“單片機與接口技術”精品資源共享課設計與建設

宋 躍， 余熾業， 胡 勝

(東莞理工學院 電子工程與智能化學院, 廣東 東莞 523808)

“單片機與接口技術”精品資源共享課設計與建設

宋 躍， 余熾業， 胡 勝

(東莞理工學院 電子工程與智能化學院, 廣東 東莞 523808)

在 “單片機與接口技術” 省級精品資源共享課程的轉型升級建設中，針對資源共享課程教學理念、課程內容體系、課程資源等方面進行了研究，特別在資源特色和實踐教學體系上進行了重點設計，實踐證明該建設是行之有效的。在介紹該課程建設、教學組織、共享資源建設的同時，重點講述了實驗實踐教學的組織和課程特色資源的建設情況。

單片機與接口技術； 精品資源共享課； 實踐教學體系

2012年以來的大規模在線開放課程在全球迅速興起，對傳統高等教育形成了深刻變革之勢，我國自上而下提出的建設精品開放課程極為適時和必要，通過網絡傳播的資源共享課程以普及共享優質課程資源為目的，體現了現代教育思想和教育教學規律，展示了教師先進教學理念和方法，并服務學習者自主學習[1]。基于80X86背景的“微機原理及應用”與以51TM為典型機的“單片機及接口技術”課程，自2010年9月開始將其合并為“微機原理與單片機技術”，列為學科基礎課程，學時80學時(含實驗16學時)，在卓越工程師班同時開設課程設計1周。該課程以“單片機與接口技術”申報獲2010年廣東省精品課程和2013年廣東省資源共享課程立項，在建設中與“東莞龍昌”(東莞龍昌-東莞理工2012年國家工程實踐教育中心)“東莞博思”“深圳信贏達”等企業一起，針對共享課程課程理念、內容體系、課程資源、實踐教學體系等進行了研究與建設，取得了預期效果。

1 課程建設

1.1 教學理念的轉變

共享資源課程的建設，首先是教學理念的轉變。教學理念轉變的核心是以“教”為主轉向以“學”為主，以“成果導向教育”為引領，確立“以生為本、以學為主”的教學理念并貫穿于課程建設的全過程[1-2]。

1.2 課程內容體系與教學模塊設計

二合一課程在具有很強的系統原理的同時，對實驗實踐提出了工程應用能力的培養要求。圍繞應用型人才培養目標，將二合一課程從知識、課程方法學和課程需解決的專業技能的技術層面出發，設計圖1的課程內容體系[3-4]。為便于學生自主學習，圍繞課程內容體系，研究本課程知識的內在邏輯，同時在教學中設計6大模塊，來實現課程的內在邏輯教學[2,5-6]。

圖1 課程內容體系設計

本課程的內在邏輯是：

(1) 以存儲器和IO接口為主線，闡明地址譯碼與接口原理的關聯性；

(2) 基于匯編指令，闡釋實時控制與時序技術；

(3) 基于程序設計和運行，闡明程序存儲與控制原理；

(4) 以中斷、定時器、系統擴展、串行口、AD接口等為目標，討論微機基本技術；

(5) 以總線擴展與串行器件、仿真開發軟件、C51與匯編混合編程為目標，研究與討論嵌入式系統開發與應用。

教學模塊設計為硬件模塊、指令模塊、編程模塊、接口模塊、開發模塊、其他模塊，共6個模塊，分為20個單元來分解知識點。

1.3 二合一教材

圍繞課程內容體系和應用型人才培養需要，把握理論知識必需并面向應用設計的原則，實現學生在完成工作任務的同時獲取能力的目標，組織編寫出版《單片微機原理與接口技術》二合一教材(主編宋躍)。與傳統本科教材相比，有以下特點：

