工程教育專業認證指導下的微機、單片機原理與應用課程教學改革

王東霞 溫秀蘭 黃家才 盛黨紅

南京工程學院自動化學院 江蘇南京 211167

工程教育專業認證指導下的微機、單片機原理與應用課程教學改革

王東霞 溫秀蘭 黃家才 盛黨紅

南京工程學院自動化學院 江蘇南京 211167

以工程教育專業認證為指導，從我校測控技術與儀器專業人才培養方案出發，通過對微機、單片機原理與應用兩門課程存在的問題進行分析，對課程教學內容及教學方式、實踐環節、考核評價方式等方面進行了改革。旨在加強實踐能力培養，提高學生綜合素質，培養出能適應社會需要的各種高素質人才。

專業認證；微機原理與應用；單片機原理與應用；課程教學改革

近年來，高等教育質量問題成為社會關注的重點。各高校均在進行本科教學改革、工程專業認證等以培養出能適應社會需要的各種高素質人才。

我國的工程教育專業認證工作始于2006年，已有多所高校的多種專業通過了認證。他們的成功經驗表明，專業認證從過程到結果，對提高專業教學質量起到了非常重要的促進作用。認證過程就是對專業建設不斷學習、不斷完善、不斷創新的提升過程。專業認證可以使高校更進一步地明確培養目標，更進一步關注專業培養與社會需求的接軌，達到提高學生就業水平，提高學生綜合能力的目的[1]。工程教育要突出綜合性、實踐性、經濟性、創新性，要盡可能把工程實踐與素質教育結合起來，培養學生的綜合實用和創新能力。這與工程教育專業認證的10項畢業要求是完全一致的[2-4]。

我校的測控技術與儀器專業成立于2001年，是一門多學科相互交叉滲透形成的一門綜合工程學科。而微機及單片機原理與應用課程及相關實踐課程是本專業的基本課程。通過微機及單片機原理與應用課程的學習，可使學生在理論和實踐上掌握微型計算機的基本組成、工作原理及常用接口技術；初步掌握匯編語言程序設計的基本方法和上機調試過程；建立微機整體概念，具備利用微機進行硬、軟件開發的初步能力。使學生了解單片機的基本工作原理，認識單片機系統的結構，掌握單片機應用系統的設計方法和流程，具備單片機應用系統開發的初步應用能力，為將來從事單片機應用系統的設計與開發打下堅實的基礎。

基于上述分析，結合我校應用型本科特點對我校測控技術與儀器專業的微機及單片機原理與接口技術課程進行了改革和創新。

1 課程地位與存在問題

微機及單片機原理與接口技術課程是測控專業的專業基礎課，課程改革之前，微機原理64學時，其

中實驗12學時。本課程以8086微型計算機為研究對象，以CPU結構、匯編語言和接口技術為重點。其任務是使學生能夠從應用的角度出發，在理論和實踐上掌握微型計算機的基本組成、工作原理及常用接口技術；初步掌握匯編語言程序設計的基本方法和上機調試過程；建立微機整體概念，具備利用微機進行硬、軟件開發的初步能力。教學內容包括：8086CPU的內部結構及其基本工作原理，操作數的各種尋址方式，8086的指令系統及應用。常用的偽指令，匯編語言程序的結構以及匯編語言程序設計方法。中斷技術，可編程中斷控制器8259A的主要功能、工作方式及應用。各類存儲器的特點與接口擴展技術。可編程并行接口8255A、可編程定時器/計數器8253的結構及其應用，可編程串行通信接口8251A的結構及其應用，ADC0809和DAC0832的內部結構及其應用。

單片機原理與接口技術40學時，其中實驗8學時。學習的目的是要掌握單片機應用系統的設計方法和流程，具備單片機應用系統開發的初步應用能力。教學內容包括： MCS-51單片機的內部結構及工作原理、引腳功能、時序等。MCS-51單片機的指令系統及應用，單片機匯編語言程序的結構以及匯編語言程序設計方法。MCS-51單片機存儲器接口擴展技術，并行I/O口芯片8255A、8155的結構及應用，串行口、中斷系統、定時器/計數器等片內資源的使用，ADC0809和 DAC0832接口技術，鍵盤與顯示接口技術。

從教學內容安排上可以看出，微機原理與單片機在接口技術部分有大量重復的部分，如存儲器的擴展、并行IO端口擴展技術以及AD/DA接口部分，包括匯編語言程序設計的程序結構部分基本一樣。單片機課程的實踐應用范圍廣、實用性強、學時較少，所以應該適當綜合考慮合理分配兩門課程的教學內容與學時安排。以工程教育專業認證為引領，對微機和單片機原理與應用課程進行教學改革，明確課程目標與學生能力培養的對應關系。

2 課程教學內容及教學方式改革

由于8086芯片在工程應用中較少，而單片機的應用非常廣泛，對這兩門課程進行整合，壓縮微機原理的學時為32，無實驗學時；擴展單片機課程的總學時為48，實驗學時8，加強單片機課程的學習力度。在教學內容上也作了相應調整。微機原理課程中只保留內部結構與工作原理、指令系統與匯編語言程序設計、存儲器及接口、中斷系統及可編程中斷控制器8259A等內容，其他接口部分均放在單片機課程中學習。表1所示為兩門課程調整后的授課內容安排。由于近年來單片機系統應用偏重低功耗和便攜式，并口外設越來越少，串行口外設比較普遍，故單片機課程中增加了串行口擴展技術。另外工程應用中，單片機C語言的應用比較廣泛。所以在單片機課程48學時還分配了8學時單片機C語言內容。內容主要集中在定時、中斷及AD/DA接口，鍵盤與顯示接口的應用上，使學生能扎實地掌握工程基礎知識和基本理論知識，具有系統的工程實踐學習經歷，培養出符合工程教育專業認證的人才。在人才培養方案中，把兩門課同時放在第4學期學習，微機原理在前，單片機在后連續進行由同一教師擔任相同班級的兩門課程的教學任務，改革之前單片機在第5學期開設，把單片機課程提前有利于學生提早進行實踐動手能力的培養，可以更好地促進校內及全國范圍內的大學生科技創新活動的開展。

