基于项目驱动的单片机技术及应用教学改革研究

摘 要：传统的单片机教学存在理论与实践脱节、学生学习兴趣不高等情况，学生学完课程后不能马上将所学知识应用于实践项目中。针对以上问题，采用基于项目驱动的教学方法来对单片机技术及应用课程进行教学，结合单片机技术的特点和应用需求，设计了一系列实践项目，让学生在“学中做，做中学”来掌握单片机技术。实践表明，项目驱动方法能够提高学生的实践能力和创新能力，为单片机技术的教学改革提供了新的思路和方法。

关键词：项目驱动 单片机技术 实践教学 教学改革

0 引言

随着信息技术的发展，设备越来越智能化，而作为现代电子工程领域的重要组成部分，单片机在各个领域应用越来越广泛。单片机广泛应用于无人驾驶、智能设备、通讯设备、智慧家居、工业控制等多个领域。学习单片机将使学生能够适应社会的发展，具备更多的竞争力。然而传统的单片机技术教学还是存在着一些问题，比如理论与实践脱节、学生缺乏兴趣等，导致学生难以将所学知识应用于实际项目中[1-3]。因此，探索一种基于项目驱动的单片机技术及应用实践课教学方法显得尤为重要。

单片机技术及应用课程基于C语言开展，要求学生需要具备良好的C语言基础，同时也需要具备模拟电子技术、数字电子技术基础。该课程实践性较高，学习难度较大，传统理论课堂加课内实验的教学模式效果并不理想。会导致学生理论学习难以理解，对于抽象的知识点不能理解透彻，实验练习只是知识点的简单应用，脱离实际，浮于表面，整体掌握度不高[4-6]。为此，以湖南信息职业技术学院单片机技术及应用课程实际教学为研究背景，对该课程中的教学方式进行改革，引入项目驱动的思想，以真实项目作为实践案例教学，带领学生实践，提升学生掌握度，让学生在实践中深入了解单片机的基本原理、开发方法和应用技巧，从而更好地掌握单片机技术。

1 基于项目驱动的单片机技术课程设计

1.1 课程设计原则

以社会主义核心价值观和工匠精神为指引，以应用为目标、以实践为主线、以能力为中心，教学内容体现工作任务导向，教学编排体现技能实操导向，教学方法体现“教、学、做”合一[7-8]。

课程通过多花样彩灯的设计实例来介绍单片机内部资源、单片机最小系统等。通过计数器的制作帮助学生掌握七段数码管在应用单片技术中的应用；通过简易计算器的设计帮助学生掌握键盘控制技术在单片机技术中的应用；通过交通灯控制系统设计的学习让学生单片机定时/计数器的应用；通过可中断控制的循环彩灯系统让学生掌握单片机中断控制系统的应用；通过单片机双机通信让学生了解单片机串口通信原理及应用；通过基于时钟芯片的万年历设计让学生掌握LCD显示技术、时钟芯片在单片机技术中的应用。

1.2 课程教学内容

课程教学内容主要包括单片机的基本原理、指令系统、编程方法、接口技术以及应用案例等。通过理论教学与实践项目的结合，使学生能够全面了解单片机的功能和应用，掌握单片机的开发流程和技巧。具体内容如表1所示。

1.3 教学方法与手段

采用项目驱动教学法，通过项目设计、项目实施和项目评价等环节，让学生在实践中学习单片机技术。同时，利用多媒体教学、实验室实践和网络教学等手段，提高教学效果和学生的学习体验。

2 教学实施与案例分析

2.1 教学实施过程

在实际教学过程中，将学生以2～3人分为一组，每组选出一个组长，然后根据每组学生的实际水平和兴趣爱好，在单片机教学案例库中选择合适的案例实施。学生根据案例库中的要求来完成对整个案例的需求分析、方案设计、元器件选型、硬件搭建、程序编写和软硬件联调等工作，在案例实施过程中教师只提供必要的指导。每个案例实施完成后组织每组同学进行案例展示和成果交流，总结经验和教训[9-10]。

2.2 案例分析

以“多花样彩灯的设计”项目为例，该项目要求学生设计一个基于单片机的多花样彩灯控制系统，实现彩灯显示，其硬件电路如图1所示，程序流程图如图2所示。该案例需要通过按键控制LED灯的点亮状态，需要考虑多种情况，逻辑思维容易混乱，需要先理清流程图再进行程序编写；同时该案例的实现程序本身可以是多样化的，将学生引导到如何简化、优化程序、画流程图。通过该案例的实施能培养学生具备团队协作、创新思维能力；培养学生严谨、细致、规范的职业素质和精益求精的工匠精神。

在项目实施过程中，学生首先需要进行需求分析，确定系统的功能要求和性能指标。然后，设计系统的硬件电路和软件程序，包括单片机的选型、接口电路的设计、元器件的选型与连接以及控制算法的实现等。通过以上学习过程学生能够绘制流程图、开关控制和LED灯的电路结构、循环和if else语句、程序调试等知识。

3 教学效果评估与反思

3.1 教学效果评估

以湖南信息职业技术学院应用电子技术专业两个平行班级进行学习单片机技术及应用课程效果评估，A班为传统教学方式，B班为采用项目驱动方式，具体效果如表2所示。

通过对两个平行班的学生在为其一个学期的学习过程中的表现和成果的评估，可以从表2中对比发现。采用了项目驱动方法教学的学生在单片机基础知识能力、综合应用能力和解决实际应用能力等方法明显好于传统教学手段的班级。因此可以得出结论，项目驱动方法在实际教学过程中取得了良好的教学效果。

3.2 教学反思与改进

虽然基于项目驱动的单片机技术及应用教学取得了一定的成效，但仍存在一些不足之处。例如，部分小组在选择案例上存在对案例的难度把握不准，有个别小组所选取的案例太难，导致难以进行下去；或者对所选的案例需求分析不到位，导致在实施的过程中存在一定的不足，没有完成案例所需的全部内容；案例库中的案例也存在难易程度相差过大，有个别案例没有贴近学生的实际水平。针对以上问题，在以后的教学过程中需要教师在学生选取案例时对学生所选的案例进行评估分析，同时对案例库中案例进行难易程度分类以及实时更新案例，以便学生更好地选取案例。同时也需要进一步完善课程设计，优化教学方法和手段，提高教学效果和学生的学习体验。

4 结论

实践表明，以项目驱动的方式来对单片机技术进行教学是一种有效的教学方法，相对于传统的教学，该方法能够有效地激发学生的学习兴趣以及主动性，让学生在“做中学，学中做”，提高了学生的实践能力和创新能力。以案例的方式进行教学，能够让学生在了解单片机基础原理的同时又能够掌握单片机的开发流程和技巧，真正做到了“结课”就能“上岗”的教学效果；同时该方式也能够培养学生团队能力和创新精神，为信息技术的应用和发展提供了人才支持。

基金项目：湖南省教育科学研究工作者协会“十四五”规划2023年度立项课题（XJKX23B313）；湖南省教育厅科学研究项目（22C1179）；湖南省职业教育与成人教育学会科研规划立项课题（XH202103）；2021年湖南信息职业技术学院校级课题“电子信息工程技术专业教学创新团队建设”成果（文件编号：湘信院发〔2021〕44号）。

参考文献：

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