摘要:“單片機應(yīng)用技術(shù)”課程具有很強的技術(shù)性、工程性和實踐性。文章針對課程教學(xué)中普遍存在的問題，結(jié)合多年的教學(xué)與科研經(jīng)驗，提出以學(xué)生為中心，以單片機應(yīng)用能力為核心，將多種單片機開發(fā)工具引入課程教學(xué)的全過程，構(gòu)建由網(wǎng)上教學(xué)資源、實驗箱、軟硬件仿真平臺及在線仿真器組成的項目教學(xué)資源庫，實施基于“項目驅(qū)動法”的單片機課程一體化教學(xué)。

關(guān)鍵詞:項目驅(qū)動法;單片機;教學(xué)

“單片機應(yīng)用技術(shù)”課程是機電一體化專業(yè)的主干課程，也是多年來公認(rèn)的“問題課程”，學(xué)生普遍感到難學(xué)。主要表現(xiàn)在課程內(nèi)容抽象、邏輯性強、與其他課程的關(guān)聯(lián)度大。教學(xué)過程極易陷入難教、難學(xué)的境地并形成惡性循環(huán)。隨著計算機網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)、集成電路技術(shù)和計算機軟、硬件軟件技術(shù)的飛速發(fā)展，單片機應(yīng)用技術(shù)的內(nèi)容與教學(xué)手段和方法都發(fā)生了很大的變化。如何充分利用多種單片機開發(fā)工具，掌握綜合運用單片機的軟硬件實用技術(shù)，為工業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究和實驗設(shè)備等領(lǐng)域的單片機應(yīng)用開發(fā)，培養(yǎng)具有技術(shù)應(yīng)用能力、創(chuàng)新精神和創(chuàng)業(yè)精神的高素質(zhì)人才，是高職單片機課程教學(xué)面臨的新挑戰(zhàn)[1]。目前國內(nèi)多數(shù)高職院校單片機課程存在理論與實踐嚴(yán)重脫節(jié)的現(xiàn)象，本文針對目前國內(nèi)高職機電一體化專業(yè)單片機應(yīng)用技術(shù)課程教學(xué)中普遍存在的問題和不足進行深入探討，結(jié)合多年的教學(xué)經(jīng)驗，提出基于“項目驅(qū)動法”的單片機課程一體化教學(xué)的新思路，以期為單片機課程教學(xué)的改革提供參考。

1高職單片機教學(xué)中存在的主要問題

目前多數(shù)單片機課程教學(xué)普遍存在以下的問題:

(1) 教材結(jié)構(gòu)未考慮學(xué)生的接受能力。教材內(nèi)容主要依照單片機硬件結(jié)構(gòu)→指令系統(tǒng)→匯編語言設(shè)計→系統(tǒng)擴展→接口技術(shù)→應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的順序編寫的，注重課程的學(xué)科性與系統(tǒng)性，而未考慮學(xué)生的認(rèn)知特點;教學(xué)過程也是以單片機的結(jié)構(gòu)為主線，先介紹單片機的硬件結(jié)構(gòu)，接著是指令和軟件編程，然后是單片機系統(tǒng)的擴展和外圍器件的應(yīng)用，最后是應(yīng)用實例。按此教學(xué)結(jié)構(gòu)，單片機課程就演繹為以單片機知識為藍(lán)本的微機原理課程，高職學(xué)生理解力和邏輯思維能力較薄弱，對復(fù)雜的電路和抽象的指令往往不知所云，學(xué)習(xí)過程枯燥乏味，學(xué)生大多產(chǎn)生厭學(xué)情緒。

(2) 教材內(nèi)容陳舊，單片機課程教學(xué)缺乏技術(shù)性、工程性和實踐性。如在單片機接口中主要以并行擴展為主，介紹74LS273/373鎖存器，74LS138/139譯碼器，74LS244/245總線驅(qū)動器，8155/8255I/O擴展接口，以及鍵盤顯示器接口8279等，而這些在單片機實用系統(tǒng)開發(fā)中早已不用了。如今CPLD器件已被廣泛應(yīng)用于單片機應(yīng)用系統(tǒng)，根據(jù)實際需要可通過對CPLD器件的編程實現(xiàn)鎖存器、譯碼器、存儲器、I/O接口以及各種邏輯控制電路功能。CPLD作為現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的必備技術(shù)，在單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計實例中卻鮮有介紹。此外，抗干擾技術(shù)、SPI擴展、ONE-WIRE擴展、多狀態(tài)多任務(wù)處理問題等許多實際開發(fā)設(shè)計中不可回避的問題卻很少涉及。

