单片机原理课程项目教学法研究与实践

唐山学院信息工程系 张国旭 张雅静

单片机原理课程项目教学法研究与实践

唐山学院信息工程系 张国旭 张雅静

分析了传统的单片机原理教学中存在的诸多问题，提出了用Proteus软件进行单片机原理项目教学的观点和方法。并介绍了项目教学针对单片机原理内容的实施方法，分析了项目教学的注意事项。

单片机；项目教学法；Proteus软件

1.引言

单片机原理及应用是一门电气工程及其自动化相关专业的重要核心课程，同时也是一项实践性很强的实用技术，由于它和工厂生产实际及工程实践结合紧密，掌握了这门技术毕业后可直接应用于工作实践，故本课程的教学显得尤为重要。因此为使学生掌握好这门课及相关知识，作为教师如何调动学生的积极性、如何选用教学内容和教学方法教好这门课就显得十分重要。传统的单片机教学模式以知识传授为中心，强调理论知识体系的完整性，讲授内容较枯燥，教学方法、手段单一，不利于学生工程能力的培养。以唐山学院单片机原理精品课程建设为契机，根据单片机教学的特点和经验，以培养学生自主学习能力、工程实践能力和科技创新能力为中心，服务于培养应用型人才的目标，对单片机课程的项目教学法进行了探讨和实践。

2.单片机原理教学现状与项目教学法

目前，单片机原理及应用课程的教学总是强调基础理论知识点，花费大量时间讲授软件程序设计方法和单片机硬件工作原理；以教师口授、板书，学生耳听、笔记为主要手段；多媒体教学也仅仅是把板书的内容搬到PPT教学课件中；教学过程千篇一律，先分析硬件原理、工作过程，然后讲解使用方法，最后举例；课堂上缺乏单片机设计过程和运行调试效果的演示；最终结果是学生上课很吃力，不仅不能调动学生学习的积极性，也很难保证学生对单片机课程知识建立整体的实际工程系统的应用意识。

通过对单片机课程教学环节的详细研究，汇总了目前教学环节中存在的问题，以往对教学的改进以及学生调查的反馈意见。发现开展与实际工程项目相结合的项目式教学法将在一定程度上解决教学环节中偏重理论、与实际工作出入较大的问题，学生对此也持肯定态度。这有利于提高单片机课程的教学质量，有利于提高学生积极性和对所学知识的综合运用能力与工程实践能力，也有利于应用型人才的培养。

单片机项目教学法是在教学过程中引入实际工程项目案例，并按照功能将其分解成为一系列教学任务，然后把具体教学任务与相应知识点关联，使学生通过解决具体任务来领会知识点的内涵及应用。即按照“项目-任务-问题-知识点”的思路实施教学。这一过程既能让学生在具体项目任务驱动下学习关联知识，又能使学生领会知识的实际应用价值，真正起到学以致用的效果，达到学生动手能力的真正提升。

如果在单片机原理的教学过程中能够让学生人手一块开发板，边学习边动手操作，使学生在完成任务要求中学习单片机的原理和使用，这样的效果应该是较好的。不仅能让学生直接动手实践，提高学生兴趣，也有利于实际工程项目开发能力的培养，但这种做法在教学过程中往往不易实现。Proteus仿真软件提供了一个很好的平台。

Proteus是英国Labcenter公司在1989年开发的电子电路和单片机系统设计与仿真工具软件，是目前最好的单片机及外围器件的仿真工具[2]。Proteus可以与Keil软件一起构建起个人的单片机虚拟仿真实验室[3]，可以实现在PC上完成从原理图设计、电路仿真、PCB设计到软件代码调试、实时仿真、测试和验证的整个开发过程。由于Proteus仿真模型是根据生产厂家提供的技术参数文件来建立的，所以其仿真极为接近实际，这使它超越了“虚拟”，成为具有现实意义的教学及研发平台，可以有效的辅助教学。

3.单片机项目教学法的实施

3.1 项目的设计与选取

在项目教学法中，项目的选取是关键。整个教学过程和所有教学内容都要用项目来贯彻，项目确定后，整个教学过程也就确定下来。在项目教学实施过程中，学习过程成为一个人人参与的实践活动，它注重的不是最终的结果，而是完成项目的过程。

所以项目的设计与选取应符合以下特征：首先是实践性。项目的选取应符合当前行业的实际，最好引进企业的实际项目，否则会与现实脱节，学生不感兴趣，对学生将来工作帮助也不大。其次是涵盖性。项目案例涉及的知识点应包含或超出教材内容，使得项目学习的过程既可完成知识体系的学习，又能对所学知识有一定的扩展和延伸，当然可以使用多个项目覆盖教材知识点。然后是启发性。项目应具有较强的启发性，蕴涵一定深度的问题，能启发学生思考和研究，使学生在问题解决的过程中锻炼实践能力。最后是开放性。项目案例应有一定的灵活程度，允许学生发挥自身创新力形成个性化的项目案例。如果有条件，可以让学生参加实际的企业项目，和企业工程师一起解决问题。基于这些原则，我单片机原理项目组结合企业实际项目和最新毕业设计题目开发了若干实例，并投入教学过程，去的了较好的效果。

