單片機(jī)原理及應(yīng)用優(yōu)秀課程建設(shè)

1、單片機(jī)原理及應(yīng)用優(yōu)秀課程建設(shè)（建設(shè)單位：信息工程系）單片機(jī)課程作為工科院校電子電氣類或相關(guān)專業(yè)重要的專業(yè)必修課，是一門結(jié)合電子、計(jì)算機(jī)等技術(shù)的應(yīng)用性很強(qiáng)的課程。該課程的特點(diǎn)是：理論與實(shí)踐緊密結(jié)合，在學(xué)習(xí)過程中必須軟、硬件結(jié)合，實(shí)踐環(huán)節(jié)尤為重要。單片機(jī)應(yīng)用能力也是這些專業(yè)的學(xué)生走上工作崗位必備的專業(yè)技能。單片機(jī)課程學(xué)習(xí)的最終目標(biāo)是學(xué)生在以后的工作崗位中能用所掌握的知識開發(fā)出滿足要求的產(chǎn)品。一、 課程建設(shè)目標(biāo)1、 建設(shè)背景本課程在教學(xué)體系中起著承上啟下的重要作用。在信息工程系所有專業(yè)每學(xué)年保持在12個(gè)班，共400余人。課程的教學(xué)任務(wù)是讓學(xué)生掌握單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)與工作過程，掌握單片機(jī)的內(nèi)部資源，能夠

2、根據(jù)任務(wù)需求自行設(shè)計(jì)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展、接口電路等，能結(jié)合單片機(jī)的指令系統(tǒng)可以熟練地運(yùn)用C51指令系統(tǒng)進(jìn)行軟件編程，完成相關(guān)任務(wù)的程序設(shè)計(jì)，并能夠使學(xué)生掌握單片機(jī)開發(fā)的軟、硬件設(shè)計(jì)和調(diào)試及仿真等輔助工具，例如PROTEUS、KEIL等。課程教學(xué)采用課堂授課、學(xué)生課內(nèi)實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)的漸進(jìn)式實(shí)踐教學(xué)理念，即理論與實(shí)踐、實(shí)驗(yàn)與工程、獨(dú)立與綜合相結(jié)合，將漸進(jìn)式實(shí)踐教學(xué)貫穿于學(xué)生學(xué)習(xí)單片機(jī)的整個(gè)過程。該教學(xué)理念應(yīng)以實(shí)施應(yīng)用型人才培養(yǎng)為主線，以加強(qiáng)工程實(shí)踐能力培養(yǎng)為目標(biāo)，通過構(gòu)建課程的實(shí)踐教學(xué)體系，努力培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識，提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力。2、 建設(shè)目標(biāo)本課程的建設(shè)目標(biāo)是，全面實(shí)現(xiàn)國家教育部提出的精品課程

3、建設(shè)要求，以應(yīng)用技術(shù)型人才培養(yǎng)為核心，以適應(yīng)獨(dú)立學(xué)院學(xué)生特點(diǎn)為導(dǎo)向，對現(xiàn)有課程進(jìn)行改革，使課程教學(xué)真正服務(wù)于專業(yè)人才培養(yǎng)，并以優(yōu)秀課程為示范，帶動(dòng)和促進(jìn)其他課程建設(shè)，通過優(yōu)秀課程建設(shè)提高學(xué)校整體教學(xué)水平。建設(shè)以市場需求為依據(jù)、以職業(yè)能力培養(yǎng)為目標(biāo)、以專業(yè)的、市場廣泛使用的仿真及軟硬件設(shè)計(jì)軟件為工具，以實(shí)驗(yàn)室設(shè)備為平臺依托、以基于實(shí)際的工程項(xiàng)目為載體，淡化芯片結(jié)構(gòu)，強(qiáng)化使用方法的單片機(jī)課程。通過單片機(jī)精品課程建設(shè)逐漸完成了以下目標(biāo)： 1培養(yǎng)和造就一支高水平的“雙師型”教師梯隊(duì)，通過參加各種相關(guān)會(huì)議等方式與兄弟院校進(jìn)行交流，吸取先進(jìn)的經(jīng)驗(yàn)及教學(xué)方法，不斷提高學(xué)術(shù)水平和教學(xué)水平，提高教學(xué)質(zhì)量。 2教

