單片機原理與接口技術課程項目式教學改革探索

摘要：目前，單片機原理與接口技術教學面臨學生興趣不足、教學方式單一及考核不完善的挑戰。為應對這些挑戰，該研究引入OBE理念并采用項目式教學法進行改革。在教學模式上，變更為行政班授課并調整教學地點；教學內容圍繞MCS-51系列單片機重構，結合項目需求優化；項目式教學分階段實施，明確師生任務；考核采用多元化評價體系。實踐證明，改革有效提升了學生的自主學習意識、課程參與度及創新能力，完善了課程評價機制，使考核與教學目標保持一致。

關鍵詞：單片機原理與接口技術；項目式教學；OBE理念；教學改革；多元化考核

中圖分類號： G642" " " 文獻標識碼： A

文章編號： 1009-3044（2025）28-0143-03

開放科學（資源服務） 標識碼（OSID）

0 引言

單片機原理與接口技術是計算機學院計算機科學與技術專業物聯網方向的專業基礎課程，該課程在專業學習中扮演著承上啟下的重要角色。通過學習這門課程，一方面，學生能夠深化對硬件及相關課程的理解，有效彌補課程銜接方面存在的不足；另一方面，還能增強并穩固學生繼續學習后續如ARM等課程的興趣，提升從事硬件類開發工作的信心。

然而，在日常教學中普遍觀察到學生對硬件課程缺乏興趣。隨著課程推進，學生的學習惰性增加，學習熱情不斷降低，進而影響后續課程的學習效果。鑒于此，立足于計算機學院的實際情況，課程組對該課程展開教學模式的探索與改革，旨在解決計算機學院學生學習興趣不高、課程教學難度大、教學目標難以實現等問題，進而提升教學質量[1]。同時，響應新工科對工業技術型人才的發展需求[2]，致力于培養學生的工程實踐能力與創新能力，使其成長為能夠順應產業發展趨勢、契合時代發展需求的工程科技人才。

1 單片機原理與接口技術課程教學現狀

計算機學院開設的硬件類課程，與電氣或電子等學院相比，在學習氛圍營造、教學內容規劃等方面存在明顯差異。在單片機原理與接口技術課程的日常教學中，主要存在以下問題。

1.1 學生對硬件類課程興趣淡薄

部分學生自高中階段起，便對電子學內容缺乏興趣。步入大學后，面對硬件類課程，不僅感到陌生，還容易產生畏難情緒。若前期模擬電子技術和數字電子技術課程基礎不扎實，后續學習本課程時，極易出現知識銜接不暢的狀況。

1.2 學院內學習氛圍欠佳

計算機學院的學生大多傾向于軟件、網絡和算法設計等方向，選擇硬件領域的學生人數較少，導致學習環境吸引力不足，難以契合學生的興趣與需求。同時，學院教學資源分配不均，計算機實驗室雖具備大量計算機等算力及軟件資源，但在硬件類設備的投入與利用上存在明顯欠缺。

1.3 教學方式單一，課堂活力缺失

單片機原理與接口技術普遍采用傳統的“理論+實驗”教學模式[3]。這種教學模式下，教學方式與教學地點相互割裂。理論課以大班授課形式在教室集中開展，教師占據教學主導，采用“滿堂灌”的講授方式。實驗課在實驗室進行，雖配備實驗指導，但由于要兼顧整體實驗進度與內容，難以充分滿足學生的個性化需求，也不利于培養學生的創造力，實驗多側重結果驗證。從整體來看，該課程在培養學生工程實踐能力與創新能力方面存在不足。

1.4 課程教學內容全而不精

課程教學內容力求全面覆蓋教材中的所有知識點。然而，由于專業課學時有限，課程推進速度過快，重點、難點不夠突出，講解也不夠深入、細致。盡管授課中偶爾穿插演示與操作，但未能貫穿全程，導致學生只能被動接受教師講授，課堂氛圍沉悶，學生學習興趣不高等問題凸顯。

1.5 考核方式缺少過程性評價

傳統考核模式主要依賴期末考試與平時成績，多數情況下僅對成績占比進行調整，考核方式單一、僵化，嚴重缺乏對學生學習過程的評價，極大地打擊了學生的學習積極性。并且，在這種考核模式下，單純依據成績難以精準評判學生對課程知識的真實掌握程度，不利于針對性地培養學生的工程實踐能力與創新能力。

