一书一课一空间

马春燕 贾燕冰 郑丽君

摘  要：针对单片机原理与接口技术课程实践性、综合性较强的特点，从“一书一课一空间”入手进行教学改革。编写一本新形态教材，充分发挥数字化资源多样性和服务个性化的特点，增强教材的适用性和服务课程教学的能力。建设一门省级一流课程，明确教学目标，优化教学内容，构建“平时+期末、闭卷+开卷、线上+线下”的综合考核评价体系。在“超星泛雅”平台建设并逐步完善课程、实验和课程设计三位一体的教学资源，有效发挥网络空间和网络资源辅助线下教学的功能。以学生发展为中心，制定教学方案，在教学过程中穿插进行翻转课堂教学活动，收到良好的教学效果。

关键词：新形态教材;一流课程;网络教学资源;教学模式改革;单片机

中图分类号：G642        文献标志码：A          文章编号：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

教学模式是在一定教学思想或教学理论指导下，建立起来的较为稳定的教学活动结构框架和活动程序。互联网环境中的知识具有生产存储网络化、载体多模态化、标准个性化及颗粒碎片化等特征，知识的生成和进化呈现出问题驱动、群智协同、生产与传播同程及过程非线性等新特征，深刻影响了高等教育教学模式的变革[1]。

随着计算机的普及，互联网、物联网及智能手机的大众化，融合了网络在线教学与线下教学众多优势的混合式教学模式已成为教育领域“新时代的产物”，从而日益受到重视。美国培训与发展协会（American Society for Training and Development，ASTD）将混合式教学方式列为知识传播产业中涌现出来的最重要的十大趋势之一[2]。国内最早正式倡导混合式教学模式的是北京师范大学的何克抗教授。他认为混合式教学模式把传统教学方式的優势和网络化教学的优势结合起来，既发挥教师引导、启发、监控教学过程的主导作用，又充分体现学生作为学习过程主体的主动性、积极性与创造性，其核心思想就是教师的“教”与学生的“学”相融合，根据不同的教学问题，采用不同的教学方式，通过为学生提供自主学习的通道和信息传递的方式，更有利于促进学生接受新知识，从而实现较为理想的教学效果[3]。

针对单片机原理与接口技术这门课程，如何进行教学改革？采用什么方法和措施进行教学模式改革，更好地完成教学任务？达到最佳的教学效果？

一  编写一本新形态教材

教材是知识的载体和传播媒介，是系统反映学科内容的教学用书。新形态教材是指以纸质教材为核心，通过互联网、移动互联网将多媒体的教学资源与纸质教材相融合的一种数字化教材。新形态教材可以充分发挥纸质教材体系完整、数字化资源多样性和服务个性化等特点，形成相互配合、相互支撑的知识体系，在借助纸质教材完成知识的有限呈现后，通过网络和信息技术实现知识的无限拓展，从而提高教材的适用性和服务课程教学的能力，让读者获得更好的教学支持和学习体验。

（一）  教材的内容及特点

教学团队编写并出版了《单片机原理与接口技术——基于AT89S52单片机》新形态教材，在介绍微型计算机的基本概念、系统组成、性能指标及其发展概况的基础上，以增强型AT89S52单片机为主讲机型，详细讲述其内部结构、工作原理、汇编语言指令及程序设计、可编程接口芯片电路设计及编程方法，并使用Keil和Proteus仿真软件将其与计算机仿真技术整合在一起。

教材追踪新技术的发展、面向实用夯实基础、力求图示便于理解，采用移动互联网技术（二维码）将单片机内部结构、工作原理、指令执行和电路设计过程等抽象内容实现可视化、形象化、重点难点内容生动化。从不同维度、不同层面激发学生的学习兴趣，理解并掌握其核心内容，有效提高学习效率。

（二）  教材的配套资源

全书12章，共有93个例题，提供详细的解题思路、Keil汇编语言源程序和Proteus硬件电路设计方法及步骤。228个课后练习题，题型多样，均配有详尽的参考答案、Keil汇编语言源程序和Proteus硬件原理图。采用SmartArt技术制作了16∶9和4∶3两种版本的PPT课件，便于教师授课，课件画面及插图生动，旨在活跃课堂气氛，激发学生学习的积极性。制定了48学时全套教案，2学时为一个教学单元。录制了89个重点、难点和例题详解的微视频，总时长625分钟，扫描二维码，即可观看学习。

《单片机原理与接口技术——基于AT89S52单片机》（ISBN 978-7-04-055921-7，高等教育出版社，2022.03）新形态教材为教学模式改革奠定了基础。

二  建设一门省级一流课程

《教育部关于一流本科课程建设的实施意见》明确指出一流课程的建设内容：转变观念，理念新起来;目标导向，课程优起来;提升能力，教师强起来;改革方法，课堂活起来;科学评价，学生忙起来。