(1) 圍繞單片機教學需要，適時推出所需微機基本理論與原理。

(2) 最新實用技術貫穿全書，如Flash、串行總線器件、C51接口編程等，以突出教材內容的前沿與實用特點。

(3) 注重軟件仿真與硬件實驗的結合，有較多的工程案例資料導入教材，C51與匯編編程交叉出現在教學案例中，對典型案例同時提供匯編與C51對應的源程序。

(4) 在介紹仿真軟件μVision、Proteus的同時，教材(含習題)中對常用知識點穿插有實用仿真案例，為單片機實驗實踐與學習訓練提供實用的參考范例。

1.4 構建工程能力培養實驗實踐體系

從入門訓練開始，以培養學生的基礎能力為主，利用多方資源，構建實驗實踐平臺，見圖2。

圖2 實驗實踐體系構建

硬件資源除新置滿足二合一教學需要的DICE-598實驗設備用于課內實驗外，在課外還開展2項硬件建設：

一是依托課程項目建設，2008年來完成了入門興趣系列、接口技術系列、綜合開發系列3大系列的16種板共3代，共計400余套的單片機實驗板的開發與研制，其中入門興趣系列板每學期以宿舍為單位免費配發給學生自由使用，其他系列板在創新中心、創新基地集中使用。

二是依托學科建設，在學院公共科研平臺近4年添置單片機開發所需的高新設備近200套(臺)、40個品種，投資近300萬元。

以入門興趣板為起點培養學習興趣，開展入門訓練；基于接口技術板、綜合開發板和DICE-598實驗設備的課內實驗、創新競賽項目訓練，培養基礎設計與調試能力；通過課程建設合作企業、實踐教學基地的企業項目及教師科研課題，獲得工程應用能力。通過課內課外、校內校外的訓練結合，逐步實現工程能力的培養。

1.5 考核改革、教學反饋與評價

注重學生學習過程，利用網絡教學平臺在線開展1次期中考試和1～2次小測試，期末考試變單一筆試為“實驗考核”和“筆試”相結合。筆試中提高了針對具體問題設計方案題目的比例，加強課內知識和課外知識的結合，課內實驗教學采取50%必做與50%選作相結合，實驗室1周開放2個晚上。必做實驗由教師和實驗教師指導，選作實驗由實驗教師和學生實驗助理指導，期末實行實驗考核，以10%計入課程成績。同時16學時的實驗中設計2～3個OBE實驗，學生在完成實驗后，提交OBE實驗報告，評估實際的學習效果，提供現場教學反饋信息，為教學評價和持續改進提供第一手資料[3-4]。

2 資源共享建設

圍繞以生為本、以學為主，開展如圖3的課程建設，其中共享資源是課程建設的主要表征和載體。

圖3 課程建設整體設計

2.1 共享資源建設

課程資源建設見圖4。

圖4 課程資源建設圖

圍繞啟發學生創新思維和激發學生學習興趣，建立自學習平臺，建設了較系統、完善、連貫且具有交互性的課程網站[5]。

以二合一教材為背景，制作了配套的PowerPoint系列課件，完備的PPT、課程錄像、實驗演示錄像、全套習題解答等網絡視頻和多媒體課件，逐步實現傳統教學手段與現代教學手段的有機融合。

在課件制作中，加入常用仿真開發軟件的內容，如單片機開發調試軟件Keil C51 μVision，硬件設計Proteus電路仿真軟件，并結合積累的經驗，提煉出一些有代表性的例題給學生演示整個設計過程，同時通過Keil C51 μVision與Proteus的有機結合來建立一個軟硬件聯合仿真系統，從而實現系統的總調，逐步實現理論教學與工程實踐應用的有機融合。

課程網站資源除基本的課程信息、教學大綱、課程標準、主講教材與參考書目、多媒體課件(自制系列PPT)、教學錄像(80節)、習題庫(10余個版本)、考研試題庫(近30套)、歷年考試試卷及評分標準(40余套)、其他學習教材(含各種PPT 10余套)、實驗軟件、網絡教學平臺(作業系統、在線考試系統、 輔導答疑系統)等基本資源外，還建設了具有工程特色的拓展資源庫[4-6]，主要含：