4、學(xué)內(nèi)容豐富新穎，能充分反映學(xué)科前沿成果，并不斷更新。 3符合現(xiàn)代教育、素質(zhì)教育和創(chuàng)新教育要求，形成與職業(yè)教育和培養(yǎng)應(yīng)用型本科相適應(yīng)的教學(xué)方法和教學(xué)手段。 4完善課堂教材、實(shí)驗(yàn)講義以及課程設(shè)計(jì)講義與報(bào)告規(guī)范，具備完善的立體化先進(jìn)教材及教輔材料。2、 課程建設(shè)過程中采用的方法1. 課程建設(shè)研究基礎(chǔ)2014年10月至2014年12月，信息工程系單片機(jī)原理及應(yīng)用課程教研組聯(lián)合課程建設(shè)團(tuán)隊(duì)其他參與人員以及天津大學(xué)老教授，對現(xiàn)有單片機(jī)課程的授課內(nèi)容、授課方法、授課教材以及實(shí)驗(yàn)講義等方面全方面的分析。大家普遍認(rèn)為，在教學(xué)內(nèi)容上，單片機(jī)課程目前還是以Intel 公司的8051內(nèi)核為課程主要講述內(nèi)容，講解單片機(jī)

5、的應(yīng)用系統(tǒng)。即使按照單片機(jī)的發(fā)展，將課程中的單片機(jī)芯片由早期Intel 公司的MCS-51改為ATMEL公司AT89S51或宏晶公司的STC89C51或NXP公司的P89V51等，其實(shí)都是8位的單片機(jī)，內(nèi)核都是8051。目前，市場上使用8位單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)已不多，主流的以32/64位處理器為核心的單片機(jī)。而這樣的單片機(jī)由于其自身設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，不大適合于受眾為初學(xué)者的學(xué)生作為課程教學(xué)內(nèi)容予以講授，因此可以采用在講授51單片機(jī)的基礎(chǔ)知識的前提上，重點(diǎn)介紹基于51單片機(jī)的項(xiàng)目開發(fā)流程，強(qiáng)調(diào)軟硬件設(shè)計(jì)的基本過程與步驟，并在此基礎(chǔ)之上，介紹目前市場上比較常用的16位/32位單片機(jī)。在該課程的實(shí)際教學(xué)活動(dòng)

6、當(dāng)中，依然存在學(xué)生主觀能動(dòng)性普遍不強(qiáng)的現(xiàn)象。究其原因，主要是日常學(xué)習(xí)過程當(dāng)中，主要是按照上課-實(shí)驗(yàn)-考試模式進(jìn)行教學(xué)活動(dòng)，使得學(xué)生無法及時(shí)主動(dòng)的參與到教學(xué)活動(dòng)當(dāng)中來，加之缺乏對日常學(xué)習(xí)情況的考查，大部分學(xué)生在學(xué)期初往往對課程的學(xué)習(xí)充滿興趣，隨著學(xué)習(xí)的深入，所涉及的知識點(diǎn)越來越多，部分學(xué)生沒有進(jìn)行必要的復(fù)習(xí)，使得其逐漸掉隊(duì)，最后導(dǎo)致徹底放棄。同時(shí)，對2011級、2012級自動(dòng)化、通信專業(yè)同學(xué)進(jìn)行了部分調(diào)研。學(xué)生普遍反映，單片機(jī)課程學(xué)習(xí)存在以下幾個(gè)困難：1、課堂授課內(nèi)容很多在書上找不到，感覺無的放矢；2、實(shí)踐環(huán)節(jié)相對比例還不夠多，動(dòng)手實(shí)踐類的課程大部分時(shí)間卻在課堂進(jìn)行，感覺很枯燥；3、教學(xué)內(nèi)容不夠

7、實(shí)用，匯編學(xué)起來很困難；因此，有必要對現(xiàn)有的教學(xué)模式進(jìn)行必要的改革，使得學(xué)生不再是一個(gè)被動(dòng)的接受者，而是一個(gè)主動(dòng)的參與者。2. 實(shí)踐過程兩年的課程建設(shè)，課程團(tuán)隊(duì)重點(diǎn)做了以下幾方面的改革：（1） 集中研討，全面理解、深度把握教學(xué)大綱和課程內(nèi)容課程建設(shè)團(tuán)隊(duì)教師依據(jù)教學(xué)大綱，從學(xué)生實(shí)際情況出發(fā)，合理組織教學(xué)內(nèi)容，突出重點(diǎn)，解決難點(diǎn)，便于學(xué)生理解并系統(tǒng)地掌握知識，教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)上，采用分層次教學(xué)，分層次任務(wù)安排，既面向大多數(shù)學(xué)生，又注意培養(yǎng)優(yōu)秀學(xué)生，使全體學(xué)生都得到發(fā)展。（2） 教學(xué)內(nèi)容調(diào)整過于強(qiáng)調(diào)基于匯編語言的51單片機(jī)程序設(shè)計(jì)，這樣做雖然有利于學(xué)生更好的掌握單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和編程方法，但是由于匯編語

