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摘要：单片机原理与接口技术是一门理论性、实践性和综合性很强的课程。在分析传统的单片机课程教学存在问题的基础上，介绍了项目教学法的思想。从而详细阐述了笔者如何在单片机课程的理论和实践教学中实施项目教学法。
关键词：单片机；项目教学法；传统教学
单片机原理与接口技术是电类、控制类、通信类和机械类各本科专业的专业基础课，具有很强的理论性、实践性和综合性。其目的是培养学生初步具有以单片机为核心的电子产品设计和研发的能力。传统的理论教学方法是按部就班地讲解课程的内容，实验课内容比较孤立。为了发挥学生学习的主观能动性，更好地丰富理论知识，提高实践能力和培养创新思维的能力，笔者通过多年的课程教学实践，以项目教学法为思想，对理论和实践教学进行了一系列的改革，取得良好的教学效果。
1传统教学存在的问题
传统的单片机课程教学存在的主要问题是：
1.1 理论课各章内容比较孤立，学生建立不起内容间的联系
虽然大多数院校以多媒体教学代替了板书，增加了课堂的信息量，但是在教学过程中，还是按照教材内容顺序展开讲解，内容之间的衔接性差。学生在学习完本门课之后，对所学的知识没有一个系统的、完整的认识。
1.2 实验教学内容的针对性不强，缺乏理论和实践的联系
目前的培养方案虽然增加了设计性和综合性实验的比例，但是很多名为设计性的实验事实上只是让学生连连线，这样的实验缺乏真正的工程实践锻炼的机会，无法达到提高学生实践能力的目的。
1.3 学生没有工程项目的意识，不了解完成工程项目的经过
工科本科专业教学的一个基本目标是为社会培养合格的工程技术人才。而如果学生在走上社会之前，尚不了解完成一个工程项目需要经历哪些环节，如何评价一个工程，我们的办学目标就没有达到。传统的教学方式势必导致学生做实验仅仅是为了完成实验任务，不能树立起工程项目的概念，更无从谈及掌握工程项目的设计方法和如何评价项目。
鉴于以上问题，很有必要对单片机课程的理论和实践教学进行改革。
2项目教学法
我国传统教育模式的教学目标是向学生传授系统的文化和专业基础知识，是以知识为本位，强调学科知识的科学性与系统性。教学上注重新旧知识之间的联系，强调识记，但忽视了对学生能力和创造性的培养。在传统的填鸭式教学模式下，学生是外界刺激的被动接收者和满堂灌的对象；教师是知识的传授者和满堂灌的灌输者；教材是授课内容的载体。传统的教学方法没有发挥学生的主动性，学生缺乏钻研的精神，因此难于培养出社会需求的高素质、实践性强、具有创新性的工程技术人才。所以，对传统教学方式进行改革势在必行。
建构主义学习理论认为学习是以学生为中心，在整个教学过程中教师起组织者、指导者、帮助者和促进者的作用，利用情境、协作、会话等学习环境要素充分发挥学生的主动性、积极性和首创精神，最终达到使学生有效地实现对当前所学知识的意义建构的目的。在这种模式中，学生是知识意义的主动建构者；教师是教学过程的组织者、指导者、意义建构的帮助者、促进者；教材是学生主动建构意义的对象；媒体是用来创设情境、进行协作学习和会话交流，即作为学生主动学习、协作式探索的认知工具。
在建构主义学习理论的指导下，德国提出了一种新的教学方法——行动导向教学法。其中项目教学法是行动导向教学法的一种方法。项目教学法是指将传统的学科体系中的知识内容转化为若干个教学项目，围绕着项目组织展开教学，使学生直接参与项目全过程的一种教学方法。学生在完成指定项目的同时，学习和应用已有的知识，在实践一线培养解决问题的能力。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、解决问题的能力以及团队协作精神等。
3项目教学法在理论教学中的实施方法
