单片机原理实践教学与项目驱动结合改革初探

原娇杰 赵杰文

摘  要：单片机作为人们很多日常生活设备上的主控制芯片而被广泛使用，从早期的4位机到现在流行的32位机，单片机和人们的生活息息相关。单片机原理与应用这门课程也被很多工学专业作为专业基础课程长期开授。笔者通过长期教学实践和对教学方式的认真分析，总结出以工程项目为主线的单片机原理与应用教学新模式，通过对课程主要教学目标的解析，认识到工程任务对这门课程所起到的作用，发现工程项目的引入对于工科学生的学习所具有的重大意义。

关键词：单片机原理;实践教学;项目驱动

引言

单片机原理及应用是计算机专业的基础课程。通过本课程的学习，使学生能够掌握以MCS-51系列为主的单片机的基本结构、指令系统、存储系统及输入输出接口电路、中断系统、系统扩展等方面知识，借助仪器仪表维修电路图，掌握单片机控制原理。随着工业信息化、智慧城市、5G网络等新概念、新技术的不断出现，给单片机原理及应用课程带来了丰富的“课程思政”素材。近年来，单片机的应用出现在人们日常生活的方方面面，智能仪表、工业智能控制、家用电器、计算机网络通信、医用设备制造等领域都少不了单片机的身影。目前国际高端芯片的生产被ASML和台积电垄断，芯片竞争日益激烈，中国在芯片制造方面的人才尤其缺失，原有芯片领域高技能人才也存在流失现象。单片机是智能芯片的开端，从源头教育开始，正确引导学生思想建设不仅有利于芯片人才综合素质的培养，更有利于减少高端芯片产业人才的流失。

1单片机原理及应用实践教学环节课程思政改革

单片机原理及应用是物联网应用技术等工科专业的一门重要的专业课程。实践教学环节是课程的重要组成部分，能够培养学生掌握微处理器系统及其应用技术和应用系统开发的基本方法，在工程实践过程中能够解决一些基本问题，同时使学生形成严谨的科学态度并养成良好的工程习惯。

2认识课程现状出现的问题

本课程涉及C语言程序设计、数字电路、模拟电路、传感器采集技术、控制原理等知识的学习和应用，与其他课程相关度较高，教学大纲中要理解记忆的知识点也必不可少。同时，该课程知识点晦涩抽象，难以理解，而传统的说课教学方法则缺少直观的表现方式。经过调研发现，目前单片机原理与应用课程教学以课堂授课为主，教师在讲台上不停讲解，学生在讲台下被動接受，听得晕头转向，课程枯燥乏味。此外，课程实验注重对原理正确性的验证，实验项目在教材中以完整的思路和过程告诉给学生，无难度系数，没有引导学生对问题进行思考，没有对学生分析问题和解决问题的能力进行培养和训练。单片机原理与应用课程采用这种填鸭子式的教学方式使得学生只会“照猫画虎”，进而导致到了毕业设计时段，学生面对一个项目不清楚如何去设计方案和电路。总之，该课程的教学方式偏重于课程的系统性、完整性教学，实践教学的重要性被忽视，且教学内容侧重于对知识点的讲解，教学手段简单，导致学生的学习兴趣和积极性不高。因此如何改变学生的被动学习状态，使之对单片机的学习产生浓厚的兴趣，提高学生的学习效果，锻炼学生的动手实践能力、创新思维能力，成为本文研究的主要内容。

3项目驱动法教学理念

传统的教学方法强调以教材中心，理论学习为主，实践为辅。在教学形式上，教师主要通过PPT、板书和语言讲解来讲授知识;在教学内容上，主要按照教材章节顺序进行讲授。对于单片机课程，其知识点多，实践性强，传统的教学方法导致学生对知识点理解不深、理论与实践存在脱节。项目驱动法是一种建立在建构主义理论上的新方法，教材知识点不是教师唯一讲授的内容，而是学生主动建构的对象。与传统的教学方法相比，项目驱动法的特点是在教学过程中将理论学习和实践紧密结合，将老师的“教”和学生的“做”充分融合。在项目驱动法中，知识点都嵌入在项目中，通过任务驱动来引导学生进行知识点的学习，通过任务目标来锻炼学生的实践能力。在项目进行中，学生带着任务去学习，能更深刻理解知识点的内涵及其关联性，提高学习效率。

4改革内容

4.1学生成为课堂主角

以设计任务的完成为目标，督促学生进行实践动手能力的培养。学生带着任务去学习，促使他们在完成任务的过程中自觉地学习相关理论知识，深刻理解并掌握技术的应用方法，既能激发学生的学习积极性，又能提高学习效果，达到事半功倍的效果。在“项目驱动法”教学方式下，大部分的课堂时间留给学生进行实践训练，让他们成为课堂学习主角，教师在进行简单的理论讲授后，主要以指导者身份进行技术辅导。实践中，学生可能会在项目训练中提出一些创新的想法或思路，这就让一些学生有了发挥空间，或者说是天马行空的观点，这也是学生创新的过程，身份转变后让学生成为课堂的主角，学生可下意识的自由发挥，有助于学生潜能的激发。

