關于《單片機應用技術》課程標準建設的思考

黃澤界，王三山，黃崢

（遵義職業技術學院，貴州 遵義）

課程作為教學建設中最基本最核心的元素，其建設質量對于高校人才培養質量的提升起著至關重要的作用[1]。課程程標準是規定某一學科的課程性質、課程目標、內容目標、實施建議的教學指導性文件，是課程建設的關鍵。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《單片機應用技術》課程標準為例闡述了課程標準的建設。

一 課程性質和定位

《單片機應用技術》是應用電子技術、工業機器人技術、機電一體化技術、物聯網應用技術等專業的一門專業必修課。先修課程主要包括：電子技術和C語言程序設計，其主要內容是電路設計和軟件編程，這是學生學習本課程的基礎。后續課程有：嵌入式技術和傳感網應用開發。因此，單片機應用技術課程在裝備制造和電子信息類專業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及其在工業控制、經濟建設和日常生活中的應用；培養學生實踐能力、創新能力和新產品設計開發能力，為將來從事電子電器新產品設計開發，電子產品的檢測和維護等工作奠定基礎。

二 課程設計思路

與普通高校課程以教材為依據不同，高職課程還具有“職業工作過程載體”的典型特征[2]。本課程以高等職業院校裝備制造和電子信息等專業學生的就業為導向，通過到企業實地調研以及和行企業專家研討，對專業方向所涵蓋的相關崗位進行了工作內容與職業能力分析，以實際工作任務為依據，以創新能力培養為主線，在教學過程中循序漸進地培養學生設計能力，采用技能基礎、技能提高和技能綜合應用三層遞進相結合的模式來提高教學質量，如圖1所示。

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

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品和智能控制設計開發；能根據智能電子產品和智能控制設計要求進行元器件焊接組裝、軟硬件調試；培養學生具有一定的創新思維能力，科學的工作方法和良好的職業道德意識，為提高學生職業技能奠定良好基礎[3]。

（二） 能力目標

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

（三） 知識目標

讓學生知道MCS-51單片機的組成、內部結構和引腳功能；理解C51的C語言程序基本結構、數據類型和基本語句；掌握C語言程序分析、應用程序設計和中斷服務程序編寫；熟悉MCS-51單片機中斷的概念及中斷系統；掌握靈活應用MCS-51單片機的定時器/計數器；理解MCS-51單片機的I/O接口電路，掌握顯示、鍵盤、D/A轉換、A/D轉換、串行通信的設計。

（四） 素質目標

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、新技術的學習能力，通過不同途徑獲取信息的能力，以及對工作結果進行評估的能力；具有決策能力，能記錄、收集、處理、保存各類專業技術的信息資料。具有良好的思想品德、敬業與團隊精神及協調人際關系的能力；在單片機技術應用設計和開發的過程中，具有采用所學的相關專業術語進行描述和表達的能力；具有科學的創新精神、決策能力和執行能力；具有從事專業工作安全生產、環保、職業道德等意識[4]。

在職業素養方面，要求從業者貫徹工匠精神，將職業規范、綠色制造、精益生產等切實體現到工作崗位中，同時還要具備團隊合作、溝通服務、產品售后保障等職業意識。

四 課程內容與學時分配

（一） 課程內容

課程標準強調課程內容的重構與整合，要求聚焦行業發展需要，依據教學的內在規律，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容模塊[5]。根據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計與實施，項目二基于直流電機簡易電風扇控制系統的設計與實施，項目三簡易交通信號燈控制系統的設計與實施，項目四智能溫度控制系統的設計與實施，所有項目又分解為15個具體工作任務。

（二） 學時分配

《單片機應用技術》作為電類專業的一門核心課程，其實踐性很強。建議總課時在72學時左右，用15個任務作為載體組織教學內容，將相關知識、能力要求貫穿于每個任務實踐中。

技能基礎模塊安排50學時左右，主要注重職業崗位的基本技能訓練，使學生能完成簡單的智能電子產品設計制作和調試；技能提高模塊可以根據實際需要選擇項目，安排22學時左右，主要注重職業崗位的開發技能訓練以及學生的課程設計，使學生具有智能電子產品和智能控制開發制作和調試的能力。同時對接全國職業院校技能大賽“嵌入式技術應用”賽項，搭載“嵌入式技術”工作室平臺，讓部分優秀的學生獨立完成單片機項目開發，能力得到質的提升，有持續的發展空間[6]。

