關(guān)于《單片機應(yīng)用技術(shù)》課程標準建設(shè)的思考

黃澤界，王三山，黃崢

（遵義職業(yè)技術(shù)學院，貴州 遵義）

課程作為教學建設(shè)中最基本最核心的元素，其建設(shè)質(zhì)量對于高校人才培養(yǎng)質(zhì)量的提升起著至關(guān)重要的作用[1]。課程程標準是規(guī)定某一學科的課程性質(zhì)、課程目標、內(nèi)容目標、實施建議的教學指導性文件，是課程建設(shè)的關(guān)鍵。課程標準與教學大綱相比，在課程的基本理念、課程目標、課程實施建議等幾部分闡述更為詳細、明確，特別是提出了面向全體學生的學習基本要求。本文以《單片機應(yīng)用技術(shù)》課程標準為例闡述了課程標準的建設(shè)。

一 課程性質(zhì)和定位

《單片機應(yīng)用技術(shù)》是應(yīng)用電子技術(shù)、工業(yè)機器人技術(shù)、機電一體化技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)等專業(yè)的一門專業(yè)必修課。先修課程主要包括：電子技術(shù)和C語言程序設(shè)計，其主要內(nèi)容是電路設(shè)計和軟件編程，這是學生學習本課程的基礎(chǔ)。后續(xù)課程有：嵌入式技術(shù)和傳感網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)。因此，單片機應(yīng)用技術(shù)課程在裝備制造和電子信息類專業(yè)的課程體系中處于承上啟下的地位。

通過本課程的學習，使學生掌握單片機技術(shù)及其在工業(yè)控制、經(jīng)濟建設(shè)和日常生活中的應(yīng)用；培養(yǎng)學生實踐能力、創(chuàng)新能力和新產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)能力，為將來從事電子電器新產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)，電子產(chǎn)品的檢測和維護等工作奠定基礎(chǔ)。

二 課程設(shè)計思路

與普通高校課程以教材為依據(jù)不同，高職課程還具有“職業(yè)工作過程載體”的典型特征[2]。本課程以高等職業(yè)院校裝備制造和電子信息等專業(yè)學生的就業(yè)為導向，通過到企業(yè)實地調(diào)研以及和行企業(yè)專家研討，對專業(yè)方向所涵蓋的相關(guān)崗位進行了工作內(nèi)容與職業(yè)能力分析，以實際工作任務(wù)為依據(jù)，以創(chuàng)新能力培養(yǎng)為主線，在教學過程中循序漸進地培養(yǎng)學生設(shè)計能力，采用技能基礎(chǔ)、技能提高和技能綜合應(yīng)用三層遞進相結(jié)合的模式來提高教學質(zhì)量，如圖1所示。

實際教學中，主要是以智能電子產(chǎn)品和智能控制工程項目為主線，根據(jù)企業(yè)真實的典型工作任務(wù)，完成單片機電路設(shè)計、軟件設(shè)計與調(diào)試，并在每個項目中融入元器件組接、軟硬件調(diào)試，完成從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計與制作。

三 課程目標

（一） 總體目標

通過本課程的學習，使學生能熟練使用C語言編程，完成簡單的智能電子產(chǎn)品和智能控制設(shè)計開發(fā)；能根據(jù)智能電子產(chǎn)品和智能控制設(shè)計要求進行元器件焊接組裝、軟硬件調(diào)試；培養(yǎng)學生具有一定的創(chuàng)新思維能力，科學的工作方法和良好的職業(yè)道德意識，為提高學生職業(yè)技能奠定良好基礎(chǔ)[3]。

（二） 能力目標

通過本課程的學習，讓學生會運用keil集成開發(fā)環(huán)境，具備用C語言編寫控制程序、下載調(diào)試、查閱幫助的技能；會完成從單片機電路設(shè)計、調(diào)試與運行的技能；會智能電子產(chǎn)品、智能控制的開發(fā)流程和設(shè)計方法；能根據(jù)實際需求，編制智能電子產(chǎn)品、智能控制的總體設(shè)計方案；能根據(jù)智能電子產(chǎn)品、智能控制設(shè)計要求，完成元器件采購、焊接組裝、軟硬件調(diào)試；具備智能電子產(chǎn)品、智能控制的運行維護、技術(shù)改造、生產(chǎn)管理崗位的能力。