(3) 普遍存在理論與實踐嚴(yán)重脫節(jié)的現(xiàn)象。在教學(xué)形式上，單片機課程多以課堂理論教學(xué)與少量硬件仿真實驗相結(jié)合，實驗教學(xué)也多為驗證性實驗[2-3]。先理論后實踐教學(xué)，或理論與實踐教學(xué)分階段交叉進行，造成長期以來單片機教學(xué)理論與實踐的嚴(yán)重脫節(jié)。加之許多學(xué)校單片機實踐教學(xué)資源相對比較匱乏，多以單片機實驗箱為主，實踐教學(xué)環(huán)節(jié)也僅僅體現(xiàn)在為數(shù)不多的幾個驗證性實驗上。許多情況下，學(xué)生只是依照老師給出的實驗電路進行簡單連線，有些同學(xué)直接將實驗系統(tǒng)中的源程序調(diào)出來運行一下就算完成任務(wù)了。整個課程結(jié)束后，許多學(xué)生也未能真正了解清楚單片機應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)的全過程，不會使用仿真軟件調(diào)試程序的同學(xué)也不在少數(shù)，甚至連單片機開發(fā)工具如硬件仿真器、編程器的用途都不知道，更不用說掌握單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的一般性方法。

(4) 教師缺乏應(yīng)有的工程素質(zhì)。長期以來總有一種觀點認(rèn)為，教師受傳統(tǒng)教學(xué)模式影響，輕視實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，不注重學(xué)生實踐能力的培養(yǎng)。事實上，大多數(shù)高職工科類專業(yè)技術(shù)課程的教學(xué)缺乏技術(shù)性、實用性和工程實踐性，并不是教師不重視實踐解學(xué)環(huán)節(jié)，而是我們的教師本身就缺乏應(yīng)有的工程素質(zhì)。所以才會出現(xiàn)如將單片機課程教學(xué)演繹為以單片機為藍(lán)本的微機原理課程教學(xué)的誤區(qū)，而傳統(tǒng)的教學(xué)模式又使這樣的誤區(qū)成為了一種極為普遍的現(xiàn)象，“紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行”，紙上談兵使得許多教師喪失了提高自身技術(shù)應(yīng)用能力、工程實踐能力和科研開發(fā)能力的動力，致使課堂教學(xué)無法跳出傳統(tǒng)教學(xué)模式的怪圈。

2基于“項目驅(qū)動法”的單片機課程一體化教學(xué)

傳統(tǒng)的單片機教學(xué)模式以“知識為本位”，強調(diào)以教材為中心、以教師為中心、以課堂為中心，教學(xué)上注重知識的系統(tǒng)性與邏輯性，但卻忽視了對學(xué)生能力和創(chuàng)造性的培養(yǎng)，收效甚微。單片機課程的學(xué)習(xí)過程實質(zhì)上是一個以單片機為工具進行嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的過程，“項目驅(qū)動法”打破原教學(xué)結(jié)構(gòu)框架(即硬件結(jié)構(gòu)+軟件編程+系統(tǒng)設(shè)計)，將單片機課程的核心技術(shù)分解為一個個的知識點，并通過具體實例(即項目)來體現(xiàn)[4]。一個項目需要用不同的知識點去組合和搭建，每一個項目又分解為若干任務(wù)，項目的完成是在教師主導(dǎo)下以學(xué)生為主體的一次完整的教學(xué)活動，當(dāng)所有項目任務(wù)完成后，知識點也就全學(xué)完了?！绊椖框?qū)動法”設(shè)計過程具體如下。

