工程教育認(rèn)證背景下“微機原理與單片機接口技術(shù)”教學(xué)大綱的構(gòu)建

摘 要：教學(xué)大綱是高校各門課程的重要教學(xué)綱要，在教學(xué)過程中扮演著核心指導(dǎo)文件的角色。按照工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)要求來構(gòu)建教學(xué)大綱，不僅有利于有效保證工程教育質(zhì)量，而且還有利于實現(xiàn)工程教育和工程師資格國際互認(rèn)。以安徽工程大學(xué)“微機原理與單片機接口技術(shù)”課程為例，本文通過分析工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)對專業(yè)理論課程的具體要求，探討在工程教育認(rèn)證背景下構(gòu)建該課程教學(xué)大綱的一般方法，使“微機原理與單片機接口技術(shù)”課程教學(xué)滿足工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，并期望這些教學(xué)大綱構(gòu)建方法能為普通高校工科類專業(yè)課程教學(xué)大綱的制定提供參考。

關(guān)鍵詞：工程教育認(rèn)證；微機原理與單片機接口技術(shù)；教學(xué)大綱

中圖分類號：G40" 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

工程教育認(rèn)證是我國高等教育的重要組成部分，旨在為相關(guān)工程技術(shù)人才就業(yè)提供教育質(zhì)量保證［1］。安徽工程大學(xué)自2019年起，開始對測控技術(shù)與儀器專業(yè)進(jìn)行認(rèn)證申請，并根據(jù)工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行教育改革。教學(xué)大綱作為教學(xué)活動的核心指導(dǎo)文件，扮演著實施教學(xué)的關(guān)鍵角色，是確保工程教育質(zhì)量的關(guān)鍵組成部分［2］。本文以“微機原理與單片機接口技術(shù)”課程為例，論述了在工程教育認(rèn)證背景下構(gòu)建該課程教學(xué)大綱的具體措施。

1 教學(xué)大綱框架的確立

“微機原理與單片機接口技術(shù)”課程教學(xué)大綱包含教學(xué)目的、教學(xué)要求、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考核方法等。按照工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)要求，各環(huán)節(jié)都要與畢業(yè)要求和指標(biāo)點匹配。安徽工程大學(xué)“微機原理與單片機接口技術(shù)”課程對應(yīng)了2個畢業(yè)要求和3個指標(biāo)點。2個畢業(yè)要求分別是問題分析和使用現(xiàn)代工具，3個指標(biāo)點分別是識別和判斷、技術(shù)資料分析、熟悉工具。因此，進(jìn)一步細(xì)化該課程教學(xué)大綱的內(nèi)容，具體分為課程的基本信息、課程目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考核方法、課程目標(biāo)達(dá)成度的計算方法及教學(xué)參考書目。

2 教學(xué)大綱內(nèi)容的編寫

2.1 課程基本信息

課程基本信息通常包括課程編號、課程類別、學(xué)時/學(xué)分、先修課程、后續(xù)課程、適用專業(yè)、使用教材。表1所示為擬定的“微機原理與單片機接口技術(shù)”的課程基本信息。

2.2 課程目標(biāo)

課程目標(biāo)的制定既要考慮課程本身的特點，又要確保課程能夠支撐畢業(yè)要求的具體指標(biāo)點。“微機原理與單片機接口技術(shù)”課程的目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識與能力、測控自動化系統(tǒng)的設(shè)計能力，以支撐專業(yè)學(xué)習(xí)成果中相應(yīng)指標(biāo)點的達(dá)成。具體如下所述。

課程目標(biāo)1：知道單片機控制系統(tǒng)軟、硬件設(shè)計的基本特性、設(shè)計原理，能對單片機控制系統(tǒng)硬件電路的各個模塊、程序的各個模塊進(jìn)行正確分析。

課程目標(biāo)2：能通過查閱手冊、文獻(xiàn)、行業(yè)規(guī)范或國家標(biāo)準(zhǔn)等技術(shù)資料，編寫基本的電子信息系統(tǒng)設(shè)計方案，具備分析和解決工程實踐問題的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新設(shè)計能力。

