工程教育認證背景下“微機原理與單片機接口技術”教學大綱的構建

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

關鍵詞：工程教育認證；微機原理與單片機接口技術；教學大綱

中圖分類號：G40" 文獻標識碼：A

工程教育認證是我國高等教育的重要組成部分，旨在為相關工程技術人才就業提供教育質量保證［1］。安徽工程大學自2019年起，開始對測控技術與儀器專業進行認證申請，并根據工程教育認證標準進行教育改革。教學大綱作為教學活動的核心指導文件，扮演著實施教學的關鍵角色，是確保工程教育質量的關鍵組成部分［2］。本文以“微機原理與單片機接口技術”課程為例，論述了在工程教育認證背景下構建該課程教學大綱的具體措施。

1 教學大綱框架的確立

“微機原理與單片機接口技術”課程教學大綱包含教學目的、教學要求、教學內容、教學方法、考核方法等。按照工程教育認證標準要求，各環節都要與畢業要求和指標點匹配。安徽工程大學“微機原理與單片機接口技術”課程對應了2個畢業要求和3個指標點。2個畢業要求分別是問題分析和使用現代工具，3個指標點分別是識別和判斷、技術資料分析、熟悉工具。因此，進一步細化該課程教學大綱的內容，具體分為課程的基本信息、課程目標、教學內容、教學方法、考核方法、課程目標達成度的計算方法及教學參考書目。

2 教學大綱內容的編寫

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、學時/學分、先修課程、后續課程、適用專業、使用教材。表1所示為擬定的“微機原理與單片機接口技術”的課程基本信息。

2.2 課程目標

課程目標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要求的具體指標點。“微機原理與單片機接口技術”課程的目標是培養學生的創新意識與能力、測控自動化系統的設計能力，以支撐專業學習成果中相應指標點的達成。具體如下所述。

課程目標1：知道單片機控制系統軟、硬件設計的基本特性、設計原理，能對單片機控制系統硬件電路的各個模塊、程序的各個模塊進行正確分析。

課程目標2：能通過查閱手冊、文獻、行業規范或國家標準等技術資料，編寫基本的電子信息系統設計方案，具備分析和解決工程實踐問題的創新意識和創新設計能力。

課程目標3：通過課程學習，明晰單片機的開發流程，提高科學素養；通過實踐，將課堂所學知識與日常生活中遇到的問題相結合，樹立學習自信心；通過設計流程，建立工程意識。

2.3 教學內容

在編寫課程大綱的教學內容時，應根據設定的課程目標，進行合理的教學規劃。“微機原理與單片機接口技術”課程的具體教學內容設計如下（以由高等教育出版社在2021年出版的張毅剛主編的《單片機原理及應用——C51編程+Proteus仿真（第3版）》為例）。

第一部分教學內容為第一章和第二章相關內容，主要包括單片機的基本特點、應用場合、內部結構、引腳功能與工作方式等。學生學習預期成果為知道51單片機的內部結構、引腳功能、工作方式，能分析單片機各個模塊在控制系統中的作用。推薦學時為8學時，采取課堂講授教學方式，對應課程目標為課程目標1。

第二部分教學內容為第三章相關內容，主要包括單片機C語言的運用、C51語言程序設計基礎與C51語言的函數。學生學習預期成果為知道單片機C語言編程特點和應用，能進行51單片機C語言程序設計，能進行查表、關鍵字查找、數據極值查找、排序、分支轉移、循環及碼制轉換等子程序設計。推薦學時為4學時，采取課堂講授教學方式，對應課程目標為課程目標1、課程目標2。

第三部分教學內容為第四章相關內容，主要包括單片機中斷的原理與相關寄存器的使用和初始化。學生學習預期成果為知道51單片機的中斷原理、相關寄存器的工作方法，能靈活運用單片機中斷進行編程。推薦學時為4學時，采取課堂講授教學方式，對應課程目標為課程目標1、課程目標2、課程目標3。

第四部分教學內容為第五章相關內容，主要包括定時器/計數器的架構及工作原理，相關控制寄存器的格式、功能、使用方法以及應用舉例。學生學習預期成果為知道單片機定時器/計數器的架構、工作原理及使用方法，能靈活運用單片機的定時器/計數器進行編程。推薦學時為4學時，采取課堂講授教學方式，對應課程目標為課程目標1、課程目標2、課程目標3。

第五部分教學內容為第六章相關內容，主要包括串行口的架構及工作原理，相關控制寄存器的格式、功能及使用方法。學生學習預期成果為知道單片機串行口的架構、工作原理與相關控制寄存器的使用方法，能靈活運用單片機的串行口進行編程。推薦學時為4學時，采取課堂講授教學方式，對應課程目標為課程目標1、課程目標2、課程目標3。

第六部分教學內容為第七章相關內容，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。學生學習預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行控制系統的設計與編程。推薦學時為4學時，采取課堂講授教學方式，對應課程目標為課程目標1、課程目標2、課程目標3。

第七部分教學內容為第八章相關內容，主要包括LED與鍵盤。學生學習預期成果為知道LED數碼管動態掃描和靜態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、鍵盤進行控制系統的設計與編程。推薦學時為4學時，采取課堂講授教學方式，對應課程目標為課程目標1、課程目標2、課程目標3。

