單片機應(yīng)用技術(shù)項目化教學的改革與探索

陳享成，付 濤，梁明亮

(鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學院，河南 鄭州 450052)

單片機自20 世紀70 年代問世以來，由于其成本低、體積小、運行可靠和控制靈活等特點，已經(jīng)在越來越多的領(lǐng)域得到應(yīng)用。單片機技術(shù)是現(xiàn)代高校工科專業(yè)的一門具有重要地位的專業(yè)基礎(chǔ)課。目前該課程的教學基本上是理論講授加1-2 周實訓，采用大量理論教學，學生感到枯燥乏味，漸漸畏難而退。而實驗課也僅僅是采用實驗箱教學，學生只知道將實驗指導書中的范例程序輸入電腦，再下載到實驗箱中，看一下簡單的運行結(jié)果。在這一過程中學生僅能學到一些簡單匯編程序，對單片機硬件知識和外圍電路設(shè)計理解不深。隨著技術(shù)的發(fā)展，從硬件上串行接口芯片、I2C 總線技術(shù)、ONE-WIRE總線技術(shù)大量應(yīng)用，傳統(tǒng)的匯編語言大量在高校教學中存在，而現(xiàn)場面向C51 的應(yīng)用學生卻知之甚少。因此，新技術(shù)的嵌入及教學方法急需改革。

一、項目化教學的思路

本課程設(shè)計總體思路是以突出應(yīng)用為根本，以能力培養(yǎng)為目標，以項目教學為方法設(shè)計教學情景，遵循學生認知規(guī)律，強化學生動手實踐能力。在課程內(nèi)容的選擇上降低理論重心，突出實際應(yīng)用，強調(diào)“呈現(xiàn)項目結(jié)果”，注重培養(yǎng)學生的應(yīng)用能力和解決問題的能力。在內(nèi)容組織形式上強調(diào)了學生的主體性學習，在每個項目實施前，先將項目結(jié)果及學習目標提出，學生針對項目的任務(wù)實現(xiàn)進行相關(guān)知識的學習，知識以滿足項目實現(xiàn)為基本原則。教學組織上，調(diào)動學生學習的能動性，課堂與課外相結(jié)合，通過小組討論、集體研討、資料查詢分析等多種教學活動，力求體現(xiàn)“做中學”、“學中做”的教學理念。

本課程設(shè)計5 個教學模塊、7 個實踐項目，按照“單片機應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)初步實踐”—“人機交互處理”—“數(shù)據(jù)采集處理”—“數(shù)據(jù)通信處理”—“單片機新技術(shù)應(yīng)用”的思路設(shè)計教學項目。如表1 所示。

表1 單片機應(yīng)用技術(shù)課程模塊、項目一覽表

二、改革的內(nèi)容

1.實施項目教學，融教學做于一體

課程教學以項目為導向，對該項目進行功能分解，提取工作任務(wù)并進行細化，分析工作任務(wù)所涉及的相關(guān)知識，設(shè)計一系列不斷提升能力要求的工作子項目，用任務(wù)驅(qū)動教學的各個環(huán)節(jié)。邊做邊學，帶動相關(guān)知識點，培養(yǎng)學生對單片機小型控制系統(tǒng)的整體認識，模塊設(shè)計、編寫文檔、代碼和整機測試等技能。

通過對項目分析、設(shè)計與實現(xiàn)的過程講解，使學生邊學邊做、邊做邊學，教學做一體，將抽象的知識實物化，激發(fā)學習興趣，培養(yǎng)學習能力。

2.教學過程以技能培養(yǎng)為主線

在教學內(nèi)容以大項目分解為工作子項目的基礎(chǔ)上，在教學過程中重點培養(yǎng)學生職業(yè)技能。根據(jù)需求進行整體方案設(shè)計方法的培養(yǎng)，能夠針對模塊的方案設(shè)計電路，并在實驗箱上實現(xiàn);能夠按照任務(wù)要求設(shè)計程序流程圖;能夠根據(jù)參數(shù)合理選擇器件;能夠使用編程軟件進行基本模塊程序編寫;會使用調(diào)試工具進行在線仿真調(diào)試;會使用萬用表及其相關(guān)儀器;能夠按照相關(guān)格式編寫技術(shù)文檔等。