（一）  课程性质及教学目标

单片机原理与接口技术是一门实践性、综合性较强的应用型课程，在国内大多数高等学校的电气工程及其自动化专业的培养方案中将其列为专业选修课。教学目标是通过单片机原理与接口技术课程的理论学习、知识积累、实践应用和评价创新等环节的培养，使学生掌握单片机的基础知识、基本结构及工作原理、汇编语言程序设计的思维方式、可编程接口电路及系统设计的方法，具有分析和设计计算机软、硬件系统的能力，为进一步独立分析、解决工程实践问题、开展新技术创新奠定扎实的基础。

（二）  教学内容及教学环节

以AT89S52单片机为主讲机型，将51内核单片机结构及工作原理、汇编语言指令及程序设计、可编程I/O接口电路设计以及计算机仿真技术等内容整合在一起，在理论教学和实践教学中体现高阶性、创新性和挑战度[4]。教学过程分为“教-学-习-讲-实践-成果展示-创新提高”七个教学环节，如图1所示。

（三）  教改措施

采取线下教学与线上讨论相结合，理论学习与实践相结合，虚拟仿真与实操训练相结合，数字化教材与自主学习相结合，设计成果展示与学生互评、教师点评相结合，课外兴趣培养与创新提高相结合，校企合作“产-学-研”相结合等七项教改措施，并将其有效地贯穿于“教-学-习-讲-实践-成果展示-创新提高”七个教学环节之中。

理论教学将线下教学、线上学习、翻转课堂教学活动、小组讨论和“边讲边练”等多种教学模式相融合，师生互动、生生互动。

实践教学采用ETPP（Experiment、Training、Practice、Project）渐进式实践教学模式，循序渐进地完成从理论到实践的教学，打造完整的教学生态链。Experiment基础实验，随堂进行，采用Keil+Proteus软件，虚拟仿真辅助教学，完成例题、作业及基础实验。Training综合实验，在实验课进行，使用实验室固定的实验箱，认知各种可编程接口芯片及器件，熟悉实验过程。Practice实践训练，进行课程设计，选用51单片机和STC51系列单片机便携式实验装置以及多种外设传感器模块完成软硬件系统综合设计，体现高阶性和创新性。Project项目实战，进行实训和大学生创新项目，选用Arduino单片机便携式实验套件和智能四轮小车、STM32套件和多种外设传感器模块完成一个实际应用项目的设计与开发，培养团队协作和创新意识，体现创新性和挑战度[5]。

（四）  课程考核评价

摈弃以往“一考定音”的考核方式，将学生期末突击、单一考试定结果的方式改为全过程考核评价，根据单片机原理与接口技术课程的特点，构建“平時+期末、闭卷+开卷、线上+线下”综合考核评价体系，让学生在整个学习过程中“动起来、忙起来”。综合考核评价体系见表1。

经过三年多的努力，单片机原理与接口技术获批2021年山西省一流本科课程（线下）。

三  建设并完善网络教学资源

为了充分发挥网络空间和教学资源辅助线下教学的功能，在“超星泛雅”平台建设并逐步完善单片机原理与接口技术课程、实验和课程设计三位一体的网络教学资源，服务电气工程及其自动化专业2017—2020级1 200多名学生，取得了良好的教学效果。

（一）  单片机原理与接口技术课程网络资源建设

从2020年秋季学期开始在“超星泛雅”平台建课并逐步完善教学资源，提供了12章课件、91个教学难点和例题微视频、10套测验题、12章的知识点及知识图谱，展示知识发展进程与结构关系，构建和显示各章节知识点及其相互联系。以学生发展为中心，进行了开课调查、课前预习、课上随机提问、课后作业及问题讨论、优秀作业展播及结课调查等教学活动。

（二）  单片机原理与接口技术实验网络资源建设

单片机原理与接口技术实验分为Keil软件仿真实验、Keil+Proteus硬件仿真实验和实验箱硬件实验，分别包括基础性实验、设计性实验和综合性实验。

在“超星泛雅”平台提供了基础性软硬件实验的程序流程图和参考程序、设计性软硬件实验的设计思路，综合性实验只提出实验要求，使学生不受约束、拓展思维，自主完成实验任务，充分发挥学生的潜在能力，进一步提升分析和解决问题的能力。软件实验项目见表2，硬件实验项目见表3。

（三）  单片机原理与接口技术课程设计网络资源建设

单片机原理与接口技术课程设计是提高学生单片机应用能力、实践能力及工程设计能力的综合训练环节。在“超星泛雅”平台提供了20个贴合实际工程应用的设计题目，涉及家用电器、智能交通、工业过程控制和智能控制等多个领域，包括软件编程、硬件电路设计与连线、外设及传感器模块选型。每年还会根据学生的建议和需求更新并添加新题目，目的是培养和训练学生的综合设计能力，课程设计题目见表4。

课程设计引入51单片机和STC51系列单片机便携式实验装置——“口袋机”，打破原有实验室固定地点、固定设备、固定时间的限制，“口袋机”在手，随时随地、不受时空限制、想实验就实验，将理论学习与实践操作完美结合，打通了理论教学与实践教学改革的“最后一公里”。

