一書一課一空間

馬春燕 賈燕冰 鄭麗君

摘? 要：針對單片機原理與接口技術課程實踐性、綜合性較強的特點，從“一書一課一空間”入手進行教學改革。編寫一本新形態教材，充分發揮數字化資源多樣性和服務個性化的特點，增強教材的適用性和服務課程教學的能力。建設一門省級一流課程，明確教學目標，優化教學內容，構建“平時+期末、閉卷+開卷、線上+線下”的綜合考核評價體系。在“超星泛雅”平臺建設并逐步完善課程、實驗和課程設計三位一體的教學資源，有效發揮網絡空間和網絡資源輔助線下教學的功能。以學生發展為中心，制定教學方案，在教學過程中穿插進行翻轉課堂教學活動，收到良好的教學效果。

關鍵詞：新形態教材;一流課程;網絡教學資源;教學模式改革;單片機

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2023）23-0023-05

Abstract： In view of the strong practicality and comprehensiveness of Principle and Interface Technology of Single Chip Microcomputer， the teaching reform and practice are executed from the perspective of "One Book， One Course and One Cyberspace". A new form textbook has been compiled， giving full play to the diversity of digital resources and personalized service of it， and improve the applicability of the textbook and the ability to serve the course teaching. A provincial-level first-rate course has been built， clarifying the teaching objectives， optimizing the teaching content， and building a comprehensive assessment and evaluation system of "usual + final， closed + open， online + offline". Build and gradually improve the trinity of curriculum， experiment and curriculum design on the "Super Star Fanya" platform， and effectively give play to the functions of cyberspace and network resources to assist offline teaching. Taking student development as the center， we made teaching plans and interspersed flipped classroom teaching activities in the teaching process， which received good teaching results.

Keyword： new form textbook; first-rate course; network teaching resources; teaching mode reform; single chip microcomputer

教學模式是在一定教學思想或教學理論指導下，建立起來的較為穩定的教學活動結構框架和活動程序?；ヂ摼W環境中的知識具有生產存儲網絡化、載體多模態化、標準個性化及顆粒碎片化等特征，知識的生成和進化呈現出問題驅動、群智協同、生產與傳播同程及過程非線性等新特征，深刻影響了高等教育教學模式的變革[1]。

隨著計算機的普及，互聯網、物聯網及智能手機的大眾化，融合了網絡在線教學與線下教學眾多優勢的混合式教學模式已成為教育領域“新時代的產物”，從而日益受到重視。美國培訓與發展協會（American Society for Training and Development，ASTD）將混合式教學方式列為知識傳播產業中涌現出來的最重要的十大趨勢之一[2]。國內最早正式倡導混合式教學模式的是北京師范大學的何克抗教授。他認為混合式教學模式把傳統教學方式的優勢和網絡化教學的優勢結合起來，既發揮教師引導、啟發、監控教學過程的主導作用，又充分體現學生作為學習過程主體的主動性、積極性與創造性，其核心思想就是教師的“教”與學生的“學”相融合，根據不同的教學問題，采用不同的教學方式，通過為學生提供自主學習的通道和信息傳遞的方式，更有利于促進學生接受新知識，從而實現較為理想的教學效果[3]。

針對單片機原理與接口技術這門課程，如何進行教學改革？采用什么方法和措施進行教學模式改革，更好地完成教學任務？達到最佳的教學效果？

一? 編寫一本新形態教材

教材是知識的載體和傳播媒介，是系統反映學科內容的教學用書。新形態教材是指以紙質教材為核心，通過互聯網、移動互聯網將多媒體的教學資源與紙質教材相融合的一種數字化教材。新形態教材可以充分發揮紙質教材體系完整、數字化資源多樣性和服務個性化等特點，形成相互配合、相互支撐的知識體系，在借助紙質教材完成知識的有限呈現后，通過網絡和信息技術實現知識的無限拓展，從而提高教材的適用性和服務課程教學的能力，讓讀者獲得更好的教學支持和學習體驗。