第八部分為實驗課程教學內容，主要包括外部中斷實驗、定時器實驗、數碼管動態顯示實驗、LCD顯示實驗。學生學習預期成果為掌握LED動態掃描和靜態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顯示的硬件模塊設計和程序控制方法；掌握定時器/計數器的硬件模塊設計和程序控制方法。推薦學時為16學時，采取實驗教學方式，對應課程目標為課程目標1、課程目標2、課程目標3。

2.4 教學方法

在選擇教學方法時，應堅持“以學生為中心”的原則，并確保這些教學方法符合教學規律，能夠有效支持教學目標的實現。“微機原理與單片機接口技術”課程的教學內容為單片機軟、硬件系統的基本特性和設計原理，基本匯編指令系統和C語言程序設計，寄存器、計數器等基本元器件技術，以及串口通信等內容。采用課堂教學、實驗教學、課后作業和考試環節保障課程目標的達成。

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

（2）實驗教學是“微機原理與單片機接口技術”課程的一個重要環節。基于實驗，學生可加深對課堂教學內容的理解、驗證并鞏固所學知識，掌握單片機系統的一般性原理和基本設計方法，進一步培養綜合運用先修課知識與“微機原理與單片機接口技術”課程內容，結合具體工程實際要求設計實用單片機系統的能力，為學生畢業設計、日后走上工作崗位或進一步深造打下良好基礎［3］。課程規劃4個實驗，按照實驗指導書要求，學生獨立或分組完成。在實驗開始前，要求學生根據實驗要求事先做好實驗預習并書寫預習報告；在實驗開始時，教師檢查學生預習情況；在實驗過程中，教師對學生進行隨機抽查，以驗證學生的知識掌握程度；在實驗后，要求學生撰寫并提交完整的實驗報告。

（3）在課后作業環節加強對理論的理解并強化誤差分析方法與相關計算訓練，以此促進理論知識的掌握，提高學生誤差分析能力。考試環節采用選擇題、填空題、看圖分析題、程序設計題等形式，圍繞課程目標要求進行命題和考核。

2.5 考核方法

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

2.6 課程目標達成度計算方法

對課程目標達成度進行計算可以更好地對學生的學習效果進行評價。課程目標j由n個支撐環節構成，如書面作業、實驗、期末考試成績等。根據各個支撐環節對課程目標的貢獻程度，賦予各支撐環節一定權重Pi（權重之和等于1）。則課程目標j的達成度Wj（要求所有評價數據來源是面向產出的）可按公式（1）計算：

Wj=∑ni=1ZiHiPi（1）

式中：Wj為課程目標j的達成度；Zi為學生在支撐環節i所得成績的平均分；Hi為支撐環節i目標分值總分；Pi為支撐環節i的權重。

課程總目標達成度按公式（2）計算：

課程總目標達成度=學生成績平均得分目標分值總和（2）

例如：課程目標1包含書面作業、實驗和期末考試3個支撐環節，設置各支撐環節目標分值總分為100分，若學生成績平均得分分別為80分、85分和75分，則課程目標1的達成度為0.79；課程目標2包含書面作業、實驗和期末考試3個支撐環節，設置各支撐環節目標分值總分為100分，若學生成績平均得分分別為70分、80分和62分，則課程目標2的達成度為0.68；課程目標3包含書面作業、實驗和期末考試3個支撐環節，設置各支撐環節目標分值總分為100分，若學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3的達成度為0.79；課程總體目標由課程目標1、課程目標2和課程目標3組成，支撐環節為總評成績，設置目標分值總分為100分，經過計算學生成績平均得分為80分，則課程總目標達成度為0.8。

2.7 建議教材及參考書

為了幫助學生儲備課程相應的理論知識，更快地著手解決實際問題，課程教學大綱中應補充一些必要的參考書。在“微機原理與單片機接口技術”課程教學大綱中，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》。

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

3 課程教學大綱的審核

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

結語

為了保證工程教育質量，理論課程教學大綱的構建需要在工程教育認證標準下完成。本文以安徽工程大學機械與汽車工程學院的“微機原理與單片機接口技術”課程為典型案例，論述了理論課程教學大綱的具體構建步驟。在教學大綱制定的過程中，深入貫徹工程教育認證的三大核心理念。教學大綱內容的編寫，明確了教師的教學內容與教學方法；學生的學習內容與學習方法，以及學習效果的評估方式。這使得“微機原理與單片機接口技術”課程的教學大綱不僅符合工程教育認證標準的要求，而且進一步增強了課程的核心競爭力。

參考文獻：

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

［2］賈權，郭計云，王明明.“新工科+工程教育認證”背景下特色專業人才培養體系探究［J］.高教學刊，2024，10（S2）：157160.

［3］趙振剛，張大騁.工程教育認證背景下的創新實踐課程教學改革［J］.沈陽師范大學學報（自然科學版），2023，41（5）：450453.

基金資助：安徽工程大學本科教學質量提升計劃“《微機原理與單片機接口技術》課程思政優質課項目”（項目編號：2024szyzk10）；安徽工程大學本科教學質量提升計劃“教育數字化背景下《精密儀器設計》生態課堂教學模式構建與實踐教學研究項目”（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。