8、言的可移植性較差，開發(fā)效率低，既使學(xué)生很難在短時(shí)間內(nèi)掌握如此眾多的匯編指令，而且與實(shí)際的開發(fā)需要相悖。實(shí)際應(yīng)用過程中，往往使用C51語言作為編程工具更多一些，而且使用C語言進(jìn)行單片機(jī)的程序設(shè)計(jì)也是單片機(jī)開發(fā)與應(yīng)用的必然趨勢。同時(shí)，在一定程度上，也可以降低學(xué)生的入門門檻，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。（3） 教材建設(shè)打破了既有的授課教材、實(shí)驗(yàn)講義脫節(jié)的教材體例，實(shí)現(xiàn)二者融合?；谝陨系乃悸?，編寫了單片機(jī)原理及應(yīng)用（講義）內(nèi)部講義。講義重視實(shí)際動(dòng)手能力的培養(yǎng)，將理論內(nèi)容的描述與動(dòng)手操作的練習(xí)相結(jié)合，加速學(xué)生對課堂內(nèi)容的理解與吸收，同時(shí)能使學(xué)生有的放矢的進(jìn)行課外練習(xí)。從教材編排方式上，分成三個(gè)部分：首先是基礎(chǔ)

9、知識的介紹，重點(diǎn)描述完成本次任務(wù)的基本概念、基本思想。其次，在介紹完理論部分后，立即給出一個(gè)仿真實(shí)例，供老師課上講解演示以及學(xué)生課下練習(xí)。最后，進(jìn)行學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)箱上利用相關(guān)硬件資源進(jìn)行驗(yàn)證。（4） 探索“項(xiàng)目帶動(dòng)、任務(wù)驅(qū)動(dòng)”式的教學(xué)方式授課時(shí)以單片機(jī)應(yīng)用“案例”演示作為引入，以實(shí)現(xiàn) “案例”為主線介紹各相關(guān)理論知識。為鞏固理論知識的學(xué)習(xí)和學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力的培養(yǎng)，理論教學(xué)需與實(shí)際“案例”實(shí)驗(yàn)教學(xué)穿插進(jìn)行，以實(shí)驗(yàn)教學(xué)補(bǔ)充理論內(nèi)容，使兩者融會(huì)貫通。利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)將理論、實(shí)踐有機(jī)地結(jié)合。單片機(jī)只是電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心，而完整的系統(tǒng)還要包括不同的系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)當(dāng)中還要考

10、慮電源、調(diào)試接口等部分。同時(shí)，利用計(jì)算機(jī)仿真軟件（如Proteus）、互聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代化教學(xué)手段，注重加強(qiáng)系統(tǒng)觀念的培養(yǎng)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的訓(xùn)練，將結(jié)合仿真將理論和實(shí)際有機(jī)的結(jié)合起來，使學(xué)生的實(shí)際能力得到提升。（5）“分層次的教學(xué)模式”的探索在“案例教學(xué)”活動(dòng)中，將課程知識點(diǎn)的學(xué)習(xí)劃分成三個(gè)層次，根據(jù)不同學(xué)生的實(shí)際學(xué)習(xí)情況予以分層次對待。具體實(shí)施計(jì)劃如下：案例的選擇盡量首先應(yīng)選擇利用仿真軟件工具Proteus可實(shí)現(xiàn)。層次一：教師給出基本的電路圖和簡單任務(wù)要求（做到每個(gè)學(xué)生拿到的任務(wù)存在個(gè)性化差異）。學(xué)生能夠通過自學(xué)Proteus實(shí)現(xiàn)基本原理圖的繪制，能夠按照任務(wù)完成相應(yīng)的簡單程序設(shè)計(jì)，能夠得到對應(yīng)的仿

11、真現(xiàn)象，能夠通過查閱網(wǎng)絡(luò)資源對電路設(shè)計(jì)的原理予以簡要的文字性說明，并通過郵箱、網(wǎng)站以及共享群等方式實(shí)現(xiàn)任務(wù)的提交。層次二：針對已經(jīng)完成層次一任務(wù)的學(xué)生，教師針對相關(guān)的知識點(diǎn)，進(jìn)行較層次一更加復(fù)雜的任務(wù)要求。同時(shí)，此時(shí)任務(wù)的硬件設(shè)計(jì)要求貼近硬件實(shí)驗(yàn)設(shè)備的實(shí)際情況（實(shí)驗(yàn)開發(fā)板/實(shí)驗(yàn)箱），根據(jù)教師提供的相關(guān)的硬件手冊，能夠自行完成硬件電路的設(shè)計(jì)和指定要求的軟件設(shè)計(jì)和仿真。層次三：在實(shí)驗(yàn)課環(huán)節(jié)中，針對學(xué)生設(shè)計(jì)的電路與實(shí)際實(shí)驗(yàn)設(shè)備電路的差別予以說明，并使學(xué)生深刻體會(huì)硬件電路設(shè)計(jì)差別產(chǎn)生的原因。能夠使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下，不僅觀察到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，而且能夠?qū)浻布O(shè)計(jì)的思路有一個(gè)更加深刻的認(rèn)識。在三個(gè)層次的學(xué)習(xí)過

