單片機原理課程項目教學法研究與實踐

唐山學院信息工程系 張國旭 張雅靜

單片機原理課程項目教學法研究與實踐

唐山學院信息工程系 張國旭 張雅靜

分析了傳統的單片機原理教學中存在的諸多問題，提出了用Proteus軟件進行單片機原理項目教學的觀點和方法。并介紹了項目教學針對單片機原理內容的實施方法，分析了項目教學的注意事項。

單片機；項目教學法；Proteus軟件

1.引言

單片機原理及應用是一門電氣工程及其自動化相關專業的重要核心課程，同時也是一項實踐性很強的實用技術，由于它和工廠生產實際及工程實踐結合緊密，掌握了這門技術畢業后可直接應用于工作實踐，故本課程的教學顯得尤為重要。因此為使學生掌握好這門課及相關知識，作為教師如何調動學生的積極性、如何選用教學內容和教學方法教好這門課就顯得十分重要。傳統的單片機教學模式以知識傳授為中心，強調理論知識體系的完整性，講授內容較枯燥，教學方法、手段單一，不利于學生工程能力的培養。以唐山學院單片機原理精品課程建設為契機，根據單片機教學的特點和經驗，以培養學生自主學習能力、工程實踐能力和科技創新能力為中心，服務于培養應用型人才的目標，對單片機課程的項目教學法進行了探討和實踐。

2.單片機原理教學現狀與項目教學法

目前，單片機原理及應用課程的教學總是強調基礎理論知識點，花費大量時間講授軟件程序設計方法和單片機硬件工作原理；以教師口授、板書，學生耳聽、筆記為主要手段；多媒體教學也僅僅是把板書的內容搬到PPT教學課件中；教學過程千篇一律，先分析硬件原理、工作過程，然后講解使用方法，最后舉例；課堂上缺乏單片機設計過程和運行調試效果的演示；最終結果是學生上課很吃力，不僅不能調動學生學習的積極性，也很難保證學生對單片機課程知識建立整體的實際工程系統的應用意識。

通過對單片機課程教學環節的詳細研究，匯總了目前教學環節中存在的問題，以往對教學的改進以及學生調查的反饋意見。發現開展與實際工程項目相結合的項目式教學法將在一定程度上解決教學環節中偏重理論、與實際工作出入較大的問題，學生對此也持肯定態度。這有利于提高單片機課程的教學質量，有利于提高學生積極性和對所學知識的綜合運用能力與工程實踐能力，也有利于應用型人才的培養。

單片機項目教學法是在教學過程中引入實際工程項目案例，并按照功能將其分解成為一系列教學任務，然后把具體教學任務與相應知識點關聯，使學生通過解決具體任務來領會知識點的內涵及應用。即按照“項目-任務-問題-知識點”的思路實施教學。這一過程既能讓學生在具體項目任務驅動下學習關聯知識，又能使學生領會知識的實際應用價值，真正起到學以致用的效果，達到學生動手能力的真正提升。

如果在單片機原理的教學過程中能夠讓學生人手一塊開發板，邊學習邊動手操作，使學生在完成任務要求中學習單片機的原理和使用，這樣的效果應該是較好的。不僅能讓學生直接動手實踐，提高學生興趣，也有利于實際工程項目開發能力的培養，但這種做法在教學過程中往往不易實現。Proteus仿真軟件提供了一個很好的平臺。

Proteus是英國Labcenter公司在1989年開發的電子電路和單片機系統設計與仿真工具軟件，是目前最好的單片機及外圍器件的仿真工具[2]。Proteus可以與Keil軟件一起構建起個人的單片機虛擬仿真實驗室[3]，可以實現在PC上完成從原理圖設計、電路仿真、PCB設計到軟件代碼調試、實時仿真、測試和驗證的整個開發過程。由于Proteus仿真模型是根據生產廠家提供的技術參數文件來建立的，所以其仿真極為接近實際，這使它超越了“虛擬”，成為具有現實意義的教學及研發平臺，可以有效的輔助教學。

3.單片機項目教學法的實施

3.1 項目的設計與選取

在項目教學法中，項目的選取是關鍵。整個教學過程和所有教學內容都要用項目來貫徹，項目確定后，整個教學過程也就確定下來。在項目教學實施過程中，學習過程成為一個人人參與的實踐活動，它注重的不是最終的結果，而是完成項目的過程。

所以項目的設計與選取應符合以下特征：首先是實踐性。項目的選取應符合當前行業的實際，最好引進企業的實際項目，否則會與現實脫節，學生不感興趣，對學生將來工作幫助也不大。其次是涵蓋性。項目案例涉及的知識點應包含或超出教材內容，使得項目學習的過程既可完成知識體系的學習，又能對所學知識有一定的擴展和延伸，當然可以使用多個項目覆蓋教材知識點。然后是啟發性。項目應具有較強的啟發性，蘊涵一定深度的問題，能啟發學生思考和研究，使學生在問題解決的過程中鍛煉實踐能力。最后是開放性。項目案例應有一定的靈活程度，允許學生發揮自身創新力形成個性化的項目案例。如果有條件，可以讓學生參加實際的企業項目，和企業工程師一起解決問題?；谶@些原則，我單片機原理項目組結合企業實際項目和最新畢業設計題目開發了若干實例，并投入教學過程，去的了較好的效果。

