单片机原理及应用优秀课程建设

1、单片机原理及应用优秀课程建设（建设单位：信息工程系）单片机课程作为工科院校电子电气类或相关专业重要的专业必修课，是一门结合电子、计算机等技术的应用性很强的课程。该课程的特点是：理论与实践紧密结合，在学习过程中必须软、硬件结合，实践环节尤为重要。单片机应用能力也是这些专业的学生走上工作岗位必备的专业技能。单片机课程学习的最终目标是学生在以后的工作岗位中能用所掌握的知识开发出满足要求的产品。一、 课程建设目标1、 建设背景本课程在教学体系中起着承上启下的重要作用。在信息工程系所有专业每学年保持在12个班，共400余人。课程的教学任务是让学生掌握单片机的硬件结构与工作过程，掌握单片机的内部资源，能够

2、根据任务需求自行设计存储器的扩展、接口电路等，能结合单片机的指令系统可以熟练地运用C51指令系统进行软件编程，完成相关任务的程序设计，并能够使学生掌握单片机开发的软、硬件设计和调试及仿真等辅助工具，例如PROTEUS、KEIL等。课程教学采用课堂授课、学生课内实验、课程设计的渐进式实践教学理念，即理论与实践、实验与工程、独立与综合相结合，将渐进式实践教学贯穿于学生学习单片机的整个过程。该教学理念应以实施应用型人才培养为主线，以加强工程实践能力培养为目标，通过构建课程的实践教学体系，努力培养学生的创新意识，提高学生的工程实践能力。2、 建设目标本课程的建设目标是，全面实现国家教育部提出的精品课程

3、建设要求，以应用技术型人才培养为核心，以适应独立学院学生特点为导向，对现有课程进行改革，使课程教学真正服务于专业人才培养，并以优秀课程为示范，带动和促进其他课程建设，通过优秀课程建设提高学校整体教学水平。建设以市场需求为依据、以职业能力培养为目标、以专业的、市场广泛使用的仿真及软硬件设计软件为工具，以实验室设备为平台依托、以基于实际的工程项目为载体，淡化芯片结构，强化使用方法的单片机课程。通过单片机精品课程建设逐渐完成了以下目标： 1培养和造就一支高水平的“双师型”教师梯队，通过参加各种相关会议等方式与兄弟院校进行交流，吸取先进的经验及教学方法，不断提高学术水平和教学水平，提高教学质量。 2教

4、学内容丰富新颖，能充分反映学科前沿成果，并不断更新。 3符合现代教育、素质教育和创新教育要求，形成与职业教育和培养应用型本科相适应的教学方法和教学手段。 4完善课堂教材、实验讲义以及课程设计讲义与报告规范，具备完善的立体化先进教材及教辅材料。2、 课程建设过程中采用的方法1. 课程建设研究基础2014年10月至2014年12月，信息工程系单片机原理及应用课程教研组联合课程建设团队其他参与人员以及天津大学老教授，对现有单片机课程的授课内容、授课方法、授课教材以及实验讲义等方面全方面的分析。大家普遍认为，在教学内容上，单片机课程目前还是以Intel 公司的8051内核为课程主要讲述内容，讲解单片机

5、的应用系统。即使按照单片机的发展，将课程中的单片机芯片由早期Intel 公司的MCS-51改为ATMEL公司AT89S51或宏晶公司的STC89C51或NXP公司的P89V51等，其实都是8位的单片机，内核都是8051。目前，市场上使用8位单片机的应用系统已不多，主流的以32/64位处理器为核心的单片机。而这样的单片机由于其自身设计的复杂性，不大适合于受众为初学者的学生作为课程教学内容予以讲授，因此可以采用在讲授51单片机的基础知识的前提上，重点介绍基于51单片机的项目开发流程，强调软硬件设计的基本过程与步骤，并在此基础之上，介绍目前市场上比较常用的16位/32位单片机。在该课程的实际教学活动

6、当中，依然存在学生主观能动性普遍不强的现象。究其原因，主要是日常学习过程当中，主要是按照上课-实验-考试模式进行教学活动，使得学生无法及时主动的参与到教学活动当中来，加之缺乏对日常学习情况的考查，大部分学生在学期初往往对课程的学习充满兴趣，随着学习的深入，所涉及的知识点越来越多，部分学生没有进行必要的复习，使得其逐渐掉队，最后导致彻底放弃。同时，对2011级、2012级自动化、通信专业同学进行了部分调研。学生普遍反映，单片机课程学习存在以下几个困难：1、课堂授课内容很多在书上找不到，感觉无的放矢；2、实践环节相对比例还不够多，动手实践类的课程大部分时间却在课堂进行，感觉很枯燥；3、教学内容不够