（一）? 教材的內容及特點

教學團隊編寫并出版了《單片機原理與接口技術——基于AT89S52單片機》新形態教材，在介紹微型計算機的基本概念、系統組成、性能指標及其發展概況的基礎上，以增強型AT89S52單片機為主講機型，詳細講述其內部結構、工作原理、匯編語言指令及程序設計、可編程接口芯片電路設計及編程方法，并使用Keil和Proteus仿真軟件將其與計算機仿真技術整合在一起。

教材追蹤新技術的發展、面向實用夯實基礎、力求圖示便于理解，采用移動互聯網技術（二維碼）將單片機內部結構、工作原理、指令執行和電路設計過程等抽象內容實現可視化、形象化、重點難點內容生動化。從不同維度、不同層面激發學生的學習興趣，理解并掌握其核心內容，有效提高學習效率。

（二）? 教材的配套資源

全書12章，共有93個例題，提供詳細的解題思路、Keil匯編語言源程序和Proteus硬件電路設計方法及步驟。228個課后練習題，題型多樣，均配有詳盡的參考答案、Keil匯編語言源程序和Proteus硬件原理圖。采用SmartArt技術制作了16∶9和4∶3兩種版本的PPT課件，便于教師授課，課件畫面及插圖生動，旨在活躍課堂氣氛，激發學生學習的積極性。制定了48學時全套教案，2學時為一個教學單元。錄制了89個重點、難點和例題詳解的微視頻，總時長625分鐘，掃描二維碼，即可觀看學習。

《單片機原理與接口技術——基于AT89S52單片機》（ISBN 978-7-04-055921-7，高等教育出版社，2022.03）新形態教材為教學模式改革奠定了基礎。

二? 建設一門省級一流課程

《教育部關于一流本科課程建設的實施意見》明確指出一流課程的建設內容：轉變觀念，理念新起來;目標導向，課程優起來;提升能力，教師強起來;改革方法，課堂活起來;科學評價，學生忙起來。

（一）? 課程性質及教學目標

單片機原理與接口技術是一門實踐性、綜合性較強的應用型課程，在國內大多數高等學校的電氣工程及其自動化專業的培養方案中將其列為專業選修課。教學目標是通過單片機原理與接口技術課程的理論學習、知識積累、實踐應用和評價創新等環節的培養，使學生掌握單片機的基礎知識、基本結構及工作原理、匯編語言程序設計的思維方式、可編程接口電路及系統設計的方法，具有分析和設計計算機軟、硬件系統的能力，為進一步獨立分析、解決工程實踐問題、開展新技術創新奠定扎實的基礎。

（二）? 教學內容及教學環節

以AT89S52單片機為主講機型，將51內核單片機結構及工作原理、匯編語言指令及程序設計、可編程I/O接口電路設計以及計算機仿真技術等內容整合在一起，在理論教學和實踐教學中體現高階性、創新性和挑戰度[4]。教學過程分為“教-學-習-講-實踐-成果展示-創新提高”七個教學環節，如圖1所示。

（三）? 教改措施

采取線下教學與線上討論相結合，理論學習與實踐相結合，虛擬仿真與實操訓練相結合，數字化教材與自主學習相結合，設計成果展示與學生互評、教師點評相結合，課外興趣培養與創新提高相結合，校企合作“產-學-研”相結合等七項教改措施，并將其有效地貫穿于“教-學-習-講-實踐-成果展示-創新提高”七個教學環節之中。

理論教學將線下教學、線上學習、翻轉課堂教學活動、小組討論和“邊講邊練”等多種教學模式相融合，師生互動、生生互動。

實踐教學采用ETPP（Experiment、Training、Practice、Project）漸進式實踐教學模式，循序漸進地完成從理論到實踐的教學，打造完整的教學生態鏈。Experiment基礎實驗，隨堂進行，采用Keil+Proteus軟件，虛擬仿真輔助教學，完成例題、作業及基礎實驗。Training綜合實驗，在實驗課進行，使用實驗室固定的實驗箱，認知各種可編程接口芯片及器件，熟悉實驗過程。Practice實踐訓練，進行課程設計，選用51單片機和STC51系列單片機便攜式實驗裝置以及多種外設傳感器模塊完成軟硬件系統綜合設計，體現高階性和創新性。Project項目實戰，進行實訓和大學生創新項目，選用Arduino單片機便攜式實驗套件和智能四輪小車、STM32套件和多種外設傳感器模塊完成一個實際應用項目的設計與開發，培養團隊協作和創新意識，體現創新性和挑戰度[5]。