（三） 知識目標

讓學生知道MCS-51單片機的組成、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳功能；理解C51的C語言程序基本結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)類型和基本語句；掌握C語言程序分析、應(yīng)用程序設(shè)計和中斷服務(wù)程序編寫；熟悉MCS-51單片機中斷的概念及中斷系統(tǒng)；掌握靈活應(yīng)用MCS-51單片機的定時器/計數(shù)器；理解MCS-51單片機的I/O接口電路，掌握顯示、鍵盤、D/A轉(zhuǎn)換、A/D轉(zhuǎn)換、串行通信的設(shè)計。

（四） 素質(zhì)目標

讓學生能制定出切實可行的工作計劃，提出解決實際問題的方法；具有對新知識、新技術(shù)的學習能力，通過不同途徑獲取信息的能力，以及對工作結(jié)果進行評估的能力；具有決策能力，能記錄、收集、處理、保存各類專業(yè)技術(shù)的信息資料。具有良好的思想品德、敬業(yè)與團隊精神及協(xié)調(diào)人際關(guān)系的能力；在單片機技術(shù)應(yīng)用設(shè)計和開發(fā)的過程中，具有采用所學的相關(guān)專業(yè)術(shù)語進行描述和表達的能力；具有科學的創(chuàng)新精神、決策能力和執(zhí)行能力；具有從事專業(yè)工作安全生產(chǎn)、環(huán)保、職業(yè)道德等意識[4]。

在職業(yè)素養(yǎng)方面，要求從業(yè)者貫徹工匠精神，將職業(yè)規(guī)范、綠色制造、精益生產(chǎn)等切實體現(xiàn)到工作崗位中，同時還要具備團隊合作、溝通服務(wù)、產(chǎn)品售后保障等職業(yè)意識。

四 課程內(nèi)容與學時分配

（一） 課程內(nèi)容

課程標準強調(diào)課程內(nèi)容的重構(gòu)與整合，要求聚焦行業(yè)發(fā)展需要，依據(jù)教學的內(nèi)在規(guī)律，總體把控知識和技能要素，并對知識點、技能點適時遷移、擴充，迭代更新形成若干內(nèi)容模塊[5]。根據(jù)課程目標將本課程知識體系整合為4個貼近生活實際的教學項目，分別是：項目一按鍵控制花樣霓虹燈的設(shè)計與實施，項目二基于直流電機簡易電風扇控制系統(tǒng)的設(shè)計與實施，項目三簡易交通信號燈控制系統(tǒng)的設(shè)計與實施，項目四智能溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計與實施，所有項目又分解為15個具體工作任務(wù)。

（二） 學時分配

《單片機應(yīng)用技術(shù)》作為電類專業(yè)的一門核心課程，其實踐性很強。建議總課時在72學時左右，用15個任務(wù)作為載體組織教學內(nèi)容，將相關(guān)知識、能力要求貫穿于每個任務(wù)實踐中。

技能基礎(chǔ)模塊安排50學時左右，主要注重職業(yè)崗位的基本技能訓練，使學生能完成簡單的智能電子產(chǎn)品設(shè)計制作和調(diào)試；技能提高模塊可以根據(jù)實際需要選擇項目，安排22學時左右，主要注重職業(yè)崗位的開發(fā)技能訓練以及學生的課程設(shè)計，使學生具有智能電子產(chǎn)品和智能控制開發(fā)制作和調(diào)試的能力。同時對接全國職業(yè)院校技能大賽“嵌入式技術(shù)應(yīng)用”賽項，搭載“嵌入式技術(shù)”工作室平臺，讓部分優(yōu)秀的學生獨立完成單片機項目開發(fā)，能力得到質(zhì)的提升，有持續(xù)的發(fā)展空間[6]。