3.2 分析项目，关联知识点

项目案例通常是综合性较强的实践案例，其中涵盖整个教材或超出教材内容。因此在教学过程中应分解案例，形成具体的任务。案例的分解主要基于项目功能，按照模块化思想将项目分解为若干具体任务，分析每一任务所关联的教学知识点以及任务间交叉的知识点，使得知识点的学习打破传统的体系结构，促进学生学习积极性，并建立在项目驱动下的知识横向和纵向的立体化学习。例如矩阵键盘输入功能关联单片机并口、中断以及输入外设使用部分的知识点；数码管或液晶显示输出关联单片机并口、定时器计数器以及输出外设使用部分知识点；电压表关联D/A和A/D转换知识点；上位机与下位机的通信关联串口部分知识点等等。

3.3 层次划分

项目案例实施前，要为学生提供必要的参考资料和层次化的实施步骤。有条件的可邀请企业工程师介绍实际项目的开发经验，系统的告诉学生完成项目的先后顺序、各个功能的不同难度和完成步骤以及可以考虑扩展的方面。这样，可以为学生划分出不同的完成度，不仅可避免接受能力较差的学生面对项目时的束手无策，避免学生走不必要的弯路；又能给接受能力较强的学生一个自由发挥的空间。比如在输出显示部分，按照难易程度先要求学生使用发光二极管显示相应信息，然后使用数码管静态显示或数码管动态扫描显示，而液晶屏显示则作为可选内容。

4.项目教学法应注意的问题

4.1 不能忽略基础知识

项目教学法使用项目完成来推动教学过程，注重项目的完成过程，但不能忽略基础知识点的掌握，还要注意教材问题并结合传统教学方法的长处。由于现行的教材基本根据相应学科的知识体系编写，教师实施项目教学法时，不能完全按照教材章节顺序讲授，所以就要求教师在设计教学过程时，必须选好实际工程项目，然后紧密结合教材内容，把教材作为教学过程的字典使用，有条件也可自行编写教材。总的来说要把整体项目细分成为一个个小任务，每个任务涵盖教材的部分知识点，项目整体应涵盖教材所有知识点，通过项目的推进，不仅是学生学会所有知识点，还要让学生建立一个系统的、全面的知识体系。

4.2 教师的转变

项目教学法强调了学生学习的主体性，在项目推进的过程中以学生自主学习为主，学生相互交换信息，在项目完成的过程中解决实际问题、提高实践能力，这并不是说教师的任务可以减轻了。因为教师不再是知识的拥有者和课程的主宰者，而是学生解决问题的咨询者和指导者，在项目解决的过程中甚至会遇到无法预估的新问题。因此，项目教学过程实际上增加了教师教学过程中的负担，所以教师不能像传统教学过程中那样，周密而详细的课前备课已远远不足以完成教学工作，项目教学法要求教师能充分关注课堂动态，及时收集反馈信息，并根据学生实际情况实时对教学过程进行动态调整，这样才能达到更好的教学效果。

5.结论

项目教学法已经在单片机原理教学内容和实践等环节的推进中有了探索和实施，并取得了一些初步的成果：学生有了较强的学习兴趣，不少学生主动购买开发板；2012年第七届全国信息技术应用水品大赛上，单片机团队赛取得了全国二等奖的优异成绩；有大批毕业学生从事单片机及相关系统的应用开发。这说明通过研究单片机课程的教学环节中的不足，完善并增加与生产实践相结合的实际项目环节，以项目完成推进课程的教学目标实现，是有利于提高教学质量，提高学生学习的积极性、主动性，有利于提高学生实践能力的。这使教和学得到很好的协调；也突出了教学对学生工程项目能力的培养。同时邀请企业工程师与学生交流，有条件也可以让学生参与到实际企业项目中去，产学结合，不仅可以增强学校、学生与企业间的协作与交流，也能提高学生在就业市场中的竞争能力。总之，项目教学法所代表的新教育理念的先进性和时代性，具有现实意义。有关项目教学法的系统研究还有待于今后不断实践与总结。

[1]徐朔.项目教学法的内涵、教育追求和教学特征[J].职业技术教育,2008(28):5-7.

[2]朱清慧,张凤蕊,翟天嵩,等.Proteus教程——电子线路设计、制版与仿真[M].北京:清华大学出版社,2008.

[3]程兴国.基于Proteus和Keil构建的单片机虚拟实验室[J].福建电脑,2009,1:168-169.

[4]肖胜阳.在计算机课程教学中开展项目教学法的研究[J].电化教育研究,2003(10):72-76.

项目名称：单片机原理课程项目教学法研究与实践（项目编号：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

张国旭（1980—），男，硕士，唐山学院信息工程系教师，研究方向：嵌入式教学与研究。