“任务驱动”教学模式在单片机原理与应用课程中的应用

顾敏明 潘海鹏

摘要：针对电气工程及其自动化专业“单片机原理与应用”课程的内容特点和教学实际，通过总结多年来的教学经验，提出一种“任务驱动”的教学模式并融入到单片机原理与应用的课程中，对教学内容、组织形式、实践教学和评价制度进行了改革。学生更加明确了学习目标，提升了学习的主动性，实践能力得到了有效的提升，对学生综合能力的培养起到了积极的促进作用，课程改革取得了满意的效果。

关键词：任务驱动;单片机;自制实验设备

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）33-0065-02

“单片机原理与应用”课程是一门很重要的专业基础课，把编程语言知识、模拟电子技术、数字电子技术、电路知识等综合在一起，属于技术性、工程性、实践性很强的一门课程。该课程作为电气工程自动化、自动化、机电一体化等专业最重要的核心课程之一，它是“自动化”高素质复合技能型人才所需自动控制類知识结构的载体之一，占据着相当重要的地位。

然而，传统的“单片机原理与应用”教学一般以学科体系为出发点，注重课程本身的体系结构和前后的逻辑联系，理论性很强，但却忽略了“可学性”，学生缺乏明确的目标，致使学生学得吃力，老师教得辛苦，教学效果不佳。传统的“单片机原理与应用”教学，一般以单片机的结构为主线，按部就班，先讲单片机的硬件结构，再讲指令和软件编程，然后是单片机系统的扩展和各种外围器件的应用，最后再讲一些实例。按照此种教学结构，学生普遍感到难学。很多书一开始就提出的总线、地址、寄存器等概念，学生往往难以理解;到了后面，如果还是延续以往教材中单片机的七种寻址方式则更抽象，有很多学生直到学完单片机还不能理解寻址方式究竟是什么意思，为什么需要这么多寻址方式。然后是单片机指令、111条指令，如果再不分重点，等到指令全部学完，大部分学生已对单片机望而生畏，开始打退堂鼓了，到了考试时候，老师也愁，题目出的简单还怕学生不会，至于应用能力就更不知道从何谈起了。

因此，对单片机课程进行教学改革是十分必要的。通过对教学理论的深入学习和教学实践的摸索，笔者越来越认同“兴趣是最好的老师”这一看法，而阶段性成果是引导教学、激发学生兴趣的有效办法之一。基于此，论文提出“任务驱动”这一教学模式，主要包括以下内容：

一、改革课程内容体系结构，突出课程特点

单片机是一门实践性很强的课程，然而在以往的教学模式中却表现为抽象性强、理论要求高、记忆内容多的特点，这样就要求对选修课程学生的记忆力、思辩能力和思维灵活性的要求较高，大部分学生难以掌握，显然不符合教学的期望，同单片机应用为王的本质相背离，也不符合教学的特点。单片机又是一门发展很快的学科，大部分教材的教学语言还是采用“汇编语言”，而实际情况是在现实的应用过程中，除了特殊的一些行业外，绝大部分都采用C语言进行开发，汇编的可移植性、复杂性都限制了应用，因此在实际教学中也必须开展改革。另外新技术、新器件不断涌现，而我国现行的相关教材中知识相对陈旧，很多里面的芯片都已经停产。教学内容很少体现单片机知识在相关专业中的实际应用，使得学用脱节——既未能体现“素质教育”的现代教育理念，也没有体现单片机针对各专业所应有的“专业基础性”。因此，内容上必须改革，补充新的知识，调整体系结构。

为了增加学生的积极性，改革后的单片机课程内容采用模块、课题、任务体系结构，将课程划分为多个模块，每一模块由多个课题组成，每一课题由一个或多个任务组成，每一任务由任务目标、任务分析、相关知识和任务实施四个相互连贯的部分组成。

二、改革教学内容组织方式，提升学生主动性和积极性

开展“单片机原理与应用”课程学习方法的研究，为学生提供有针对性的学习指导，激发学生的学习兴趣，培养学生的自学能力，应是教学改革中亟待加强的重点内容之一。

进行教学内容组织方式改革，这好比是从原先的“C语言”到“C++”的转换，从原先的“顺序结构”、流水账的教学方式转换为面向任务的教学模式，实际上是一种随着需求变化自然而然的蜕变。

每次教学均围绕一个任务目标进行各教学环节的组织，以任务目标为主线进行各相关知识点和技能点的讲解。以教师为主导，以学生为中心，边讲边学，边学边练。在实施过程中，教师和学生都思路明确，知道本轮教学的目的是什么，是为什么在服务，学生不再是被动接受教师的填鸭式灌输。在教学过程中，双方一起对任务进行分析，教师教授相关知识，在任务实施阶段开展师生互动，在课内外利用计算机仿真软件和开发的实验平台进行验证，鼓励学生上讲台进行分析和操作。要求学生对课堂教学任务电路和程序进行设计或修改，培养学生单片机应用电路和程序的设计方法，并用提问、作业等形式来检查学习情况。教师对学生存在的疑问进行实时解答，早发现早解决，减少将问题带到学期结束的情况，为后续其他课程的开展提供较好的基础。

