張玉均 李玉東 王曉衛(wèi)

河南理工大學(xué)電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院 河南焦作 454000

單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)課程是高校電子信息類專業(yè)的主干課程，也是多年來的“問題課程”。在教學(xué)過程中反映出課程內(nèi)容抽象、邏輯性強(qiáng)、與其他課程關(guān)聯(lián)度大等特點(diǎn)。教學(xué)過程極易陷入難教、難學(xué)的惡性循環(huán)[1]。隨著集成電路技術(shù)和軟硬件技術(shù)的飛速發(fā)展，單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)課程的內(nèi)容與教學(xué)方法都發(fā)生了很大變化。如何充分利用多種開發(fā)工具和仿真軟件，掌握單片機(jī)的綜合運(yùn)用能力，是單片機(jī)課程教學(xué)中面臨的新挑戰(zhàn)。筆者依據(jù)教學(xué)過程中存在的問題和多年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行深入探討，提出了“項(xiàng)目設(shè)計(jì)”教學(xué)法的新思路，以提高單片機(jī)類課程的教學(xué)質(zhì)量和效率。

1 傳統(tǒng)單片課程機(jī)教學(xué)中存在的問題

目前，在部分高校單片機(jī)課程教學(xué)中，普遍存在以下幾方面的問題：

(1)教材結(jié)構(gòu)不合理。多數(shù)單片機(jī)教材內(nèi)容主要是依照單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)、匯編語言、系統(tǒng)接口技術(shù)順序編寫，注重了課程的學(xué)科性與系統(tǒng)性，但未考慮學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)，從而影響了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。而課程的教學(xué)過程也是以教材為主線，先介紹單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)，指令講解和軟件編程，然后是單片機(jī)的擴(kuò)展和外圍器件應(yīng)用，最后是應(yīng)用實(shí)例。這種教學(xué)方式使學(xué)生對復(fù)雜的電路和抽象的指令缺乏了解，從而產(chǎn)生難學(xué)、厭學(xué)的情緒[2]。

(2)部分教材較為陳舊，所介紹知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用不符。在部分單片機(jī)教材中，還介紹74LS273/373鎖存器、74LS244/245總線驅(qū)動(dòng)器、8279鍵盤顯示器件等，這些器件在單片機(jī)的開發(fā)中已很少應(yīng)用。而一些新型單片機(jī)，如支持在線編程的AT89S系列單片機(jī)，支持串口編程的STC系列單片機(jī)，32位CORTEX-M3核心的單片機(jī)，特殊功能單片機(jī)(具備語音，A/D，D/A，抗干擾，SPI擴(kuò)展等)被廣泛應(yīng)用[2]，但這些單片機(jī)和外圍電路在目前課堂教學(xué)中很少涉及，從而影響實(shí)際教學(xué)效果。

(3)理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)嚴(yán)重脫節(jié)。在教學(xué)形式上，單片機(jī)教學(xué)多以課堂教學(xué)結(jié)合少量驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)教學(xué)為主。在教學(xué)過程中，則是先理論后實(shí)踐，或者理論與實(shí)踐分階段交叉進(jìn)行，這種教學(xué)方法使理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)嚴(yán)重脫節(jié)。全部教學(xué)活動(dòng)結(jié)束后，許多學(xué)生也未能真正了解單片機(jī)應(yīng)用及系統(tǒng)開發(fā)過程，不會(huì)使用調(diào)試工具，不會(huì)使用開發(fā)工具，無法掌握單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)的方法[3]。

(4)教師隊(duì)伍中缺乏高素質(zhì)工程人員。長期以來，教師受傳統(tǒng)教學(xué)模式的影響，重視理論教學(xué)，輕視實(shí)踐教學(xué)。使得在工科類專業(yè)課程中，教師對提高工程素質(zhì)認(rèn)識(shí)不足，使得教學(xué)活動(dòng)缺乏技術(shù)性、實(shí)用性和工程實(shí)踐性[2]。所以才出現(xiàn)將單片機(jī)課程教學(xué)演繹為以單片機(jī)為藍(lán)本的微機(jī)原理課程教學(xué)的誤區(qū)，這種紙上談兵的教學(xué)模式使許多教師在技術(shù)應(yīng)用能力、工程實(shí)踐能力和科研開發(fā)能力上有缺失，致使單片機(jī)課程教學(xué)活動(dòng)無法適應(yīng)當(dāng)今對技術(shù)人才的需求，難以培養(yǎng)出具有應(yīng)用能力、開發(fā)能力和創(chuàng)新能力的高素質(zhì)人才。