学生在学习一门新的课程时，最常问的问题是“这门课究竟有什么用？”“学完后能干什么？”对于内容比较枯燥的单片机课程，这些问题尤为突出。因此理论教学中不仅要让学生掌握所讲的内容，更重要的是要让学生了解各章之间的联系和应用场合。为此，在单片机课程绪论中，笔者以比较经典的“温室内环境因子检控系统的设计”为例，说明完成本任务应该具备哪些方面的知识，应用单片机又能完成哪些任务。图1是温室内环境因子检控系统的方框图。
图1 温室内环境因子检控系统结构方框图
温室内的环境因子有多个，譬如温度、湿度、CO2浓度、光照等。由于计算机处理的是数字量，而环境因子是模拟量，就应该选用不同类型的传感器，经过信号检测电路将非电量的模拟量转换成电量的模拟量。由于转换后的信号大小不一定满足要求，就需要对信号进行放大等调理。而计算机处理的是数字量,所以应该经过A/D转换器将电量的模拟量转换成数字量,输入单片机。要让计算机控制执行机构调节温室内因子的大小,就应该将计算机输出的模拟量经过D/A转换器转换成数字量，从而输送给可控硅(SCR)控制电路。
不同的作物，需要的生长条件不同，为此就应该根据具体要求由键盘输入要控制的量，键盘必不可少。要让使用者知道当前各环境因子的值，就应该有显示器。如果控制的因子超限，希望能够报警。其中，信号检测电路、信号调理电路和SCR控制电路部分环节的设计是在学习电工电子技术、传感器原理等课程中应该掌握的。在本门课程中，应该掌握A/D转换器、D/A转换器、键盘、显示器和报警电路是如何与单片机相连接的，这些就是接口技术部分的内容。要完成这样一个控制，是靠执行程序实现的，而程序是由一条条的指令构成的，所以，就必须掌握指令的用法，进而学会编程。设计的程序应该存在程序存储器中，那么这个系统就应该有存贮器，就应该掌握存储器及其与计算机的接口方法。采集温度经常是间隔一定时间采集一次，就需要学习定时/计数器中断。计算机如何识别是否有键按下，靠的是中断，故需掌握计算机中的中断及其用法。
在后续各章内容的讲解过程中，时刻以该项目为线，针对该项目应有的功能阐述知识点，进而给出解决该问题的方法。通过对这个项目的分析，可以引导学生了解相关课程的作用，学习本课程的作用，了解各个知识点的重要性，引导学生如何对项目任务本身作详细阐述。这些工作大大地激发了学生学习的兴趣，为理论知识的学习和掌握提供了保障。
4项目教学法在实践教学中的实施方法
为了克服原有实验内容孤立的弊端，笔者将项目引入到实践教学中。其思想是将一个个涵盖知识点比较多、实践性强、能激发学习兴趣的项目分配给学生，从信息的收集、方案的设计与实施，到完成后的评价，都由学生具体负责。通过项目的实施和任务的完成，使学生能够了解和把握完成项目每一环节的基本要求与整个过程的重点与难点。既掌握了一般操作技能、又能使相关理论知识在实践中得到拓展。
4.1 优选项目
项目是项目教学法的核心,也是教学任务的载体。因此首先优选难易适中的项目,从而构建具有一定规模项目的项目库。项目的确定既要符合本科专业学生学习的认知规律，又要便于组织教学。通过对过去教学实践、企业生产实践和学生接受能力的调查研究,分析、总结、确定了一些知识综合性强、覆盖面广、理论与实践结合紧密又可实现的项目作为课程实施的对象。在优选项目的基础上构建项目库。目前已经构建了具有60多个项目的项目库。例如：可变时制的电子钟、篮球比赛倒计时器、洗衣机控制系统、汽车里程计价器、八路抢答器和记分器、电子音乐盒等。
4.2 分配项目
在课程开课后1～2周，将这些项目分配给各小组，一般2人为一个小组。教师帮助学生分析完成项目应具备的知识，说明课程知识点的联系和应该掌握的知识。通过对项目任务的分析，引导学生了解相关课程的作用，学习本课程的作用，各章知识的重要性；帮助学生如何对项目工作任务本身作详细阐述，这为理论学习提供了积极的动力。
例如,以篮球比赛倒计时器的设计为例,其项目任务可以分解为十六进制——BCD码的转换、1s中断、时间递减、键盘扫描、动态显示、报警等软件任务，以及晶振电路、复位电路、报警电路、中断连接、键盘接口、显示器接口、存储器接口等硬件部分。
4.3 项目的实施
