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任务驱动教学法在《单片机原理及应用》教学中的实施
作者：刘国联
关键词：单片机原理及应用；任务驱动教学法；优势；实施
《单片机原理及应用》是一门重要的专业基础课，但是，学生普遍反映该课程难学，课堂教学效果一直不理想，原因主要有以下几个方面：一是软硬件介绍完全分割开，软硬件系统没有联系，这就使得学生在构建实际的单片机应用系统时缺乏系统化、整体性设计的思路；二是理论讲授过多，实验太少或者缺乏综合性、开发性实验，学生感觉枯燥，没有兴趣和成就感，创造性、主动性、协作精神及技术应用能力等都比较差；三是教学人员对单片机的教学指导思想不理解，重点把握不准。笔者经过近两年的反复探索发现，在《单片机原理及应用》课程教学中引入任务驱动教学法能够收到比较理想的效果。
任务驱动教学法的内涵
任务驱动教学法是实施探究式教学的一种教学模式，其显著特征是，教师的教学与学生的学习都是围绕一个目标，基于几项任务来完成的，适合于培养学生的自学能力和独立分析问题和解决问题的能力，尤其适用于实践性较强的理工科教学。具体来说，就是教师把一学期要完成的教学内容设计成一个或多个具体的任务，让学生通过完成这些任务来掌握教学内容，培养解决实际问题和创新的能力。
例如，采用任务驱动教学法授课时，可以将《单片机原理及应用》这门课分解成概述、内部结构、汇编语言程序设计和内部资源等模块，除了概述模块，又可以将其他模块分为若干个子模块，每一个子模块对应列举1～2个工程应用实例，其体系结构如图所示。通过任务驱动教学法构造出的全新模块式的教学内容体系是按照“注重基础知识，以培养实践能力、综合应用知识能力、创新能力及在实践中主动获取知识的能力为主要目的”的教学指导思想把各项理论知识和硬件结构及原理分解到各个具体的实例中，通过在规定的时间里完成各个实例来达到教与学的目的。同时，各模块、子模块和实例在授课顺序和内容安排上应符合该门课程的特点，符合前后知识的连贯性以及高职教育的要求，前面的内容应为后面的内容打下基础，后面的内容在不断注入新知识和新概念的同时，也应对前面学过的知识点进行适当的重复和巩固。
在《单片机原理及应用》教学中运用任务驱动教学法的优势
目标明确，针对性强采用任务驱动教学法进行教学，针对某个任务，教师和学生都有明确的教学重点和难点，有助于有的放矢，提高教学质量。
可提高学生的参与意识，培养学生的学习能力在教学过程中，如果总是教师讲、学生听，学生容易产生疲劳感，也容易养成对教师的依赖心理。而采用任务驱动教学法进行教学，教师在每节课都要求学生完成一个具体的任务，学生在思想上就有紧迫感，在教师讲解的过程中，学生不再是被动地接受，而是积极地参与、思考和学习，学习能力自然也得到锻炼和提高。
可培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力例如，关于单片机控制彩灯循环的问题，让学生自己按照电路原理图接好线，将程序输入计算机，然后打开开发板上的电源，按下启动按钮就能看到彩灯循环闪烁。在此过程中，学生也许会问：为什么输入简单的几条程序就能让彩灯循环闪烁？与LED相连的是单片机的什么管脚，有何用途？这些程序存在哪里，各代表什么意思？等等。这个学习、讨论、思考的过程也正是学生各种能力得以提高的过程。
有利于软硬件知识的相互联系原来分离的软硬件知识点都集中在一个个的课题任务中，通过完成这些课题，也就学习和掌握了软硬件知识，有利于学生从系统、整体的观点看待问题和分析问题。