3.融入新技術(shù)

在教學內(nèi)容中，增加新技術(shù)的融入。單片機應(yīng)用技術(shù)的重點在“應(yīng)用”，“應(yīng)用”的核心從硬件上來講是I/O接口，在教學內(nèi)容選取中，兼顧傳統(tǒng)的經(jīng)典接口應(yīng)用，大量增加新技術(shù)的應(yīng)用，從“數(shù)碼管顯示技術(shù)”擴充到“液晶顯示技術(shù)”，從“并行A/D、D/A 技術(shù)”到“串行A/D、D/A”，增加I2C 總線技術(shù)、ONE-WIRE 總線技術(shù)的應(yīng)用;在軟件上，兼顧匯編語言，同時加強C51 的應(yīng)用。

4.學生自主學習項目的構(gòu)建

在教學安排中，以課業(yè)設(shè)計為載體，構(gòu)建自主學習項目，按照學習階段設(shè)計5 個課業(yè)項目。學生利用業(yè)余時間進行項目設(shè)計，并將課業(yè)設(shè)計內(nèi)容納入到學生成績中，調(diào)動學習的積極性與主動性。

三、教學實施

下面通過《用定時器控制單只發(fā)光二極管顯示》項目來分析項目的教學實施，單片機應(yīng)用技術(shù)課程中其余項目與之基本相同。

1.任務(wù)要求

(1)采用1 位發(fā)光二極管實現(xiàn)交替點亮和熄滅;

(2)每0.5 秒進行一次刷新。

2.任務(wù)分析

用P1 口P1.0 位連接一位發(fā)光二極管，交替發(fā)出高、低電平控制發(fā)光二極管的點亮和熄滅。該項目的關(guān)鍵點是亮、滅交替的時間控制，要求采用定時器查詢和中斷兩種方式實習定時控制，最終把轉(zhuǎn)換過的值經(jīng)兩位數(shù)碼管動態(tài)顯示，我們采用P2 口控制顯示段碼，經(jīng)P0.6 和P0.7 分別控制個、十位選端。

3.相關(guān)知識介紹

(1)89S51 的定時/計數(shù)器介紹;

(2)89S51 的中斷系統(tǒng)介紹;

(3)定時器中斷應(yīng)用(匯編及C51);

(4)外部中斷應(yīng)用(匯編及C51)。

4.任務(wù)實施

(1)硬件電路圖設(shè)計:繪制單片機最小系統(tǒng)及P1.0 連接發(fā)光二極管的電路圖;

(2)軟件設(shè)計:編寫查詢與中斷定時程序;

(3)軟件與硬件的聯(lián)調(diào):硬件連線后利用Wave、Keil 軟件分別編譯匯編與C51 程序，然后下載程序到實驗箱，脫機執(zhí)行程序，查看發(fā)光二極管的亮滅。

5.任務(wù)總結(jié)與提高

本項目的重點是通過用查詢和中斷的兩種方式實現(xiàn)定時，用查詢方式的重點是定時器工作方式一、方式二的應(yīng)用。通過定時器的學習和實踐，讓學生對比軟件延時與定時器延時的區(qū)別。

