任务驱动法在单片机控制设备安装与调试课程中的应用

李聪玲

摘 要：本文结合北京市工贸技师学院智能楼宇系单片机控制设备安装与调试课程逻辑性和实践性强、课程安排时间短、学生基础薄弱、传统教学方法效果不佳的实际情况，探索任务驱动法在单片机控制设备安装与调试课程中的应用。以“十字路口交通信号灯”的设计为主要任务，将单片机相关的软、硬件知识贯穿到每个小任务中，让学生在完成设计任务的同时学到理论知识、掌握相关技能、培养综合能力，在教学实践中取得了不错的效果。

关键词：单片机 任务驱动 教学

单片机控制设备安装与调试是北京市工贸技师学院智能楼宇系网络安防系统组装与维护、楼宇自动控制设备安装与维护和物业管理三个专业的重要专业课程之一，目的是培养学生设计数字电路系统的思维模式及实践能力。课程结合单片机的软硬件开发知识，通过设计简单的单片机控制系统，掌握数字系统的基本知识，以及在现实生活中的实际应用。

教学方法是教师和学生为了实现共同的教学目标、完成共同的教学任务，在教学过程中运用的方式与手段的总称。任务驱动教学法区别于以往传授知识为主的教学理念，是以解决问题、完成任务为主要目的互动式的教育方法，即学生在教师的引导下围绕任务，积极主动探索，并运用自己的经验和知识，提出方案、解决问题。

一、采取任务驱动法的必要性

专业课程的教学是笔者学校教学活动中很重要的一项内容，教师采取有效的教学方法引导学生积极主动地学习探索，使其快速学到专业理论知识，掌握基本技能，成长为现代化社会所需要的高技能、应用型人才。

教学大纲里将数字电路和单片机技术结合到一起，且每门课程各只占学期一半的课时，导致原本就晦涩难懂、综合性极强的两门课程更是难上加难；且传统的教学方式忽视了学生的实际情况，不适合笔者学校的教学环境，使得理论知识的学习枯燥、不易吸收，实操课程无从下手，理论与实操课程脱节，导致学生学得莫名其妙、稀里糊涂。

此外，据调查研究，由于家庭、个人、社会等各方面原因，很大一部分学生贪玩、厌学心理比较严重，学习动力不足，没有良好的学习习惯。学生陷入因为不会学而学不会，因为学不会而不愿学的恶性循环状态。而且当今社会对职业教育存在偏见，使学生出现自卑心理而失去信心，觉得前途渺茫。另外传统的满堂灌、填鸭式的教学方法使学生被动接受知识，而不是主动地去探索思考，不能适应现代素质教育的需要。所以有必要采取一种合适的教学方法来改变现状。

二、采取任务驱动法的必然性

职业教育是人类文明发展到一定阶段的必然产物，技工院校是职业教育的重要组成部分，培养的一般为实用型人才，相对于基础教育而言，更注重学生专业技能、职业综合能力的培养。而且随着我国教育制度的不断改革，职业教育体系在不断完善，办学规模在不断扩大、办学模式也在不断创新，尤其是第44届世界技能大赛我国取得了奖牌世界第一的优异成绩后，国家陆续出台了一系列大力发展职业教育的政策文件，政府和社会各界越来越重视职业教育。

笔者所在系一直采取校企合作的模式，注重理论与实践的结合，采取合理的教学方法培养高技能人才，而且笔者学校一直在进行一体化课程改革，其理念与任务驱动法的“以任务为主线、教师为主导、学生为主体”的本质特点不谋而合。另外，结合智能楼宇系学生男生占比高、动手能力强、好奇心重，且处于青春期好胜心强等特点，采取“任务驱動教学法”也是必然的趋势。

针对以上情况，笔者尝试引进了“任务驱动教学法”，在电子系统设计中以“十字路口交通信号灯的设计”为总任务，在教学过程中进行了积极的探索和实践，使学生在“学中做，做中学”，时刻以学生为主体、教师起引导作用，不但减轻了教师的工作任务，而且使学生主动积极的探究，提高了综合能力。

三、任务驱动法在教学实践中的探索

1.情景导入，引发思考

为了使学习内容直观形象，教师根据教学目标创设出与当前学习内容相关的且真实度较高的情境，使学生有身临其境的感觉，然后引导学生带着真实的“任务”进入学习状态，有效地激发学生进行思考和联想。

十字路口的交通信号灯是大家很熟悉的事物，它的作用是科学合理分配道路上的行人和车辆的通行权，使之有秩序地顺利、安全地通行。在前半学期数字电路的学习中，学生已经利用逻辑IC设计完成了十字路口交通信号灯，但由于其用到的元器件比较多，有集成芯片IC4081、IC555、CD4066、数码管等，需要熟悉所有元器件的应用，且成本较高、硬件电路设计和焊接都很复杂、出错后不容易修正等缺点，能否用简单的方式——单片机控制电路来弥补数字电路设计中的缺陷？

2.积极探索，确定合理任务

笔者所任教的班级在前期学过电工电路基础、模拟电路、数字电路、PLC编程等相关的课程，对学习单片机有很大的帮助。但是基于学生基础相对差、知识运用能力不高的特点，教师需根据这阶段学生的认知特点和接受能力进行任务设计，并合理地将理论知识的学习和实践能力的培养相结合，使任务更加感性、客观，学生在进行实操的同时自然而然地掌握理论知识。