五 教學進度安排

根據(jù)課程內(nèi)容的設(shè)計和教學的要求，合理設(shè)計教學進度。具體教學進度見表1。

表1 教學進度安排

任務(wù)名稱任務(wù)1.1點亮第一個LED燈任務(wù)1.2 LED燈閃爍控制任務(wù)1.3流水燈設(shè)計與實施任務(wù)1.4按鍵控制花樣霓虹燈設(shè)計與實施任務(wù)2.1數(shù)碼管顯示獨立按鍵次數(shù)任務(wù)2.2數(shù)碼管顯示矩陣鍵盤按鍵號任務(wù)2.3直流電機的調(diào)速控制任務(wù)2.4風扇控制系統(tǒng)的設(shè)計與實施任務(wù)3.1數(shù)碼管顯示學號任務(wù)3.2簡易秒表的設(shè)計與實施任務(wù)3.3交通信號燈控制系統(tǒng)設(shè)計與實施任務(wù)4.1單片機與PC端串口通信任務(wù)4.2 LCD 1602顯示學號和姓名（拼音）任務(wù)4.3 LCD 1602顯示環(huán)境溫度任務(wù)4.4智能溫度控制系統(tǒng)設(shè)計與實施知識目標1、掌握單片機最小系統(tǒng)電路2、掌握Keil C51軟件的配置與調(diào)試步驟3、掌握4個通用I/O的使用方法4、掌握獨立按鍵的工作原理5、掌握本門課學習方法6、熟悉單片機特殊功能寄存器及其存儲器結(jié)構(gòu)7、熟悉單片機硬件結(jié)構(gòu)及引腳功能 8、了解LED燈的工作特性1、掌握數(shù)碼管靜態(tài)顯示的工作原理2、掌握PWM脈寬調(diào)制技術(shù)3、掌握直流電機的工作原理4、掌握C語言函數(shù)的定義和調(diào)用方法5、掌握矩陣鍵盤工作原理1、掌握數(shù)碼管動態(tài)顯示原理2、掌握定時器的結(jié)構(gòu)和工作方式3、掌握中斷的概念和中斷系統(tǒng)4、熟悉交通信號燈控制系統(tǒng)工作原理1、掌握51單片機串行接口工作方式和波特率的設(shè)置方法2、掌握51單片機串口的工作過程3、掌握LCD1602的顯示方式4、掌握DS18B20使用方法5、掌握繼電器使用方法6、掌握頭文件的使用方法技能目標1、能夠正確使用單片機最小系統(tǒng)2、能夠獨立完成Keil C51軟件的基本操作3、能夠正確選擇模塊、連接電路實現(xiàn)LED功能4、能夠正確使用獨立按鍵并識別按鍵狀態(tài)1、能夠正確使用數(shù)組存儲、調(diào)用字型碼2、能夠用數(shù)碼管顯示獨立按鍵次數(shù)3、能夠?qū)崿F(xiàn)對直流電機的速度調(diào)節(jié)4、能夠使用矩陣按鍵切換電機速度1、能夠使用動態(tài)數(shù)碼管顯示八位學號2、能夠使用動態(tài)數(shù)碼管顯示時間3、能夠完成系統(tǒng)電路搭接4、能夠完成系統(tǒng)程序設(shè)計1、能夠?qū)崿F(xiàn)51單片機與PC端的收發(fā)通信2、能夠在LCD1602上實時顯示溫度值3、對溫度值進行判斷后能夠控制繼電器正確工作4、能夠通過矩陣按鍵設(shè)置溫度閾值5、能夠正確連接整個系統(tǒng)電路

六 課程實施

（一） 教師團隊

本課程主講教師要求具備電路基礎(chǔ)、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、 C語言程序設(shè)計的知識儲備，能熟練操作Keil軟件，能夠結(jié)合Keil軟件和各個實驗任務(wù)模塊進行單片機 “任務(wù)”驅(qū)動教學，解決學生在實踐環(huán)節(jié)遇到的問題。