四、教學考評實施

考核方案上理論考核與技能考核相結(jié)合，課程考核內(nèi)容包括應(yīng)知應(yīng)會理論考核、技能考核和課業(yè)作業(yè)考核三部分。應(yīng)知應(yīng)會內(nèi)容包括單片機最小系統(tǒng)、內(nèi)部接口、特殊功能寄存器、I/O 口、典型人機交互(鍵盤、顯示)、數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)通信等內(nèi)容的基本概念及實現(xiàn)方法等;實作技能包括電路硬件搭建、軟件調(diào)試等;作業(yè)、課業(yè)包括書面作業(yè)、課業(yè)等。技能考核依據(jù)項目化教學的內(nèi)容確定，其中模塊一《單片機應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)初步實踐》包含三個項目、模塊二《人機交互處理》、模塊三《數(shù)據(jù)采集處理》、模塊四《數(shù)據(jù)通信處理》包含四個項目，技能考核學生從模塊一中抽取一個項目，模塊二至模塊四中抽取一個項目進行考核，要求學生對七個項目都要熟練掌握。技能考核打破傳統(tǒng)的“誰教誰考”的模式，成立課程考核小組，制定評分標準，由課程建設(shè)小組統(tǒng)一考核。在平時成績中強化課業(yè)的比重，主要采用歸納式學習方式，更多是通過行為體驗(調(diào)查、調(diào)研)、歸納總結(jié)等方式來獲得知識，完成課業(yè)任務(wù)。通過課業(yè)學習，促進學生有目的地學習，調(diào)動學習的積極性;指導學生從技術(shù)資料中獲取和分析專業(yè)信息并尋找解決問題的途徑，經(jīng)歷完整的工作過程并完成學習任務(wù)，從而獲得方法能力;幫助學生從實際經(jīng)驗和書本抽象的描述中構(gòu)建自己的知識體系，實現(xiàn)理論與實踐學習的統(tǒng)一。按照教學時間節(jié)點，分階段實施單片機系統(tǒng)認識→最小系統(tǒng)搭建→典型系統(tǒng)功能延伸應(yīng)用→系統(tǒng)比較的思路設(shè)計四個課業(yè)。教師制定每個學生需要至少完成的兩個課業(yè)，課業(yè)的成果形式主要是研究報告。

五、結(jié)束語

單片機項目化教學方法為學生提供了很好的實踐空間，能充分激發(fā)學生興趣，大大提高了學習的積極性和主動性，很多學生主動要求延長學習時間，這在以往單片機教學過程中很少見到。這種教學方法既鍛煉了學生的動手能力，又提高了學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，同時還培養(yǎng)了學生的信息檢索能力。實踐證明這種教學方法切實有效，對高職院校單片機教學改革有一定借鑒作用。

項目化教學預計效果是不錯的，但也有值得我們深入探究的問題。

1.項目化教學流程應(yīng)該有統(tǒng)一標準。項目方案的篩選及設(shè)計、項目的實施過程、學生的成績評定、對于教學環(huán)節(jié)的表述等方面，目前大多缺乏統(tǒng)一的標準。只有依據(jù)標準展開教學活動，對于教師、學生的評價才會有章可循，才會相對公允。

2.項目設(shè)計是否科學可行。教學項目設(shè)計的優(yōu)劣，直接關(guān)系到能力訓練與理論知識是否更好地銜接，更直接關(guān)系到這些項目能力的訓練，日后能否真正用于實際工作。因此，我們倡導項目設(shè)計應(yīng)當是慎重的、集思廣益的。

3.師資和教學設(shè)備問題。項目化教學對師資的要求是很高的，不但要求教師有著堅實的理論基礎(chǔ)，還要有豐富的實踐經(jīng)驗，才可以自如地應(yīng)對項目化教學過程中出現(xiàn)的各種問題。學校自身的教學硬件設(shè)施是否可以滿足項目化教學的需要，是開展項目化教學必須考慮的。

［1］姜義林.高職教育課程開發(fā)理論與實踐［M］.北京：高等教育出版社，2010.

［2］嚴中華.職業(yè)教育課程開發(fā)與實施［M］.北京：清華大學出版社，2009.

［3］李雪鋒.基于工作過程系統(tǒng)化的高職課程開發(fā)理論與實踐［M］.北京：高等教育出版社，2010.

［4］楊志幫，楊樾.《單片機應(yīng)用技術(shù)》在機電一體化專業(yè)項目化教學中的改革與探索［J］.科學咨詢，2011(10)：42.