关于《单片机应用技术》课程标准建设的思考

2022-09-23黄泽界王三山黄峥

教育现代化 2022年6期

黄泽界，王三山，黄峥

（遵义职业技术学院，贵州遵义）

课程作为教学建设中最基本最核心的元素，其建设质量对于高校人才培养质量的提升起着至关重要的作用[1]。课程程标准是规定某一学科的课程性质、课程目标、内容目标、实施建议的教学指导性文件，是课程建设的关键。课程标准与教学大纲相比，在课程的基本理念、课程目标、课程实施建议等几部分阐述更为详细、明确，特别是提出了面向全体学生的学习基本要求。本文以《单片机应用技术》课程标准为例阐述了课程标准的建设。

一课程性质和定位

《单片机应用技术》是应用电子技术、工业机器人技术、机电一体化技术、物联网应用技术等专业的一门专业必修课。先修课程主要包括：电子技术和C语言程序设计，其主要内容是电路设计和软件编程，这是学生学习本课程的基础。后续课程有：嵌入式技术和传感网应用开发。因此，单片机应用技术课程在装备制造和电子信息类专业的课程体系中处于承上启下的地位。

通过本课程的学习，使学生掌握单片机技术及其在工业控制、经济建设和日常生活中的应用；培养学生实践能力、创新能力和新产品设计开发能力，为将来从事电子电器新产品设计开发，电子产品的检测和维护等工作奠定基础。

二课程设计思路

与普通高校课程以教材为依据不同，高职课程还具有“职业工作过程载体”的典型特征[2]。本课程以高等职业院校装备制造和电子信息等专业学生的就业为导向，通过到企业实地调研以及和行企业专家研讨，对专业方向所涵盖的相关岗位进行了工作内容与职业能力分析，以实际工作任务为依据，以创新能力培养为主线，在教学过程中循序渐进地培养学生设计能力，采用技能基础、技能提高和技能综合应用三层递进相结合的模式来提高教学质量，如图1所示。

实际教学中，主要是以智能电子产品和智能控制工程项目为主线，根据企业真实的典型工作任务，完成单片机电路设计、软件设计与调试，并在每个项目中融入元器件组接、软硬件调试，完成从概念到产品的完整设计与制作。

三课程目标

（一）总体目标

通过本课程的学习，使学生能熟练使用C语言编程，完成简单的智能电子产品和智能控制设计开发；能根据智能电子产品和智能控制设计要求进行元器件焊接组装、软硬件调试；培养学生具有一定的创新思维能力，科学的工作方法和良好的职业道德意识，为提高学生职业技能奠定良好基础[3]。

（二）能力目标

通过本课程的学习，让学生会运用keil集成开发环境，具备用C语言编写控制程序、下载调试、查阅帮助的技能；会完成从单片机电路设计、调试与运行的技能；会智能电子产品、智能控制的开发流程和设计方法；能根据实际需求，编制智能电子产品、智能控制的总体设计方案；能根据智能电子产品、智能控制设计要求，完成元器件采购、焊接组装、软硬件调试；具备智能电子产品、智能控制的运行维护、技术改造、生产管理岗位的能力。

（三）知识目标

让学生知道MCS-51单片机的组成、内部结构和引脚功能；理解C51的C语言程序基本结构、数据类型和基本语句；掌握C语言程序分析、应用程序设计和中断服务程序编写；熟悉MCS-51单片机中断的概念及中断系统；掌握灵活应用MCS-51单片机的定时器/计数器；理解MCS-51单片机的I/O接口电路，掌握显示、键盘、D/A转换、A/D转换、串行通信的设计。

（四）素质目标

让学生能制定出切实可行的工作计划，提出解决实际问题的方法；具有对新知识、新技术的学习能力，通过不同途径获取信息的能力，以及对工作结果进行评估的能力；具有决策能力，能记录、收集、处理、保存各类专业技术的信息资料。具有良好的思想品德、敬业与团队精神及协调人际关系的能力；在单片机技术应用设计和开发的过程中，具有采用所学的相关专业术语进行描述和表达的能力；具有科学的创新精神、决策能力和执行能力；具有从事专业工作安全生产、环保、职业道德等意识[4]。

在职业素养方面，要求从业者贯彻工匠精神，将职业规范、绿色制造、精益生产等切实体现到工作岗位中，同时还要具备团队合作、沟通服务、产品售后保障等职业意识。

四课程内容与学时分配

（一）课程内容

课程标准强调课程内容的重构与整合，要求聚焦行业发展需要，依据教学的内在规律，总体把控知识和技能要素，并对知识点、技能点适时迁移、扩充，迭代更新形成若干内容模块[5]。根据课程目标将本课程知识体系整合为4个贴近生活实际的教学项目，分别是：项目一按键控制花样霓虹灯的设计与实施，项目二基于直流电机简易电风扇控制系统的设计与实施，项目三简易交通信号灯控制系统的设计与实施，项目四智能温度控制系统的设计与实施，所有项目又分解为15个具体工作任务。

（二）学时分配

《单片机应用技术》作为电类专业的一门核心课程，其实践性很强。建议总课时在72学时左右，用15个任务作为载体组织教学内容，将相关知识、能力要求贯穿于每个任务实践中。

技能基础模块安排50学时左右，主要注重职业岗位的基本技能训练，使学生能完成简单的智能电子产品设计制作和调试；技能提高模块可以根据实际需要选择项目，安排22学时左右，主要注重职业岗位的开发技能训练以及学生的课程设计，使学生具有智能电子产品和智能控制开发制作和调试的能力。同时对接全国职业院校技能大赛“嵌入式技术应用”赛项，搭载“嵌入式技术”工作室平台，让部分优秀的学生独立完成单片机项目开发，能力得到质的提升，有持续的发展空间[6]。