五 教學進度安排

根據課程內容的設計和教學的要求，合理設計教學進度。具體教學進度見表1。

表1 教學進度安排

任務名稱任務1.1點亮第一個LED燈任務1.2 LED燈閃爍控制任務1.3流水燈設計與實施任務1.4按鍵控制花樣霓虹燈設計與實施任務2.1數碼管顯示獨立按鍵次數任務2.2數碼管顯示矩陣鍵盤按鍵號任務2.3直流電機的調速控制任務2.4風扇控制系統的設計與實施任務3.1數碼管顯示學號任務3.2簡易秒表的設計與實施任務3.3交通信號燈控制系統設計與實施任務4.1單片機與PC端串口通信任務4.2 LCD 1602顯示學號和姓名（拼音）任務4.3 LCD 1602顯示環境溫度任務4.4智能溫度控制系統設計與實施知識目標1、掌握單片機最小系統電路2、掌握Keil C51軟件的配置與調試步驟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構7、熟悉單片機硬件結構及引腳功能 8、了解LED燈的工作特性1、掌握數碼管靜態顯示的工作原理2、掌握PWM脈寬調制技術3、掌握直流電機的工作原理4、掌握C語言函數的定義和調用方法5、掌握矩陣鍵盤工作原理1、掌握數碼管動態顯示原理2、掌握定時器的結構和工作方式3、掌握中斷的概念和中斷系統4、熟悉交通信號燈控制系統工作原理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LED功能4、能夠正確使用獨立按鍵并識別按鍵狀態1、能夠正確使用數組存儲、調用字型碼2、能夠用數碼管顯示獨立按鍵次數3、能夠實現對直流電機的速度調節4、能夠使用矩陣按鍵切換電機速度1、能夠使用動態數碼管顯示八位學號2、能夠使用動態數碼管顯示時間3、能夠完成系統電路搭接4、能夠完成系統程序設計1、能夠實現51單片機與PC端的收發通信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置溫度閾值5、能夠正確連接整個系統電路

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、模擬電子技術、數字電子技術、 C語言程序設計的知識儲備，能熟練操作Keil軟件，能夠結合Keil軟件和各個實驗任務模塊進行單片機 “任務”驅動教學，解決學生在實踐環節遇到的問題。

（二） 教學方法與手段

按照項目導向、任務驅動教學模式，設計和開發一系列基于工作過程的教學標準和教學資源，實現“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，通過學習通發布學習任務，課中，提出工作任務，展開討論，任務分析，實訓操作，總結拓展，并有機融入思政元素，課后，通過答疑和學生完成拓展任務鞏固所學知識。以“任務3.1數碼管顯示學號”為例，課前通過學習通發布任務，讓學生以三個人為一組查找有關多位數碼管顯示的生活實例，并完成學習通對應任務點，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，讓學生以組為單位討論任務實施的方法和路徑，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，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，再讓學生結合老師的講解對任務進行再次的確認和修改，之后老師提出拓展任務：封裝一個8位以內任意整數的數碼管顯示帶參函數，并進行分析。對于部分學有余力的同學，督促其在任務基礎上進行創新和升級，比如：如何顯示一個8位以內的任意小數，在課后，學生實現拓展任務，老師通過線上或線下進行答疑幫助學生完成任務[7]。在整個教學過程中，著重強調專注、細致及創新，融入“工匠精神”思政元素，如圖2所示。

圖2 任務實施過程

（三） 實訓條件和教學資源

現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備。能完全滿足本門課程教學需要。

如果說課程資源建設與實踐是課程的底層建設，那么課程標準則是課程的頂層設計。根據教學的需要，本課程已開發出一系列數字化教學資源，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

現已開發出適應本課程內容及實訓條件的項目化任務型教材--《單片機應用技術教程》，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，培養學生實際解決問題能力為主。充分體現任務引領、實踐導向的課程設計思想，力求“做中學、學中做”。教材將本專業職業活動，分解成若干典型的工作任務，通過對項目的具體操作實施，引入必須的理論知識，體現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業的唯一途徑。采用線上線下相結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束后都應有相應的階段性考核，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 結語

綜上，《單片機應用技術》課程標準的建設為裝備制造和電子信息等專業的課標建設提供了具有可操作性的參考樣本，對其他相關課程標準的建設起到了引領和示范的作用。