(1) 設計案例欄目里有近120個案例。

(2) 應用資源庫含有技術開發資源、器件資料庫、行業標準、進階資料庫，近60個文檔。

(3) 課外實踐欄目含有單片機3大系列板、單片機實驗箱技術改造、仿PC機單片機實驗板等較完整的技術文檔(資源說明、電路圖、實驗程序等)，供學生進行單片機學習及應用開發參考，同時備有空PCB板供學生訓練使用。

(4) 學生成果欄目含單片機(含ARM)的競賽獲獎、公開論文、知識產權等科研成果等展示近70余項。

(5) 在網絡教學平臺中建設40余套300多題的試題庫，可以進行自動組試卷和手動組試卷。

2.2 交互性教學

全面啟動網絡化教學，2014年3月全面開展在線答疑、布置和批改作業、在線考試測試、教學互動、發布課程資訊等網絡化教學[7-10]，不斷豐富課程網站(http://jpkc.dgut.edu.cn/mcu)資源，近年來課程網站的訪問率和利用率大大提高。積極采用E-mail、QQ、BBS等網絡工具，在網絡上和學生進行實時交流和互動，到2016年11月10號，課程總訪問近40萬次，架起了師生交流的橋梁，擴充教學時空，彌補了課堂教學答疑時間不足的缺陷，有利于教師掌握學生的學習效果和反饋意見，及時調整教學進度和教學方法。網上教學資源基本成形，同時還在不斷充實和更新中。

3 資源共享課程特色

3.1 “以生為本、以學為主”“成果導向”

現代知識的傳播模式和個性化的學習方式有利于學生導學和助學，通過開發和集成學生自學習資料庫，為學生自主學習、開闊視野、培養能力和提升素質提供優質資源。

利用網絡優勢，除為學生提供教學視頻、多媒體課件、實驗實踐等基本教學資源外，著力為學生提供更多的資源，如設計案例、技術開發資源庫、器件資料庫、行業標準、進階資料庫、學生成果庫等，便于學生把握學習進度、范圍和深度，同時了解微處理器的發展和企業研發標準。

3.2 自學習與知識傳承相結合

借助網絡教學平臺打造常見問題、熱點討論、難題釋疑、經典錯誤案例，培養學生甄別和處理信息的能力。通過網站大量的資源，如習題庫、試卷庫、考研試題庫、優秀設計庫、公開發表論文庫、知識產權庫等，向學生提供自學習資源。

3.3 利用仿真技術和案例設計

從思維方法入手，以知識點為基礎，用設計案例引導學生。本課程包含微機理論，但又以51單片機作為實踐載體，課程信息量大，對初學者來說有許多難點。我們抓住問題關鍵，從51單片機應用出發，在講述單片機基本資源的基礎上，通過仿真技術和設計案例，讓學生身臨其境，引導學生入門。重點體現在基礎和應用2方面[1,11-12]：

(1) 理解微機內部結構,熟悉51TM單片機資源。

(2) 能夠在μVision4、Proteus8仿真軟件環境下搭建硬件編寫軟件完成調試。

(3) 掌握時序、接口分析方法、匯編和C51編程。

(4) 掌握常用接口技術和最小系統設計。

3.4 加深基礎理論，提升應用能力

在理解基本原理基礎上，重視實驗實踐是本課程的又一重要環節。對實踐教學，同樣有“質”和“量”的要求，一步一個腳印，學習系統但不冷落原理，使用工具但不忽視規律，促進學生全面、協調、可持續發展[2]。

(1) 在掌握基本原理的基礎上，熟練運用μVision4、Proteus8完成系統設計。

(2) 學生完成選題—設計—仿真—調試的全過程。

(3) 通過創新競賽、科研等項目，提高自主學習、創新和實戰能力。

3.5 校企合作，共建多維、立體化、交互式教學平臺

基于“國家級工程實踐教育中心”的東莞龍昌、參與精品和資源共享課程建設的東莞博思，共建“創新基地”的東莞創銳、東莞博思、東莞拓撲，基于課程群案例合作的深圳信贏達等，以及基于科研項目合作(委托)的企業，為學生的創新競賽、課程設計、畢業設計以及項目案例建設，提供了具備行業特色的實戰選題。來自企業的企業標準、企業項目、設計案例等為課程資源提供了豐富的企業背景。

