課程思政視域下電子信息工程專業單片機教學設計與實踐

李成勇

（重慶工程學院電子信息學院，重慶 400056）

一、引言

《單片機與接口技術》是電子信息類專業的核心課程之一，具有自身的體系和很強的實踐性。它是電子電路相關專業培養學生設計電子產品的關鍵課程,本課程以培養學生單片機系統的開發應用能力為目標，以項目為導向，包括單片機基本原理、單片機基本應用、單片機應用系統設計方法，是電子信息類專業的重要支撐技術課程。

通過本課程的教學，使學生掌握單片機原理與應用的基本知識，獲得單片機應用系統設計的基本理論與基本技能，掌握單片機應用系統各主要環節的設計、調試方法及開發步驟。培養學生分析問題、解決問題的綜合能力。為學生學習后續課程及畢業后從事與單片機應用技術相關工作崗位打下堅實基礎。

本課程共有48 課時，線下總學時為32 課時，以教師講授為主（占16 學時），有重點的講授，加入大量課堂討論（占16 學時），線上以實驗室+虛擬仿真平臺+實際項目為學生鍛煉平臺（占16 學時），在課堂討論中進行學生與學生翻轉，針對線上遇到的問題在線下時間互相提問，累計平時成績。在教學內容上重構知識體系：重在實際應用，強調外部特性，弱化內部復雜結構，確保“突出應用”為主知識點體系，并將所有知識體系用5 個學習情境貫穿。

二、課程總體規劃

根據工學結合的應用技術教育理念，課程組深入多個企業調研，并根據學生實際情況，采用翻轉課堂教學模式，本門課課堂翻轉有兩種形式，主要是角色翻轉，包括教師與學生翻轉、學生與學生翻轉。其中教師與學生翻轉體現在線上線下，線下總學時為40 課時，以教師講授為主（占24 學時），有重點的講授，加入大量課堂討論（占16 學時），線上以實驗室+虛擬仿真平臺+實際項目為學生鍛煉平臺（占8 學時），在課堂討論中進行學生與學生翻轉，針對線上遇到的問題在線下時間互相提問，累計平時成績。在教學內容上重構知識體系：重在實際應用，強調外部特性，弱化內部復雜結構，確保“突出應用”為主知識點體系，并將所有知識體系用5 個學習情境貫穿。選取構建單片機最小系統、接口與顯示技術、定時中斷系統、串行口通信系統、單片機雙機通信等典型項目作為教學情境案例，每一個情境有若干任務組成，分線下線上任務，所選取任務突出實用性、趣味性及科學性，保證學生能夠在線上通過查找資料等方式完成。

三、課程教學設計與方法

（一）課程教學設計思路

課程教學設計思路如圖1 所示；

圖1 課程教學設計思路

（二）課程內容設計

1.構建單片機最小系統（12 課時）--其中線下6 學時，線上6 學時。知識點1.1-認識單片機2課時（線上）任務1.1-點亮一個發光管2課時（線下）,知識點1.2-keil 工具使用2 課時（線上）,任務1.2-控制一個發光管亮滅2 課時（線下）,知識點1.3-C 語言2 課時（線上）,任務1.3-流水燈控制2 課時（線下）。

2.接口與顯示技術實訓（外部電路設計20 課時）--其中線下10 學時，線上10 學時。知識點2.1-數碼管2 課時（線上），任務2.1-數碼管顯示0-9 2 課時（線下），知識點2.2-數碼管動態顯示原理 2 課時（線上），任務2.2-數碼管動態顯示0-99999 2 課時（線下），知識點2.3-點陣顯示原理2 課時（線上），任務2.3-點陣顯示電子廣告牌2 課時（線下），知識點2.4-鍵盤顯示原理2 課時（線上），任務2.4-數碼管顯示4X4 矩陣鍵盤按鍵號2 課時（線下），知識點2.5-2 液晶顯示原理2課時（線上），任務2.5-1602 液晶顯示班級學號2 課時（線下）。

3.定時中斷系統實訓（內部資源應用16 課時）--其中線下8 學時，線上8 學時。知識點3.1-定時_計數器2 課時（線上），任務3.1-T0控制流水燈2 課時（線下），知識點3.2-內部中斷系統理論2 課時（線上），任務3.2-10s的秒表2 課時（線下），知識點3.3-外部中斷系統理論2課時（線上），任務3.3-用定時器設計的門鈴2 課時（線下），任務3.4-定時器控制數碼管動態顯示2 課時（線上）綜合練習，任務3.5-用計數器中斷實現100 以內的按鍵計數2 課時（線下）。

4.串行口通信系統實訓（8 課時）--其中線下4 學時，線上4 學時。知識點4.1-串口通信原理2 課時（線上），任務4.1-兩個單片機之間通信設計2 課時（線下），知識點4.2-AD 轉換器2 課時（線上），任務4.2-ADC0808 PWM 應用設計2 課時（線下）。

