项目教学法在《单片机技术应用》课程中应用

.--项目教学法在《单片机技术应用》的应用【摘要】从80年代初，在我国的大学相关专业中《单片机原理与应用》课程已经开设。随着电子技术、计算机技术的发展，单片机应用越来越普及，在很多中职学校的相关专业也开设了这门课程。但中职学校《单片机应用》的教材仍然沿用大学的教材，其课程内容的顺序、教学内容的侧重并不符合中职学生的认知能力和学习能力。本文论述如何在单片机技术的教学过程中采用项目教学法编写教材和安排教学内容，以此引起学生学习单片机技术的兴趣，培养学生的学习能力，提高教学效果。【关键词】项目教学法；单片机随着电子技术和计算机技术的飞速发展，单片机技术的应用已日渐普及。单片机的教学已不仅仅在大学的课堂中开展，在很多中职学校也陆续开展了单片机技术的教学，国家每年也举办全国中职《单片机控制装置》比赛项目。但传统的单片机技术的教材都是比较侧重原理、内容比较深的大学的教材，很少有适用于中职学生学习单片机技术的教材。为此编写适用于中职单片机课程教学的教材已摆上我们的议事日程。一、传统的单片机教材与教学方法 传统的单片机教材的内容一般包括计算机基础知识、单片机的硬件结构、单片机的指令系统、单片机的汇编语言程序设计、单片机的中断与定时系统、单片机的存储器扩展、单片机的I/O口扩展、单片机的A/D、D/A转换、单片机的应用实例等。 （一）计算机基础知识内容分析 对于中职学生而言，有一定的基于WINDOWS操作系统的计算机应用基础但对数制、编码、逻辑运算等知识还是缺乏，所以本部分的内容仍有必要保留。 （二）单片机的硬件结构内容分析 单片机的应用必定包括硬件电路和应用程序连大部分，而且这两大部分是紧密结合的。没有单片机的硬件知识，不可能编写应用程序，当然也就不可能有单片机的应用系统。单片机的硬件结构包括单片机的封装、引脚及功能、程序存储器配置、数据存储器配置、SFR、时序电路及时序、复位操作、I/O口等。这部分的知识是必需的。但从单片机的应用、单片机技术的发展及中职学生的学习能力对有些内容的编写可以做适当的删减和变化。 如，外部程序存储器、数据存储器的扩展部分。其一，电子技术的发展使单片机内部程序存储器、数据存储器的容量越来越大，只要选择合适的单片机就可以解决单片机内部程序存储器、数据存储器的容量不够的问题；其二，若如采用扩展的方法也失去“单片”的意义，第三，从中职学生的学习能力而言所设计编写的程序也不会很大，一般情况已经够用。又如，时序电路及时序，实际应用没有必要了解单片机执行一条指令的每一个节拍、每一个动作，只要了解执行指令的结果和执行指令所需的时间。对于I/O口则只需要了解每个I/O口的特点及驱动能力即可。 （三）单片机的指令系统、单片机的汇编语言程序设计等内容分析 传统大学教材在这些内容的安排中是独立的。这样的编排方式在中职的实际教学过程中会让学生在感到枯燥无味而没有学习兴趣，学习的效果也很差。如，单独学习单片机的指令系统、学习每一条指令很无味、学习单片机的寻址方式不易理解。所以在新教材编写的过程中，这些内容的编写可以采用项目教学法把这些内容有机融合在一起，通过项目教学，使单片机的软硬件结合起来，学习单片机的指令、程序设计等。二、项目教学法项目教学法是师生通过共同实施一个完整的项目工作而进行的教学活动。在这里，项目指以生产一件具体的、具有实际应用价值的产品为目的的任务，它应该满足以下条件：1、该工作过程用于学习一定的教学内容，具有一定的应用价值；2、能将某一教学课题的理论知识和实际技能结合起来；3、与企业实际生产过程或现实商业经营活动有直接的关系；4、学生有独立制定计划并实施的机会，在一定时间范围内可以自行组织、安排自己的学习行为；5、有明确而具体的成果展示；6、学生自己克服、处理在项目工作中出现的困难和问题；7、项目工作具有一定的难度，要求学生运用新学习的知识、技能，解决过去从未遇到过的实际问题；8、学习结束时，师生共同评价项目工作成果。