四  教学改革与实践

在进行“一书一课一空间”的建设过程中，同步进行教学改革与实践。

（一）  制定教学方案

课程团队集体备课，以学生发展为中心，讨论教学方法，制定了48学时单片机原理与接口技术课程的教学方案。

1  课程基本概况

包括学时、教材、执行标准、教学目标、教学方法、教学手段、考核方式、教学资源和教学环境等基本信息。

2  开课调查

在“超星泛雅”平台发布调查问卷，了解学生对计算机基础知识的掌握情况、学习目的、对几种常用教学方法的认知度。

3  学情分析

了解学生先修课程及掌握程度。

4  各章节教学设计

各章节教学设计按照2学时为一单元进行编写，包括教学设计、教学过程和教学反思，如图2所示。

5  期末考试

采用“闭卷+开卷、线上+线下”形式进行期末考试，并对期末成绩进行分析和总结。

6  结课调查

在“超星泛雅”平台发布调查问卷，了解学生对教师的教学方法、PPT课件、教材及教学过程的认可度。课程结束后，总结经验，发现不足，提出改进方法及措施。

（二）  翻转课堂教学活动

在教学过程中穿插进行翻转课堂教学活动，32学时，进行2次;48学时，进行3次。

1  第一次翻转课堂教学活动

在完成“第4章AT89S52单片机汇编语言程序设计”授课后，进行第一次翻转课堂教学活动。

教学内容：采用“冒泡法”将10个单字节无符号数从大到小的顺序排序，去掉一个最大值和一个最小值，求其他8个数的平均值。

教学目的：①掌握循环结构程序的设计方法、步骤及Keil仿真过程。②掌握“冒泡法”排序的思想及编程方法。③掌握寄存器与片内RAM和片外RAM数据传送指令的使用及注意事项。④提高软件编程及调试能力。

2  第二次翻转课堂教学活动

在完成“第9章AT89S52单片机与显示器和键盘的接口设计”授课后，进行第二次翻转课堂教学活动，任选一个设计题目，完成硬件电路设计、软件编程及Keil+Proteus联合调试和仿真。

教学内容：①“十字路口”智能调度及控制系统。②汽车信号灯控制器。③简易计数器。④智能电子时钟。⑤数字拨号电话机。

教学目的：①掌握LED显示器、4×4矩阵式键盘和独立式按键的电路设计、软件编程及Keil+Proteus联合调试的方法及步骤。②掌握软件延时子程序的编写及调用方法。③掌握定时器/计数器定时中断的设置及编程方法。④提高硬件电路设计及软硬件联合调试能力。

3  第三次翻转课堂教学活动

在完成“第11章AT89S52单片机与A/D、D/A转换器的接口设计及应用”授课后，进行第三次翻转课堂教学活动。

教学内容：室内环境监测系统设计与仿真。

教学目的：①掌握AT89S52单片机扩展可编程并行接口芯片82C55芯片和模/数转换器ADC0809芯片的电路设计、地址编码、软件编程方法及步骤。②掌握步进电机和蜂鸣器的控制原理及实现。③进一步提高硬件电路设计、软件编程及Keil+Proteus联合调试的能力。

通过2～3次翻转课堂教学活动，学生们的细心和耐心，发现问题、解决问题以及文字和语言表达能力大幅提升。

五  结束语

单片机原理与接口技术课程经过三年多的教学改革与实践，收到了良好的教学效果。2022年春季，电气工程及其自动化专业312人选课，283人参加了在“超星泛雅”平台进行的“结课调查”，结果显示对教师的教学方法、新形态教材、微视频、混合教学模式和翻转课堂教学活动的“满意+非常满意”占比为92.95%、88.29%、88.27%、85.92%和74.18%，通过一个学期的学习74.65%的同学认为达到了预期目标，81.69%的同学对AT89S52单片机产生了浓厚的学习兴趣。不积跬步无以至千里，教学改革没有终点、永远在路上。

参考文献：

[1] 刘盛峰，朱祖林，汤诗华，等.我国远程教育研究2019年度进展报告[J].远程教育杂志，2020，38（5）：14-20.

[2] 王婷婷，彭熙，葛非.SPOC与翻转课堂混合教学模式在通识教育中的应用——以“物联网与社会生活”课程为例[J].科教文汇（下旬刊），2019（12）：124-126.

[3] 李克东，赵建华.混合学习的原理与应用模式[J].电化教育研究，2004（7）：1-6.

[4] 马春燕，郑建海，王淑红，等.《单片机原理与接口技术》混合式教学探索与实践[J].教育教学论坛，2019（50）：168-170.

[5] 马春燕，郑建海，王淑红.基于“口袋机”的“单片机原理与接口技术”课程开放式教学探索[J].实验技术与管理，2020，37（4）：16-19，27.

基金项目：2022年山西省高等学校教学改革创新项目“应对疫情《单片机原理与接口技术》融合式ETPP实践教学探索与实施”（J20220150）;2021年山西省高等学校教育教学改革创新项目“电气工程一流专业建设研究与实践”（J2021113）

第一作者簡介：马春燕（1966-），女，汉族，河北唐山人，工学博士，教授。研究方向为智能监测监控技术、新能源发电及控制技术。