单片机项目化教学改革初探

    梁高卫+姜玫丽

    摘 要：单片机相关课程是电类专业中一门非常重要的专业课程，具有很强的理论性和实践性。但是目前高校所采用的传统教学模式存在很多问题，诸如教学模式守旧、理论教学与实验教学重复、理论和实践相脱节、考核模式单一等。文章首先对传统教学模式存在的这些问题进行了分析，然后简单介绍了项目化教学及其特点，最后具体提出了项目化教学改革策略。

    关键词：单片机；项目化；教学改革

    单片机（Single Chip Microcomputer，SCM）是一种集成电路芯片，包括中央处理器CPU、只读存储器ROM、随机存储器RAM、多种I/O口和中断系统等，其中采用了超大规模的集成电路技术。由于单片机在工业控制领域应用广泛，我国各大高校的工科电类专业都相继开设了单片机相关课程，综合了程序设计、微机接口、通信技术等知识，是一门理论性、技术性、工程性和实践性都非常强的课程。但是，传统的单片机教学，以教师讲解、学生被动听课记笔记为主，教师主要讲解单片机的结构，同时注重课程本身的体系结构和前后的逻辑关系，课程难度相对比较大，学生在学习过程中很容易觉得课程枯燥乏味，逐渐丧失学习兴趣，最终导致学生难以掌握课程内容，实际应用能力也会很差。

    1 传统教学中的问题

    1.1 课堂教学模式守旧

    单片机是电子系统中进行数据采集、信息处理、通信联络和实施控制的一种大规模集成电路发展的产物，内部结构非常复杂。传统的课堂教学模式纯粹是老师在上面讲、学生在下面听，这种教学模式所取得的教学效果完全依赖教师的知识水平和教学水平。而且在实际教学过程中，教师主要以某个教材为依托来讲解，学生无法看到单片机的内部结构，就无法了解其各部件之间是怎么样联系在一起的，学生无法根据相关概念单凭自己的想象力勾画出相应的实物映像。所以，在这种传统的课堂教学模式下，学生很难抓住学习重点，当他们不知道该学习哪些内容时，就会迷失方向，从而丧失学习兴趣，以致难以取得很好的教学效果。

    1.2 理论教学与实验教学重复

    传统的教学模式，是“先理论，后实验”，即教师先讲解理论知识，然后再组织学生进行相关的实验操作。这中间间隔了很长一段时间，所以当学生进行相关实验操作时，早已记不清当时老师讲的相关理论知识，在这种情况下，教师就需要再讲解一遍相关的理论知识，学生才能进行相关实验，导致理论教学与实验教学重复，学生动手操作的時间严重不足，教学任务也很难完成。

    1.3 理论和实践相脱节

    虽然传统教学中也配有相关的实验课，但是这种实验课主要是为了验证某一个或某一些知识点的正确性，根本无法起到帮助学生养成独立思考的习惯和培养他们解决实际问题的能力的作用。目前，我国大部分高校都安排有这种实验课，但是，实验课的内容和实验步骤通常都是提前制定好的，甚至有的学校还针对实验编写了相应的指导书。如果不是实验设备出现状况或学生操作不当，实验结果基本不会出现错误。这种实验课的模式可以锻炼学生的动手能力，是无可否认的，但是学生无法培养很好的独立分析问题和解决问题的能力，长此以往，就使得理论与实践相脱节，这样培养出来的人才是无法满足现代化社会的需求的。

    1.4 考核方式单一

    目前，我国大部分高校单片机教学所采取的考核方式仍以笔试为主，也就是一张试卷定成绩。这种考核方式具有一定的偶然性，不能客观、全面地反映出学生的真实水平，更无法对学生的实际动手能力作出考察和衡量，导致离单片机课程应与实践相结合的要求相去甚远。

    2 项目化教学改革策略

    2.1 改变教学模式

    在课堂教学形式上，摆脱传统的那种教师站在讲台上讲、学生坐在下面听的模式。教师在进行每次教学过程之前，都会围绕一个相应的任务目标来设置教学的各个环节的组织。在教学过程中，教师会以这一任务目标为主，然后针对不同的项目，将与其相关的知识点和技能点讲解给学生，并提出相应的问题来引导学生思考，然后找出相应的解决办法，从而有效地激发学生的主观能动性和创造力。那么，在实际教学中具体如何实施呢？由于每个学生的实际情况不同，教师可以根据学生的实际情况进行分组，每组3～5人，然后根据每组的特点提出任务要求，使学生对实现方案、硬件电路、软件功能进行设计。