4.2基于项目驱动的常规教学模式的实施

对于基础性项目和提升性项目，采用常规教学模式，着重于让学生掌握单片机基础知识点及其组合应用。这一层次项目的平台为MCS-51单片机实验箱，包含单片机最小应用系统和常见的外围功能模块，最小系统和各模块之间通过简单的连线可组成不同项目的硬件系统。项目的教学以教师为主导，学生为学习主体。首先，教师在课堂上发布项目任务，并根据项目要求讲解知识点，通过面对面讲授，教师可以掌控整体进度，并能及时回答学生的问题。然后，教师分析项目方案，每个学生根据方案搭建硬件系统，并编写软件，这期间教师需要巡回指导，及时答疑解惑。最后，学生进行功能演示并撰写项目报告，教师对项目进行验收并给出总结评价。在具体实施中，对于基础性项目，以教师讲解为主、辅导答疑为辅;对于提升性项目，教师讲解适当减少，辅导答疑则适当增加，以给学生一定的自主学习空间。这样将集中讲解和分析辅导相结合，通过简单的硬件搭建和的软件编程，可让学生能较快地掌握基础知识点，锻炼实践能力，提高学习效率。

4.3将遵守规则规范融入实践教学

所谓“不以规矩，不能成方圆”，单片机的开发过程也要遵循一定的规则规范，在单片机原理及应用的实践教学环节，需要为学生树立规则意识，要求学生在单片机的应用设计开发过程中也必须遵守各项规定。如要求学生独立认真完成每次实验的各项任务，在实验过程中杜绝一切抄袭行为，使学生完成实验内容的同时，遵守工程实践守则，培养良好的工程素养。

4.4给予学生认知、开发单片机实际应用的机会

重复的理论验证让学习变得无趣、无聊。实验作为工科专业理论知识的验证环节，在学生学习过程中具有重要的作用。但是我们的很多实验只是对于所学理论知识的验证，缺乏新意，缺乏创新与挑战。学生做实验只是照猫画虎，实验没有生机，做实验只是为获取学分，而不是探索新知。将实际工程项目引入实验内容，可使每一个实验都是一次全新的体验，每个实验都充满了神秘和未知。伴随实验的展开，学生将充分调动主观能动性进行积极探索。实验将不再是对知识点的简单验证，实验不再单一、乏味。虽然理论知识都是高度一致的，但是因为学生个体的差异，每个个体都有自己的独特性，所以会出现同一个实验题目，有千种万种的设计方案，同时也有千种万种的答案的情况。实验不再固化，实验不再乏味，实验不再只是简单的学分，而是重新认知单片机的机会，锻炼自我能力的机会。

结束語

虽然，目前改革起来会遇到一定的难度或者说一些前所未有的问题，但我们的探索是不能止步不前的，摸索也是我们探索的一部分。单片机原理实践教学与项目驱动结合改革初探是我们所要探索的问题，不管遇到怎样的问题，解决的思想始终贯穿我们的大脑，为了能让学生真正地理解与有效的实施，教学改革的问题必须提上日程。教学理念也很重要，实践改革与项目驱动相结合以完成任务为目的带动学生积极性，我们要时刻秉持着寓教于乐，练习为主的教学理念，可以弥补我国高等职业教育中所缺少的一部分内容，使我国高等职业教育发展更上一层楼。可以把这次改革作为教学史上的一个转折点，作为成功案例以后会有更多课程加入进来，以达到从实践得真知的目的。总之，改革不是目的，真正的目的是让学生有所学，教学质量的不断提升。

参考文献

[1] 吴阳，张亚勤，刘洁，王明鑫.“新工科”背景下单片机课程教学体系构建[J].科技与创新，2020（21）：114-115.

[2] 李洁，杜玉杰.项目驱动教学法在单片机课程中的应用[J].高等职业教育教学论坛，2020（40）：160-161.

[3] 袁志强.微项目式驱动法在《单片机原理》实践教学改革中的应用[J].高等职业教育教学论坛，2019（38）：117-118.

[4] 刘霄，潘庆先，孙红霞.单片机原理及应用课程中的多元化教学方法实践[J].电子技术与软件工程，2019（12）：241-242.

[5] 李穗.应用型高校单片机原理与应用课程教学探索[J].合肥学院学报（综合版），2019，36（02）：141-144.

作者简介：

原娇杰（1981.11），女，汉族，河南博爱县人，本科学历，焦作大学，讲师职称，研究方向：计算机网络、数据挖掘;赵杰文（1982.5），男，汉族，河南商水县人，本科学历，焦作大学，副教授职称，研究方向：计算机信号处理和软件开发。