积极探索单片机课程的教学改革，从多个方面推行课程的教学，特别是实践性环节试点改革。目前为止，项目教学法是业内普遍认可的一种应用于实践性强的工科课程较有效的教学方法。基于对单片机课程的十几年教学经验，我对以项目为导向、以任务为驱动的教学思路有极大的兴趣，对于如何将项目教学法应用在单片机的教学，进行进一步的探索和思考。

二、传统单片机课程的教学存在的问题

第一，学生对传统教学顺序的不适应：以往的单片机教学多以传授单片机的理论知识为主，按照教材编写的顺序，从单片机硬件基础知识、指令系统和汇编语言程序的设计，以及接口技术及应用实例一路讲授下去，待理论教学结束后再安排实验项目。学生在逐步学习的过程中越觉得理论学习枯燥难懂，兴趣越来越小，等到实验阶段，已把前面所学的忘得差不多，因此不利于学生将课堂上学到的理论知识立即在实践中应用起来。

第二，当前大部分教材不适合学生的自主学习：受普通教育教学的影响，我们在单片机教学中长期选用系统性和结构性完整严密的教材，这些教材多侧重于介绍单片机的结构原理和各种功能以及指令系统编程实例等，理论性强而实践指导弱。这对于刚刚入门的工科学生而言，学习的过程变得枯燥刻板，无法引起兴趣，更无法倡导自主学习，也不利于提高教学效果。

第三，当前的实验教学不利于学生对单片机技术的理解及应用：传统的单片机教学中，实验内容通常是课程理论的验证，往往是教师给出各个实验项目的内容、目的、实验步骤，甚至是实验的硬件连线和程序，学生照着该实验书按部就班完成就行，很少有应用理论去解决实际问题的设计性实验。[2]

另外，当前的单片机课程实验设备普遍采用高集成度的单片机实验箱，里面按照实验项目配置好相应的硬件模块，其数据线、地址线及控制线大多已连接好，地址译码电路及端口地址都己分配好，实验时学生面对实验箱不需再设计电路，只需连接几个相应的端口，按照参考程序输入并执行，观看实验想象，验证实验结果，就算完成该项实验项目了。因此，这样的实验教学并不利于学生对单片机这门课的理解，也很难锻炼学生的实际应用能力。

三、引入项目教学法是提高教学效果的一种探索

早在上世纪90年代，世界各国的教学改革都将学习方式的转变视为重要内容。最早在德国推出的项目教学法，其核心思想是不再把教师掌握的现成知识或技能传递给学生为最终教学目的，而是把整个学习过程分解成一个个具体的项目教学方案，在教师的指导下学生解决问题的途径并逐步完成整个任务，最后师生共同进行展示和评价。

项目教学法是一种典型的以学生为中心的教学方法，是如何引导学生在完成一个从理解项目要求到实际制作及调试的完整的教学活动。采用项目教学法的突出理念，是将知识传授和技能培养具体操作到一个个课程项目中，理论学习和实践操作有序地交替进行，在不断的实践摸索中促进知识的理解、消化和吸收，在提高学生学习效果的基础上，激发学生的学习、探索的积极性，同时也培养学生的职业能力、解决问题的能力。[3]

基于项目教学法的这种教学理念，笔者认为，在单片机技术这门课程中采用项目教学法，将会非常有利于学生对这门课程的接受和掌握，特别是有利于学生训练基于单片机产品开发的运用能力和工程实践的能力。

四、项目教学法如何应用于单片机教学中

针对文中提到的当前单片机教学中的几个问题，引入项目教学法应用于单片机课程中，笔者有以下几个方面的思考和探索。

第一，教材的调整：为了结合单片机的项目化课程改革，在教材内容和篇章结构上必须进行相应的调整和改进。

新的教材结构应该摈弃原来的章节概念，以适度够用为原则取舍相应的概念和原理。以实际应用为主，以工作任务为主线，将课程理论分解成若干个知识点再融入一个个项目和模块中，在每个项目中导入相关的概念和原理，即在每一个项目的编写中明确指出本项目所涉及的原理及概念，供学生进行必要的理论准备。

在教材内容上根据高等职业教育的特点，选择合适学生水平和能力且又能看到立竿见影的效果的实例项目（例如电子钟，信号灯，广告灯，密码锁等）作为载体，从简单到复杂，将单片机课程中的总线、引脚，并行接口、存储器、中断系统、定时计数器及串行接口等片内资源及外围接口器件的应用，分别融入其中，通过渐进的学习逐步提高和完善学生的知识面。

第二，项目教学法的教学实施改变以往的单片机教学顺序。

传统的教学顺序大多是先进行大篇幅的循序渐进的理论教学后，再进行验证性的实验，而项目教学法是直接引导学生进入一个个单片机项目的操作中。在实施过程中，按照从简单到复杂的顺序实施各个项目，每个项目的实施都按照项目任务的提出，项目计划的制定，项目任务的实施，项目的检测和评价这四个步骤进行。[4]

在第一个步骤“项目任务的提出”中，教师先提出项目任务的目标和要求，通过演示、案例等对学生进行指导，引导学生了解在该项目中用到的原理和知识点，使学生具备基本完成项目的能力。

在第二步骤“项目计划的制定”中，在教师的指导下，学生在分析该任务的目标下，学习如何设计硬件电路和程序流程来实现该目标的方法，进而制定出完成该项目的实施方案，写出方案实现的流程图。在这个阶段，学生以项目小组为单位进行讨论和设计，他们是方案制定的主体，而教师从中进行个别的提示性的指导。