針對上述問題，結合新工科的人才培養目標要求，充分考慮計算機學院學生的實際學情，本課程引入OBE（成果導向教育） 理念[4-5]，采用項目式教學方法[6-7]，對課程展開全面且深入的改革。

2 單片機原理與接口技術的改革措施

為解決課程教學中存在的問題，提升教學質量，本次改革從教學模式、內容與考核方式幾方面入手，具體措施如下。

2.1 授課模式的轉型變革

授課模式的轉變是本次改革的重要環節。傳統的教學班授課存在諸多弊端，為改善教學效果，將教學班授課轉換為行政班授課。行政班學生彼此熟悉且班級管理體系完善，這使得教師能更快掌握學生特點。如此一來，教師在課堂上既能更有效地關注每位學生的狀態、維持課堂秩序、強化課堂管理，又能有更多精力與學生互動，增進交流。此外，將教學地點變更至實驗室或可容納學生集體攜帶電子設備（如筆記本電腦） 的教室，為推行項目式教學和OBE教學創造有利的客觀條件。

2.2 授課內容的重構

鑒于課程學時有限，且秉持以學生為中心的OBE教學理念，為強化和激發學生自主學習動力，在確保知識體系完整性的前提下，結合項目式教學中各項目的實際需求，對課程現有內容進行重構與精簡。

課程仍以講解MCS-51系列單片機的相關內容為主。在理論講解和實驗環節，主要依托國產STC89C52RC單片機芯片，采用普中科技的HC6800-EM3開發板作為開發平臺，具體內容如下：

1） MCS-51單片機的開發環境與工具。此部分先對MCS-51單片機進行介紹，隨后詳細講解其開發工具的安裝、配置及使用方法，如Keil C51和Proteus等[8-9]。目的是讓學生熟練掌握MCS-51單片機基于Keil C51進行項目創建、編輯和調試等操作，同時認識Proteus仿真工具，能夠運用該工具進行原理圖繪制和仿真測試。

2） MCS-51單片機的硬件結構和工作原理。該部分重點講解MCS-51增強型單片機的硬件結構[9]，以STC89C52RC單片機芯片為具體講解對象，介紹其引腳及其功能、存儲器組織以及單片機最小系統等內容。這部分內容是后續編程環節的關鍵，須進行精細講解，引導學生深入理解單片機CPU的內部結構和工作流程。

3） MCS-51單片機的指令系統。該部分著重剖析MCS-51增強型單片機的指令集和7種尋址方式，緊密結合MCS-51單片機的硬件結構，使學生能夠直觀地了解指令在單片機內的執行過程，深刻理解指令操作與硬件資源的交互關系，為后續開展單片機程序設計和開發筑牢基礎。

4） MCS-51單片機的匯編語言程序設計。采用項目驅動的方式，引導學生認識并開展匯編的分支、循環和子程序設計等內容。在課程實施過程中，注重發揮學生的主體作用，通過具體案例幫助學生逐步掌握并提升匯編程序設計能力。

5） MCS-51單片機的C語言程序設計。講解MCS-51單片機中C語言的語法規則及程序設計，重點聚焦與單片機硬件相關的部分，讓學生學會運用C語言對SFR（特殊功能寄存器） 進行精確操作，進而實現對硬件的有效控制。

6） MCS-51單片機的輸入/輸出接口編程。主要介紹單片機P0—P3口的編程操作，使學生能夠通過編程實現對LED燈、繼電器和按鍵等設備的控制。

7） MCS-51單片機的定時器/計數器應用。深入講解定時器/計數器T0、T1的工作原理、模式設置，并通過項目實踐強化精準定時和控制操作。對于增強型單片機，鼓勵學生通過自主學習和項目引導，主動掌握其工作原理和編程應用。

8） MCS-51單片機的中斷系統。著重講解增強型單片機的6個中斷源和5個中斷通道，從實際應用場景和功能需求出發，讓學生掌握如何通過中斷實現數據采集、外部事件響應和任務調度等操作。

9） MCS-51單片機的串口通信。重點講解串口的異步通信原理、協議及配置操作，通過項目實踐，讓學生熟練掌握串口4種工作方式的應用。

10） MCS-51單片機的綜合項目實踐。通過開展復雜的綜合項目開發，引導學生依照軟件工程的一般設計流程，完成項目的需求分析、硬件設計、軟件開發、系統集成以及調試優化等環節，實現對所學知識的系統梳理，有效培養學生的工程實踐能力。