課程目標(biāo)3：通過課程學(xué)習(xí)，明晰單片機的開發(fā)流程，提高科學(xué)素養(yǎng)；通過實踐，將課堂所學(xué)知識與日常生活中遇到的問題相結(jié)合，樹立學(xué)習(xí)自信心；通過設(shè)計流程，建立工程意識。

2.3 教學(xué)內(nèi)容

在編寫課程大綱的教學(xué)內(nèi)容時，應(yīng)根據(jù)設(shè)定的課程目標(biāo)，進(jìn)行合理的教學(xué)規(guī)劃。“微機原理與單片機接口技術(shù)”課程的具體教學(xué)內(nèi)容設(shè)計如下（以由高等教育出版社在2021年出版的張毅剛主編的《單片機原理及應(yīng)用——C51編程+Proteus仿真（第3版）》為例）。

第一部分教學(xué)內(nèi)容為第一章和第二章相關(guān)內(nèi)容，主要包括單片機的基本特點、應(yīng)用場合、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、引腳功能與工作方式等。學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果為知道51單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、引腳功能、工作方式，能分析單片機各個模塊在控制系統(tǒng)中的作用。推薦學(xué)時為8學(xué)時，采取課堂講授教學(xué)方式，對應(yīng)課程目標(biāo)為課程目標(biāo)1。

第二部分教學(xué)內(nèi)容為第三章相關(guān)內(nèi)容，主要包括單片機C語言的運用、C51語言程序設(shè)計基礎(chǔ)與C51語言的函數(shù)。學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果為知道單片機C語言編程特點和應(yīng)用，能進(jìn)行51單片機C語言程序設(shè)計，能進(jìn)行查表、關(guān)鍵字查找、數(shù)據(jù)極值查找、排序、分支轉(zhuǎn)移、循環(huán)及碼制轉(zhuǎn)換等子程序設(shè)計。推薦學(xué)時為4學(xué)時，采取課堂講授教學(xué)方式，對應(yīng)課程目標(biāo)為課程目標(biāo)1、課程目標(biāo)2。

第三部分教學(xué)內(nèi)容為第四章相關(guān)內(nèi)容，主要包括單片機中斷的原理與相關(guān)寄存器的使用和初始化。學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果為知道51單片機的中斷原理、相關(guān)寄存器的工作方法，能靈活運用單片機中斷進(jìn)行編程。推薦學(xué)時為4學(xué)時，采取課堂講授教學(xué)方式，對應(yīng)課程目標(biāo)為課程目標(biāo)1、課程目標(biāo)2、課程目標(biāo)3。

第四部分教學(xué)內(nèi)容為第五章相關(guān)內(nèi)容，主要包括定時器/計數(shù)器的架構(gòu)及工作原理，相關(guān)控制寄存器的格式、功能、使用方法以及應(yīng)用舉例。學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果為知道單片機定時器/計數(shù)器的架構(gòu)、工作原理及使用方法，能靈活運用單片機的定時器/計數(shù)器進(jìn)行編程。推薦學(xué)時為4學(xué)時，采取課堂講授教學(xué)方式，對應(yīng)課程目標(biāo)為課程目標(biāo)1、課程目標(biāo)2、課程目標(biāo)3。

第五部分教學(xué)內(nèi)容為第六章相關(guān)內(nèi)容，主要包括串行口的架構(gòu)及工作原理，相關(guān)控制寄存器的格式、功能及使用方法。學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果為知道單片機串行口的架構(gòu)、工作原理與相關(guān)控制寄存器的使用方法，能靈活運用單片機的串行口進(jìn)行編程。推薦學(xué)時為4學(xué)時，采取課堂講授教學(xué)方式，對應(yīng)課程目標(biāo)為課程目標(biāo)1、課程目標(biāo)2、課程目標(biāo)3。