在项目教学中，学习过程成为一个人人参与的创造实践活动，注重的不是最终的结果，而是完成项目的过程。学生在项目实践过程中，理解和把握课程要求的知识和技能，体验创新的艰辛与乐趣，培养分析问题和解决问题的思想和方法。在《单片机技术应用》课程中，可以通过一系列有机地融入相关的内容项目构成教材、按照项目进行教学。三、项目教学法在《单片机技术应用》课程中应用的课程开发《单片机技术》项目教学教材的开发（编写）应遵循以下要求。（一）《单片机技术》项目教学教材培养以职业能力为目标《单片机技术》是应用电子专业的一门课程，根据这一原则，教材的编写应以职业行为活动分析为基础，以职业能力为依据，根据课程的教学目标分类要求，形成以培养职业能力（专业能力、方法能力、社会能力）为目标的课程结构。由此，在《单片机技术》教材中使用的学习内容不应再是传统《单片机原理与应用》课程中的编排体系的教材，而是根据单片机技术应用过程中的职业活动的需要，把相关的知识和技能有机地融合到项目学习的过程中去。单片机技术涉及的应用领域的范围很广，如制冷机械生产行业、通讯仪器生产行业、电子仪表生产行业、电子音响生产行业、家用电器生产行业、教学仪器生产行业、机械制造行业等。具体的职业活动有：单片机硬件电路的设计，如电子线路的原理图绘制、印制电路板的绘制；单片机应用程序的编写；单片机应用电路的板级安装、调试，如电子线路板的元器件插装、元器件的焊接；产品的总机安装、调试，如箱级连线的安装、总机的调试；电子的元器件采购；销售及售后服务，如电子产品的咨询、维修；电子产品在现场的安装、调试，如自动控制设备的现场安装、调试、维修；电子元器件安装、焊接、加工设备的使用等。通过单片机技术应用的行业和职业活动的分析，在教材开发（即编写）的过程中既要体现学习单片机技术，又要注重培养学生分析能力、解决问题的方法能力、综合概括能力、学习新知识的能力、动手能力、团结协作能力、社会适应能力等综合能力。所以，我们在教材的编写中利用一个个项目，通过了解项目背景提出、问题分析、电路确定、程序编写、电路安装、电路调试、项目总结等过程来培养学生的各种能力。例如，在《流水灯控制器》项目：问题的提出：某一商家需要在灯箱上流水灯，可以采用什么方法可以解决这一问题。通过项目背景了解、实物查看、问题分析、方案提出及讨论、方案制定、制定实施计划、计划的实施（采用电路、参数估算、印制电路板设计、元器件采购、程序编写、电路安装调试）、成果展示、项目总结等教学环节，综合提高学生的关键能力。（二）《单片机技术》学习内容应以中职学生的学习能力分析为基础中职学校的学生基础总体较差，分析解决问题、抽象思维能力薄弱，学习兴趣的持续时间短，根据上述学生情况的分析，《单片机技术》教材开发中的项目应从易到难，由浅入深从单片机的最小应用系统入手，把单片机的软硬件及相关知识有机地融合到不同项目中。当然，单片机技术工程实际应用的项目通常比较复杂，所以要满足单片机技术学习的实际工程项目很少。满足学习的需要，可以从实际工程项目中，抽取部分功能作为学习项目。如《交通灯控制器》项目，可以抽取LED数字倒计时功能作为一个学习项目。四、项目教学法在《单片机技术》课程中的实践在学校领导、教导处的关心和支持下，高二电子备课组在单片机技术的实际教学过程中采用了项目教学法。以下介绍其中一个项目的实践过程。《流水灯控制器》项目的实践1、项目设立的背景班级要搞“元旦联欢会”需要用流水灯装饰教室，为学以致用，老师希望同学们自己做一个流水灯。