7、实用，汇编学起来很困难；因此，有必要对现有的教学模式进行必要的改革，使得学生不再是一个被动的接受者，而是一个主动的参与者。2. 实践过程两年的课程建设，课程团队重点做了以下几方面的改革：（1） 集中研讨，全面理解、深度把握教学大纲和课程内容课程建设团队教师依据教学大纲，从学生实际情况出发，合理组织教学内容，突出重点，解决难点，便于学生理解并系统地掌握知识，教学内容的设计上，采用分层次教学，分层次任务安排，既面向大多数学生，又注意培养优秀学生，使全体学生都得到发展。（2） 教学内容调整过于强调基于汇编语言的51单片机程序设计，这样做虽然有利于学生更好的掌握单片机内部结构和编程方法，但是由于汇编语

8、言的可移植性较差，开发效率低，既使学生很难在短时间内掌握如此众多的汇编指令，而且与实际的开发需要相悖。实际应用过程中，往往使用C51语言作为编程工具更多一些，而且使用C语言进行单片机的程序设计也是单片机开发与应用的必然趋势。同时，在一定程度上，也可以降低学生的入门门槛，提高学生的学习兴趣。（3） 教材建设打破了既有的授课教材、实验讲义脱节的教材体例，实现二者融合。基于以上的思路，编写了单片机原理及应用（讲义）内部讲义。讲义重视实际动手能力的培养，将理论内容的描述与动手操作的练习相结合，加速学生对课堂内容的理解与吸收，同时能使学生有的放矢的进行课外练习。从教材编排方式上，分成三个部分：首先是基础

9、知识的介绍，重点描述完成本次任务的基本概念、基本思想。其次，在介绍完理论部分后，立即给出一个仿真实例，供老师课上讲解演示以及学生课下练习。最后，进行学生自主实验，在实验室实验箱上利用相关硬件资源进行验证。（4） 探索“项目带动、任务驱动”式的教学方式授课时以单片机应用“案例”演示作为引入，以实现 “案例”为主线介绍各相关理论知识。为巩固理论知识的学习和学生实际动手能力的培养，理论教学需与实际“案例”实验教学穿插进行，以实验教学补充理论内容，使两者融会贯通。利用计算机仿真技术将理论、实践有机地结合。单片机只是电子系统设计的核心，而完整的系统还要包括不同的系统的硬件设计和软件设计，在设计当中还要考

10、虑电源、调试接口等部分。同时，利用计算机仿真软件（如Proteus）、互联网等现代化教学手段，注重加强系统观念的培养和系统设计方法的训练，将结合仿真将理论和实际有机的结合起来，使学生的实际能力得到提升。（5）“分层次的教学模式”的探索在“案例教学”活动中，将课程知识点的学习划分成三个层次，根据不同学生的实际学习情况予以分层次对待。具体实施计划如下：案例的选择尽量首先应选择利用仿真软件工具Proteus可实现。层次一：教师给出基本的电路图和简单任务要求（做到每个学生拿到的任务存在个性化差异）。学生能够通过自学Proteus实现基本原理图的绘制，能够按照任务完成相应的简单程序设计，能够得到对应的仿

11、真现象，能够通过查阅网络资源对电路设计的原理予以简要的文字性说明，并通过邮箱、网站以及共享群等方式实现任务的提交。层次二：针对已经完成层次一任务的学生，教师针对相关的知识点，进行较层次一更加复杂的任务要求。同时，此时任务的硬件设计要求贴近硬件实验设备的实际情况（实验开发板/实验箱），根据教师提供的相关的硬件手册，能够自行完成硬件电路的设计和指定要求的软件设计和仿真。层次三：在实验课环节中，针对学生设计的电路与实际实验设备电路的差别予以说明，并使学生深刻体会硬件电路设计差别产生的原因。能够使学生在实验室环境下，不仅观察到实验现象，而且能够对软硬件设计的思路有一个更加深刻的认识。在三个层次的学习过

12、程当中，学生完成的任务都要通过网站/邮箱方式进行提交，并对完成速度、质量精确地统计，以此作为平时成绩的评定依据。（6）建设课程网站，加强师生互动为了实现采取符合现代教育、素质教育和创新教育要求，形成与职业教育和培养应用型本科相适应的教学方法和教学手段，同时为了加强师生互动与学习交流，建设了单片机原理及应用课程的网站。课程网站的作用在于提供相关学科的前沿信息，扩展学生的知识面；提供课程相关的学习材料包括课程PPT、相关软件、驱动程序等；并且通过微信群等方式加强与学生的沟通，通过互动、展示，提高学生的学习兴趣，以典型示范激发学生的学习热情。（7）建设在线考试系统，加强学生学习过程的控制传统的学习过

