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摘 要：本文基于項(xiàng)目教學(xué)法，采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)模式，以單片機(jī)控制超聲波傳感器測(cè)距以及控制其他元器件工作為教學(xué)項(xiàng)目，讓學(xué)生學(xué)習(xí)理論知識(shí)，并實(shí)際操作搭建控制模型，實(shí)現(xiàn)理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用的結(jié)合。

關(guān)鍵詞：項(xiàng)目教學(xué)法 理實(shí)一體化 單片機(jī)

在科技發(fā)展日新月異的今天，科技在人們的生活中扮演著越來(lái)越重要的角色。將教學(xué)內(nèi)容轉(zhuǎn)化成實(shí)際應(yīng)用是教育者的職責(zé)。教師要在教學(xué)中努力做到理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生了解科技知識(shí)、運(yùn)用科技知識(shí)的能力。教師在教學(xué)中要以項(xiàng)目成果為導(dǎo)向，注重學(xué)生的實(shí)踐過(guò)程，將理論知識(shí)與實(shí)踐結(jié)合，讓學(xué)生真正地學(xué)以致用，并為學(xué)生的后續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

教師通過(guò)項(xiàng)目教學(xué)法充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，從教師布置任務(wù)、學(xué)生思考、教師講解項(xiàng)目、學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì)等方面，幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)主動(dòng)學(xué)習(xí)、理論和實(shí)踐相結(jié)合，鍛煉學(xué)生獨(dú)立思考、團(tuán)隊(duì)合作、獨(dú)立解決問(wèn)題等綜合能力。

下面闡述Arduino控制SR04超聲波傳感器進(jìn)行距離檢測(cè)，并以返回的距離數(shù)值作為條件，進(jìn)行LED或蜂鳴器的控制，從而實(shí)現(xiàn)智能夜燈或報(bào)警裝置的設(shè)計(jì)。

一、課前準(zhǔn)備

（一）任務(wù)布置

以往學(xué)生課前很少主動(dòng)預(yù)習(xí)將要學(xué)習(xí)的內(nèi)容，只是課上聽(tīng)教師講解，并且不知課堂學(xué)習(xí)的知識(shí)應(yīng)用在何處，聽(tīng)課時(shí)抓不住重點(diǎn)，這樣學(xué)生學(xué)習(xí)的理論知識(shí)不能很好地轉(zhuǎn)化為實(shí)際應(yīng)用。

教師布置課前項(xiàng)目?jī)?nèi)容和項(xiàng)目中運(yùn)用到的知識(shí)點(diǎn)，以任務(wù)卡的形式發(fā)放給學(xué)生。任務(wù)卡包含項(xiàng)目名稱(chēng)、項(xiàng)目?jī)?nèi)容、項(xiàng)目成果要求、支撐項(xiàng)目實(shí)施的理論知識(shí)點(diǎn)。學(xué)生可以明確學(xué)習(xí)內(nèi)容，對(duì)任務(wù)有一定的責(zé)任感，通過(guò)課下獨(dú)立查閱資料或搜集相關(guān)信息，可以大致了解。與此同時(shí)，對(duì)于項(xiàng)目還需要做好課前分組，一般每?jī)扇藶橐唤M，這樣既可以培養(yǎng)學(xué)生的合作能力，又可以培養(yǎng)學(xué)生的領(lǐng)導(dǎo)力與執(zhí)行力。教師要求學(xué)生整理好查閱的資料，對(duì)不理解的知識(shí)點(diǎn)做好摘錄，并在教學(xué)過(guò)程中解決。這樣的課前準(zhǔn)備工作，既能促進(jìn)學(xué)生自我學(xué)習(xí)，又能使其對(duì)整體的學(xué)習(xí)內(nèi)容有把握。

布置任務(wù)為Arduino控制SR04超聲波傳感器進(jìn)行距離檢測(cè)，并將返回的距離數(shù)值作為條件，進(jìn)行LED或蜂鳴器的控制，實(shí)現(xiàn)智能夜燈或報(bào)警裝置的設(shè)計(jì)。