2 項(xiàng)目設(shè)計(jì)教學(xué)法的實(shí)施方案

2.1 項(xiàng)目的確定

單片機(jī)類課程是實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，項(xiàng)目設(shè)計(jì)教學(xué)法則是將實(shí)踐項(xiàng)目與理論教學(xué)緊密聯(lián)系起來，提高學(xué)生實(shí)踐能力與理論知識(shí)水平的方法，合理的實(shí)踐項(xiàng)目保證了教學(xué)效果。在教學(xué)過程中，綜合考慮學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo)和培養(yǎng)方案，以單片機(jī)課程的各知識(shí)點(diǎn)為依據(jù)，制定出合理的實(shí)踐項(xiàng)目。這些項(xiàng)目既能與理論相聯(lián)系，又能保留一定的發(fā)揮空間。在項(xiàng)目設(shè)置時(shí)，為了提高學(xué)生的興趣，則圍繞日常電子設(shè)備由淺入深，由易到難，設(shè)置10個(gè)實(shí)踐項(xiàng)目(見表1)。這些項(xiàng)目之間緊密聯(lián)系，并能逐漸增加新的知識(shí)點(diǎn)，最后達(dá)到課程教學(xué)的目的。

另外，實(shí)踐項(xiàng)目都需教師先期試做，在學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)之前先進(jìn)行演示，讓學(xué)生明確目標(biāo)，也對項(xiàng)目有全面的了解。便于學(xué)生順利地完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)。

表1 單片機(jī)類課程的實(shí)踐項(xiàng)目

2.2 項(xiàng)目的實(shí)施

項(xiàng)目設(shè)計(jì)教學(xué)法的實(shí)施主要分為項(xiàng)目確定、項(xiàng)目實(shí)施和項(xiàng)目總結(jié)3個(gè)過程。

2.2.1 項(xiàng)目確定

在項(xiàng)目確定過程中，將學(xué)生分成2～3人一組，由學(xué)生根據(jù)所學(xué)知識(shí)選擇項(xiàng)目(項(xiàng)目1～6各選做1個(gè)，項(xiàng)目7～10則為選做)。選好項(xiàng)目后，教師根據(jù)項(xiàng)目任務(wù)、目標(biāo)及相關(guān)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行講解，讓學(xué)生了解項(xiàng)目中的知識(shí)點(diǎn)和難點(diǎn)。最后學(xué)生根據(jù)實(shí)踐項(xiàng)目進(jìn)行資料查閱、小組討論，提出合理的設(shè)計(jì)方案。

2.2.2 項(xiàng)目實(shí)施

在項(xiàng)目實(shí)施中以倒計(jì)時(shí)交通信號(hào)燈的設(shè)計(jì)為例說明項(xiàng)目設(shè)計(jì)教學(xué)法的實(shí)施過程。

(1)教學(xué)目標(biāo)：要求學(xué)生根據(jù)所學(xué)知識(shí)，設(shè)計(jì)出交通信號(hào)燈控制電路，編寫相應(yīng)的控制程序，完成硬件連接和系統(tǒng)調(diào)試，達(dá)到控制要求；并撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告。

(2)項(xiàng)目描述：利用單片機(jī)及相關(guān)器件設(shè)計(jì)一個(gè)倒計(jì)時(shí)交通信號(hào)燈。

①基本要求：信號(hào)燈分東西、南北兩組，分別有紅、黃、綠3種顏色，并由LED顯示倒計(jì)時(shí)。具體控制要求：南北方向綠燈亮30秒后，黃燈閃3秒，紅燈亮；同時(shí)東西方向紅燈亮30秒后，黃燈閃3秒，綠燈亮，循環(huán)點(diǎn)亮。②創(chuàng)新部分：倒計(jì)時(shí)調(diào)整和路口緊急通過功能。

(3)實(shí)施過程：利用實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備設(shè)計(jì)調(diào)試出倒計(jì)時(shí)交通信號(hào)燈。

①硬件設(shè)計(jì)。學(xué)生根據(jù)項(xiàng)目要求設(shè)計(jì)出合理的電路，并根據(jù)電路在實(shí)驗(yàn)箱上進(jìn)行連接，完成系統(tǒng)所需電路，這是項(xiàng)目實(shí)施的重點(diǎn)。硬件設(shè)計(jì)不僅能考查學(xué)生的動(dòng)手能力，還能考查學(xué)生使用儀器設(shè)備(萬用表、示波器等)的熟練程度。在此過程中，教師引導(dǎo)學(xué)生正確使用儀器設(shè)備，為硬件設(shè)計(jì)提供幫助，也為今后發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)[3]。②控制軟件設(shè)計(jì)。教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行模塊化軟件設(shè)計(jì)，依據(jù)項(xiàng)目要求將軟件分為幾個(gè)相對獨(dú)立的子程序，最后形成合理、高效的軟件結(jié)構(gòu)體，這是項(xiàng)目實(shí)施的另一重點(diǎn)。通過軟件設(shè)計(jì)培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、分析問題、解決問題和創(chuàng)造性思維的能力。③系統(tǒng)聯(lián)調(diào)。在各模塊設(shè)計(jì)完成后，對軟硬件進(jìn)行聯(lián)調(diào)。調(diào)試中，引導(dǎo)學(xué)生分析問題、解決問題，不斷地進(jìn)行軟硬件調(diào)整，實(shí)現(xiàn)分析問題→修正錯(cuò)誤→再分析→再修正→成功的過程。通過反復(fù)調(diào)試實(shí)踐，學(xué)生的自信心和創(chuàng)造力得到進(jìn)一步提升，他們的綜合能力在潛移默化中提高。