该项目设立的基本符合项目教学法的要求（1）该项目具有一个轮廓清晰的工作任务，工作成果具有一定的应用价值。（2）在项目工作过程中可学习一定的教学内容。（3）在本项目的实施过程中，可以融合对应的教学内容：如，稳压电源，单片机I/O口；数据传送指令；三极管驱动电路；电子线路的计算机辅助设计即〈〈PROTEL〉〉的应用；电子装配工艺技能等（4）在指导教师的指导下，学生有独立进行计划、工作的机会，在一定的时间范围内可以自行组织、安排自己的学习行动。学生自己克服处理在项目工作中出现的困难和问题。（5）在实施本项目的教学过程后，有明确而具体的成果展示。具有一定的难度，不仅是已有知识、技能的应用，而且还要求学生运用已有知识，在一定范围内学习新的知识技能，解决过去从未遇到过的实际问题。当然，在职业教育实践中，很难找到完全满足这标准的课题，特别是学生完全独立制定工作计划和自由安排工作形式。但当一个课题基本满足大部分要求时，仍可把它作为一个项目对待。2、项目实施计划（1）项目预期目标：根据设计制作一块《流水灯控制器》电路板（2）项目活动准备预案：①项目方案的讨论②画出电路图③对有关的电子线路的知识复习，如稳压电源原理；单片机I/O口；数据传送指令；《PROTEL软件》的应用；三极管驱动电路。④设计绘制电路原理图⑤确定电子元件的参数⑥列出元器件清单⑦采购元器件⑧根据图纸（电路原理图、印制电路板安装图）安装、调试电路板⑨项目成果展示、项目总结（3）预测困难与应对策略:①本项目是一个综合性的项目，涉及到比较多的理论知识及实际应用知识。因此前期的准备工作很重要，这也是培养学生综合能力的一个关键环节。应对策略：在指导教师的指导下，分步骤、分环节由学生自主地复习、查找、消化吸收，必要时由教师讲解。②线路设计不合理，主要是元器件选择不合理；元器件参数不合理；元器件难以采购到；元器件成本太高。应对策略：根据要求查有关手册；调查市场，重新选择元器件；重新考虑设计方案，请教指导教师。3、项目活动进程：第一阶段教师解释运作方法，教师说明问题的背景，说明要解决的问题，实地考察，鼓励学生进行创造性思维，并导向学生进入方案的讨论。包括：①电源电路；②单片机I/O应用；③复位电路和振荡电路；④驱动电路；⑤指令学习；⑥程序编写⑦电路原理图的设计和绘制；列出元器件清单（包括元器件型号、参数，价格）第二阶段：讨论、审查第一阶段的结果：①是否能满足预定目标的要求②能否在满足预定目标的要求降低成本③修改和确定方案第三阶段:①采购元器件②安装调试第四阶段：项目总结验收，包括：①实物总结：实物展示、电路功能检测与评价②项目相关资料的汇总：主要有电路原理图、印制电路板图、电路材料清单、电路成本分析；③项目活动总结：项目教学过程的总结，包括项目执行的过程步骤、结果的分析、成功的体验、失败的原因分析及改进措施等4、项目教学实践中的体会虽然在项目教学法课程开发之初已经了解了实施项目教学法对教师的要求包括教师的教育教学能力、教师自身的专业知识和技能的要求很高，真的实施起来仍然会有准备不足的感觉。①改变教学理念，对传统的教学方式进行改革并不是一段时间、一个项目、一次实践或者纯粹的理论学习就可以改变的。对国家的教学观念、对学校和教师的教学观念是如此，对学生的教学观念更是如此。教学方法教学理念的改变需要过程。