（四）? 課程考核評價

擯棄以往“一考定音”的考核方式，將學生期末突擊、單一考試定結果的方式改為全過程考核評價，根據單片機原理與接口技術課程的特點，構建“平時+期末、閉卷+開卷、線上+線下”綜合考核評價體系，讓學生在整個學習過程中“動起來、忙起來”。綜合考核評價體系見表1。

經過三年多的努力，單片機原理與接口技術獲批2021年山西省一流本科課程（線下）。

三? 建設并完善網絡教學資源

為了充分發揮網絡空間和教學資源輔助線下教學的功能，在“超星泛雅”平臺建設并逐步完善單片機原理與接口技術課程、實驗和課程設計三位一體的網絡教學資源，服務電氣工程及其自動化專業2017—2020級1 200多名學生，取得了良好的教學效果。

（一）? 單片機原理與接口技術課程網絡資源建設

從2020年秋季學期開始在“超星泛雅”平臺建課并逐步完善教學資源，提供了12章課件、91個教學難點和例題微視頻、10套測驗題、12章的知識點及知識圖譜，展示知識發展進程與結構關系，構建和顯示各章節知識點及其相互聯系。以學生發展為中心，進行了開課調查、課前預習、課上隨機提問、課后作業及問題討論、優秀作業展播及結課調查等教學活動。

（二）? 單片機原理與接口技術實驗網絡資源建設

單片機原理與接口技術實驗分為Keil軟件仿真實驗、Keil+Proteus硬件仿真實驗和實驗箱硬件實驗，分別包括基礎性實驗、設計性實驗和綜合性實驗。

在“超星泛雅”平臺提供了基礎性軟硬件實驗的程序流程圖和參考程序、設計性軟硬件實驗的設計思路，綜合性實驗只提出實驗要求，使學生不受約束、拓展思維，自主完成實驗任務，充分發揮學生的潛在能力，進一步提升分析和解決問題的能力。軟件實驗項目見表2，硬件實驗項目見表3。

（三）? 單片機原理與接口技術課程設計網絡資源建設

單片機原理與接口技術課程設計是提高學生單片機應用能力、實踐能力及工程設計能力的綜合訓練環節。在“超星泛雅”平臺提供了20個貼合實際工程應用的設計題目，涉及家用電器、智能交通、工業過程控制和智能控制等多個領域，包括軟件編程、硬件電路設計與連線、外設及傳感器模塊選型。每年還會根據學生的建議和需求更新并添加新題目，目的是培養和訓練學生的綜合設計能力，課程設計題目見表4。

課程設計引入51單片機和STC51系列單片機便攜式實驗裝置——“口袋機”，打破原有實驗室固定地點、固定設備、固定時間的限制，“口袋機”在手，隨時隨地、不受時空限制、想實驗就實驗，將理論學習與實踐操作完美結合，打通了理論教學與實踐教學改革的“最后一公里”。

