薛伟 黄玉金 刘玮

摘要：单片机课程是测控技术与仪器专业的专业基础课，具有知识点多、实践性强和综合性强的特点。该文针对当前单片机课程教学中存在的不足，提出了基于项目驱动法和混合教学模式的新教学方法。该方法将项目分为三个层次，对不同层次的项目分别采用常规教学模式和翻转课堂教学模式，可利用不同教学模式的优点，在强化基础知识学习的同时，充分发挥学生的主观能动性。实践结果表明，新的教学方法可有效提高学生的学习效率和学习积极性，取得了较好的教学效果。

关键词：单片机;项目驱动法;混合教学模式;翻转课堂

中图分类号：G424      文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2021）11-0149-03

1 背景

单片机课程是测控技术与仪器专业的一门核心专业基础课，在整个课程体系中起着重要的衔接作用[1]。单片机课程知识点多，涉及数字电路、模拟电路、传感器、信号处理和程序设计等多方面的内容，具有很强的实践性和综合性[2]。熟练掌握单片机技术和系统设计能力，不仅有助于提升知识技能和创新实践能力，更有利于专业素养的提高，满足社会对应用型人才的需求。

在传统的单片机课程教学中，一般采用先讲理论、再进行实验的方式，这种方式存在着以下的不足：1）理论部分讲授过多，形式单一，且知识点比较分散，导致学生理解困难，学习效率不高;2）实验项目都为基础性实验，且相互独立、没有关联性，缺少设计性和综合性实验和团队协作能力的锻炼;3）教学过程都以教师为中心，难以发挥学生的主观能动性。

针对单片机课程传统教学中存在的问题，本文提出了一种基于项目驱动法和混合教学模式的新教学方法。首先，将课程知识点分解到三个不同层次的项目中，按照项目导向、任务驱动的方式组织教学，以提高学生对知识点的理解和实践能力;然后，对于难度较低的前两个层次项目，采用常规教学模式，以引导学生快速入门，强化基础知识点的学习，提高学习效率;最后，对于难度较高的第三层次项目，采用翻转课堂教学模式，以激发学生的学习积极性，培养启发性思维和团队协作精神。

2 项目驱动法理念及实施过程

2.1 项目驱动法教学理念

传统的教学方法强调以教材中心，理论学习为主，实践为辅。在教学形式上，教师主要通过PPT、板书和语言讲解来讲授知识;在教学内容上，主要按照教材章节顺序进行讲授。对于单片机课程，其知识点多，实践性强，传统的教学方法导致学生对知识点理解不深、理论与实践存在脱节。

项目驱动法是一种建立在建构主义理论上的新方法[3-4]，教材知识点不是教师唯一讲授的内容，而是学生主动建构的对象。与传统的教学方法相比，項目驱动法的特点是在教学过程中将理论学习和实践紧密结合，将老师的“教”和学生的“做”充分融合。在项目驱动法中，知识点都嵌入在项目中，通过任务驱动来引导学生进行知识点的学习，通过任务目标来锻炼学生的实践能力。在项目进行中，学生带着任务去学习，能更深刻理解知识点的内涵及其关联性，提高学习效率。

2.2 项目驱动法的实施过程

项目驱动方法需要重组教学内容，教学内容不再按照教材中的章节来划分，而是归纳为多个知识点，按照知识点来设计项目，通过项目来实现对知识点的理论学习和实践训练。项目的设计以课程培养目标为依据，以社会需求为导向。这里根据项目的复杂度和覆盖知识点的情况，采用循序渐进的方式，将项目分为三个层次：基础性项目、提升性项目和综合性项目。

1） 基础性项目。基础性项目针对初学者的特点来设计，主要是掌握单片机的基本知识点。这一层次项目功能简单，易于实现，能够调动学生的学习兴趣，引导学生快速入门。

2）提升性项目。提升性项目针对具有初步基础学习者的特点来设计，主要是掌握单片机知识点的简单组合应用。这一层次项目具有一定的检测控制功能，能让学生建立单片机系统的概念。

3） 综合性项目。综合性项目针对具有一定理论和实践基础学习者的特点来设计，主要是掌握单片机功能的综合应用。这一次层次项目具有完整的系统检测控制功能，覆盖知识点多，需要团队合作完成，能发挥学生的自学能力，锻炼学生的团队合作精神。

基础性项目的设计如表1所示，一共8个，每个项目均涵盖单片机的1～2个基础知识点。通过基础性项目的学习，让学生了解单片机基本结构、工作原理和外设接口，掌握基本程序设计和调试方式，具备单片机基本功能开发能力。

提升性项目的设计如表2所示，一共5个，每个项目均包含若干个知识点。通过提升性项目的学习，让学生对单片机片内资源和外围电路有进一步了解，掌握软硬件调试方法，具备单片机基本系统的开发能力。

综合性项目的设计如表3所示，一共2个，如表3所示，每个项目均包含多个功能模块。通过综合性项目的教学，让学生对单片机系统设计和相关扩展知识的应用有比较深刻的了解，具备单片机综合应用系统的开发能力。

3 混合教学模式及实施过程

目前的教学模式可分为常规教学模式和翻转课堂模式。常规教学模式中以老师为主导，以课堂讲授为主，以课后辅导答疑为辅，侧重于基础知识的教学，通过老师的讲授和督促有利于教学进度的统一，但是很难调动学生的学习积极性。