任务确定后，学生们一边学习理论课程，一边分析项目和实施项目。明确该项目要解决哪些问题，关键在哪里，项目中要用到哪些知识点。此时学生主动吸收知识、主动收集资料、主动分析和解决问题，他们成了教学中的主角，而教师则转换为引导者和服务者。在了解了项目的相关知识后，设计相应的环节。边学习边设计，边设计边实践。等课程学习完了，设计的项目也完成了。最后学院出资制作电路板，封装后形成一个完整的系统。图2是学生设计的一个能控制步进电机转向和任意转动速率的控制系统。
图2 步进电机转向和速率控制系统
4.4 汇报项目实施结果
在完成项目任务后，由指导教师检查项目运行结果是否满足设计要求，所有学生观看项目的执行结果，提出修改意见。召开项目汇报大会，每组以PPT汇报设计的思路，关键环节的实现方法，硬件系统的设计方法，存在的问题和改进措施等，并当场演示自己制作的系统。
4.5 项目执行结果评价
项目教学法注重的不是最终的结果，而是完成项目的过程。为此从过程和结果2个方面对项目执行情况给予评价。过程评价注重参与实验的过程，着重考察学生学习、分析问题、解决问题和团结协作能力和工作态度。结果评价考察设计方案的可行性、结果可信度，创新性以及达到预期结果的程度等。过程评价和结果评价分别占到项目总成绩的60%和40%。
5结束语
项目教学法突破了传统的教学模式。将传统教学中的以教师、课本和课堂为中心的“旧三中心”转变为以学生、项目和实践为中心的“新三中心”，充分体现了现代教育的教学模式与特征。学生通过完成项目，理解和掌握了课程要求的知识和技能，体验了实践的艰辛与乐趣，培养了分析问题和解决问题的能力以及团结协作的精神，提高了创新思维。教学有法而教无定法。只要我们尊重认知规律，善于思考和改进教学方法，一定能为社会培养既具有坚实、系统的理论知识，又具有较强的实践技能和创新能力的合格工程技术人才。
参考文献
[1]尤拯.项目教学法在电气控制教学中的应用与实践[J].职业教育，2007，6：29～31
[2]何克抗.建构主义的教学模式、教学方法与教学设计[J].北京师范大学学报(社会科学版)，1997，5：74～81
[3]李二喜，谭立志.项目教学法在单片机原理及应用课程教学中的研究[J].科技信息，2007，20：190～192
关键词：单片机；项目教学法；传统教学
单片机原理与接口技术是电类、控制类、通信类和机械类各本科专业的专业基础课，具有很强的理论性、实践性和综合性。其目的是培养学生初步具有以单片机为核心的电子产品设计和研发的能力。传统的理论教学方法是按部就班地讲解课程的内容，实验课内容比较孤立。为了发挥学生学习的主观能动性，更好地丰富理论知识，提高实践能力和培养创新思维的能力，笔者通过多年的课程教学实践，以项目教学法为思想，对理论和实践教学进行了一系列的改革，取得良好的教学效果。
1传统教学存在的问题
传统的单片机课程教学存在的主要问题是：
1.1 理论课各章内容比较孤立，学生建立不起内容间的联系
虽然大多数院校以多媒体教学代替了板书，增加了课堂的信息量，但是在教学过程中，还是按照教材内容顺序展开讲解，内容之间的衔接性差。学生在学习完本门课之后，对所学的知识没有一个系统的、完整的认识。
1.2 实验教学内容的针对性不强，缺乏理论和实践的联系
目前的培养方案虽然增加了设计性和综合性实验的比例，但是很多名为设计性的实验事实上只是让学生连连线，这样的实验缺乏真正的工程实践锻炼的机会，无法达到提高学生实践能力的目的。
1.3 学生没有工程项目的意识，不了解完成工程项目的经过
工科本科专业教学的一个基本目标是为社会培养合格的工程技术人才。而如果学生在走上社会之前，尚不了解完成一个工程项目需要经历哪些环节，如何评价一个工程，我们的办学目标就没有达到。传统的教学方式势必导致学生做实验仅仅是为了完成实验任务，不能树立起工程项目的概念，更无从谈及掌握工程项目的设计方法和如何评价项目。
鉴于以上问题，很有必要对单片机课程的理论和实践教学进行改革。
2项目教学法