第六部分教學(xué)內(nèi)容為第七章相關(guān)內(nèi)容，主要包括單片機的外部總線擴展、存儲器擴展與簡單并行接口擴展。學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果為知道單片機的外部擴展原理、常用擴展集成電路的使用方法，能靈活運用單片機擴展集成電路進(jìn)行控制系統(tǒng)的設(shè)計與編程。推薦學(xué)時為4學(xué)時，采取課堂講授教學(xué)方式，對應(yīng)課程目標(biāo)為課程目標(biāo)1、課程目標(biāo)2、課程目標(biāo)3。

第七部分教學(xué)內(nèi)容為第八章相關(guān)內(nèi)容，主要包括LED與鍵盤。學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果為知道LED數(shù)碼管動態(tài)掃描和靜態(tài)掃描的特點和工作方式、獨立式鍵盤和矩陣式鍵盤的特點和工作方式，能靈活運用LED、鍵盤進(jìn)行控制系統(tǒng)的設(shè)計與編程。推薦學(xué)時為4學(xué)時，采取課堂講授教學(xué)方式，對應(yīng)課程目標(biāo)為課程目標(biāo)1、課程目標(biāo)2、課程目標(biāo)3。

第八部分為實驗課程教學(xué)內(nèi)容，主要包括外部中斷實驗、定時器實驗、數(shù)碼管動態(tài)顯示實驗、LCD顯示實驗。學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果為掌握LED動態(tài)掃描和靜態(tài)掃描的特點和工作方式；掌握獨立式鍵盤和矩陣式鍵盤的特點和工作方式；掌握LCD顯示的硬件模塊設(shè)計和程序控制方法；掌握定時器/計數(shù)器的硬件模塊設(shè)計和程序控制方法。推薦學(xué)時為16學(xué)時，采取實驗教學(xué)方式，對應(yīng)課程目標(biāo)為課程目標(biāo)1、課程目標(biāo)2、課程目標(biāo)3。

2.4 教學(xué)方法

在選擇教學(xué)方法時，應(yīng)堅持“以學(xué)生為中心”的原則，并確保這些教學(xué)方法符合教學(xué)規(guī)律，能夠有效支持教學(xué)目標(biāo)的實現(xiàn)。“微機原理與單片機接口技術(shù)”課程的教學(xué)內(nèi)容為單片機軟、硬件系統(tǒng)的基本特性和設(shè)計原理，基本匯編指令系統(tǒng)和C語言程序設(shè)計，寄存器、計數(shù)器等基本元器件技術(shù)，以及串口通信等內(nèi)容。采用課堂教學(xué)、實驗教學(xué)、課后作業(yè)和考試環(huán)節(jié)保障課程目標(biāo)的達(dá)成。

（1）在課程教學(xué)環(huán)節(jié)，講解單片機系統(tǒng)的組成及原理，使學(xué)生對單片機系統(tǒng)建立初步的認(rèn)識體系。講授單片機的CPU架構(gòu)、存儲器架構(gòu)、I/O端口、定時器/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)等概念，讓學(xué)生熟悉工程中常用芯片的內(nèi)部架構(gòu)、引腳功能、工作方式，能分析單片機各個模塊在控制系統(tǒng)中的作用，獲得實際的芯片應(yīng)用能力。講授用匯編語言、C語言在單片機編制程序的方法，讓學(xué)生了解如何應(yīng)用計算機編程技術(shù)解決實際工程問題。講授單片機的通信原理和外部架構(gòu)，使學(xué)生能夠拓展單片機在實際工程問題中的應(yīng)用范圍。