在開展工程實踐訓練的同時，將材料寫作、研究合作、國際交往等多種能力的綜合培養融入能力培養的全過程，學生的知識產權、公開論文、競賽獲獎等成果展示提升了課程資源的示范效應。

4 結語

通過實踐，取得了一定的成績，基于本課程建設，2015年省“嵌入式測控技術課程群”綜合改革項目獲批，但仍有很多不足：

(1) 課程網站需繼續加大來自企業的資源，同時適當引進境內外的教育資源。

(2) 為持續改進課堂教學，需加大社會評價和社會需求環節的信息反饋, 完善閉環控制機制[3]。

(3) 學習者不僅需要課程資源的豐富性、系統性、連貫性，還需要學習的組織性、評估性和反饋性,更需要一個 “先行組織者”[5]來實現繼續研究和實踐。

References)

[1] 李健.“金融學”資源共享課程建設的理念與設計[J].中國大學教學，2013(9):15-17.

[2] 潘峰，薛定宇，陳大力，等.控制系統仿真與CAD國家精品資源共享課程建設[J].實驗室研究與探索，2013,32(11)：286-289.

[3] 蔣宗禮.建設國家精品資源共享課提高人才培養質量[J].中國大學教學,2013(1)：13-16.

[4] 邊穎,李愛萍,尤春陽.國家精品資源共享課程建設初探[J].教育與職業, 2014(8):127-128.

[5] 周雨青,張勇,葉善專,等.探析物理精品資源共享課程的建設與發展[J].中國大學教學,2013(3)：59-61

[6] 國家精品課程[EB/OL].http://www.ruder.com.cn/WebCenter/item/part/gjjpkc,2008-03-25.

[7] 吳寧，馮博琴.對國家精品課程轉型升級與資源共享建設的認識與實踐[J].中國大學教學，2012(11):6-9.

[8] 陳德為,吳亦鋒.《單片機原理與接口技術》課程教學的若干思考[J].高教論壇. 2005(4):58-60.

[9] 屈莉莉.“單片機原理”課程教改初試[J].高等工程教育研究,2002(1):85-86.

[10] 張洪田，孟上九，秦進平,等.應用型人才培養體系的探索與實踐[J].中國高教研究，2008(2):86-88.

[11] 廖平.單片機實驗教學的改革[J]. 實驗室研究與探索,2004,23(7):36-38.

[12] 宋躍，余熾業，張志堅.單片機精品課程的實踐教學改革[J].實驗室研究與探索，2009，28(3):83-85,95.

Design and construction of SCM and Interface Technology excellent resource sharing course

Song Yue, Yu Chiye, Hu Sheng

(School of Electronic Engineering and Intelligence, Dongguan University of Technology, Dongguan 523808, China)

In transformation and upgrading of the provincial excellent resource sharing course of SCM and Interface Technology, the teaching idea, the content system and resources of this resource sharing course are studied, and the resource characteristics and practical teaching system are especially designed. The practice proves that the construction is effective, the construction of the course, the teaching organization and the construction of the sharing resources are introduced, and the construction of the experimental practical teaching and the construction of the curriculum resources are also emphasized at same time.

SCM and interface technology; excellent resource sharing course; practical teaching system

10.16791/j.cnki.sjg.2017.06.037

2016-11-11 修改日期：2017-03-04

2013年廣東省高等學校教學質量與教學改革工程本科類立項建設項目；2015年度廣東省高等教育教學改革項目(本科類綜合類教改項目)

宋躍(1963—)，男,湖南邵陽，碩士，教授,研究方向為電路與系統、電子測量與儀器、電子教學論等.

E-mail：eda815@163.com

G642.0

A

1002-4956(2017)06-0150-04

實驗教學研究