唐山學(xué)院信息工程系 張國旭 張雅靜

單片機(jī)原理課程項目教學(xué)法研究與實踐

唐山學(xué)院信息工程系 張國旭 張雅靜

分析了傳統(tǒng)的單片機(jī)原理教學(xué)中存在的諸多問題，提出了用Proteus軟件進(jìn)行單片機(jī)原理項目教學(xué)的觀點和方法。并介紹了項目教學(xué)針對單片機(jī)原理內(nèi)容的實施方法，分析了項目教學(xué)的注意事項。

單片機(jī)；項目教學(xué)法；Proteus軟件

1.引言

單片機(jī)原理及應(yīng)用是一門電氣工程及其自動化相關(guān)專業(yè)的重要核心課程，同時也是一項實踐性很強(qiáng)的實用技術(shù)，由于它和工廠生產(chǎn)實際及工程實踐結(jié)合緊密，掌握了這門技術(shù)畢業(yè)后可直接應(yīng)用于工作實踐，故本課程的教學(xué)顯得尤為重要。因此為使學(xué)生掌握好這門課及相關(guān)知識，作為教師如何調(diào)動學(xué)生的積極性、如何選用教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法教好這門課就顯得十分重要。傳統(tǒng)的單片機(jī)教學(xué)模式以知識傳授為中心，強(qiáng)調(diào)理論知識體系的完整性，講授內(nèi)容較枯燥，教學(xué)方法、手段單一，不利于學(xué)生工程能力的培養(yǎng)。以唐山學(xué)院單片機(jī)原理精品課程建設(shè)為契機(jī)，根據(jù)單片機(jī)教學(xué)的特點和經(jīng)驗，以培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、工程實踐能力和科技創(chuàng)新能力為中心，服務(wù)于培養(yǎng)應(yīng)用型人才的目標(biāo)，對單片機(jī)課程的項目教學(xué)法進(jìn)行了探討和實踐。

2.單片機(jī)原理教學(xué)現(xiàn)狀與項目教學(xué)法

目前，單片機(jī)原理及應(yīng)用課程的教學(xué)總是強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)理論知識點，花費大量時間講授軟件程序設(shè)計方法和單片機(jī)硬件工作原理；以教師口授、板書，學(xué)生耳聽、筆記為主要手段；多媒體教學(xué)也僅僅是把板書的內(nèi)容搬到PPT教學(xué)課件中；教學(xué)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(jī)設(shè)計過程和運(yùn)行調(diào)試效果的演示；最終結(jié)果是學(xué)生上課很吃力，不僅不能調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，也很難保證學(xué)生對單片機(jī)課程知識建立整體的實際工程系統(tǒng)的應(yīng)用意識。

通過對單片機(jī)課程教學(xué)環(huán)節(jié)的詳細(xì)研究，匯總了目前教學(xué)環(huán)節(jié)中存在的問題，以往對教學(xué)的改進(jìn)以及學(xué)生調(diào)查的反饋意見。發(fā)現(xiàn)開展與實際工程項目相結(jié)合的項目式教學(xué)法將在一定程度上解決教學(xué)環(huán)節(jié)中偏重理論、與實際工作出入較大的問題，學(xué)生對此也持肯定態(tài)度。這有利于提高單片機(jī)課程的教學(xué)質(zhì)量，有利于提高學(xué)生積極性和對所學(xué)知識的綜合運(yùn)用能力與工程實踐能力，也有利于應(yīng)用型人才的培養(yǎng)。

單片機(jī)項目教學(xué)法是在教學(xué)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(xué)任務(wù)，然后把具體教學(xué)任務(wù)與相應(yīng)知識點關(guān)聯(lián)，使學(xué)生通過解決具體任務(wù)來領(lǐng)會知識點的內(nèi)涵及應(yīng)用。即按照“項目-任務(wù)-問題-知識點”的思路實施教學(xué)。這一過程既能讓學(xué)生在具體項目任務(wù)驅(qū)動下學(xué)習(xí)關(guān)聯(lián)知識，又能使學(xué)生領(lǐng)會知識的實際應(yīng)用價值，真正起到學(xué)以致用的效果，達(dá)到學(xué)生動手能力的真正提升。