2.2.3 項(xiàng)目的總結(jié)驗(yàn)收

項(xiàng)目總結(jié)驗(yàn)收是項(xiàng)目設(shè)計(jì)教學(xué)法的重要環(huán)節(jié)。首先，學(xué)生進(jìn)行自我評價(jià)，寫出項(xiàng)目實(shí)施的任務(wù)、目標(biāo)、方法、手段、結(jié)果以及收獲和體會(huì)。然后，教師根據(jù)項(xiàng)目評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)對學(xué)生作品的工藝、完成情況、評價(jià)報(bào)告等材料做出評價(jià)，評出優(yōu)劣。項(xiàng)目評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為：完成時(shí)間(10%)，完成效果(工藝10%，基本30%，創(chuàng)新10%，答辯10%，報(bào)告20%)，綜合表現(xiàn)(10%)。通過這種評價(jià)可以發(fā)現(xiàn)不同學(xué)生的長處和缺點(diǎn)，針對缺點(diǎn)引導(dǎo)他們再學(xué)習(xí)、再提高，以達(dá)到單片機(jī)類課程的學(xué)習(xí)要求。

3 項(xiàng)目設(shè)計(jì)教學(xué)法的實(shí)施效果

經(jīng)過幾年的教學(xué)實(shí)踐，新的教學(xué)法在我校電類專業(yè)單片機(jī)課程教學(xué)中取得了良好效果，完全達(dá)到教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)的要求，其具體成效主要表現(xiàn)在：

(1)教學(xué)效果明顯提高。項(xiàng)目設(shè)計(jì)教學(xué)法打破了理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)的界限，使理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)有機(jī)結(jié)合，提高了教學(xué)效果。此教學(xué)方式，使抽象、難學(xué)的知識(shí)點(diǎn)變得簡單，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。使學(xué)生充分利用實(shí)驗(yàn)室各種資源，實(shí)現(xiàn)多種教學(xué)資源的有機(jī)融合[4]。

(2)學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性明顯提高。傳統(tǒng)的教學(xué)模式中，學(xué)生都是被動(dòng)接受知識(shí)，而新的項(xiàng)目設(shè)計(jì)教學(xué)法中，學(xué)生是主動(dòng)學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)興趣被有效激發(fā)。

(3)學(xué)生的創(chuàng)新能力得到加強(qiáng)。通過兩年的教學(xué)實(shí)踐，一大批學(xué)生喜愛上了單片機(jī)技術(shù)課程，并參加一些電子競賽活動(dòng)。近兩年參加電子競賽的學(xué)生1000余人次，其中獲省級(jí)以上獎(jiǎng)項(xiàng)100余項(xiàng)?？梢钥闯?，學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力得到明顯增強(qiáng)。

4 結(jié)束語

經(jīng)過近幾年的教學(xué)實(shí)踐，項(xiàng)目設(shè)計(jì)教學(xué)法在單片機(jī)類課程教學(xué)中取得了良好的效果，學(xué)生的知識(shí)掌握和動(dòng)手能力得到顯著提高，充分體驗(yàn)了創(chuàng)新的艱辛與樂趣。通過該教學(xué)法的實(shí)施，培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)精神與合作能力，發(fā)掘了學(xué)生的創(chuàng)造潛能。通過這種教學(xué)方式的實(shí)施，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣得到提高，為后續(xù)專業(yè)課的學(xué)習(xí)提供了有效幫助，也為社會(huì)培養(yǎng)了大量優(yōu)秀的應(yīng)用型、創(chuàng)造型技能人才。

[1]彭芳遠(yuǎn),陸勤.基于“項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)法”的單片機(jī)課程一體化教學(xué)的探索與實(shí)踐[J].計(jì)算機(jī)教育,2010(3):78-81.

[2]唐煒.基于“項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)”的單片機(jī)課程實(shí)踐教學(xué)改革[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2010(5):130-132.

[3]貢雪梅.項(xiàng)目教學(xué)法在單片機(jī)原理課程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理,2009(7):115-116.

[4]張素琴.論“產(chǎn)品導(dǎo)向、項(xiàng)目遞進(jìn)”式單片機(jī)項(xiàng)目教學(xué)中的項(xiàng)目設(shè)置和內(nèi)容設(shè)計(jì)[J].常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2010(8):50-53.

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