我国传统教育模式的教学目标是向学生传授系统的文化和专业基础知识，是以知识为本位，强调学科知识的科学性与系统性。教学上注重新旧知识之间的联系，强调识记，但忽视了对学生能力和创造性的培养。在传统的填鸭式教学模式下，学生是外界刺激的被动接收者和满堂灌的对象；教师是知识的传授者和满堂灌的灌输者；教材是授课内容的载体。传统的教学方法没有发挥学生的主动性，学生缺乏钻研的精神，因此难于培养出社会需求的高素质、实践性强、具有创新性的工程技术人才。所以，对传统教学方式进行改革势在必行。
建构主义学习理论认为学习是以学生为中心，在整个教学过程中教师起组织者、指导者、帮助者和促进者的作用，利用情境、协作、会话等学习环境要素充分发挥学生的主动性、积极性和首创精神，最终达到使学生有效地实现对当前所学知识的意义建构的目的。在这种模式中，学生是知识意义的主动建构者；教师是教学过程的组织者、指导者、意义建构的帮助者、促进者；教材是学生主动建构意义的对象；媒体是用来创设情境、进行协作学习和会话交流，即作为学生主动学习、协作式探索的认知工具。
在建构主义学习理论的指导下，德国提出了一种新的教学方法——行动导向教学法。其中项目教学法是行动导向教学法的一种方法。项目教学法是指将传统的学科体系中的知识内容转化为若干个教学项目，围绕着项目组织展开教学，使学生直接参与项目全过程的一种教学方法。学生在完成指定项目的同时，学习和应用已有的知识，在实践一线培养解决问题的能力。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、解决问题的能力以及团队协作精神等。
3项目教学法在理论教学中的实施方法
学生在学习一门新的课程时，最常问的问题是“这门课究竟有什么用？”“学完后能干什么？”对于内容比较枯燥的单片机课程，这些问题尤为突出。因此理论教学中不仅要让学生掌握所讲的内容，更重要的是要让学生了解各章之间的联系和应用场合。为此，在单片机课程绪论中，笔者以比较经典的“温室内环境因子检控系统的设计”为例，说明完成本任务应该具备哪些方面的知识，应用单片机又能完成哪些任务。图1是温室内环境因子检控系统的方框图。
图1 温室内环境因子检控系统结构方框图
温室内的环境因子有多个，譬如温度、湿度、CO2浓度、光照等。由于计算机处理的是数字量，而环境因子是模拟量，就应该选用不同类型的传感器，经过信号检测电路将非电量的模拟量转换成电量的模拟量。由于转换后的信号大小不一定满足要求，就需要对信号进行放大等调理。而计算机处理的是数字量,所以应该经过A/D转换器将电量的模拟量转换成数字量,输入单片机。要让计算机控制执行机构调节温室内因子的大小,就应该将计算机输出的模拟量经过D/A转换器转换成数字量，从而输送给可控硅(SCR)控制电路。
不同的作物，需要的生长条件不同，为此就应该根据具体要求由键盘输入要控制的量，键盘必不可少。要让使用者知道当前各环境因子的值，就应该有显示器。如果控制的因子超限，希望能够报警。其中，信号检测电路、信号调理电路和SCR控制电路部分环节的设计是在学习电工电子技术、传感器原理等课程中应该掌握的。在本门课程中，应该掌握A/D转换器、D/A转换器、键盘、显示器和报警电路是如何与单片机相连接的，这些就是接口技术部分的内容。要完成这样一个控制，是靠执行程序实现的，而程序是由一条条的指令构成的，所以，就必须掌握指令的用法，进而学会编程。设计的程序应该存在程序存储器中，那么这个系统就应该有存贮器，就应该掌握存储器及其与计算机的接口方法。采集温度经常是间隔一定时间采集一次，就需要学习定时/计数器中断。计算机如何识别是否有键按下，靠的是中断，故需掌握计算机中的中断及其用法。
在后续各章内容的讲解过程中，时刻以该项目为线，针对该项目应有的功能阐述知识点，进而给出解决该问题的方法。通过对这个项目的分析，可以引导学生了解相关课程的作用，学习本课程的作用，了解各个知识点的重要性，引导学生如何对项目任务本身作详细阐述。这些工作大大地激发了学生学习的兴趣，为理论知识的学习和掌握提供了保障。
4项目教学法在实践教学中的实施方法