2.1項目的選取準(zhǔn)則

項目選取要以單片機技術(shù)應(yīng)用為主線，分層次精心編寫項目內(nèi)容——包括基礎(chǔ)訓(xùn)練項目、技能訓(xùn)練項目和綜合應(yīng)用項目?；A(chǔ)訓(xùn)練項目的選取應(yīng)根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知特點，教師要站在初學(xué)者的角度來編寫項目內(nèi)容，項目功能簡單益實現(xiàn)，增強學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和信心;技能訓(xùn)練項目的選取應(yīng)體現(xiàn)項目的靈活性。鼓勵學(xué)生嘗試用不同方法實現(xiàn)項目功能，通過對比不同實現(xiàn)方法，增強師生之間的互動，加強學(xué)生之間的協(xié)作與交流，提高學(xué)生的技術(shù)應(yīng)用能力，進一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和成就感;在綜合應(yīng)用項目的選題上，應(yīng)注重典型單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計，項目設(shè)置上包括基本要求和發(fā)揮部分，以此激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維、創(chuàng)造力和成就感。在項目實施的過程中，教師扮演教練的角色，起指導(dǎo)作用。

2.2項目內(nèi)容構(gòu)建

項目內(nèi)容構(gòu)建是“項目驅(qū)動法”實施的基礎(chǔ)，在項目內(nèi)容選取中，教師應(yīng)依據(jù)學(xué)生認(rèn)知特點，充分分析本專業(yè)對單片機應(yīng)用技術(shù)能力的具體要求，及本專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)的前后課程之間的關(guān)聯(lián)，由簡單到復(fù)雜，層次分明、科學(xué)合理的進行規(guī)劃。如機電一體化專業(yè)“單片機應(yīng)用技術(shù)”課程項目內(nèi)容及任務(wù)描述如表1所示。

2.3項目教學(xué)資源構(gòu)建

項目教學(xué)資源的構(gòu)建是實施“項目驅(qū)動法”一體化教學(xué)的基礎(chǔ)[5]。傳統(tǒng)教學(xué)模式下的教學(xué)資源較為單一落后，不適應(yīng)“單片機應(yīng)用技術(shù)”課程教學(xué)。整合文字教學(xué)資源(教材、學(xué)習(xí)指導(dǎo)及習(xí)題)，參考各知名單片機開發(fā)網(wǎng)站資源，利用軟件教學(xué)資源(WAVE和Proteus以及Protel軟件)和硬件教學(xué)資源(實驗箱、仿真器、單片機開發(fā)板、雕刻機等)，構(gòu)建以先進的軟硬件資源為基礎(chǔ)的豐富的網(wǎng)上課程資源庫[3]。充分運用現(xiàn)代教育技術(shù)和手段，使學(xué)生能夠按照自己的需要，方便地實現(xiàn)不同教學(xué)資源的切換，為實現(xiàn)基于“項目驅(qū)動法”的一體化教學(xué)提供資源保證。

2.4項目實施過程

“項目驅(qū)動法”一體化教學(xué)的實施主要包括:項目導(dǎo)入→項目剖析→任務(wù)分解→知識點導(dǎo)學(xué)→知識點應(yīng)用→目標(biāo)搭建→目標(biāo)組合→項目完成。具體地講，項目導(dǎo)入即是發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用，引導(dǎo)學(xué)生明確本次教學(xué)任務(wù)，在這里教師要努力為學(xué)生創(chuàng)設(shè)當(dāng)前所學(xué)內(nèi)容與真實環(huán)境基本相接近的學(xué)習(xí)情景，充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，采用啟發(fā)式教學(xué)對項目功能進行剖析，并分解成為一個個相對獨立的任務(wù)。在教師指導(dǎo)下進入當(dāng)前知識點學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)中注重引導(dǎo)學(xué)生獨立思考，對知識點自行理解和消化，在此基礎(chǔ)上，鼓勵學(xué)生獨立探索解決問題的方法，即如何應(yīng)用知識點及其組合來完成一個個目標(biāo)任務(wù)，再將各目標(biāo)任務(wù)按照邏輯關(guān)系組合起來，形成此項目完整的解決方案。