13、程以作业/出勤作为平时成绩，期末考试作为学业考核的基本方式，对学生的平时学习过程缺乏必要的控制。通过建设在线考试系统平台，对学生的学习过程和学习质量进行控制。学生不仅可以了解目前的学习情况，还可以了解到哪些地方有所欠缺。通过设定多次考核方式，递进式的考核评价过程来提高学生的学习效果。3、 课程建设取得的成效1. 标志性成果（1）课题报告：课程建设研究报告从建设/改革前的现状分析入手，阐述了建设前的课程建设的学生学习现状，重点分析了实践类课程传统教学内容、教学方法与独立学院大学生实际情况的不适应，并据此提出了课程建设/改革的基本方向、基本方法。（2）论文：课题组围绕建设的举措，发表了教学改革类论

14、文一篇；职业技能培训模式在单片机教学中的研究与探索 发表期刊：实验室科学 发表时间：2016.3。（3）教材/讲义两部：课程组根据教学的实际情况，编写了目前应用于学校内部的教学讲义以及课程设计任务书。分别是：单片机原理及应用（内部讲义）、单片机课程设计任务书（内部）。（4）课程网站以及在线考试系统；根据课程建设的基本指导思想和基本目标，利用单片机实验室现有服务器，构建了课程网站以及在线考试系统。地址为：6以及6/exam。出于安全角度考虑，实验室网站只在需要集中在线抽题考试时开发。课下时间互动以及资料的获取，使用公网服

15、务器，地址为。（5）课外实验室的开放预约：为了能够使学生利用实验室空闲时间自学并完成相关实验进一步练习和提高，同时有效的控制实验室开放规模，便于实验室教师管理，特开发此模块。2.课程建设效果与分析本次课程建设起步于2014年10月，主要应用于2012级自动化、电科、电信以及2013级信息系所有专业，尤以2013级自动化专业进行重点且全面的应用。总的来说，应用效果良好。主要体现在提高了学生学习的积极性与主动性，能够摆脱传统课堂教学的填鸭式说教，使学生如同做游戏般参与到单片机的编程中来，而不是传统的只记住了几条MOV语句，应用效果无论从计算机等级考试（二级C）通过率，单片机的期末考试通过率以及课外

16、电子大赛等方面均有不同程度体现。（1）在单片机课程的一次通过率上，通过加强学生日常学习过程的管控，使得学生在日常学习过程的积累上，有了显著的改善。一次通过率上有了显著的提高。以自动化专业为例，从2012级的60%提高到2013级的75.2%，再到2014级自动化专业，103名同学只有7名同学期末评价不及格。除了期末闭卷考试满足通过的基本要求，也与增加了平时成绩的测评比例，开设上机实验考核有很大的关系。形成性成绩测评（2013级自动化为例）（2）在课外竞赛方面，与单片机有关的课外竞赛，学习的竞赛水平有了一定程度提高。例如在2016年7月举行的TI杯电子设计大赛（天津赛区）中，我系的代表队获得一等

17、奖。除此之外，在其他各类竞赛当中，学生都有一定的获奖。学生获奖证书（3）通过单片机课程C语言编程的加强训练，使学生对C语言有了更深刻的认识，更熟练的使用；鼓励学有余力的学生积极参加全国计算机等级考试，总的来说，计算机等级考试的通过人数有了显著的提高。学生证书与心得体会4、 课程建设的经验与反思1 经验独立学院的学生存在自身的特点，这就要求我们作为一名独立学院的教师对于传统的教学方法进行适当的改良，充分激发学生对学习的兴趣，使之对其产生兴趣。而且单片机技术的快速发展对从事单片机教学的老师们提出了更高的要求，我们必须以应用为导向，结合工程实际的需要，不断的优化教学内容，改进教学方法，加强对学生的训练。（1）以培养应用型人才为目标独立学院的学生理论基础相对薄弱，乐于动手操作。针对学生的特点，适度调整教学内容与教学方法，培养学生的实际动手能力。 （2）建设课程网站，加强互动，注重过程采用了现代化的教学手段与方法，加强课程的可操作性和趣味性。采用传统的教学方法，学生的积极性主动性不高，往往期末考试突击一下，学习过程宣告结束。通过建设网站，加强平时的学习管理，强化甚至是强制学生完成必要的任务，提高教学的效果。 （3）分层次的教学方法学生的情况各有不同，应该针对不同学生的特点，提出不同的要求，不仅能从宏观上提高整体通过率，还能