12、程當(dāng)中，學(xué)生完成的任務(wù)都要通過網(wǎng)站/郵箱方式進(jìn)行提交，并對完成速度、質(zhì)量精確地統(tǒng)計(jì)，以此作為平時(shí)成績的評定依據(jù)。（6）建設(shè)課程網(wǎng)站，加強(qiáng)師生互動(dòng)為了實(shí)現(xiàn)采取符合現(xiàn)代教育、素質(zhì)教育和創(chuàng)新教育要求，形成與職業(yè)教育和培養(yǎng)應(yīng)用型本科相適應(yīng)的教學(xué)方法和教學(xué)手段，同時(shí)為了加強(qiáng)師生互動(dòng)與學(xué)習(xí)交流，建設(shè)了單片機(jī)原理及應(yīng)用課程的網(wǎng)站。課程網(wǎng)站的作用在于提供相關(guān)學(xué)科的前沿信息，擴(kuò)展學(xué)生的知識面；提供課程相關(guān)的學(xué)習(xí)材料包括課程PPT、相關(guān)軟件、驅(qū)動(dòng)程序等；并且通過微信群等方式加強(qiáng)與學(xué)生的溝通，通過互動(dòng)、展示，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，以典型示范激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。（7）建設(shè)在線考試系統(tǒng)，加強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)過程的控制傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)過

13、程以作業(yè)/出勤作為平時(shí)成績，期末考試作為學(xué)業(yè)考核的基本方式，對學(xué)生的平時(shí)學(xué)習(xí)過程缺乏必要的控制。通過建設(shè)在線考試系統(tǒng)平臺，對學(xué)生的學(xué)習(xí)過程和學(xué)習(xí)質(zhì)量進(jìn)行控制。學(xué)生不僅可以了解目前的學(xué)習(xí)情況，還可以了解到哪些地方有所欠缺。通過設(shè)定多次考核方式，遞進(jìn)式的考核評價(jià)過程來提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。3、 課程建設(shè)取得的成效1. 標(biāo)志性成果（1）課題報(bào)告：課程建設(shè)研究報(bào)告從建設(shè)/改革前的現(xiàn)狀分析入手，闡述了建設(shè)前的課程建設(shè)的學(xué)生學(xué)習(xí)現(xiàn)狀，重點(diǎn)分析了實(shí)踐類課程傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法與獨(dú)立學(xué)院大學(xué)生實(shí)際情況的不適應(yīng)，并據(jù)此提出了課程建設(shè)/改革的基本方向、基本方法。（2）論文：課題組圍繞建設(shè)的舉措，發(fā)表了教學(xué)改革類論

14、文一篇；職業(yè)技能培訓(xùn)模式在單片機(jī)教學(xué)中的研究與探索 發(fā)表期刊：實(shí)驗(yàn)室科學(xué) 發(fā)表時(shí)間：2016.3。（3）教材/講義兩部：課程組根據(jù)教學(xué)的實(shí)際情況，編寫了目前應(yīng)用于學(xué)校內(nèi)部的教學(xué)講義以及課程設(shè)計(jì)任務(wù)書。分別是：單片機(jī)原理及應(yīng)用（內(nèi)部講義）、單片機(jī)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書（內(nèi)部）。（4）課程網(wǎng)站以及在線考試系統(tǒng)；根據(jù)課程建設(shè)的基本指導(dǎo)思想和基本目標(biāo)，利用單片機(jī)實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有服務(wù)器，構(gòu)建了課程網(wǎng)站以及在線考試系統(tǒng)。地址為：6以及6/exam。出于安全角度考慮，實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)站只在需要集中在線抽題考試時(shí)開發(fā)。課下時(shí)間互動(dòng)以及資料的獲取，使用公網(wǎng)服

