單片機課程的項目驅動教學研究與探索

張婧婧，李勇偉

(新疆農業大學1.計算機與信息工程學院2.機械交通學院，新疆烏魯木齊830052)

“單片機原理與接口技術”作為一門技術性、實踐性很強的主干課程，廣泛開設于自動化、電子信息工程和機電一體化等專業[1]。我校各教學部門對提高單片機課程質量都非常重視，無論在教學、實驗、課程設計和課程考核等環節都投入力量制定了一系列行之有效的改革措施[2，3]。我院電子系借鑒其它高校的課改經驗，進行了單片機課程改革的有益嘗試。本文就單片機教學方式改革引起的實踐體系、考核標準和評價機制等方面的變化展開探索，旨在總結我院單片機教改的一些經驗。

1 項目驅動型教學法的引入

作為實踐性很強的專業課程，項目驅動型教學法得以替代傳統方式成為單片機授課的主要形式。與掌握單片機的中斷系統如何有序工作相比，學生更樂意接受和理解可校準的電子鐘是如何控制并顯示輸出的。

以基本的I/O接口驅動項目為例，單片機入門教學應選取能夠激發學生興趣又不涉及過多知識點的情景項目為宜。如16*16點陣顯示其設計難度適中，且充分利用了I/O口的基本功能，還有字幕滾動的互動效果。教師授課時只需逐步引入字模掃描和延時的概念，就能使學生對I/O口內容進行小結性的貫穿與能力提高了。

隨著課程學習的深入，驅動型項目的內容也不斷豐富，學生將面臨硬件設計和軟件編程的雙重壓力。因此，教師在授課過程中，需要針對越來越難的項目內容進行分解和細化，在項目需求分析和功能設計階段自然地引出更多的課程知識點，有利于實現課程知識體系的完整與統一。

2 單片機課程教學改革

2.1 分層實踐教學模式

在項目驅動型教學背景下，學生將以階段性完成項目為目標展開實驗。伴隨教學的循序漸進，項目的實施也有具體的層次和目標?，F以環境探測小車項目為例，可采用如下分層實踐模式展開。

(1)小車設計的基礎環節:主要實現其基本功能，如前進、倒退、左拐和右拐等，利用常見按鍵和電機驅動模塊即可完成對小車的基本控制。

(2)在基礎層之上，為小車進行功能擴展，如引入紅外探測法和光電傳感技術為其增加循跡和避障等模塊，用于指定小車的行走路徑。

(3)在行走、尋跡和避障均能順利完成的前提下，再為小車加入環境探測傳感器，用于采集指定測試點的環境數據。

(4)由通信模塊(有線或無線)傳輸數據至指定單片機或手持終端，即實現本項目的完整功能。

由此可見，在小車項目實施過程中，依次進入基本行走、尋跡避障、數據采集和數據通信等四個實驗層次，其涉及內容涵蓋單片機的I/O口、中斷、串口通信、數據采集以及A/D轉換等控制，是驅動型項目的典型代表。

2.2 Proteus仿真軟件的應用

在項目驅動教學和實踐過程中，Proteus軟件發揮著重要作用[5]。在Proteus仿真環境下，無論是基礎電路的模擬、單片機的控制還是系統的輸入/輸出都能夠進行硬件設計和軟件測試。而驅動型項目的設計需要在仿真中反復進行測試之后才能向前推進。因此，無論是課堂教學還是課程實踐中，都需要Proteus仿真環境。

圖1為探測小車的仿真結構。我們需要在仿真環境下嘗試驅動電機，實現小車基本功能。當小車能夠正常行走之后，設計者才能進一步擴展其循跡、避障及環境探測功能。

此外，Proteus軟件使用簡單，能夠繪制各類輸入、輸出電路，為課堂教學提供很好的交互界面，能充分吸引學生的注意力。對于綜合性較強的項目來說，在Proteus中測試還有利于節約項目成本，縮短開發周期，具有較好的教學輔助功能。

圖1 小車的仿真結構

2.3 課程教學網站

開展項目驅動型教學之后，學生自主式學習的要求進一步提高，根據項目進度合理安排學習內容，成為每個學生學習單片機課程的新模式。為了適應這種新變化，建立課程網站是十分必要的[6]。

課程網站中應該包含教學錄像、課程項目、教學資料、互動欄目等主要內容，為日常發布項目資源、學生回顧課程內容、課程資料實時下載及教師學生在線互動提供了網絡支持。

2.4 單片機課程大賽

當教學進入尾聲并對各項目進行驗收和總結時時，課程大賽就成為評價學生作品，引入公平競爭的重要方式[7]。由于單片機電子制作周期較長，從功能分析、電路設計、仿真測試到實物制作需要約2-3周時間，并非所有項目都能順利完成實物制作或實現完整功能。為了鼓勵學生多動手，在課程后期組織一場正規比賽可以充分調動學生的學習積極性。

學生在項目作品展示時，與同類作品進行比較，展示自己的優勢并發現不足，這比課堂上單純課程知識點的講解更具說服力。

2.5 考試評價機制

驅動型項目的開展貫穿著課程學習的始終，每個項目的完成情況才是課程考核的重點。為每個項目不同階段的完成情況進行評價是項艱難的工作。采用學生自評和互評方式，能使教師從繁重的工作中解放出來。在互評階段，每個完成項目的學生可以對分配到的3-5個作品進行綜合評價。此外，在完成項目的學生中進行互評具有很強的操作性，學生既能相互競爭，還可能相互探討，也保證了評價方式的公正和透明。

在課程最終的評分機制中，應適當加入大賽成績和試卷考察，為其分配適當權重。這樣既可以鼓勵學生參與大賽，也可以定量評價其能力和水平。

3 結語

我院單片機課程教學改革僅進行了兩輪，課程大賽也持續了兩屆(2012和2013)。學生電子設計能力已經有了明顯的提高，如表1所示。由表可見，項目的硬件制作數量從無到有，完成比例逐年升高。表明新教學模式帶動著單片機課程教學效果發生了很大變化，可予期將會持續產生積極影響。

表1 驅動型項目的完成情況

[1]張麗.北京:單片機的發展與應用[J].科技咨詢導報.2007，(27):14-15

[2]賈玉瑛，陳波.天津:單片機實驗教學改革與探索[J].實驗室科學.2008，(06):32-34

[3]周向紅，李建軍.北京:單片機實踐教學的探討與研究[J].實驗技術與管理.2007，(07):126-128

[4]譚菊.石家莊:項目驅動模式下EDA技術課程改革探索[J].教育教學論壇.2014，(09):186-187

[5]陳龍，張亞君.北京:Proteus仿真軟件在單片機實驗教學中的應用[J].實驗技術與管理.2009，(08):81-83

[6]馮剛.北京:單片機實驗教學平臺的改革[J].計算機教育.2010，(02):150-152

[7]楊明欣，鄭郁正，趙建，等.成都:結合電子設計競賽進行單片機課程改革[J].實驗科學與技術.2007，(04):100-103