如果在單片機(jī)原理的教學(xué)過程中能夠讓學(xué)生人手一塊開發(fā)板，邊學(xué)習(xí)邊動手操作，使學(xué)生在完成任務(wù)要求中學(xué)習(xí)單片機(jī)的原理和使用，這樣的效果應(yīng)該是較好的。不僅能讓學(xué)生直接動手實踐，提高學(xué)生興趣，也有利于實際工程項目開發(fā)能力的培養(yǎng)，但這種做法在教學(xué)過程中往往不易實現(xiàn)。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(fā)的電子電路和單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計與仿真工具軟件，是目前最好的單片機(jī)及外圍器件的仿真工具[2]。Proteus可以與Keil軟件一起構(gòu)建起個人的單片機(jī)虛擬仿真實驗室[3]，可以實現(xiàn)在PC上完成從原理圖設(shè)計、電路仿真、PCB設(shè)計到軟件代碼調(diào)試、實時仿真、測試和驗證的整個開發(fā)過程。由于Proteus仿真模型是根據(jù)生產(chǎn)廠家提供的技術(shù)參數(shù)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(xiàn)實意義的教學(xué)及研發(fā)平臺，可以有效的輔助教學(xué)。

3.單片機(jī)項目教學(xué)法的實施

3.1 項目的設(shè)計與選取

在項目教學(xué)法中，項目的選取是關(guān)鍵。整個教學(xué)過程和所有教學(xué)內(nèi)容都要用項目來貫徹，項目確定后，整個教學(xué)過程也就確定下來。在項目教學(xué)實施過程中，學(xué)習(xí)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(jié)果，而是完成項目的過程。

所以項目的設(shè)計與選取應(yīng)符合以下特征：首先是實踐性。項目的選取應(yīng)符合當(dāng)前行業(yè)的實際，最好引進(jìn)企業(yè)的實際項目，否則會與現(xiàn)實脫節(jié)，學(xué)生不感興趣，對學(xué)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(yīng)包含或超出教材內(nèi)容，使得項目學(xué)習(xí)的過程既可完成知識體系的學(xué)習(xí)，又能對所學(xué)知識有一定的擴(kuò)展和延伸，當(dāng)然可以使用多個項目覆蓋教材知識點。然后是啟發(fā)性。項目應(yīng)具有較強(qiáng)的啟發(fā)性，蘊(yùn)涵一定深度的問題，能啟發(fā)學(xué)生思考和研究，使學(xué)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(yīng)有一定的靈活程度，允許學(xué)生發(fā)揮自身創(chuàng)新力形成個性化的項目案例。如果有條件，可以讓學(xué)生參加實際的企業(yè)項目，和企業(yè)工程師一起解決問題?；谶@些原則，我單片機(jī)原理項目組結(jié)合企業(yè)實際項目和最新畢業(yè)設(shè)計題目開發(fā)了若干實例，并投入教學(xué)過程，去的了較好的效果。

3.2 分析項目，關(guān)聯(lián)知識點

項目案例通常是綜合性較強(qiáng)的實踐案例，其中涵蓋整個教材或超出教材內(nèi)容。因此在教學(xué)過程中應(yīng)分解案例，形成具體的任務(wù)。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(wù)，分析每一任務(wù)所關(guān)聯(lián)的教學(xué)知識點以及任務(wù)間交叉的知識點，使得知識點的學(xué)習(xí)打破傳統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，并建立在項目驅(qū)動下的知識橫向和縱向的立體化學(xué)習(xí)。例如矩陣鍵盤輸入功能關(guān)聯(lián)單片機(jī)并口、中斷以及輸入外設(shè)使用部分的知識點；數(shù)碼管或液晶顯示輸出關(guān)聯(lián)單片機(jī)并口、定時器計數(shù)器以及輸出外設(shè)使用部分知識點；電壓表關(guān)聯(lián)D/A和A/D轉(zhuǎn)換知識點；上位機(jī)與下位機(jī)的通信關(guān)聯(lián)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(xué)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(yè)工程師介紹實際項目的開發(fā)經(jīng)驗，系統(tǒng)的告訴學(xué)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(kuò)展的方面。這樣，可以為學(xué)生劃分出不同的完成度，不僅可避免接受能力較差的學(xué)生面對項目時的束手無策，避免學(xué)生走不必要的彎路；又能給接受能力較強(qiáng)的學(xué)生一個自由發(fā)揮的空間。比如在輸出顯示部分，按照難易程度先要求學(xué)生使用發(fā)光二極管顯示相應(yīng)信息，然后使用數(shù)碼管靜態(tài)顯示或數(shù)碼管動態(tài)掃描顯示，而液晶屏顯示則作為可選內(nèi)容。