值得注意的是:首先，一個項目的完成可能需要多個知識點的組合，實現(xiàn)多個目標(biāo)任務(wù)的過程要考慮各目標(biāo)任務(wù)間的邏輯關(guān)系，并將這種關(guān)系通過軟硬件手段來實現(xiàn)。其次，每一個項目的完成都離不開軟硬件仿真(只有在綜合應(yīng)用項目中，才會使用硬件仿真器和雕刻機)，所以對WAVE軟件仿真軟件和Proteus硬件仿真軟件的學(xué)習(xí)將貫穿整個教學(xué)過程。也就是說，在項目2“了解教學(xué)做一體化教學(xué)平臺”完成之后，WAVE和Proteus軟件就作為單片機應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)工具，始終伴隨著學(xué)生的學(xué)習(xí)，并且隨著項目內(nèi)容的多功能化和復(fù)雜化，對WAVE和Proteus開發(fā)工具的學(xué)習(xí)也將越來越深入，其優(yōu)勢也將越來越明顯。

2.5項目學(xué)習(xí)評價

在“項目驅(qū)動法”教學(xué)中，學(xué)習(xí)效果主要由完成項目工作的質(zhì)量來衡量，主要包括教師評價、學(xué)習(xí)小組評價和自我評價。圍繞學(xué)生在項目設(shè)計過程中，從項目剖析→任務(wù)分解→知識點學(xué)習(xí)→知識點應(yīng)用→目標(biāo)搭建→目標(biāo)組合→項目完成的一些列活動中，通過師生間的互動交流、學(xué)生間的互助協(xié)作，考察學(xué)生對項目任務(wù)的理解、知識點的學(xué)習(xí)領(lǐng)悟及應(yīng)用單片機開發(fā)工具完成相應(yīng)項目設(shè)計的能力。項目學(xué)習(xí)的最終目的是通過知識點的組合與搭建，完成知識向能力的轉(zhuǎn)換，在教師評價中應(yīng)以激勵、鼓勵為主，以增強學(xué)生的信心;對學(xué)習(xí)小組的評價應(yīng)側(cè)重于學(xué)生在完成項目目標(biāo)構(gòu)建中所起的作用，如該學(xué)生是否為學(xué)習(xí)小組的核心，其學(xué)習(xí)行為及協(xié)作精神是否具有示范性;自我評價不僅要能反映學(xué)生學(xué)習(xí)過程遇見的困難，還要將學(xué)習(xí)中獲取成功的思路，以及對本次項目教學(xué)的建議和意見一并表達(dá)出來，目的是為了通過師生的共同努力，將項目內(nèi)容不斷充實與完善，使項目教學(xué)法質(zhì)量進一步提高。

3效果分析

3.1教學(xué)效果顯著

基于“項目驅(qū)動法”的單片機課程一體化教學(xué)，打破理論與實踐教學(xué)的界限，課堂教學(xué)從原來的教學(xué)區(qū)搬至單片機實訓(xùn)中心，利用實訓(xùn)中心強大的軟硬件資源、網(wǎng)上課程資源及網(wǎng)上科研資源的優(yōu)勢，采用多媒體教學(xué)手段，并以網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)為平臺，方便地實現(xiàn)了多種教學(xué)資源之間快速的無縫鏈接。如在學(xué)生初識單片機時，可先通過實驗箱大致了解單片機應(yīng)用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，利用WAVE軟件完成簡單的程序編寫和調(diào)試;接下來根據(jù)項目內(nèi)容學(xué)習(xí)Proteus設(shè)計與仿真，并以此為工具對較為抽象的知識點，如中斷優(yōu)先級和中斷嵌套是教學(xué)難點，以往課堂教學(xué)中許多同學(xué)對此不理解，用Proteus進行仿真，變抽象為形象化解了難點，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