在第三步骤“项目任务的实施”中，学生按方案动手操作，在实施的过程中会不断发现问题再解决问题，从而一步步接近目标，直至完成项目任务。这个阶段是整个项目教学法教学的核心阶段，在不断地实施方案中，学生通过对硬件电路的设计和反复调试，清晰地了解单片机系统的实际开发过程。同时，学生在操练的过程中，熟悉所涉及到的工作原理等理论部分，在循序渐进中，直至掌握单片机的基础理论和基本编程技术，进入单片机学习的世界。

项目教学法最大的优势，就在于教学过程中采用理论分析和实践操作同步交替进行的方法，通过对理论知识的学习支持实践操作，又通过实践探索不断完善对理论知识的理解和掌握。在整个项目的实施过程中，教师的讲解和学生的操作也是交替进行的，抽象观念和直观现象交错出现，相互验证，使得学生的动手能力和专业技能不断提高。

在第四步骤“项目的检测和评价”中，教师和学生分别对项目完成的情况进行检验。师生在实验室中对各组学生所做出的实物进行演示，对软硬件系统进行验证，当学生看到自己编写的程序应用在设计出的硬件系统中，能成功实现相应的功能时，肯定充满成就感和兴趣。每次检测之后，教师立即对本次项目的实施情况进行评价和总结，并根据学生的操作情况给予评分。

当课程结束时，每个学生都获得各个项目的实践成绩，最终将它们按比例计入课程的总成绩。以这种分布式的过程评价，替代期末考试一次性终结考核，使考核贯穿于学习的全过程，必然将引得学生对每一次项目实施的重视，进而改变只管期末的纸上考试、忽视平时的学习和实践的观念。[5]

第三，以广告流水灯的项目制作为例，说明项目教学法的具体实施。

对于引入项目法教学的教师来说，最大的挑战就是如何选择合适的项目题目。结合单片机的课程特点和学生的接受程度，应选择有助于将教学过程分解为从简单到复杂、从基础到高级的循序渐进的阶段性任务，同时也有利于学生求知心理的形成，能使学生充分参与整个教学的过程中，从而提高学生学习的积极性和主动性。

笔者率先选择广告流水灯的项目，原因是这个任务只涉及到端口的输出和延时子程序的设计，硬件和软件设计都较简单，而通过程序的控制可以产生多样的显示效果。每个学生都可以按照自己的想法展示不同的广告灯花样。这个简单易现的项目，既可以引发学生的兴趣，又可以让每个同学的项目成果不重样，避免了同学之间的抄袭。

当告知学生这个项目的任务及要求后，教师首先把关于并行接口输入输出的原理及相关的若干指令功能用法教授给学生，接下来教师解释运作方法，说明要解决的问题，逐步引导学生进入方案的讨论，如项目中哪些功能由硬件来实现，哪些功能由软件实现，进而讨论电路的结构和程序的流程。

在进入方案实施阶段时，教师应进一步引导学生思考发光二极管的亮灭是怎样通过单片机来控制的，亮灭的时间长短是由硬件控制还是用软件延时来实现，如何程序控制各种花样的流水灯等等问题。在逐步解决每一个问题的过程中，学生的成果慢慢地呈现出来，他们对完成任务的信心也一点一点地建立起来。最后该项目完成时，师生一起测试验证系统，教师对每一组的任务完成情况逐一点评和评分，每组同学也对自己的成果及项目的全过程进行总结评价。

五、结束语

通过项目教学法使单片机技术这门课程的学习过程，成为每一个学生作为主体积极参与的创造实践活动，变成一个不断学习更新、不断探索前进的富有挑战性的学习过程，在这个过程中，注重的不是最终的成绩，而是实施项目完成任务的全过程，这在最终的课程评价中得到充分的体现。

当学生将单片机的所有课程项目完成后，这门课程的所有知识点就基本学到了，达到了预期的学习目标。更重要的是，学生在逐步理解和把握课程所要求的知识和技能的同时，拥有了完成一个个项目任务的成就感，增强了继续探索问题的信心，激发了强烈的求知欲，真正提高了学习的主动性和积极性。

从理论上看，项目教学法的效果和前景非常完美，但是真正实施起来能达到预期的效果吗？笔者认为最大的挑战在于教师。首先，教师在课程的教学中要极大地转变教学理念和传统的教学方法，将由主讲转变为向导和顾问，引导学生如何在实践中发现新知识，掌握新技能。其次，教师要花费比传统教学多出数倍的时间和精力，设计出适合与其所面临的学生层次的各个项目内容，既要符合教学大纲的基本要求，达到相应的知识目标和能力目标，又能保证难易程度相当，引发起学生的兴趣，调动学生的积极性和主动性。

[1]耿秀明.项目教学法在单片机技术课程中的应用[J].课程教育研究袁2013袁(5).

[2]胡庆芳.优化课堂教学院方法与实践[M].北京院中国人民大学出版社袁2014.

[3]陈爽.浅谈项目教学法在高职单片机课程中的应用[J].科技经济市场袁2013袁(10).

[4]王文海.项目教学法在单片机技术课程教学中的应用与研究[J].科教导刊袁2011袁(5).

[5]王义和.新加坡理工学院野项目教学法冶对高职单片机课程教学改革的启示[J].科技信息袁2011袁(33).

[责任编辑：姚青群]

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2015-07-30

黄丽军袁女袁福建莆田人袁福建广播电视大学工程与农林系副教授。