（2）實驗教學(xué)是“微機原理與單片機接口技術(shù)”課程的一個重要環(huán)節(jié)。基于實驗，學(xué)生可加深對課堂教學(xué)內(nèi)容的理解、驗證并鞏固所學(xué)知識，掌握單片機系統(tǒng)的一般性原理和基本設(shè)計方法，進(jìn)一步培養(yǎng)綜合運用先修課知識與“微機原理與單片機接口技術(shù)”課程內(nèi)容，結(jié)合具體工程實際要求設(shè)計實用單片機系統(tǒng)的能力，為學(xué)生畢業(yè)設(shè)計、日后走上工作崗位或進(jìn)一步深造打下良好基礎(chǔ)［3］。課程規(guī)劃4個實驗，按照實驗指導(dǎo)書要求，學(xué)生獨立或分組完成。在實驗開始前，要求學(xué)生根據(jù)實驗要求事先做好實驗預(yù)習(xí)并書寫預(yù)習(xí)報告；在實驗開始時，教師檢查學(xué)生預(yù)習(xí)情況；在實驗過程中，教師對學(xué)生進(jìn)行隨機抽查，以驗證學(xué)生的知識掌握程度；在實驗后，要求學(xué)生撰寫并提交完整的實驗報告。

（3）在課后作業(yè)環(huán)節(jié)加強對理論的理解并強化誤差分析方法與相關(guān)計算訓(xùn)練，以此促進(jìn)理論知識的掌握，提高學(xué)生誤差分析能力。考試環(huán)節(jié)采用選擇題、填空題、看圖分析題、程序設(shè)計題等形式，圍繞課程目標(biāo)要求進(jìn)行命題和考核。

2.5 考核方法

若想提升課程教學(xué)質(zhì)量和檢驗教學(xué)成效，需要設(shè)置科學(xué)、公平且合理的考核方法。因此，根據(jù)《工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)》（T/CEEAA 001—2022），制訂“微機原理與單片機接口技術(shù)”課程的考核方法。該考核環(huán)節(jié)分為兩部分，一部分是平時成績，另一部分是期末考試成績。考核環(huán)節(jié)的總評成績以百分制來計算。平時成績由學(xué)生的課堂參與度、出勤情況、課后作業(yè)完成情況及實驗驗收等部分組成，其中，出勤情況不計入達(dá)成度計算表，僅作為學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度的參考。平時成績（包括書面作業(yè)和實驗）占總評成績的40%；期末考試成績占總評成績的60%。同時，以調(diào)查問卷的形式來詢問所有學(xué)生對課程目標(biāo)達(dá)成度是否滿意。表2所示為“微機原理與單片機接口技術(shù)”課程考核環(huán)節(jié)的分值占比和考核細(xì)則。

2.6 課程目標(biāo)達(dá)成度計算方法

對課程目標(biāo)達(dá)成度進(jìn)行計算可以更好地對學(xué)生的學(xué)習(xí)效果進(jìn)行評價。課程目標(biāo)j由n個支撐環(huán)節(jié)構(gòu)成，如書面作業(yè)、實驗、期末考試成績等。根據(jù)各個支撐環(huán)節(jié)對課程目標(biāo)的貢獻(xiàn)程度，賦予各支撐環(huán)節(jié)一定權(quán)重Pi（權(quán)重之和等于1）。則課程目標(biāo)j的達(dá)成度Wj（要求所有評價數(shù)據(jù)來源是面向產(chǎn)出的）可按公式（1）計算：

Wj=∑ni=1ZiHiPi（1）

式中：Wj為課程目標(biāo)j的達(dá)成度；Zi為學(xué)生在支撐環(huán)節(jié)i所得成績的平均分；Hi為支撐環(huán)節(jié)i目標(biāo)分值總分；Pi為支撐環(huán)節(jié)i的權(quán)重。