我们都知道应该“在教学方式上要把重点教给学生一定知识转变为重点激发学生学习兴趣和培养学生学习能力-这是两种截然不同的教学方式，前者主要是在教师的作用下，学生消极被动地进行学习，学生一般没有自己选择的余地，常常地依赖老师从事学习活动”。在实际的教学过程中，由于学生从幼儿园到高中的十几年的学习过程，已经习惯了我写你抄，我讲你听，我动手你观察，然后模仿、练习这样的以教师为中心、教材为中心、课堂为中心的学生被动的教学模式，加之职业学校学生本身的素质偏低、能力偏弱、基础偏差、学习兴趣不高（之所以到职业学校学习并非出于兴趣爱好而是无奈）的现实，对突然地、大幅度地改变教学方法，把学习的主动权、学习的时间让学生自己掌控显得十分不适应。学生参与的热情不高，学生的身心当然也没有全部投入。采用项目教学法其中的一个作用就是激发学生的学习主动性、积极性。在学生还不适应这样的教学方法的情况之下，教师的激发、诱导的手段尤其显得重要，对此需要有充分的准备。只有把学生学习的兴趣、学习的积极性调动起来，把学生的身心引领到项目的活动中去，让学生在活动的过程中体会到这些“活动”的乐趣，学生的学习才会由被动变成主动，由消极变成积极，由被动接受变成主动探求。只有这样，教学的进程才容易把握，也就会达到不教而教的不地步，收到事半功倍的效果。如果能让学生“动起来”，教学就成功了一半。采用项目教学法利用现实场景设置问题、对问题讨论、提出解决方案（计划）。②就思维能力而言，要把给学生问题，给予学生思路，给予学生结论的教学方式转变为学生自己发现问题，自己解决问题，自己得出结论的教学方式。这两种教学方式有着本质的差别，前者，学生的思维活动基本上始末放他人是假思维，在整个教学活动中，学生没有时间，没有机会，没有能力去思考。这种教学无异于老师在表扬一场木偶戏，老师怎样动作，学生就怎样活动，如此一来，一个富有潜力的生动的学生就变成了老师一个机械呆板的玩偶。诸多有个性、思想活跃的"天才"，由于不适应这种教学方式而被"扼杀"。素质教育又成为一句空话。而后者，学生的思维是自我探索的真思维。真正的思维应是自己发现问题，分析问题和解决问题，这是一个真正的思考过程，也是培养学生综合素质过程，符合素质教育的目的。

③就实践能力而言，包括两方面含义：一是在课堂教学中，通过创设一定的现实情景，设计形式多样且有意义的相关实践活动，从而培养学生综合运用能力。通过这一活动，老师可以向学生渗透新的专业知识，当学生意识到所学知识与实践活动相关联时，便会产生运用知识的欲望和完成实践任务的成就感。于是，他们就会更加主动地参与学习活动，进而学到更多的知识。二是要把学生坐在教室里上课，做作业然后参加考试的教学方式转变为创设广阔的健康向上的学校大舞台和社会大舞台，引导学生自我投入，自我选择并全身心活动起来的教学方式。通过这些实践活动去学习知识、培养能力，激发学生们的学习兴趣，提高学习效率。

总之，转变教学理念，改变教学方式从根本上讲就是最大限度地把学生的学习、思维、实践交给学生自己，让学生认真学习，真思维，真实践从而提高他们的学习能力；发展他们的思维能力，增强他们的实践能力，开创他们的创新能力。

④教学方法的应用：在行动导向型教学策略下，我们根据不同的场景和学生情况灵活采用多种方法。优选教学方法的前提之一，是教师对各种教学方法的理解和掌握，全面地、深刻地了解各种教学方法的特点及其局限性。为此，教师必须在教学实践中广泛运用各种方法进行教学，积累丰富的实践经验，并且还要努力学习教育科学理论，提高自己的理论水平。只有在实践和理论的结合中，逐步掌握优选教学方法和综合运用教学方法的基本功，逐步形成具有自身个性特色和艺术风格的教学方法。在正确的教学思想指导下，从教学的实际情况出发，按照各种不同的教学方法的特点及其适用范围，在运用教学方法时，要根据下列三个原则。（1）择优性原则每一种教学方法都有它的特点，亦有它的不足之处。教学实践表明，不同的教学方法所取得的教学效果是不相同的。我们应该根据教学内容、教学对象和教学条件