（二）所需元器件準(zhǔn)備

教師指導(dǎo)學(xué)生將項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中運(yùn)用到的元器件下發(fā)給學(xué)生，每組領(lǐng)取一套，并做好標(biāo)記。其中Arduino UNO控制器一個(gè)、SR04超聲波傳感器一個(gè)、LED燈一個(gè)、蜂鳴器一個(gè)、220Ω電阻一個(gè)、杜邦線若干，同時(shí)提醒學(xué)生對(duì)元器件的引腳及連接等相關(guān)內(nèi)容也要做好預(yù)習(xí)工作。

二、課程實(shí)施

（一）檢查學(xué)生預(yù)習(xí)成果

通過(guò)隨機(jī)提問(wèn)的方式考查每組預(yù)習(xí)效果，并讓學(xué)生描述預(yù)習(xí)內(nèi)容。同時(shí)，提出與項(xiàng)目相關(guān)的問(wèn)題，了解學(xué)生對(duì)基本知識(shí)的掌握情況，解答問(wèn)題，并做好總結(jié)。

（二）理論知識(shí)講解

理論知識(shí)的講解要圍繞重點(diǎn)內(nèi)容開(kāi)展。由于課前學(xué)生已進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)的預(yù)習(xí)，在課堂上會(huì)對(duì)超聲波測(cè)距的浮點(diǎn)型函數(shù)、初始化串口函數(shù)、檢測(cè)指定引腳上的脈沖信號(hào)寬度函數(shù)、元器件引腳功能進(jìn)行重點(diǎn)講解。對(duì)SR04超聲波傳感器的工作原理進(jìn)行講解時(shí)，采用學(xué)生展示原理、學(xué)生之間互相分享查閱資料和成果的方式，最終總結(jié)超聲波傳感器的工作原理。教師要向?qū)W生強(qiáng)調(diào)，超聲波是頻率高于20 000Hz的聲波，它的指向性強(qiáng)、能量消耗緩慢、在介質(zhì)中傳播的距離較遠(yuǎn)。SR04超聲波傳感器是利用超聲波特性檢測(cè)距離的，其帶有兩個(gè)超聲波探頭，分別是發(fā)射和接收超聲波，其測(cè)量范圍是3～450cm。超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射的同時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí);超聲波在空氣中傳播，途中遇到障礙物則立即返回，超聲波接收器收到反射波則立即停止計(jì)時(shí)。超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，根據(jù)計(jì)時(shí)器記錄的時(shí)間t，即可計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)距障礙物的距離，即s=340m/s×t，這就是所謂的時(shí)間差測(cè)距法。

（三）項(xiàng)目實(shí)踐操作

在理解理論知識(shí)的前提下，學(xué)生掌握控制器引腳及元器件引腳。教師讓學(xué)生按照電路圖進(jìn)行實(shí)物連接，并強(qiáng)調(diào)連接過(guò)程中的操作。其中SR04中的Vcc引腳連接Arduino的5V電源;SR04的Gnd引腳連接Arduino的Gnd;SR04的Trig引腳連接Arduino的數(shù)字口4，SR04的Echo引腳連接Arduino的數(shù)字口5。

在Arduino IDE軟件的應(yīng)用中，SR04超聲波傳感器的控制可以應(yīng)用類(lèi)庫(kù)來(lái)完成，這樣可以簡(jiǎn)化程序的編制。操作步驟如下：第一步，下載SR04類(lèi)庫(kù)，安裝到Arduino IDE安裝目錄下，將其文件夾放到libraries文件夾內(nèi);第二步，進(jìn)行程序的編制，編制完成后，將Arduino控制器應(yīng)用USB連接計(jì)算機(jī);第三步，點(diǎn)擊Arduino IDE軟件中的“工具”—“端口”;第四步，點(diǎn)擊“√”校驗(yàn)程序，若出現(xiàn)問(wèn)題要進(jìn)行調(diào)試，程序無(wú)誤后點(diǎn)擊“→”上傳程序至Arduino控制器;第五步，點(diǎn)擊“工具”—“串口監(jiān)視器”檢測(cè)返回的測(cè)量值。