理论与实践结合更加紧密每一个课题任务都与新知识、新概念相关联，完成一个任务也就学习了新知识、新概念，同时这些新知识、新概念又是后面课题任务的基础。这种“练—学—练—学”的循环过程让学生学得轻松、学得愉快，激发了学生的学习积极性，使原来枯燥乏味的理论在生动多样的课题任务中逐步为学生理解、接受和掌握。
任务驱动教学法在《单片机原理及应用》教学中的具体实施
下面以实例——彩灯受控闪烁来讲述任务驱动教学法的具体实施过程。首先向学生提出任务，即要求单片机工作时，发光二极管LED按1Hz频率闪烁，按键S1后在原状态基础上停止5S，再按原频率闪动。
任务的具体实施步骤如下：
分析这一步骤可以培养学生的发散性思维，学生根据自己的知识积累结合硬件电路和任务描述读懂电路组成部件及其作用，分析电路如何工作，从而确定哪些地方不够熟悉以及该部分知识涉及的是新内容还是旧内容，若是新内容则属于本次的学习任务，若是旧内容则是复习的机会；同时还可以确定重点和难点。该过程有利于培养的学生分析问题及发现问题的能力。
动手在分析任务之后，让学生试着绘制程序流程图，写几条程序，考虑到教学进度、学生学习的循序渐进性和现有的知识结构，教师应给出参考程序，然后指导学生在模拟仿真软件上编辑、编译程序，打开“ISP下载软件”，将目标文件下载到单片机芯片上。让学生动笔和动手，提高运用知识的能力及培养良好的学习习惯。
观察接上电源，按键并观察演示现象，看看彩灯是否有规律地亮与灭；按下S1键，观察彩灯保持现有状态几秒后发生改变，等等。观察现象并找出变化规律是培养学生发现问题、提出问题的重要环节。
再分析学生根据前面观察到的现象、找出的变化规律进行深一层次的分析、思考、讨论及交流，直至大家最终找出新的知识点。例如，看到发光二极管随着程序的运行有规律地闪动，就会思考单片机是怎样将程序中运行的结果发送给发光二极管的，这样很自然地就会提出并行I/O口这个新知识点；再如，单片机的程序及程序运行当中的数据保存到哪里，是如何保存的，这样的问题也很容易引出存储器（ROM、RAM）及其扩展这一知识点；又如，按键为何能打断原来的工作，发光二极管为何按一定频率闪烁等等。通过再分析，能够使学生清楚每一次任务当中的具体学习内容，充分调动和发挥学生学习的积极性、主动性。其间，教师要注意适当引导。这种依靠大家集思广益、团队协作的精神也是需要培养的，同时还有助于温故知新。
讲授明白了任务当中的学习内容后，结合硬件实物电路和实验演示讲授新内容。授课始终在活跃的气氛中进行，教师教得轻松，学生学得愉快，教学效果比较好，教师和学生能够达到双赢。
总结采用任务驱动教学法，教师主要是在方法上进行引导，学生把时间和精力主要花在动手探索和分析讨论上。由于基础不一，理解力有高低，有些学生可能跟不上教学进度，对此，教师在采用任务驱动模式进行教学时，要加强课堂小结和知识点的回顾，使学习能力和动手能力差的学生通过总结和回顾，跟上教师的教学进度，全面掌握知识点，达到教学要求。
任务驱动教学法以任务作为驱动，让学生通过自己的操作和教师的现场指导，把书上死的理论变成活的知识，从而完成知识的学习并达到教学预期目标。整个教学过程充分调动了学生的学习积极性、主动性，培养了学生的学习兴趣，提高了学生学习、动手、观察和分析等方面的能力。
参考文献：
[1]于复生，等.任务驱动教学法在机电一体化系统设计教学中的实践与探索[J].电气电子教学学报，2004，（1）：101-103.
[2]张霓.关于“单片机原理及应用”课程教学改革的几点思考[J].电气电子教学学报，2004，（5）：21-23.
[3]唐炜.“单片机原理与应用”课程教学改革探讨[J].电气电子教学学报，2002，（6）：21-23.
作者简介：
刘国联（1973—），男，湖南铁路科技职业技术学院讲师，中南大学信息科学与工程学院控制工程专业2005级在读硕士研究生，主要从事电工电子、自动控制等方面的教学和研究。