張詠梅

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

關(guān)鍵詞：項目教學(xué)法 理實一體化 單片機

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越重要的角色。將教學(xué)內(nèi)容轉(zhuǎn)化成實際應(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與實際應(yīng)用相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生了解科技知識、運用科技知識的能力。教師在教學(xué)中要以項目成果為導(dǎo)向，注重學(xué)生的實踐過程，將理論知識與實踐結(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)。

教師通過項目教學(xué)法充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，從教師布置任務(wù)、學(xué)生思考、教師講解項目、學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計等方面，幫助學(xué)生實現(xiàn)主動學(xué)習(xí)、理論和實踐相結(jié)合，鍛煉學(xué)生獨立思考、團隊合作、獨立解決問題等綜合能力。

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

一、課前準備

（一）任務(wù)布置

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

教師布置課前項目內(nèi)容和項目中運用到的知識點，以任務(wù)卡的形式發(fā)放給學(xué)生。任務(wù)卡包含項目名稱、項目內(nèi)容、項目成果要求、支撐項目實施的理論知識點。學(xué)生可以明確學(xué)習(xí)內(nèi)容，對任務(wù)有一定的責(zé)任感，通過課下獨立查閱資料或搜集相關(guān)信息，可以大致了解。與此同時，對于項目還需要做好課前分組，一般每兩人為一組，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，對不理解的知識點做好摘錄，并在教學(xué)過程中解決。這樣的課前準備工作，既能促進學(xué)生自我學(xué)習(xí)，又能使其對整體的學(xué)習(xí)內(nèi)容有把握。

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

（二）所需元器件準備

教師指導(dǎo)學(xué)生將項目實施過程中運用到的元器件下發(fā)給學(xué)生，每組領(lǐng)取一套，并做好標記。其中Arduino UNO控制器一個、SR04超聲波傳感器一個、LED燈一個、蜂鳴器一個、220Ω電阻一個、杜邦線若干，同時提醒學(xué)生對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、課程實施

（一）檢查學(xué)生預(yù)習(xí)成果

通過隨機提問的方式考查每組預(yù)習(xí)效果，并讓學(xué)生描述預(yù)習(xí)內(nèi)容。同時，提出與項目相關(guān)的問題，了解學(xué)生對基本知識的掌握情況，解答問題，并做好總結(jié)。

（二）理論知識講解

理論知識的講解要圍繞重點內(nèi)容開展。由于課前學(xué)生已進行知識點的預(yù)習(xí)，在課堂上會對超聲波測距的浮點型函數(shù)、初始化串口函數(shù)、檢測指定引腳上的脈沖信號寬度函數(shù)、元器件引腳功能進行重點講解。對SR04超聲波傳感器的工作原理進行講解時，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生強調(diào)，超聲波是頻率高于20 000Hz的聲波，它的指向性強、能量消耗緩慢、在介質(zhì)中傳播的距離較遠。SR04超聲波傳感器是利用超聲波特性檢測距離的，其帶有兩個超聲波探頭，分別是發(fā)射和接收超聲波，其測量范圍是3～450cm。超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射的同時開始計時;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時。超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，根據(jù)計時器記錄的時間t，即可計算出發(fā)射點距障礙物的距離，即s=340m/s×t，這就是所謂的時間差測距法。

（三）項目實踐操作

在理解理論知識的前提下，學(xué)生掌握控制器引腳及元器件引腳。教師讓學(xué)生按照電路圖進行實物連接，并強調(diào)連接過程中的操作。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)用類庫來完成，這樣可以簡化程序的編制。操作步驟如下：第一步，下載SR04類庫，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，進行程序的編制，編制完成后，將Arduino控制器應(yīng)用USB連接計算機;第三步，點擊Arduino IDE軟件中的“工具”—“端口”;第四步，點擊“√”校驗程序，若出現(xiàn)問題要進行調(diào)試，程序無誤后點擊“→”上傳程序至Arduino控制器;第五步，點擊“工具”—“串口監(jiān)視器”檢測返回的測量值。

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

（四）項目創(chuàng)新操作

學(xué)生通過理論知識的學(xué)習(xí)和實踐操作后，運用已實現(xiàn)的基本操作技能，能完成超聲波檢測距離的過程，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)要求將返回來的數(shù)值作為條件，實現(xiàn)LED燈或蜂鳴器的控制。這一操作學(xué)生要獨立完成，并結(jié)合以往所學(xué)知識點進行創(chuàng)新。

學(xué)生在原程序的基礎(chǔ)上進行設(shè)計，組內(nèi)學(xué)生可以互相交流，同時教師輔助解答疑問，對具有共性的問題可以做整體指導(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)做準備。項目教學(xué)法可以調(diào)動學(xué)生的好奇心，并且課上學(xué)生也會帶著問題聽課，達到更好的效果。

（二）加強學(xué)生對知識的掌握

通過學(xué)習(xí)理論知識與動手實際操作之間的互相反饋，學(xué)生可以加強對理論知識的理解，而理論知識又可以指導(dǎo)學(xué)生對實際的應(yīng)用，達到正向反饋的目的。學(xué)生通過已掌握的知識可以開展頭腦風(fēng)暴，大膽進行項目的創(chuàng)新，開發(fā)很多具有實際應(yīng)用意義的項目。

（三）鼓勵學(xué)生自我學(xué)習(xí)總結(jié)

每個小組對學(xué)習(xí)過程中用到的理論知識、實際操作中涉及的操作流程及遇到的問題進行總結(jié)，教師進行點評并幫助其解決問題或加深知識的印象。通過反復(fù)強化，學(xué)生會得到很好的學(xué)習(xí)效果。

四、教學(xué)評價

在學(xué)生成績評價中，細化考查內(nèi)容，合理設(shè)計知識點所占的百分比，對實際操作中的操作流程、所解決問題、項目創(chuàng)新等考核點進行百分比的設(shè)置。綜合學(xué)生各成績的百分比情況，可以很好地了解學(xué)生對不同內(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)

通過項目教學(xué)法，可實現(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，而且可以將理論知識與實際應(yīng)用結(jié)合起來，深切感受科學(xué)知識在生活、生產(chǎn)中的應(yīng)用。另外，細化的考核方式，有助于解決教學(xué)過程中反映出來的問題，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）