4.項目教學(xué)法應(yīng)注意的問題

4.1 不能忽略基礎(chǔ)知識

項目教學(xué)法使用項目完成來推動教學(xué)過程，注重項目的完成過程，但不能忽略基礎(chǔ)知識點的掌握，還要注意教材問題并結(jié)合傳統(tǒng)教學(xué)方法的長處。由于現(xiàn)行的教材基本根據(jù)相應(yīng)學(xué)科的知識體系編寫，教師實施項目教學(xué)法時，不能完全按照教材章節(jié)順序講授，所以就要求教師在設(shè)計教學(xué)過程時，必須選好實際工程項目，然后緊密結(jié)合教材內(nèi)容，把教材作為教學(xué)過程的字典使用，有條件也可自行編寫教材。總的來說要把整體項目細(xì)分成為一個個小任務(wù)，每個任務(wù)涵蓋教材的部分知識點，項目整體應(yīng)涵蓋教材所有知識點，通過項目的推進(jìn)，不僅是學(xué)生學(xué)會所有知識點，還要讓學(xué)生建立一個系統(tǒng)的、全面的知識體系。

4.2 教師的轉(zhuǎn)變

項目教學(xué)法強(qiáng)調(diào)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主體性，在項目推進(jìn)的過程中以學(xué)生自主學(xué)習(xí)為主，學(xué)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(wù)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(xué)生解決問題的咨詢者和指導(dǎo)者，在項目解決的過程中甚至?xí)龅綗o法預(yù)估的新問題。因此，項目教學(xué)過程實際上增加了教師教學(xué)過程中的負(fù)擔(dān)，所以教師不能像傳統(tǒng)教學(xué)過程中那樣，周密而詳細(xì)的課前備課已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足以完成教學(xué)工作，項目教學(xué)法要求教師能充分關(guān)注課堂動態(tài)，及時收集反饋信息，并根據(jù)學(xué)生實際情況實時對教學(xué)過程進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，這樣才能達(dá)到更好的教學(xué)效果。

5.結(jié)論

項目教學(xué)法已經(jīng)在單片機(jī)原理教學(xué)內(nèi)容和實踐等環(huán)節(jié)的推進(jìn)中有了探索和實施，并取得了一些初步的成果：學(xué)生有了較強(qiáng)的學(xué)習(xí)興趣，不少學(xué)生主動購買開發(fā)板；2012年第七屆全國信息技術(shù)應(yīng)用水品大賽上，單片機(jī)團(tuán)隊賽取得了全國二等獎的優(yōu)異成績；有大批畢業(yè)學(xué)生從事單片機(jī)及相關(guān)系統(tǒng)的應(yīng)用開發(fā)。這說明通過研究單片機(jī)課程的教學(xué)環(huán)節(jié)中的不足，完善并增加與生產(chǎn)實踐相結(jié)合的實際項目環(huán)節(jié)，以項目完成推進(jìn)課程的教學(xué)目標(biāo)實現(xiàn)，是有利于提高教學(xué)質(zhì)量，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動性，有利于提高學(xué)生實踐能力的。這使教和學(xué)得到很好的協(xié)調(diào)；也突出了教學(xué)對學(xué)生工程項目能力的培養(yǎng)。同時邀請企業(yè)工程師與學(xué)生交流，有條件也可以讓學(xué)生參與到實際企業(yè)項目中去，產(chǎn)學(xué)結(jié)合，不僅可以增強(qiáng)學(xué)校、學(xué)生與企業(yè)間的協(xié)作與交流，也能提高學(xué)生在就業(yè)市場中的競爭能力?？傊?，項目教學(xué)法所代表的新教育理念的先進(jìn)性和時代性，具有現(xiàn)實意義。有關(guān)項目教學(xué)法的系統(tǒng)研究還有待于今后不斷實踐與總結(jié)。

[1]徐朔.項目教學(xué)法的內(nèi)涵、教育追求和教學(xué)特征[J].職業(yè)技術(shù)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(shè)計、制版與仿真[M].北京:清華大學(xué)出版社,2008.

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

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

項目名稱：單片機(jī)原理課程項目教學(xué)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(xué)院信息工程系教師，研究方向：嵌入式教學(xué)與研究。