这部分的关键在于教师对整体内容的把握、任务的设计和节奏的控制。因为浙江省地处东南沿海地区，民营企业发展良好，笔者所在的专业同周边企业有着长期良好的校企合作，因此很多教学任务设计的实际上是来源于企业的实际需求，因此在任务的设计上很接地气，能体现一般企业甚至行业现阶段与本课程相关的大致水平，应用性非常强，通过对横向项目的提炼和重组，对照教学大纲的要求往往能够设计出若干教学任务，经由系教学会议讨论后可以确定下来。随着新的项目开展，逐步替换一些较老的任务案例，保持有序的更新，这样学生也能了解到目前相关行业的情况，而不会出去两眼一抹黑，特别是某些企业可能就是他们身边较好的企业，能够在心里得到认同，产生共鸣。首先就觉得这门课程对他有用，接下来就能更好地去了解该任务设计中的前因后果，学习如何组织实施。这一过程，自然而然就提升了学生学习的积极性，进而改进学习效果。

三、改革实践性教学设计方式

我们一直强调“单片机原理与应用”课程的实践性强，单片机的实践部分实质上可以表现为两方面：一方面是对单片机编程的实践，另一方面是对单片机相关的硬件设计方面的实践，两者相辅相成，缺一不可。往往很多单片机教学中受限于课时和实验设备，大多只开展前者，而后者的实训十分欠缺。

为此主要采用两种方式。首先，考虑到学生人数众多，为了更多学生受益，引入“Proteus”仿真软件。该软件支持51系列和其他主流单片机，以及相关的单片机接口电路，教师提供主要案例，指导学生开展虚拟实验，构建出虚拟实验平台，有助于学生开展课外的学习，辅助开展实践教学，作为辅助手段可以让学生加强对单片机编程的训练;其次，设计开发“自制单片机综合实验平台”，以往大学采购的单片机教学实验平台基本上模块固化，真正实验的时候基本不需要对硬件原理进行思考，依据实验手册简单地连接几根导线就可以了，实际上对硬件设计的学习帮助作用微乎其微。正是认识到了这一不足，自主开发的实验平台加强了学生对硬件设计能力培养的环节。在具备普通实验平台的实际编程能力培养的基础上，该实验平台的组织上采用了灵活的接口形式，所有模块都是可以拆卸的，为配合单片机课程教学中的“任务驱动”模式，会有不同的模塊，这一措施使得实验内容的选择更为合理和丰富，方便开展综合型、创新型实验。这些模块通过统一的接口形式，类似于DCS、PLC等装置的卡件形式，插入到本实验平台中。模块并非都是直接可用，有些模块需要学生依照原理进行组装，有些需要进行焊接，甚至还有一些空白的模块需要学生按照任务的要求，设计硬件方案，选择器件，自行完成功能模块。因此实际在一次实验的开展过程中，不但对单片机编程进行了实训，另外对器件的认知、电路的设计组装等都进行了培训。由于硬件的差异，软件程序也是各有区别，有效避免了从实验手册代码一抄，实验完成这一现象，在这几年的教学实践中通常都能较好地完成。同时鼓励学生在课后自己设计实验，自己做实验，开放式实验教学也取得了较好的效果。

四、改革考核形式，保障教学任务的有效实施

成绩是课程的永恒话题，不论是想自己的能力得到肯定，还是想取得良好的成绩问鼎奖学金还是其他因素，学生对成绩还是比较看重的，因此有些教学如果平时学生不主动，只要拿住考试的指挥棒，学生还是会投入相应的精力，但这种方式往往会使学生的学习目的是去应付考试，甚至作弊。这就需要改革考试方式，避免一考定音。

考核的方式方法和考核的内容将直接影响教学过程的实施，关系到教师如何教和学生如何学。因此，应通过对考核方式方法的改革来促进教学过程的改革。

本课程以往的考核形式相对单一，考题侧重于记忆，例如背几条指令、说几个部件的作用、编几条程序等，导致有的学生单片机考试成绩很好，但却不会实际运用。因此在改革中，注重应用能力的培养，提高平时成绩所占的比例。由于课程是“任务驱动”，整个课程下来已经有好几次任务，一次任务结束后对每位同学完成的结果予以记录和评分，评判依据可以按完成任务的先后顺序、完成的质量及学生表达能力等方面。记录结果由同学签字确认。考虑到时间，可以以组为单位进行实训时，教师还应对每位同学提出相关的问题或进行单独操作，这对主动性差的同学来说能起到很好的促进作用。（平时作业就分散在任务之中）因此平时的成绩也自然而然地给出了，大家对自己平时的成绩也明了。实际上到期末考试前，学生大致能对自己的成绩有一个初步的定位。教学实践表明，最终的成绩同平时的成绩并无太大的变化。通过这一方式的改变，一方面提高了学生对平时学习的重视程度，基本杜绝了平时不努力、考试前临时突击这一现象。最终成绩能较好地体现学生在本课程的学习情况，学习风气得到了有效的提升。

五、结语

针对“单片机原理与应用”课程特点，提出了“任务驱动”这一教学模式，基于此改革课程内容体系结构、教学内容的组织形式，并对课堂教学、实践教学的形式和内容进行了变革，有效调动了学生的学习兴趣，提高了学习的主动性，并在这一过程中学生掌握了实际的知识和技能。通过改革考试形式，在一定程度杜绝了大学课程平时不努力、考前临时突击这一现象，促使学生脚踏实地，对学习成绩的提升起到了一定的作用。

参考文献：

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（责任编辑：王祝萍）