翻转课堂模式是将课堂内的事情转换到课堂之外进行，在课堂内主要进行讨论和答疑[5]，即将常规模式中课堂内外的任务进行了翻转，课堂内的学习任务转换到课堂之外进行，而课后的讨论答疑转换到课内进行。在翻转课堂模式中，学生有更多的学习自主权，需要在课前通过自学完成大部分知识点的学习;在课堂上学生起主导作用，教师不再进行知识的讲授，而是通过讨论辅导学生完成知识点的学习。翻转课堂模式能够节省课堂上理解新知识的时间，专注于更深层次知识的学习和理解，让学生有更强的学习参与感，提高学习主动性。翻转课堂模式虽然可以发挥学生的学习主导作用，但学生在课堂外的自主学习中与教师联系较少，有些问题无法得到教师的及时解答，这样也会影响学习的积极性。此外，不同的学生在学习主动性方面存在差异，对于学习主动性较差的学生，还需要老师督促推进，否则会影响教学效果。

在单片机课程的项目设计中，三个层次项目的难度是逐渐增加的，单一的常规教学模式或者翻转课堂模式难以很好地适应所有层次的项目，因此，这里采用混合教学模式来实现项目化教学。

3.1 基于项目驱动的常规教学模式的实施

对于基础性项目和提升性项目，采用常规教学模式，着重于让学生掌握单片机基础知识点及其组合应用。这一层次项目的平台为MCS-51单片机实验箱，包含单片机最小应用系统和常见的外围功能模块，最小系统和各模块之间通过简单的连线可组成不同项目的硬件系统。项目的教学以教师为主导，学生为学习主体，实施流程如图1所示。首先，教师在课堂上发布项目任务，并根据项目要求讲解知识点，通过面对面讲授，教师可以掌控整体进度，并能及时回答学生的问题。然后，教师分析项目方案，每个学生根据方案搭建硬件系统，并编写软件，这期间教师需要巡回指导，及时答疑解惑。最后，学生进行功能演示并撰写项目报告，教师对项目进行验收并给出总结评价。在具体实施中，对于基础性项目，以教师讲解为主、辅导答疑为辅;对于提升性项目，教师讲解适当减少，辅导答疑则适当增加，以给学生一定的自主学习空间。这样将集中讲解和分析辅导相结合，通过简单的硬件搭建和的软件编程，可让学生能较快地掌握基础知识点，锻炼实践能力，提高学习效率。

3.2 基于项目驱动的翻转课堂模式的实施

对于综合性项目，采用翻转课堂教学模式，着重于让学生掌握单片机系统设计方法。这一层次项目的平台为MCS-51单片机开发板，包含单片机最小应用系统和扩展接口。项目的教学以学生为主进行，教师进行相关辅导，实施流程如图3所示。

在课前，教师根据项目任务，进行知识点分解，准备开发板和扩展器件的原理资料，并制作微视频，提供给学生，让学生在课前自主学习，充分了解项目的知识点。

在课堂上，学生为学习主体，3～4名学生分为1组进行学习。首先，学生进行团队讨论交流，确定项目方案，教师需要关注每组讨论的进展，对学生的思维进行启发，分析设计思路是否正确。然后，学生根据确定的方案，进行软硬件联合开发和调试，在此期间教师也需巡回检查，随时解答学生的问题。最后，学生以小组为单位进行功能演示，并提交报告，教师验收后分别给出小组评价和个人评价。

在课后，学生需要对项目完成情况进行总结，分析项目中出现的问题，进一步完善项目。教师需要根据各个小组完成的情况，对教学进行反思，不断完善教学资料，优化项目设计，以进一步提升教学效果。

在综合性项目的教学中，学生在课前学习、课中讨论和实现、课后总结完善三个环节均占主导地位，教师不再进行集中讲解，从主导地位转变为辅导地位，以培养学生分析问题和解决问题的能力，充分发挥学生的主动学习能力。此外，通过小组方式进行项目实施，还有利于培养学生的协调沟通能力和团队合作精神，激发学生的学习热情。

4 实践效果

在最近两年的单片机课程教学中，对基于项目驱动和混合教学模式的教学方法進行了实践，取得了较好的效果，体现如下：

1） 学生的学习兴趣明显增强，对基础知识点的理解更加深刻，期末考试中平均成绩提高了9%;

2） 学生的学习效率得到提升，在完成基础性项目的学习后，基本能够掌握单片机原理和基本应用;

3） 学生的实践能力和团队合作能力得到提升， 在以单片机为核心、以小组形式进行的检测技术实习中，所有小组在完成课题基本任务的基础上，都能完成扩展任务要求，优秀率达到40%以上。

5 结束语

针对单片课程的特点和目前教学方法的不足，本文提出了一种基于项目驱动法和混合教学模式的新教学方法。通过项目任务驱动教学，让学生在实践中学习，可提高动手能力，激发学习热情，提高学习效率;通过设计三个不同层次的项目，分别采用常规教学模式和翻转课堂模式进行教学，在以教师为主强化基础知识学习的同时，逐步让学生成为学习的主角，可充分发挥学生的主观能动性，培养团队合作精神。实践结果表明新方法可有效提升教学效果，提高学生对单片机的综合理解和应用能力。

参考文献：

[1] 顾亚雄，张禾，赖欣.测控技术与仪器专业课程体系改革探索[J].实验技术与管理，2008，25（6）：142-145.

[2] 李建忠.单片机原理及应用[M].2版.西安：西安电子科技大学出版社，2008.

[3] 唐炜.基于“项目驱动”的单片机类课程实践教学改革[J].实验室研究与探索，201，29（5）：130-132.

[4] 谢宏霖.基于"项目驱动法"的单片机类课程教学探索[J].电脑知识与技术，2012，8（30）：7290-7292.

[5] 潘炳超.翻转课堂模式应用于高校教学的实验研究[J].电化教育研究，2015（3）：83-88.

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