项目式教学法在林业院校单片机原理与应用课程中的应用

王应彪 王 远 邓婷婷

西南林业大学机械与交通学院 云南昆明 650224

单片机原理及应用课程是林业院校机械类本科及高等职业院校本科专业的一门重要的专业技术基础课程。随着各种机电设备体积越来越小、控制精度要求越来越高，设备的控制系统越来越重要，单片机控制成为实现各种机电设备自动控制的重要手段之一[1]。学习本课程，不仅要掌握计算机、电子类课程中必备的基础知识，更重要的是理论与实践相结合，培养和提高学生的实际动手和创新能力。通过本课程的学习，熟悉单片微控制器的指令系统，掌握单片机控制系统的硬件结构及控制电路的设计方法以及C51程序设计与调试的方法，为单片机实验课程的开展和后续专业技术课程以及本科毕业设计的实施学习打下坚实的理论与应用基础，同时为参加各类大学生科技创新大赛做准备。由于该课程对于林业院校机械类专业学生来说，计算机硬件与程序代码编写调试能力比较薄弱，课程内容比较抽象，部分学生反映课程理论知识难以理解，实践动手机会较少，而传统的教学方法多采用课堂讲解与实验相结合的方式，不能充分调动学生主动学习的兴趣，因此根据本课程的特点，将项目式教学法引入课程的教学过程中，以单片机综合应用典型项目案例为学习载体，重新整合课程教学内容，进行项目式教学方法模式的探索并加以应用，取得了较好的教学效果[1]。

1 项目式教学法概述

项目式教学法就是以具体的实践项目为引导，将传统教学内容与具体项目要求进行整合，然后围绕具体的项目任务组织教学活动，在课程教师的指导下，通过学生全过程直接参与项目的实施、组织实施一个或多个相对独立的项目任务，充分发挥学生的主体作用，包括项目信息的搜集、项目方案的设计、项目的实施及综合评价，学生通过参与整个项目任务的实施过程，在学中做、做中学，把理论知识融入具体的实践过程中，全面提升学生的实践创新能力，从而提升学生的专业技能。同时，在教学过程中改变传统教学中的以书本为中心，而是以项目为中心，教师通过对学生的全程指导与综合评价，从而对新知识进行学习与实践，教师的实践教学能力也得到提升。这种教学方法注重培养学生综合能力，使林业院校工科专业学生提前体验企业工作模式[2]。

2 项目式教学法在单片机课程中的具体应用

2.1 优秀项目的选定

优秀项目的选定是项目教学法实施过程中的关键。首先，项目要尽可能包涵教学大纲所要求的教学内容，综合所有的知识点，既要与教材知识点相结合，又要在教材的基础上进行提升，做到理论联系实践[3]。其次，要保证每个所选项目都真实可行，能够在现有条件下顺利完成，同时还要保证所选每个项目的难易程度适中，难度不能超过现有学生的实际水平。最后，每个所选项目要有针对性，同时还能提高学生的学习兴趣。在项目选定过程中，教师要根据学生具体情况和培养方向以及本学科的发展情况，及时地掌握新知识、新技能以此确立或更新项目[4]。表1以单片机课程中的所选的2个具体项目为例，说明项目选定过程中所包括的任务以及所需的必备知识及任务分配。

表1 项目描述与任务分配

2.2 项目式教学法的设计流程

参选项目确定后，一般可以按照如下几个步骤进行项目设计：(1)将学生进行分组，为保证各组成员实力相当，教师可对各组成员进行一定的调整。同时由各组成员推荐小组长，并讨论确定各组项目及目标任务。(2)由各小组成员完成项目计划，确定项目步骤及流程，经指导教师批准后实施。(3)项目批准后，分配各小组成员的工作任务及合作模式，然后参照项目计划逐步实施。(4)项目完成后，对本次项目工作内容进行总结、评估，教师与学生共同讨论项目中做得好的方面及存在的不足，并为发现问题的地方找到解决方法[5]。