課程教學內容經上述重構后，刪減了大量細節部分。這些被刪減的內容將依據課程進度和項目開發需求，分散融入各個教學內容對應的項目之中。例如，鍵盤這一外設在涉及控制功能的項目中通常會被使用到，但在重構后的課堂上不會作為單獨知識點進行講解，而是將其融入具體項目或布置為課后作業，讓學生在實踐中學習、掌握。

2.3 項目式教學

為配合重構后的教學內容，精心設計了與之對應的開發項目。這些項目緊密圍繞具體應用場景展開，不僅全面覆蓋當前課程內容，還進行適度拓展，為學生提供充分的創新與改進空間。同時，依據項目難度靈活確定每個課程內容的授課時長。項目實施過程劃分為3個階段：第一階段為課前準備階段；第二階段是課上進行理論學習、項目方案研討、實施以及匯報；第三階段則是課下對項目進行完善、創新拓展，并撰寫項目報告。

為確保上述3個階段順利推進，負責項目式教學的教師須提前做好各項準備工作，包括準備課前預習資料、規劃課上理論教學內容、制定項目驗收標準及其評價方案。以在項目式教學中實施的項目為例，具體安排如表1所示。

學生可自由組合成4～5人的小組，以便高效分配任務和開展討論。每組推選一名隊長，負責領取實驗元器件、合理分配任務以及記錄隊員表現。對于所有設計類項目，均須依次歷經原理圖繪制、Proteus仿真、實物測試3個步驟，每個步驟均須留存文字或圖片記錄，并整理至項目報告中。小組成員須相互共享項目資料，并獨立完成實驗報告。隊長負責依據百分制，從知識技能、團隊協作、任務執行、創新能力4個維度，記錄項目實施過程中每位隊員的參與表現情況。項目結束后，連同實驗報告一并提交給授課教師，作為各隊員過程性評價的評分依據。

授課教師負責在課前發布學習資料、擬定項目題目及實施要求，課上引導學生自主學習并進行項目評價與評分等工作[10]。項目結束后，收集項目報告以及隊員表現統計表，對學生的項目完成情況進行評分，并完成過程性評價，以此全面反映學生的課程學習狀況。

2.4 考核方式的變革

為全面、客觀地評價學生的學習成效，采用了多元化評價標準，期末考核總評成績以100分為滿分，由期末考試成績、作業成績、項目演講成績、項目報告成績以及過程性評價成績這5個部分共同構成，各部分占比及詳細說明如下。

1） 期末考試。采用傳統試卷形式，著重考查基礎知識的掌握程度，占總成績的20%，即滿分20分。其分數依據學生試卷作答表現評定，直觀反映學生對基礎知識的掌握情況。

2） 平時作業。涵蓋課前預習與課后自學任務，旨在強化自主學習意識與能力，占比20%，對應滿分20分。教師依據作業完成質量、完成度等綜合打分，衡量學生自主學習成效。

3） 項目演講。考查學生對項目任務的理解、程序設計水平及表達溝通能力，占總成績的10%，滿分10分。學生在演講中展現的項目理解深度、程序設計思路及表達溝通能力，是教師打分的重要依據。

4） 項目報告。側重對項目內容完成情況與實施過程的整體評估，占比30%，滿分30分。教師從項目內容完整性、準確性、創新性及實施方法合理性、團隊協作等維度評分，考量學生完成項目的綜合能力。

5） 過程性評價。聚焦學生個體技能發展與進步、知識技能形成過程，以及創造性和工程實踐能力的實際表現，占總成績的20%，滿分20分。教師通過觀察學生課堂參與度、實驗操作技能提升、新知識、新技能掌握進度等日常表現，綜合評定該部分成績，關注學生學習過程中的動態成長。

整個評價過程，高度凸顯學生自主學習效果的主體地位，充分肯定學生的學習過程與付出，能夠客觀、全面地衡量學生知識的掌握程度、技能的運用水平以及綜合素養的提升狀況。

3 結論

綜上所述，本文圍繞單片機原理與接口技術課程實施了基于OBE理念的教學改革。實踐結果表明，通過推行項目驅動教學并確立學生的主體地位，有效增強了學生的自主學習意識，顯著提升了學生的課程參與積極性與創新能力。同時，借助多元化的評價方式，引入過程性評價，著重對學生綜合能力與素質進行評價，完善了課程評價機制，確保考核與教學目標保持一致。

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【通聯編輯：王力】