（二） 教學方法與手段

按照項目導向、任務(wù)驅(qū)動教學模式，設(shè)計和開發(fā)一系列基于工作過程的教學標準和教學資源，實現(xiàn)“教、學、做”一體化的課堂教學。教學過程主要采用項目化教學，案例分析、分組討論、操作演練、啟發(fā)引導等教學方法，將線上線下混合教學貫穿于教學全過程。課前，通過學習通發(fā)布學習任務(wù)，課中，提出工作任務(wù)，展開討論，任務(wù)分析，實訓操作，總結(jié)拓展，并有機融入思政元素，課后，通過答疑和學生完成拓展任務(wù)鞏固所學知識。以“任務(wù)3.1數(shù)碼管顯示學號”為例，課前通過學習通發(fā)布任務(wù)，讓學生以三個人為一組查找有關(guān)多位數(shù)碼管顯示的生活實例，并完成學習通對應(yīng)任務(wù)點，課中，首先讓學生對生活中的實例進行描述，老師提出本次課的工作任務(wù)，讓學生以組為單位討論任務(wù)實施的方法和路徑，然后由老師對具有代表性的實例進行解析，之后學生開始動手完成任務(wù)，教師在此過程中進行巡查和解疑，在百分之七十左右的學生完成了任務(wù)之后，老師進行總體評價，對重難點進行講解和演示，再讓學生結(jié)合老師的講解對任務(wù)進行再次的確認和修改，之后老師提出拓展任務(wù)：封裝一個8位以內(nèi)任意整數(shù)的數(shù)碼管顯示帶參函數(shù)，并進行分析。對于部分學有余力的同學，督促其在任務(wù)基礎(chǔ)上進行創(chuàng)新和升級，比如：如何顯示一個8位以內(nèi)的任意小數(shù)，在課后，學生實現(xiàn)拓展任務(wù)，老師通過線上或線下進行答疑幫助學生完成任務(wù)[7]。在整個教學過程中，著重強調(diào)專注、細致及創(chuàng)新，融入“工匠精神”思政元素，如圖2所示。

圖2 任務(wù)實施過程

（三） 實訓條件和教學資源

現(xiàn)有單片機實訓室一間，可提供48個工位，學生上課時達到一人一套實訓設(shè)備。能完全滿足本門課程教學需要。

如果說課程資源建設(shè)與實踐是課程的底層建設(shè)，那么課程標準則是課程的頂層設(shè)計。根據(jù)教學的需要，本課程已開發(fā)出一系列數(shù)字化教學資源，如課程相配套的教學視頻52個、PPT課件52個、教案1個、實訓項目源程序1套、習題庫1個、試題庫1個、課外拓展學習資料等，所有資料都已上傳學習通平臺，學生可以通過課程的在線開放平臺隨時隨地學習，打破了學生學習在時間和空間上的限制。

（四） 教材建設(shè)

現(xiàn)已開發(fā)出適應(yīng)本課程內(nèi)容及實訓條件的項目化任務(wù)型教材--《單片機應(yīng)用技術(shù)教程》，并由北京航空航天大學出版社出版。編程語言以C語言為主，校本教材嚴格按照課程標準編寫，以強化技能訓練，培養(yǎng)學生實際解決問題能力為主。充分體現(xiàn)任務(wù)引領(lǐng)、實踐導向的課程設(shè)計思想，力求“做中學、學中做”。教材將本專業(yè)職業(yè)活動，分解成若干典型的工作任務(wù)，通過對項目的具體操作實施，引入必須的理論知識，體現(xiàn)理論在實踐過程中的指導作用。教材圖文并茂，提高學生的學習興趣，表述邏輯清晰，內(nèi)容精煉、準確、科學，便于學生自學[8]。

（五） 考核方式

本課程改革傳統(tǒng)的考試評價方式，采用形式多樣的考核評價模式，期末考試不再是課程結(jié)業(yè)的唯一途徑。采用線上線下相結(jié)合的綜合性多維度考核方式，注重過程考核和技能考核，原則上每個學習項目結(jié)束后都應(yīng)有相應(yīng)的階段性考核，期末成績是每個階段性考核與期末考核成績的總評，如表2所示。

表2 考核方式

七 結(jié)語

綜上，《單片機應(yīng)用技術(shù)》課程標準的建設(shè)為裝備制造和電子信息等專業(yè)的課標建設(shè)提供了具有可操作性的參考樣本，對其他相關(guān)課程標準的建設(shè)起到了引領(lǐng)和示范的作用。