2.3 项目式教学法组织与实施案例

以上述项目的设计与制作案例介绍项目式教学的组织与实施过程。

(1)确定项目任务及目标：能够熟练运用C语言、Keil编程软件，并掌握任务项目中的相关元器件的使用和硬件电路设计、电路程序调试方法。

(2)项目计划的制订：包括工作原理及要求、项目使用的元器件、设计硬件电路原理图、根据任务要求画出流程图，最后通过编程及调试实现项目任务。

(3)组织实施项目计划：把学生分成6人一组，并确定小组长。按照项目计划内的工作内容及程序分配组员工作任务，由学生自主选择分析、实施方法，并按确定的工作计划和步骤进行。具体如下：项目使用的元器件为单片机AT89C52、电容CAP电解电容CAPEIEC、晶振CRYSTAL、LED发光二极管、Res电阻、电源VCC、电源GND及7段2位数码管。同时教师将每一个使用到的元器件性能、用途分别详细介绍及说明，并对学生提出的疑问给予讲解。工作原理及要求：东西通行、南北通行、禁止通行；根据使用到的元器件用Proteus软件绘制出硬件电路原理图(如图1所示)。本系统的转件设计主要由四大模块组成：定时模块、红绿灯显示模块、倒计时模块、按键输入模块。图2为项目2电动自行车正常速度行驶时的仿真，使用D Clock元器件产生的低电平信号用来模拟用霍尔元件测得的速度信号，通过调节D Clock元器件的频率达到不同速度的模拟。然后应用Keil C51编写、编译源程序，生成可执行的二进制文件并烧录到AT89C52单片机中进行调试，调试成功后即可在现实环境中进行测试。以上流程完成后，学生可以将各模块分解后进行工作任务的分配，同时由组长及组员共周规定每一个模块编程及调试完成的时间，待完成后将所有模块整合成一个系统。

图1 模拟交通灯硬件仿真电路

图2 模拟自行车正常行驶仿真结果

项目完结后，学生应对本次项目做总结报告，并同教师一起探讨项目中运用到的知识、方法、技巧，存在多种方案的项目，教师应当与学生共同找出每种方案的优缺点及运用范围。这样学生才能够全面理解并掌握项目中应用到的知识体系，今后遇到相似的问题也能够找到方法并解决问题。

3 项目式教学法的效果考核

实践说明，项目式教学模式，不仅可以锻炼学生的动手能力和合作能力，最重要的是对学生创造力的开发具有深远的意义。项目式教学方法改变了以往机械、被动式的课堂学习模式，充分调动了学生学习的积极性、主动性。以往是教师教、学生学，项目式教学法引入后以学生为中心，并依托生活真实案例，让学生在项目过程中学会发现问题、讨论问题并运用所学知识解决问题。但是项目式教学法对教师的综合素质要求比较高，不但需要教师熟练掌握本专业及相关专业的理论知识，同时需要具备一定的实战经验才能对整个试验项目做到有的放矢。具体考核办法如下。

首先，考核等次：考核结果等级为优秀、良好、中等、及格和不及格五级，分数在90～100分之间为优秀，80～89分之间为良好，70～79分之间为中等；60～69分之间为及格，60分以下为不及格。

其次，考核总分包含三个方面：(1)设计制作总分50分：其中设计过程占60%，包括总体设计方案、硬件系统设计、软件系统设计、程序调试等，考核时要查看原始设计资料和相关记录，分段进行考核。设计质量与创新程度占40%，包括硬件的布置与连接、程序简洁规范、元器件布局是否合理、硬件规范牢固、系统稳定可靠；(2)设计报告30分：设计报告必须独立完成，格式符合要求，文字(不含程序)不少于3 000字，图形绘制规范，不得到网上下载；(3) 平时成绩20分：主要考核学生在项目期间的表现，包括考勤、课堂纪律、学习态度等方面。

此外，有下列情形之一者，考核可按不及格处理：(1)无硬件电路设计；(2)硬件设计没有达到设计要求；(3)程序设计没有达到要求；(4)设计报告雷同率超过50%；(5)平时成绩不及格。

4 结语

在单片机原理及应用课程教学过程中，项目式教学法越来越得到广泛的应用，通过制订项目让学生亲自动手实践，熟悉单片机软硬件知识及应用，进一步提高学生的学习兴趣，通过合理地制订课程考核方式，进一步挖掘与激发学生的创新与实践潜力，因此在实际教学过程中对项目式教学法进行合理应用十分有必要，教师应当大胆尝试并熟练掌握对项目教学法的具体应用，从而提升教学质量。