为了克服原有实验内容孤立的弊端，笔者将项目引入到实践教学中。其思想是将一个个涵盖知识点比较多、实践性强、能激发学习兴趣的项目分配给学生，从信息的收集、方案的设计与实施，到完成后的评价，都由学生具体负责。通过项目的实施和任务的完成，使学生能够了解和把握完成项目每一环节的基本要求与整个过程的重点与难点。既掌握了一般操作技能、又能使相关理论知识在实践中得到拓展。
4.1 优选项目
项目是项目教学法的核心,也是教学任务的载体。因此首先优选难易适中的项目,从而构建具有一定规模项目的项目库。项目的确定既要符合本科专业学生学习的认知规律，又要便于组织教学。通过对过去教学实践、企业生产实践和学生接受能力的调查研究,分析、总结、确定了一些知识综合性强、覆盖面广、理论与实践结合紧密又可实现的项目作为课程实施的对象。在优选项目的基础上构建项目库。目前已经构建了具有60多个项目的项目库。例如：可变时制的电子钟、篮球比赛倒计时器、洗衣机控制系统、汽车里程计价器、八路抢答器和记分器、电子音乐盒等。
4.2 分配项目
在课程开课后1～2周，将这些项目分配给各小组，一般2人为一个小组。教师帮助学生分析完成项目应具备的知识，说明课程知识点的联系和应该掌握的知识。通过对项目任务的分析，引导学生了解相关课程的作用，学习本课程的作用，各章知识的重要性；帮助学生如何对项目工作任务本身作详细阐述，这为理论学习提供了积极的动力。
例如,以篮球比赛倒计时器的设计为例,其项目任务可以分解为十六进制——BCD码的转换、1s中断、时间递减、键盘扫描、动态显示、报警等软件任务，以及晶振电路、复位电路、报警电路、中断连接、键盘接口、显示器接口、存储器接口等硬件部分。
4.3 项目的实施
任务确定后，学生们一边学习理论课程，一边分析项目和实施项目。明确该项目要解决哪些问题，关键在哪里，项目中要用到哪些知识点。此时学生主动吸收知识、主动收集资料、主动分析和解决问题，他们成了教学中的主角，而教师则转换为引导者和服务者。在了解了项目的相关知识后，设计相应的环节。边学习边设计，边设计边实践。等课程学习完了，设计的项目也完成了。最后学院出资制作电路板，封装后形成一个完整的系统。图2是学生设计的一个能控制步进电机转向和任意转动速率的控制系统。
图2 步进电机转向和速率控制系统
4.4 汇报项目实施结果
在完成项目任务后，由指导教师检查项目运行结果是否满足设计要求，所有学生观看项目的执行结果，提出修改意见。召开项目汇报大会，每组以PPT汇报设计的思路，关键环节的实现方法，硬件系统的设计方法，存在的问题和改进措施等，并当场演示自己制作的系统。
4.5 项目执行结果评价
项目教学法注重的不是最终的结果，而是完成项目的过程。为此从过程和结果2个方面对项目执行情况给予评价。过程评价注重参与实验的过程，着重考察学生学习、分析问题、解决问题和团结协作能力和工作态度。结果评价考察设计方案的可行性、结果可信度，创新性以及达到预期结果的程度等。过程评价和结果评价分别占到项目总成绩的60%和40%。
5结束语
项目教学法突破了传统的教学模式。将传统教学中的以教师、课本和课堂为中心的“旧三中心”转变为以学生、项目和实践为中心的“新三中心”，充分体现了现代教育的教学模式与特征。学生通过完成项目，理解和掌握了课程要求的知识和技能，体验了实践的艰辛与乐趣，培养了分析问题和解决问题的能力以及团结协作的精神，提高了创新思维。教学有法而教无定法。只要我们尊重认知规律，善于思考和改进教学方法，一定能为社会培养既具有坚实、系统的理论知识，又具有较强的实践技能和创新能力的合格工程技术人才。
参考文献
[1]尤拯.项目教学法在电气控制教学中的应用与实践[J].职业教育，2007，6：29～31
[2]何克抗.建构主义的教学模式、教学方法与教学设计[J].北京师范大学学报(社会科学版)，1997，5：74～81
[3]李二喜，谭立志.项目教学法在单片机原理及应用课程教学中的研究[J].科技信息，2007，20：190～192