這一操作過(guò)程考查學(xué)生對(duì)硬件與軟件結(jié)合的能力，學(xué)生編程時(shí)也會(huì)遇到一些問(wèn)題，如編程時(shí)是否采用英文輸入的狀態(tài)等，課上學(xué)生要收集操作過(guò)程中遇到的問(wèn)題，以便課后解決。

（四）項(xiàng)目創(chuàng)新操作

學(xué)生通過(guò)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)和實(shí)踐操作后，運(yùn)用已實(shí)現(xiàn)的基本操作技能，能完成超聲波檢測(cè)距離的過(guò)程，并將距離數(shù)值反饋。教師要激發(fā)學(xué)生自主創(chuàng)新能力，使其按照任務(wù)要求將返回來(lái)的數(shù)值作為條件，實(shí)現(xiàn)LED燈或蜂鳴器的控制。這一操作學(xué)生要獨(dú)立完成，并結(jié)合以往所學(xué)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行創(chuàng)新。

學(xué)生在原程序的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)，組內(nèi)學(xué)生可以互相交流，同時(shí)教師輔助解答疑問(wèn)，對(duì)具有共性的問(wèn)題可以做整體指導(dǎo)。

三、教學(xué)效果

（一）提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性

課前學(xué)生將教師布置的任務(wù)作為自身的責(zé)任，自主查閱相關(guān)資料，為課上所學(xué)及表現(xiàn)做準(zhǔn)備。項(xiàng)目教學(xué)法可以調(diào)動(dòng)學(xué)生的好奇心，并且課上學(xué)生也會(huì)帶著問(wèn)題聽(tīng)課，達(dá)到更好的效果。

（二）加強(qiáng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握

通過(guò)學(xué)習(xí)理論知識(shí)與動(dòng)手實(shí)際操作之間的互相反饋，學(xué)生可以加強(qiáng)對(duì)理論知識(shí)的理解，而理論知識(shí)又可以指導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)際的應(yīng)用，達(dá)到正向反饋的目的。學(xué)生通過(guò)已掌握的知識(shí)可以開(kāi)展頭腦風(fēng)暴，大膽進(jìn)行項(xiàng)目的創(chuàng)新，開(kāi)發(fā)很多具有實(shí)際應(yīng)用意義的項(xiàng)目。

（三）鼓勵(lì)學(xué)生自我學(xué)習(xí)總結(jié)

每個(gè)小組對(duì)學(xué)習(xí)過(guò)程中用到的理論知識(shí)、實(shí)際操作中涉及的操作流程及遇到的問(wèn)題進(jìn)行總結(jié)，教師進(jìn)行點(diǎn)評(píng)并幫助其解決問(wèn)題或加深知識(shí)的印象。通過(guò)反復(fù)強(qiáng)化，學(xué)生會(huì)得到很好的學(xué)習(xí)效果。

四、教學(xué)評(píng)價(jià)

在學(xué)生成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)中，細(xì)化考查內(nèi)容，合理設(shè)計(jì)知識(shí)點(diǎn)所占的百分比，對(duì)實(shí)際操作中的操作流程、所解決問(wèn)題、項(xiàng)目創(chuàng)新等考核點(diǎn)進(jìn)行百分比的設(shè)置。綜合學(xué)生各成績(jī)的百分比情況，可以很好地了解學(xué)生對(duì)不同內(nèi)容的掌握情況，為后續(xù)的教學(xué)改革提供可靠的依據(jù)。

五、小結(jié)

通過(guò)項(xiàng)目教學(xué)法，可實(shí)現(xiàn)以教師為主導(dǎo)、以學(xué)生為主體的綜合學(xué)習(xí)。學(xué)生不僅能更好地理解理論知識(shí)，而且可以將理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用結(jié)合起來(lái)，深切感受科學(xué)知識(shí)在生活、生產(chǎn)中的應(yīng)用。另外，細(xì)化的考核方式，有助于解決教學(xué)過(guò)程中反映出來(lái)的問(wèn)題，有助于提高學(xué)生學(xué)、教師教的效果。

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（工作單位：烏魯木齊技師學(xué)院）