四? 教學改革與實踐

在進行“一書一課一空間”的建設過程中，同步進行教學改革與實踐。

（一）? 制定教學方案

課程團隊集體備課，以學生發展為中心，討論教學方法，制定了48學時單片機原理與接口技術課程的教學方案。

1? 課程基本概況

包括學時、教材、執行標準、教學目標、教學方法、教學手段、考核方式、教學資源和教學環境等基本信息。

2? 開課調查

在“超星泛雅”平臺發布調查問卷，了解學生對計算機基礎知識的掌握情況、學習目的、對幾種常用教學方法的認知度。

3? 學情分析

了解學生先修課程及掌握程度。

4? 各章節教學設計

各章節教學設計按照2學時為一單元進行編寫，包括教學設計、教學過程和教學反思，如圖2所示。

5? 期末考試

采用“閉卷+開卷、線上+線下”形式進行期末考試，并對期末成績進行分析和總結。

6? 結課調查

在“超星泛雅”平臺發布調查問卷，了解學生對教師的教學方法、PPT課件、教材及教學過程的認可度。課程結束后，總結經驗，發現不足，提出改進方法及措施。

（二）? 翻轉課堂教學活動

在教學過程中穿插進行翻轉課堂教學活動，32學時，進行2次;48學時，進行3次。

1? 第一次翻轉課堂教學活動

在完成“第4章AT89S52單片機匯編語言程序設計”授課后，進行第一次翻轉課堂教學活動。

教學內容：采用“冒泡法”將10個單字節無符號數從大到小的順序排序，去掉一個最大值和一個最小值，求其他8個數的平均值。

教學目的：①掌握循環結構程序的設計方法、步驟及Keil仿真過程。②掌握“冒泡法”排序的思想及編程方法。③掌握寄存器與片內RAM和片外RAM數據傳送指令的使用及注意事項。④提高軟件編程及調試能力。

2? 第二次翻轉課堂教學活動

在完成“第9章AT89S52單片機與顯示器和鍵盤的接口設計”授課后，進行第二次翻轉課堂教學活動，任選一個設計題目，完成硬件電路設計、軟件編程及Keil+Proteus聯合調試和仿真。

教學內容：①“十字路口”智能調度及控制系統。②汽車信號燈控制器。③簡易計數器。④智能電子時鐘。⑤數字撥號電話機。

教學目的：①掌握LED顯示器、4×4矩陣式鍵盤和獨立式按鍵的電路設計、軟件編程及Keil+Proteus聯合調試的方法及步驟。②掌握軟件延時子程序的編寫及調用方法。③掌握定時器/計數器定時中斷的設置及編程方法。④提高硬件電路設計及軟硬件聯合調試能力。

3? 第三次翻轉課堂教學活動

在完成“第11章AT89S52單片機與A/D、D/A轉換器的接口設計及應用”授課后，進行第三次翻轉課堂教學活動。

教學內容：室內環境監測系統設計與仿真。

教學目的：①掌握AT89S52單片機擴展可編程并行接口芯片82C55芯片和模/數轉換器ADC0809芯片的電路設計、地址編碼、軟件編程方法及步驟。②掌握步進電機和蜂鳴器的控制原理及實現。③進一步提高硬件電路設計、軟件編程及Keil+Proteus聯合調試的能力。

通過2～3次翻轉課堂教學活動，學生們的細心和耐心，發現問題、解決問題以及文字和語言表達能力大幅提升。

五? 結束語

單片機原理與接口技術課程經過三年多的教學改革與實踐，收到了良好的教學效果。2022年春季，電氣工程及其自動化專業312人選課，283人參加了在“超星泛雅”平臺進行的“結課調查”，結果顯示對教師的教學方法、新形態教材、微視頻、混合教學模式和翻轉課堂教學活動的“滿意+非常滿意”占比為92.95%、88.29%、88.27%、85.92%和74.18%，通過一個學期的學習74.65%的同學認為達到了預期目標，81.69%的同學對AT89S52單片機產生了濃厚的學習興趣。不積跬步無以至千里，教學改革沒有終點、永遠在路上。

參考文獻：

[1] 劉盛峰，朱祖林，湯詩華，等.我國遠程教育研究2019年度進展報告[J].遠程教育雜志，2020，38（5）：14-20.

[2] 王婷婷，彭熙，葛非.SPOC與翻轉課堂混合教學模式在通識教育中的應用——以“物聯網與社會生活”課程為例[J].科教文匯（下旬刊），2019（12）：124-126.

[3] 李克東，趙建華.混合學習的原理與應用模式[J].電化教育研究，2004（7）：1-6.

[4] 馬春燕，鄭建海，王淑紅，等.《單片機原理與接口技術》混合式教學探索與實踐[J].教育教學論壇，2019（50）：168-170.

[5] 馬春燕，鄭建海，王淑紅.基于“口袋機”的“單片機原理與接口技術”課程開放式教學探索[J].實驗技術與管理，2020，37（4）：16-19，27.

基金項目：2022年山西省高等學校教學改革創新項目“應對疫情《單片機原理與接口技術》融合式ETPP實踐教學探索與實施”（J20220150）;2021年山西省高等學校教育教學改革創新項目“電氣工程一流專業建設研究與實踐”（J2021113）

第一作者簡介：馬春燕（1966-），女，漢族，河北唐山人，工學博士，教授。研究方向為智能監測監控技術、新能源發電及控制技術。