首先教师提出第一个任务：分析十字路口交通信号灯特点。这个任务相对简单，学生根据日常经验，基本都能回答出“红、绿、黄三色灯交替闪烁，可以倒计时，每个路口有至少四组信号灯……”如下图所示。根据学生回答，教师紧接着提出第二个问题：完成交通信号灯这些基本功能需要哪些元器件？学生在教师的提示下，根据以往所学专业知识进行分组讨论、分析问题，并给出答案“LED灯显示三种颜色、数码管用来显示时间、单片机控制所有的功能、电源用来给所有电路供电”等等。

回答前两个问题，实际上是学生对以前学过的知识或自身经验的总结，学生自己会给出准确答案。还有一些是从来没有接触过的新知识点，这也正是任务需要解决的问题，可以在教师适当的提示下，由学生自己思考、探索并主动提出来。经过教学尝试，学生提出了：“如何让三种颜色的灯交替闪烁”“如何让时间显示出来”“如何让时间倒计时”等后续问题或任务。对于某些细节问题，学生不可能都一次提出来，只有在完成任务的过程中先粗后细、逐步求精地提出并解决。

比如在配置元器件清单时，发现学校库房里没有晶振、30p电容、芯片座、绿色LED、10K电阻、程序烧写器，这是在逐步完成任务的过程中发现的细节。

3.互助学习，逐步完成任务

在现代化的教学体系中，学生是课堂的主人，教师起指导作用，教师和学生之间要相互配合，充分发挥学生的主导地位，不断培养学生对知识的探索能力。教师在此阶段的角色不是解惑者而是引路人，指导学生如何获取线索，并在学生遇到疑惑时给予帮助，让学生根据任务需求主动去学习单片机知识、编程语言、编程软件的安装使用等相关的知识，培养其自主学习能力。在教学实践中，学生通过围绕一个个任务查阅资料、展开交流，在教师指导下商讨出了解决方案：主控电路以单片机89S51为核心、编程用C语言、程序编写用keil c51软件等。然后根据不同学生的个性和特长将其分成3组，让不同组之间进行比较和竞赛，培养其团队合作意识；使同组内不同的学生承担硬件电路的设计、软件程序的编写、软件的安装、电子元器件的采购、电路的焊接等，然后将完成的任务进行组内共享，一起探讨遇到的问题、寻求方法共同解决，保证学习的全面性，提高效率，相互之间取长补短，高效完成任务。

在采购缺少的元器件时，教师只告诉其特点，然后让每组负责的学生一起去电子市场进行查找、询价、议价、决定采购量等。据学生反馈，自己查找海淀电子市场的位置并顺利到达，在面对几栋大厦琳琅满目的电子产品时蒙了，然后不停地咨询，终于在热情的卖家的帮助下完成采购。其间还有个小插曲，在买高温海绵时，学生跟店家说买1米长，店家大笑地问：到底要多少海绵？是不是第一次来？学生不知所措地答买5米长。最后店家给学生讲了海绵的作用、制作方法等，并送给学生一块。学生在采购这个任务中，充分发挥主动性和探索性，学到了校园里学不到的知识，长了见识、提高了能力，获得了成就感。

在相对比较难的电路设计和软件编程方面，为了让学生尽快明确解决思路，教师先给出相关案例让学生观摩并不断探索。比如用电子制图软件protel 99尝试绘图、用keil c51软件尝试编程，在教师的指导下进行修改完善；等学生将原理图和程序设计完成后，再用实物进行硬件电路焊接、程序下载、软硬件调试等，逐步完成每一个任务。

在电路焊接時发现，技术好的学生利用4课时就准确无误地完成了焊接、程序下载、调试、上电运行，看着自己一手制作的信号灯，成就感爆棚。随后教师让完成任务的同学去协助其他人，不仅巩固了所学知识，还培养了互助协作精神。

4.学生互评，教师点评

总结评价也是教学过程中必不可少的部分，它起到了诊断教学成效、激励学生、调节教学行为及促进教学的重要作用。

所有任务结束后，让全班学生投票选出完成又快又好的同学，让其讲解自己制作的感受，并将其作品在班里、微信群里进行公开展示；让不同组之间进行评价，不但能活跃课堂气氛，还能使其更加全面地认识自己和他人，促进学生间的交流，在思考判断对方行为的过程中，也巩固了所学知识。教师根据不同学生的个性和任务完成情况进行了针对性的表扬，并提出改进意见，并将所有学生作品分发给了个人。

通过不同途径的评价，使学生有了很高成就感，提高了其自信心，还激发了在后续的学习生涯中的自主学习能力和探索能力，使学生更容易接受任务驱动法教学模式，达到理想的教学效果。

四、小结

通过教学实践发现，任务驱动法在设计十字路口交通信号灯的过程中，学生在进行任务分析、分解、知识探索和任务逐步完成的过程中，掌握了电子电路设计的思路和步骤，巩固了硬件知识的学习和编程语言的应用，激发了学生学习单片机的兴趣，而且其自主学习能力、沟通能力、专业能力普遍有了很大的提高，培养了学生在遇到实际问题时分析问题、解决问题的能力。任务驱动的教学模式比较适合《单片机控制设备安装与调试》课程的学习，可以尝试把这种教学方法应用于其他学科的教学中。

参考文献：

[1]何磊.浅谈任务驱动教学法在中职专业课程中的应用[J].科学时代，2014（8）.

（作者单位：北京市工贸技师学院）