表1 兩門課程改革后的課程內容安排對比

3 課程實踐環節改革

在課程實踐能力培養方面，單片機8學時的實驗安排了基本編程練習數據處理或數據轉換的設計性實驗、定時計數器及外部中斷的設計性實驗、AD/DA接口驗證性實驗、鍵盤和數碼顯示接口驗證性實驗，基本包含了單片機片內資源及外部接口的所有軟硬件知識點。在完成基礎實驗后，安排2周學時的單片機課程設計，提供多個題目供學生選擇，題目有：電子鐘設計、電子琴設計、空調控制器設計、微波爐控制程序設計、電磁爐控制設計、洗衣機洗衣程序控制設計、步進電機控制設計、直流電機控制設計、16×16點陣顯示器設計、數字溫度計設計、計算器設計等。學生可根據自己能力選擇單片機實驗箱硬件連線軟件

編程方式或者自己動手設計硬件電路、軟件編程、繪制電路板購買元器件進行焊接調試，軟硬件聯合調試方式完成課程設計任務，充分發揮學生主觀能動性，根據完成情況、調試情況、功能實現及現場答辯幾個環節綜合評分。軟件編程可以選擇匯編語言或單片機C語言實現。使學生具備設計和實施工程實驗的能力和對實驗結果進行分析的能力，目的是能培養出符合工程教育專業認證要求能力的工程類畢業生。圖1與圖2分別為學生課程設計時的仿真與實驗箱調試結果。

圖1 16×16點陣顯示器仿真設計

圖2 16×16點陣顯示器實驗箱實物設計

4 課程考核方式

微機原理考試采用閉卷筆試方式。學生的課程總評成績由平時成績(占20%)和期末考試成績(占80%)兩部分構成，平時成績由出勤、作業、課堂提問、學習主動性組成。單片機課程采用兩種考核方法，由學生選擇其中一種。

(1)作品：學生自行開發一個單片機應用系統，調試成功寫出設計報告后跟任課教師申請答辯，任課老師根據實物的完成情況及答辯情況給出相應的成績。設計報告跟試卷存檔。學生的課程總評成績由平時成績(占10%)、實驗成績(占20%)和設計綜合成績(占70%)三部分構成，平時成績根據出勤、作業、課堂提問、學習主動性等進行評價。圖3為學生提交的水箱水溫水位自動監測報警系統作品之一。

(2)課程考試 ：期末考試采用閉卷筆試方式。學生的課程總評成績由平時成績(占10%)、實驗成績(占20%)和期末考試成績(占70%)三部分構成，平時成績根據出勤、作業、課堂提問、學習主動性等進行評價[5]。

圖3 水箱水溫水位自動監測報警系統

5 結束語

目前該教學模式已實行兩年，效果顯著，實驗操作出勤率100% ，實驗及課程設計報告上交100% ，多數學生成績優良，課程設計的調試成功率大大提高，學生的主動性增強。加強課程實驗和課程設計強化了工程實踐能力的培養，對學生動手能力的鍛煉起到重要作用，這種工程能力在后續課程中得到了充分的應用和實踐。如：畢業設計、電子設計競賽、大學生創新科技活動，省大學生科技創新活動等環節，這與工程教育專業認證的目標一致。隨著工程教育專業的建設與發展，對于微機與單片機課程及其他核心專業課程的教學改革與探索仍然非常重要。

[1] 葉洪濤,羅文廣,曾文波.基于專業認證的地方高校人才培養模式探索[J].高教論壇,2012(10):34-36.

[2] 陳青山,董明利,祝連慶.工程教育專業認證背景下的精密測量技術課程建設[J].學園,2015(4):10-11.

[3] 彭熙偉,郭玉潔,汪湛清.基于成果導向的自動化專業課程設計改革[J].電氣電子教學學報.2015,37(5):87-89.

[4] 張曉青.工程教育專業認證指導下的電子線路C A D 教學實踐[J].教育教學論壇,2005年(23):142-143.

[5] 單片機原理及應用B課程教學大綱[EB/OL]. http://zyjs.ycu. edu.cn/jsjkxyjszy/N20160303114454.html.

Teaching Reform of Microcomputer and Single Chip Microcomputer Principles and Applications Courses by Certification of Engineering Education Programs

Wang Dongxia, Wen Xiulan, Huang Jiacai, Sheng Danghong
Automation School, Nanjing Institute of Technology, Nanjing, 211167, China

Guided by engineering education professional certification, from the talent training scheme construction for measurement-control technology and instrumentation, through analyzing existing problems, many teaching reforms have been done for the microcomputer and single chip microcomputer principle and application courses. Such as adjusting the teaching contents, teaching methods, course practice and evaluation mode of examining. The aim is to strengthen the practice ability and improve student comprehensive quality and cultivate all kinds of high-quality talent to meet the need of society.

professional certification; microcomputer principles and applications; single chip microcomputer principles and applications; course teaching reform

2016-04-11

王東霞，博士，副教授。溫秀蘭，博士，副教授。

南京工程學院教學改革項目(編號：JG201412，JG201401，2014ZC51)；江蘇省“333人才工程”和“六大人才高峰”項目。