3.2提高了學(xué)生的技術(shù)應(yīng)用能力

將單片機開發(fā)工具引入并貫穿于課程教學(xué)的全過程。如在學(xué)生初識單片機時，可打開實驗箱大致了解單片機應(yīng)用系統(tǒng)的組成，并利用WAVE軟件完成簡單的程序編寫和調(diào)試，加強學(xué)生對單片機應(yīng)用系統(tǒng)的感性認(rèn)識;接下來學(xué)習(xí)使用Proteus 軟件設(shè)計電路原理圖并對按項目要求進行先期軟硬件仿真調(diào)試，觀察電路的工作狀態(tài)及軟件運行后的變化情況，逐步掌握用Proteus和WAVE仿真軟件從事單片機軟硬件設(shè)計調(diào)試的全過程;在單片機技術(shù)綜合應(yīng)用階段，若仿真結(jié)果基本理想可用Protel軟件和雕刻機制作出實際硬件電路，并用下載線將程序?qū)懭階T89S51單片機，完成整個單片機應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)過程?？梢钥闯?，單片機課程的教學(xué)就是熟悉和初步掌握單片機應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)的過程，在課程教學(xué)的每一個環(huán)節(jié)，都要由學(xué)生自己動手完成，極大地提高了學(xué)生的技術(shù)應(yīng)用能力。

3.3增強了學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

Proteus仿真軟件是一款包含大量系統(tǒng)資源、豐富硬件接口電路，具有強大調(diào)試功能和軟硬件相結(jié)合的仿真系統(tǒng)，在單片機應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)中占有重要地位[6]。在單片機教學(xué)中引入Proteus，充分利用其形象性、交互性、安全性、節(jié)約性、可移植性和高效性的特點，通過具體的工程項目，培養(yǎng)了學(xué)生的工程實踐能力和創(chuàng)造性思維，為學(xué)生畢業(yè)后從事單片機控制技術(shù)或智能儀表開發(fā)做好準(zhǔn)備。

3.4提高了教師的科研能力

在“項目驅(qū)動法”的單片機課程一體化教學(xué)中，教師從項目內(nèi)容選題→項目剖析→任務(wù)分解→知識點學(xué)學(xué)習(xí)→知識點應(yīng)用→目標(biāo)搭建→目標(biāo)組合→項目完成的一系列教學(xué)活動中，教師從原來的知識的傳授者變?yōu)閷W(xué)生學(xué)習(xí)的合作者。在與每個學(xué)生的的交流互動中，發(fā)現(xiàn)學(xué)生共性的問題、個性的問題以及自身的問題，并與學(xué)生一起尋求解決問題的方法，并通過實踐將教師自身的技術(shù)應(yīng)用能力、工程實踐能力和科研開發(fā)能力得到了鍛煉和提高，實現(xiàn)真正意義上的。

4結(jié)語

本文分析了當(dāng)前單片機課程教學(xué)中普遍存在的問題及深層次的原因，提出基于“項目驅(qū)動法”的單片機課程一體化教學(xué)的思路。教學(xué)實踐證明，將多種單片機開發(fā)工具引入課程教學(xué)的全過程，以教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體進行從項目導(dǎo)入→項目剖析→任務(wù)分解→知識點導(dǎo)學(xué)→知識點應(yīng)用→目標(biāo)搭建→目標(biāo)組合→項目完成的一系列教學(xué)活動，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、主動性和創(chuàng)造力，為學(xué)生單片機應(yīng)用能力的培養(yǎng)提供了一種新思路。

本研究得到上海工程技術(shù)大學(xué)教育科學(xué)研究項目“機電一體化專業(yè)高職教育模式研究”的資助，在此表示感謝。

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Exploration the Course Integrated Teaching for Principles and Application of

MCU Based on Project-driven Method

PENG Yuan-fang， LU Qin， HU Ning， YANG Yang

(Advanced Vocational Technical College， Shanghai University of Engineering Science ， Shanghai 200437，China)

Abstract: The single-chip computer application technology possesses highly technical， engineering and practical. Some common problems in teaching are discussed in this paper. With many years of teaching and research experience， many reform measures are proposed. The project teaching resource libraries including Online teaching resources， laboratory boxes， hardware and software simulation platform and emulators are constructed. In the whole teaching process， integrated teaching based on project-driven method of MCU is implemented， with student-centered as the teaching process， application capabilities on MCU as the core， and applying the kinds of development tools for MCU in the course teaching.

Key words: project-driven method; MCU; teaching

(編輯:彭遠(yuǎn)紅)