五教学进度安排

根据课程内容的设计和教学的要求，合理设计教学进度。具体教学进度见表1。

表1 教学进度安排

任务名称任务1.1点亮第一个LED灯任务1.2 LED灯闪烁控制任务1.3流水灯设计与实施任务1.4按键控制花样霓虹灯设计与实施任务2.1数码管显示独立按键次数任务2.2数码管显示矩阵键盘按键号任务2.3直流电机的调速控制任务2.4风扇控制系统的设计与实施任务3.1数码管显示学号任务3.2简易秒表的设计与实施任务3.3交通信号灯控制系统设计与实施任务4.1单片机与PC端串口通信任务4.2 LCD 1602显示学号和姓名（拼音）任务4.3 LCD 1602显示环境温度任务4.4智能温度控制系统设计与实施知识目标1、掌握单片机最小系统电路2、掌握Keil C51软件的配置与调试步骤3、掌握4个通用I/O的使用方法4、掌握独立按键的工作原理5、掌握本门课学习方法6、熟悉单片机特殊功能寄存器及其存储器结构7、熟悉单片机硬件结构及引脚功能 8、了解LED灯的工作特性1、掌握数码管静态显示的工作原理2、掌握PWM脉宽调制技术3、掌握直流电机的工作原理4、掌握C语言函数的定义和调用方法5、掌握矩阵键盘工作原理1、掌握数码管动态显示原理2、掌握定时器的结构和工作方式3、掌握中断的概念和中断系统4、熟悉交通信号灯控制系统工作原理1、掌握51单片机串行接口工作方式和波特率的设置方法2、掌握51单片机串口的工作过程3、掌握LCD1602的显示方式4、掌握DS18B20使用方法5、掌握继电器使用方法6、掌握头文件的使用方法技能目标1、能够正确使用单片机最小系统2、能够独立完成Keil C51软件的基本操作3、能够正确选择模块、连接电路实现LED功能4、能够正确使用独立按键并识别按键状态1、能够正确使用数组存储、调用字型码2、能够用数码管显示独立按键次数3、能够实现对直流电机的速度调节4、能够使用矩阵按键切换电机速度1、能够使用动态数码管显示八位学号2、能够使用动态数码管显示时间3、能够完成系统电路搭接4、能够完成系统程序设计1、能够实现51单片机与PC端的收发通信2、能够在LCD1602上实时显示温度值3、对温度值进行判断后能够控制继电器正确工作4、能够通过矩阵按键设置温度阈值5、能够正确连接整个系统电路

六课程实施

（一）教师团队

本课程主讲教师要求具备电路基础、模拟电子技术、数字电子技术、 C语言程序设计的知识储备，能熟练操作Keil软件，能够结合Keil软件和各个实验任务模块进行单片机 “任务”驱动教学，解决学生在实践环节遇到的问题。

（二）教学方法与手段

按照项目导向、任务驱动教学模式，设计和开发一系列基于工作过程的教学标准和教学资源，实现“教、学、做”一体化的课堂教学。教学过程主要采用项目化教学，案例分析、分组讨论、操作演练、启发引导等教学方法，将线上线下混合教学贯穿于教学全过程。课前，通过学习通发布学习任务，课中，提出工作任务，展开讨论，任务分析，实训操作，总结拓展，并有机融入思政元素，课后，通过答疑和学生完成拓展任务巩固所学知识。以“任务3.1数码管显示学号”为例，课前通过学习通发布任务，让学生以三个人为一组查找有关多位数码管显示的生活实例，并完成学习通对应任务点，课中，首先让学生对生活中的实例进行描述，老师提出本次课的工作任务，让学生以组为单位讨论任务实施的方法和路径，然后由老师对具有代表性的实例进行解析，之后学生开始动手完成任务，教师在此过程中进行巡查和解疑，在百分之七十左右的学生完成了任务之后，老师进行总体评价，对重难点进行讲解和演示，再让学生结合老师的讲解对任务进行再次的确认和修改，之后老师提出拓展任务：封装一个8位以内任意整数的数码管显示带参函数，并进行分析。对于部分学有余力的同学，督促其在任务基础上进行创新和升级，比如：如何显示一个8位以内的任意小数，在课后，学生实现拓展任务，老师通过线上或线下进行答疑帮助学生完成任务[7]。在整个教学过程中，着重强调专注、细致及创新，融入“工匠精神”思政元素，如图2所示。

图2 任务实施过程

（三）实训条件和教学资源

现有单片机实训室一间，可提供48个工位，学生上课时达到一人一套实训设备。能完全满足本门课程教学需要。

如果说课程资源建设与实践是课程的底层建设，那么课程标准则是课程的顶层设计。根据教学的需要，本课程已开发出一系列数字化教学资源，如课程相配套的教学视频52个、PPT课件52个、教案1个、实训项目源程序1套、习题库1个、试题库1个、课外拓展学习资料等，所有资料都已上传学习通平台，学生可以通过课程的在线开放平台随时随地学习，打破了学生学习在时间和空间上的限制。

（四）教材建设

现已开发出适应本课程内容及实训条件的项目化任务型教材--《单片机应用技术教程》，并由北京航空航天大学出版社出版。编程语言以C语言为主，校本教材严格按照课程标准编写，以强化技能训练，培养学生实际解决问题能力为主。充分体现任务引领、实践导向的课程设计思想，力求“做中学、学中做”。教材将本专业职业活动，分解成若干典型的工作任务，通过对项目的具体操作实施，引入必须的理论知识，体现理论在实践过程中的指导作用。教材图文并茂，提高学生的学习兴趣，表述逻辑清晰，内容精炼、准确、科学，便于学生自学[8]。