基于项目驱动的单片机教学实践

魏强

摘要：单片机应用课程是电子类专业智能化控制发展方向的核心课程。它集软件、硬件于一体，能够实现智能化控制，应用非常广泛。单片机应用涉及众多领域知识，在教学环节普遍存在老师难教、学生难学现象，教学效果不盡如人意。各个学校都在不断探索更好的教学方法、教学手段。

关键词：单片机;机器人;学中做;做中学

目前单片机的应用已渗透到我们生活的各个领域，凡是智能化产品都有单片机的影子。智能电子产品日新月异，单片机的应用日趋广泛。单片机的应用技术和编程技术，是电子专业学生必须掌握的高级技能。随着社会的发展，掌握单片机应用技能的从业人员将更为抢手。因此，单片机的学习、开发与应用是社会发展的必然需求。掌握单片机应用技术，是电子类学生梦寐以求的愿望。

一、单片机教学现状

1.师资问题。

目前很多中职学校都开设了单片机课程，但教学水平普遍不高，教学效果普遍不好。主要原因是单片机应用需要较高的专业知识和素质，需要动手实践实际操作。在诸多问题中师资自身能力不足，教学水平不高是最重要的问题。在中职学校，单片机课程任课教师大都半路出家，精通电路的未必熟悉编程，熟悉编程的一般不会电路，既精通电路又熟悉编程的可谓凤毛麟角。大家基本上都是摸着石头过河，边教边学。师资问题直接影响教学效果。

2.学生问题。

影响教学效果的主要原因还有一个尽管实验设备先进却无法精教透讲。但我认为我们要面对现实：学生选择我们，而我们是无法选择学生的。教学效果低下，归根结底症结还是在教师，是教师的教学能力和教学水平存在问题。一方面是学生问题：现在的中职学生，在专业知识、学习欲望、理解能力、逻辑思维等方面比较薄弱。

3.教材问题。

当前的单片机应用教材普遍将理论知识安排为先单片机内部结构，再程序设计指令及设计方法，最后外部扩展技术，清晰完整，但是内容偏重理论，选例缺乏应用性，不能边学边用，以致学生学了后面忘了前面，学完了也不知道单片机到底是什么，实际用到哪里，最终对单片机学习失去兴趣，产生厌烦甚至恐惧。

4.教学方式方法问题。

传统单片机的教学手段以讲授为主，缺乏生动、直观的一些辅助手段，这样便使学生觉得学习单片机枯燥乏味，没有现实意义，缺乏兴趣，严重影响了教学效果。

5.教学设备问题。

当前的实验教学大多以单片机实验箱为实验平台，功能齐全，电路复杂。所进行的实验也多为验证性实验，实践教学形式单一、与实际应用产品联系不紧密。导致学生过度追求实验结果，而忽略了硬件设计、软件调试等过程。而单片机课程设计的选题也没有紧密联系市场实际应用，单片机的应用能力、开发技巧、产品创新能力都没能得到很好地锻炼。

目前单片机教学存在着许多不足之处，教学效果不尽如人意。为了保证教学质量，让学生学有所成，除了提高教师自身教学水平，还必须改革传统的教学方法，选择生动有趣的实验器材，增加学生的动手机会，想方设法激发学生兴趣。

二、基于项目驱动的单片机教学实践

本人根据单片机的工作原理，结合中职学生特点，思考和探索易学高效的单片机教学规律，提出了基于项目驱动的单片机教学改革思路，并大胆进行实践，取得了比较好的效果。本人不敢独享，将教学过程进行整理，期予同行分享借鉴。

1.组装机器人

我们放弃了单调枯燥，功能复杂的单片机实验箱，另辟蹊径，选择能走能动，具有一定判断功能的小车机器人，让学生看到一个活灵活现的单片机控制的电子产品，吸引学生的眼球，激发了学习兴趣。从小车机器人的组装到实现控制的工作过程，我们按以下几个项目来进行：

项目1：控制电路的装配与调试

本项目包括元件识别、选择，焊接、装配及调试等，完成控制电路板的装配

项目2：小车机械机构的组装和调试

本项目搭建小车机器人架子，包括选取零件、安装、调整、紧固等过程

项目3：小车机器人的总装调试

本项目任务主要是将控制电路板、电池盒等安装到机器人架子上，正确连接接插件连线，调整有关传感器的方向、位置等

项目4：小车机器人感觉系统的安装与调试

本项目主要传感器的安装、调整和测试，其完成质量直接影响机器人性能。传感器是机器人的感觉系统，是机器人非常重要的器官。本项目传感器包括听觉传感器，红外传感器。

项目5：小车机器人显示系统的安装与调试

本项目显示系统包括LED显示和数码管显示，用于状态显示。单独使用时LED可做流水灯显示，数码管可做数字显示。

项目6：小车机器人遥控系统的安装与调试

本项目包括主控板上的遥控接收系统和使用者手中的遥控器。

项目7：小车机器人运动系统的控制与调整

本项目包括电机、车轮、减速箱等的安装和调整

项目8：程序编写

本项目将为机器人编写控制运行程序，属于软件部分。程序是机器人的灵魂，程序编写是否完善直接影响机器人的运行质量

项目9：整体运行与调试

本项目通过编写相应程序可以实现黑线寻迹、白线寻迹、避障、转弯、后退、停止、报警、显示等功能。通过运行不断修改程序，调整零部件安装位置，使之不断完善。

基于以上9个项目的教学，学生不仅能学到单片机应用及常用的传感器知识，还能熟悉一个产品的研发过程，并将所学知识构成了一个完整的系统。在机器人身上，机械和电子，软件和硬件得到完美和谐的统一。

2.学生在学中做，在做中学

我们让学生自己焊接装配线路板，组装机器人，认识传感器，了解机器人的运行过程，包括电机的运行、感觉系统的构成和控制、单片机判断和控制、控制程序的编写和调试等等;让学生通过改变程序，实现黑线寻迹、白线寻迹、避障、转弯、后退、停止、报警、显示等功能。寓乐于做，做中寓乐，实际教学效果超出预期，这是一般单片机实验箱达不到的。

以上是我们基于项目驱动的单片机教学改革的探索与实践，对提高单片机教学质量做了新的尝试，尚需不断完善、不断创新。我们组装机器人小车，机电结合，动静结合，同时引入传感器，具备一定智能化判断及控制功能。从实际教学效果来看，我们认为机器人是学习单片机非常理想的教学设备。让学生在学中做，在做中学，以项目驱动教学，使得单片机不再难教难学，枯燥乏味，而是易学易懂，充满乐趣。