5.硬件應用設計實訓（8 課時）--其中線下4 學時，線上4 學時。知識點5.1-74LS138譯碼器原理1課時BCD譯碼數碼管原理1課時（線上），任務5.1-74LS138 譯碼器應用1 課時（線下），任務5.2-BCD 譯碼數碼管顯示數字1 課時（線下），知識點5.2-74HC59 原理1 課時，74LS14原理1 課時（線上），任務5.3-74HC595 串入并出芯片應用1 課時（線下），任務5.4-74LS148 擴展中斷1 課時（線下）。

（三）教學方法設計

在教學方法上變傳統的“講授”型教學為“做中學、學中做”的翻轉課堂教學模式，學生不再局限課堂教學，把一半課堂還給學生自己使用，每個情境以若干任務形式把實訓知識點進行分解，通過網絡教學平臺下發任務書給每一個同學。任務書明確項目要求，指導學生主動查閱資料獲取知識。為避免同學在個體學習過程中有畏難情緒，同時培養學生實際學習工作中的團結協作能力，在強調學生自主學習的同時，在教學過程中采用合作式學習，建立一種相互式學習、競爭式學習的學習風氣。一個階段性線上任務實施完成后，每個學生在課上要對該階段項目調試結果進行分析，數據進行統計、總結，并以項目報告的方式提交任課教師。為體現“理論夠用”，強調學生在課下的能動性，在每個階段結束后進行知識測評，從而檢查學生的掌握情況。教師的教學過程就是導演學生學習的線下線上各個環節，做好各個環節的穿針引線工作，當然必要的時候要給予學生知識內容上的糾正和補充。通過任務解析——獨立操作——討論——教師演示——反饋等環節真正做到以行動導向為理念的翻轉課堂教學。

（四）課程資源設計

1.課件集

《單片機與接口技術》課件集（PPT）,以知識點為單位制作PPT，要求制作精美簡單，以簡單的形式把知識點介紹清楚，每個知識點PPT的張數控制在10 頁以內。每個任務制作一個PPT，PPT 內容包括任務布置、任務分析、課堂討論、任務實施、分析歸納、任務拓展、考核、下次線上任務布置等內容。

2.微課

線上需要教師提前錄制好學習視頻，學生通過觀看視頻完成相關作業。是對于學生而言，學生無法耐心觀看45 分鐘的視頻，也不知道重點難點在哪里，因此需要微課作為翻轉課堂的載體，作為翻轉課堂中學生自學的重要資源。微課是通過簡短的視頻記錄教師圍繞某個知識點所開展的教學活動，微課具有教學目標明確，內容精簡，知識點針對性強，具有短小精悍的特點。微課將知識碎片化，只需要將本次課程學習內容講清楚即可。教師使用現有的“超級錄屏”以及“視頻編輯專家”軟件即可錄制以及編輯微課視頻，教師錄制過程簡單，學生學習有針對性，學生遇到問題可以反復觀看學習。本門課把每一個知識點錄制一個微課，時間控制5-10 分鐘內。另外，也可以推薦一些微課視頻和相關網站，進一步拓寬學生的視野。

3.在線測試題庫

利用網絡教學平臺，課后給學生布置一些提高的設計任務，發布在課程網站上讓學生去完成。每一個情景學習結束后，及時了解學生學習情況，通過網絡平臺，發布在線試題，要求學生在規定的時間內完成。還可以相關任務拓展，例如，數碼管的動態顯示可以布置 4 位計數器的設計，提高學生綜合應用的能力。

針對實驗箱配置，制定了實訓指導書，設置了24 個實訓操作任務。為了是學生從單一任務向綜合性、系統性任務轉變，設置了5 個教學案例庫。編制了涵蓋5 個項目15 個知識點的13 套完整上機操作試題，并提供了參考程序。針對翻轉部分內容編制了12 套線上作業題，主要是對翻轉內容鞏固提升，整個項目學習完了對分任務的綜合設計應用。

4.項目資源及芯片文檔資料

把相關芯片文檔資料通過網絡平臺共享給學生，要求學習芯片關鍵點，在課堂上來分享，促進自學能力提升。課程組老師聯合企業共同開發了任務驅動的配套教材。

四、結束語

課程中確定資料檢索能力、技術集成能力、資源調配能力、電路設計與分析能力、編程及調試工具的運用能力、調試與分析能力是從事單片機等，是應用產品開發中的必備基本能力，這樣培養出來的學生適應性更強，在企業只要稍加專業培訓就能很快上崗。

在項目中能不斷重復訓練資料檢索能力、技術集成能力、資源調配能力、電路設計與分析能力、編程及調試工具的運用能力、調試與分析能力等實用能力，這 對培養從事單片機應用產品開發與生產一線工程技術人員來說非常有益，有利于學生畢業后盡快適應企業的工作能力要求。學習情境的選擇比較注重實用性和趣味性，這將有助于調動學生的學習興趣，從而促進學生的學習積極性，提高訓 練效果，培養職業能力。

總之，該課程比較好低解決了崗與能、能與導、導與做、做與學、學與教、教與練的內在聯系，在學生中反應效果不錯。