15、務(wù)器，地址為。（5）課外實(shí)驗(yàn)室的開放預(yù)約：為了能夠使學(xué)生利用實(shí)驗(yàn)室空閑時(shí)間自學(xué)并完成相關(guān)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步練習(xí)和提高，同時(shí)有效的控制實(shí)驗(yàn)室開放規(guī)模，便于實(shí)驗(yàn)室教師管理，特開發(fā)此模塊。2.課程建設(shè)效果與分析本次課程建設(shè)起步于2014年10月，主要應(yīng)用于2012級自動(dòng)化、電科、電信以及2013級信息系所有專業(yè)，尤以2013級自動(dòng)化專業(yè)進(jìn)行重點(diǎn)且全面的應(yīng)用?？偟膩碚f，應(yīng)用效果良好。主要體現(xiàn)在提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性與主動(dòng)性，能夠擺脫傳統(tǒng)課堂教學(xué)的填鴨式說教，使學(xué)生如同做游戲般參與到單片機(jī)的編程中來，而不是傳統(tǒng)的只記住了幾條MOV語句，應(yīng)用效果無論從計(jì)算機(jī)等級考試（二級C）通過率，單片機(jī)的期末考試通過率以及課外

16、電子大賽等方面均有不同程度體現(xiàn)。（1）在單片機(jī)課程的一次通過率上，通過加強(qiáng)學(xué)生日常學(xué)習(xí)過程的管控，使得學(xué)生在日常學(xué)習(xí)過程的積累上，有了顯著的改善。一次通過率上有了顯著的提高。以自動(dòng)化專業(yè)為例，從2012級的60%提高到2013級的75.2%，再到2014級自動(dòng)化專業(yè)，103名同學(xué)只有7名同學(xué)期末評價(jià)不及格。除了期末閉卷考試滿足通過的基本要求，也與增加了平時(shí)成績的測評比例，開設(shè)上機(jī)實(shí)驗(yàn)考核有很大的關(guān)系。形成性成績測評（2013級自動(dòng)化為例）（2）在課外競賽方面，與單片機(jī)有關(guān)的課外競賽，學(xué)習(xí)的競賽水平有了一定程度提高。例如在2016年7月舉行的TI杯電子設(shè)計(jì)大賽（天津賽區(qū)）中，我系的代表隊(duì)獲得一等

17、獎(jiǎng)。除此之外，在其他各類競賽當(dāng)中，學(xué)生都有一定的獲獎(jiǎng)。學(xué)生獲獎(jiǎng)證書（3）通過單片機(jī)課程C語言編程的加強(qiáng)訓(xùn)練，使學(xué)生對C語言有了更深刻的認(rèn)識，更熟練的使用；鼓勵(lì)學(xué)有余力的學(xué)生積極參加全國計(jì)算機(jī)等級考試，總的來說，計(jì)算機(jī)等級考試的通過人數(shù)有了顯著的提高。學(xué)生證書與心得體會(huì)4、 課程建設(shè)的經(jīng)驗(yàn)與反思1 經(jīng)驗(yàn)獨(dú)立學(xué)院的學(xué)生存在自身的特點(diǎn)，這就要求我們作為一名獨(dú)立學(xué)院的教師對于傳統(tǒng)的教學(xué)方法進(jìn)行適當(dāng)?shù)母牧?，充分激發(fā)學(xué)生對學(xué)習(xí)的興趣，使之對其產(chǎn)生興趣。而且單片機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展對從事單片機(jī)教學(xué)的老師們提出了更高的要求，我們必須以應(yīng)用為導(dǎo)向，結(jié)合工程實(shí)際的需要，不斷的優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，改進(jìn)教學(xué)方法，加強(qiáng)對學(xué)生的訓(xùn)練。（1）以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為目標(biāo)獨(dú)立學(xué)院的學(xué)生理論基礎(chǔ)相對薄弱，樂于動(dòng)手操作。針對學(xué)生的特點(diǎn)，適度調(diào)整教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力。 （2）建設(shè)課程網(wǎng)站，加強(qiáng)互動(dòng)，注重過程采用了現(xiàn)代化的教學(xué)手段與方法，加強(qiáng)課程的可操作性和趣味性。采用傳統(tǒng)的教學(xué)方法，學(xué)生的積極性主動(dòng)性不高，往往期末考試突擊一下，學(xué)習(xí)過程宣告結(jié)束。通過建設(shè)網(wǎng)站，加強(qiáng)平時(shí)的學(xué)習(xí)管理，強(qiáng)化甚至是強(qiáng)制學(xué)生完成必要的任務(wù)，提高教學(xué)的效果。 （3）分層次的教學(xué)方法學(xué)生的情況各有不同，應(yīng)該針對不同學(xué)生的特點(diǎn)，提出不同的要求，不僅能從宏觀上提高整體通過率，還能