課程總目標(biāo)達(dá)成度按公式（2）計算：

課程總目標(biāo)達(dá)成度=學(xué)生成績平均得分目標(biāo)分值總和（2）

例如：課程目標(biāo)1包含書面作業(yè)、實驗和期末考試3個支撐環(huán)節(jié)，設(shè)置各支撐環(huán)節(jié)目標(biāo)分值總分為100分，若學(xué)生成績平均得分分別為80分、85分和75分，則課程目標(biāo)1的達(dá)成度為0.79；課程目標(biāo)2包含書面作業(yè)、實驗和期末考試3個支撐環(huán)節(jié)，設(shè)置各支撐環(huán)節(jié)目標(biāo)分值總分為100分，若學(xué)生成績平均得分分別為70分、80分和62分，則課程目標(biāo)2的達(dá)成度為0.68；課程目標(biāo)3包含書面作業(yè)、實驗和期末考試3個支撐環(huán)節(jié)，設(shè)置各支撐環(huán)節(jié)目標(biāo)分值總分為100分，若學(xué)生成績平均得分分別為86分、89分和72分情況下，則課程目標(biāo)3的達(dá)成度為0.79；課程總體目標(biāo)由課程目標(biāo)1、課程目標(biāo)2和課程目標(biāo)3組成，支撐環(huán)節(jié)為總評成績，設(shè)置目標(biāo)分值總分為100分，經(jīng)過計算學(xué)生成績平均得分為80分，則課程總目標(biāo)達(dá)成度為0.8。

2.7 建議教材及參考書

為了幫助學(xué)生儲備課程相應(yīng)的理論知識，更快地著手解決實際問題，課程教學(xué)大綱中應(yīng)補充一些必要的參考書。在“微機原理與單片機接口技術(shù)”課程教學(xué)大綱中，推薦以下參考書。

（1）由高等教育出版社在2021年出版的張毅剛主編的《單片機原理及應(yīng)用——C51編程+Proteus仿真（第3版）》。

（2）由高等教育出版社在2016年出版的陳桂友主編的《單片微型計算機原理及接口技術(shù)》。

（3）由北京航空航天大學(xué)出版社在2017年出版的李廣弟編著的《單片機基礎(chǔ)》。

3 課程教學(xué)大綱的審核

課程教學(xué)大綱需要先通過教研室審核，然后通過學(xué)院（系）審核，最后通過學(xué)校教學(xué)委員會審核，在此之后才可應(yīng)用于教學(xué)活動實施。

結(jié)語

為了保證工程教育質(zhì)量，理論課程教學(xué)大綱的構(gòu)建需要在工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)下完成。本文以安徽工程大學(xué)機械與汽車工程學(xué)院的“微機原理與單片機接口技術(shù)”課程為典型案例，論述了理論課程教學(xué)大綱的具體構(gòu)建步驟。在教學(xué)大綱制定的過程中，深入貫徹工程教育認(rèn)證的三大核心理念。教學(xué)大綱內(nèi)容的編寫，明確了教師的教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方法；學(xué)生的學(xué)習(xí)內(nèi)容與學(xué)習(xí)方法，以及學(xué)習(xí)效果的評估方式。這使得“微機原理與單片機接口技術(shù)”課程的教學(xué)大綱不僅符合工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的要求，而且進(jìn)一步增強了課程的核心競爭力。

參考文獻(xiàn)：

［1］吳安杰，武藝，張志俊，等.課程思政與工程教育認(rèn)證一體化設(shè)計［J］.高教學(xué)刊，2024，10（24）：9195，100.

［2］賈權(quán)，郭計云，王明明.“新工科+工程教育認(rèn)證”背景下特色專業(yè)人才培養(yǎng)體系探究［J］.高教學(xué)刊，2024，10（S2）：157160.

［3］趙振剛，張大騁.工程教育認(rèn)證背景下的創(chuàng)新實踐課程教學(xué)改革［J］.沈陽師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2023，41（5）：450453.

基金資助：安徽工程大學(xué)本科教學(xué)質(zhì)量提升計劃“《微機原理與單片機接口技術(shù)》課程思政優(yōu)質(zhì)課項目”（項目編號：2024szyzk10）；安徽工程大學(xué)本科教學(xué)質(zhì)量提升計劃“教育數(shù)字化背景下《精密儀器設(shè)計》生態(tài)課堂教學(xué)模式構(gòu)建與實踐教學(xué)研究項目”（項目編號：2024jyxm54）

*通信作者：高倩倩（1993— ），女，漢族，山東濱州人，博士，講師，研究方向為測控技術(shù)。