    2.2 重构教学内容

    打破传统课程体系的单片机结构—指令系统—接口设计体系结构模式，采用项目模块—课题—任务体系结构。在实际的项目化教学过程中，教师可以将单片机应用系统设计所涵盖的基础理论知识和应该掌握的基本技能贯穿于每个任务的完成过程中，配合任务逐一进行讲解。这样，在进行每一个任务时，老师只需要讲解完成本任务所需要的基础理论知识和应该掌握的基本技能，这样将知识化整为零，可以降低学习难度，有助于学生的学习。教师在进行项目设计时，要以单片机的实际应用为出发点，设置的课程内容既要包含单片机的相关知识点，同时又不能过大增加学生的学习负担，使学生感到有很大的压力而产生畏学情绪。同时还要注意，设置的项目内容要由简入繁、循序渐进，还要注重项目的连续性和一致性。随着教学内容的一步步推进，项目内容会变得越来越复杂，但学生只需要在以前学习的基础上，着重学习部分新的内容，既能减轻学习负担，还能避免理论教学与实验教学重复，从而提高教学效率。

    2.3 建立“教、学、做”一体化教学

    传统的教学模式是“先理论、后实验”，这种教学模式已经不能适应现代教学的需要，所以应当打破传统，建立一种新的教学模式—“教、学、做”一体化实验室教学模式。这种教学模式主要是围绕项目任务目标来组织、安排各个教学环节。在实际教学过程中，首先，教师要通过实验平台向学生展示任务完成后的实物运行效果，让学生从结果上真正地明白任务要求的意义所在，以此来极大地激发学生的学习兴趣，使学生从被动听讲转变为主动参与；其次，教师要结合各个项目来讲解相关的理论知识和需要注意的关键技术点，在这一过程中，学生可以跟随老师同时进行练习和验证；最后，学生独立完成各个项目的任务目标，虽然要求是学生独立完成，但教师也要在一定程度上引导和帮助学生，以防有的学生无法真正理解和掌握，这样既能使学生切身体会到单片机的应用，还有助于他们实践应用能力的培养。另外，对于那些能力较强的学生，老师可以在他们完成基本教学项目后，进行针对性的拓展训练，适当增加教学难度。

    2.4 理论与实践相结合

    在课堂上，教师不能只以理论知识为主，还要注重实践教学环节，将其引入课堂教学。学生实践环节以课堂教学任务为对象，采用Proteus仿真软件绘制电路图，使用Keil C软件进行相应的任务设计和编写程序的输入，然后对程序和硬件电路进行仿真调试运行。在仿真调试过程中，教师将所需要注意的重点、难点和关键点告知学生，并对他们在这一过程中所遇到的问题和出现的错误进行实时点评和纠正。调试成功后，教师可以针对那些能力较强的学生提出更高的要求，让他们在已经实现的硬件电路和程序的基础上，适当扩展相关功能，从而促进学生单片机综合应用的设计能力的提高。

    2.5 灵活运用考核方式

    单片机传统考核成绩，平时所占比例为30%，期末所占比例为70%，也就是说，考核主要是以期末试卷考查学生所学的理论知识为主，而实际应用能力的考核所占的比重却很少，而且一张试卷考出来的成绩具有一定的偶然性，并不能代表学生的真实水平。所以，在这种考核方式下，很容易引起学生产生应试心理，以致他们平常不好好学习，期末临时抱佛脚，强行记忆理论知识来应对期末考试，实际上，学生并没有真正理解和掌握课程内容知识。而项目化教学模式主要侧重于实践，所以它主要考核的是学生对单片机的综合应用能力。而要想取得这一效果，就有必要在学生完成每个工作任务后，考核他们对知识的掌握、设计能力、创新意识等，然后将这些考核成绩作为他们的平时成绩。另外，期末考试也要摒弃那种具有很大偶然性的一张试卷定成绩的考核方式，可以结合使用多种考核方式。因为有些理论知识需要活学活用，不需要学生去死记硬背，那么这些知识就可以单独采用开卷考试，在考试过程中，学生可以根据自己的需要来查询相关资料，这种方式有利于学生发现问题和解决问题能力的培养。

    3 结语

    综上所述，在单片机的教学中采用项目化教学方法，可以有效解决传统单片机教学中存在的诸多问题和不足，将理论知识和实践操作有机结合起来，极大地提高学生的学习兴趣，使他们积极、主动地投入单片机学习当中，而且还能增强学生对单片机的综合应用和动手实践操作能力，提高学生独立思考和解决实际问题的能力。

    作者简介：梁高卫（1970— ），男，湖南邵阳，博士，讲师；研究方向：工程热物理，电子信息。

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    Abstract： SCM-related courses are very important professional courses in the electrical specialty， with strong theoretical and practical. However， there are many problems in the traditional teaching mode adopted by colleges and universities， such as the old-fashioned teaching mode， the repetition of theoretical teaching and experimental teaching， the disconnection between theory and practice， and the singleness of assessment model. This paper first analyzes the problems existing in the traditional teaching model， then briefly introduces the projectized teaching and its characteristics， and finally puts forward the projectized teaching reform strategy.

    Key words： single chip microcomputer； projectized； teaching reform