3.2 分析項目，關聯知識點

項目案例通常是綜合性較強的實踐案例，其中涵蓋整個教材或超出教材內容。因此在教學過程中應分解案例，形成具體的任務。案例的分解主要基于項目功能，按照模塊化思想將項目分解為若干具體任務，分析每一任務所關聯的教學知識點以及任務間交叉的知識點，使得知識點的學習打破傳統的體系結構，促進學生學習積極性，并建立在項目驅動下的知識橫向和縱向的立體化學習。例如矩陣鍵盤輸入功能關聯單片機并口、中斷以及輸入外設使用部分的知識點；數碼管或液晶顯示輸出關聯單片機并口、定時器計數器以及輸出外設使用部分知識點；電壓表關聯D/A和A/D轉換知識點；上位機與下位機的通信關聯串口部分知識點等等。

3.3 層次劃分

項目案例實施前，要為學生提供必要的參考資料和層次化的實施步驟。有條件的可邀請企業工程師介紹實際項目的開發經驗，系統的告訴學生完成項目的先后順序、各個功能的不同難度和完成步驟以及可以考慮擴展的方面。這樣，可以為學生劃分出不同的完成度，不僅可避免接受能力較差的學生面對項目時的束手無策，避免學生走不必要的彎路；又能給接受能力較強的學生一個自由發揮的空間。比如在輸出顯示部分，按照難易程度先要求學生使用發光二極管顯示相應信息，然后使用數碼管靜態顯示或數碼管動態掃描顯示，而液晶屏顯示則作為可選內容。

4.項目教學法應注意的問題

4.1 不能忽略基礎知識

項目教學法使用項目完成來推動教學過程，注重項目的完成過程，但不能忽略基礎知識點的掌握，還要注意教材問題并結合傳統教學方法的長處。由于現行的教材基本根據相應學科的知識體系編寫，教師實施項目教學法時，不能完全按照教材章節順序講授，所以就要求教師在設計教學過程時，必須選好實際工程項目，然后緊密結合教材內容，把教材作為教學過程的字典使用，有條件也可自行編寫教材?？偟膩碚f要把整體項目細分成為一個個小任務，每個任務涵蓋教材的部分知識點，項目整體應涵蓋教材所有知識點，通過項目的推進，不僅是學生學會所有知識點，還要讓學生建立一個系統的、全面的知識體系。

4.2 教師的轉變

項目教學法強調了學生學習的主體性，在項目推進的過程中以學生自主學習為主，學生相互交換信息，在項目完成的過程中解決實際問題、提高實踐能力，這并不是說教師的任務可以減輕了。因為教師不再是知識的擁有者和課程的主宰者，而是學生解決問題的咨詢者和指導者，在項目解決的過程中甚至會遇到無法預估的新問題。因此，項目教學過程實際上增加了教師教學過程中的負擔，所以教師不能像傳統教學過程中那樣，周密而詳細的課前備課已遠遠不足以完成教學工作，項目教學法要求教師能充分關注課堂動態，及時收集反饋信息，并根據學生實際情況實時對教學過程進行動態調整，這樣才能達到更好的教學效果。

5.結論

項目教學法已經在單片機原理教學內容和實踐等環節的推進中有了探索和實施，并取得了一些初步的成果：學生有了較強的學習興趣，不少學生主動購買開發板；2012年第七屆全國信息技術應用水品大賽上，單片機團隊賽取得了全國二等獎的優異成績；有大批畢業學生從事單片機及相關系統的應用開發。這說明通過研究單片機課程的教學環節中的不足，完善并增加與生產實踐相結合的實際項目環節，以項目完成推進課程的教學目標實現，是有利于提高教學質量，提高學生學習的積極性、主動性，有利于提高學生實踐能力的。這使教和學得到很好的協調；也突出了教學對學生工程項目能力的培養。同時邀請企業工程師與學生交流，有條件也可以讓學生參與到實際企業項目中去，產學結合，不僅可以增強學校、學生與企業間的協作與交流，也能提高學生在就業市場中的競爭能力?？傊?，項目教學法所代表的新教育理念的先進性和時代性，具有現實意義。有關項目教學法的系統研究還有待于今后不斷實踐與總結。

[1]徐朔.項目教學法的內涵、教育追求和教學特征[J].職業技術教育,2008(28):5-7.

[2]朱清慧,張鳳蕊,翟天嵩,等.Proteus教程——電子線路設計、制版與仿真[M].北京:清華大學出版社,2008.

[3]程興國.基于Proteus和Keil構建的單片機虛擬實驗室[J].福建電腦,2009,1:168-169.

[4]肖勝陽.在計算機課程教學中開展項目教學法的研究[J].電化教育研究,2003(10):72-76.

項目名稱：單片機原理課程項目教學法研究與實踐（項目編號：120194）。

The research and practice of project teaching in SCM course

ZHANG guo-xu ZHANG ya-jing
（Department of Information Engineering，Tangshan College，Tangsha n 063000 China）

This paper analyzes some problems that existing in traditional teaching method of SCM，gives the view of project teaching method by Proteus.In addition，this paper introduces the teaching method for the content of SCM，and the matters that need attention in project teaching method.

SCM；project teaching method；Proteus

張國旭（1980—），男，碩士，唐山學院信息工程系教師，研究方向：嵌入式教學與研究。