“慕课+项目案例”教学模式下的《单片机技术及应用》知识体系重构

[ 基金项目：安徽省教学研究项目（2023jyxm0798）；淮南师范学院教学研究项目（2022hsjyxm10）

作者简介：戴文俊（1987—），男（汉），安徽合肥，硕士，讲师，主要研究理实一体化和混合式教学工作。]

摘要：单片机技术及应用是应用型课程，课程目标是培养学生对单片机的使用和编程能力，传统的“理论+实验”的教学方法无法满足课程目标的实现。为了有利于课程目标实现，提高学生的设计和编程能力，在“慕课+项目案例”教学模式下，将所有课程知识点融入项目案例中，重新构建课程知识体系，以项目案例驱动学生对知识点的掌握与应用，最终达到学生能使用单片机的培养目标。

关键词：单片机，混合教学模式，慕课，项目案例教学，知识体系

0.引言

单片机作为最常用的控制器之一被广泛应用在机器人控制、智能仪表、汽车电子和实施工控等方面。所以，《单片机技术及应用》是自动化、电气工程及其自动化、机械设计制造及其自动化等专业的重要专业课之一。其具有“理论+应用”型知识的课程特点，具有很强的实践性。为了提高学生的实践能力，使学生通过本课程的学习能够达到使用51单片机进行简单装置的设计与编程的能力，本教学团队对《单片机技术及应用》课程实施了基于“慕课+项目案例”混合式教学改革。在此教学模式下，根据单片机的知识要素设计了项目案例并以此为载体重新构建单片机知识体系，为其他应用型课程教学改革提供可借鉴可复制的教学模式。

1.必要性分析

《单片机技术及应用》属于应用型课程，具有很强的实践性，这类课程教学目标是通过课程学习之后，能够掌握简单控制系统的硬件设计和自行编写调试软件程序实现功能的能力，更强调的是应用技能培养。而“理论+实验”的传统教学模式花大量的课时在进行理论讲解，而实验教学一般只有十几学时的简单验证性实验，学生的应用技能无法真正意义上得到训练。所以，迫切需要将有效的课堂时间用在对学生的项目设计和软件编程训练上。

“慕课+项目案例”教学模式打破“理论+实验”的传统教学模式，采用线上慕课资源，将课程知识点碎片化，通过线上学习和考核的方式掌握相应知识点。线下采用项目案例式教学模式，在课堂教学过程中基于项目案例对相关知识进行巩固训练，通过过程考核检验学生的学习情况，形成了“学中做，做中学”的理实一体化教学氛围。

所以，为了提高“慕课+项目案例”教学模式的实施效果，培养学生实践能力，基于项目案例将单片机知识碎片化、项目案例化，重构单片机知识体系十分必要。

2.基于项目化的知识体系构建

《单片机技术及应用》课程的教学目标是培养学生单片机的使用和编程能力，所以，结合项目式案例教学模式，采用Keil编译软件和Proteus仿真软件进行项目设计和功能实现。本教学改革团队根据课堂改革研究和实践，将单片机技术及应用课程的知识体系按照知识能力提升逻辑分为“先导篇、基础篇、提高篇和创新篇”四个部分。其中，先导篇主要以认识单片机、单片机中的C语言（包括程序结构）、Keil编译软件和Proteus仿真软件安装与使用以及课程思政为内容。使学生初步认识单片机以及应用领域，初步掌握Keil和Proteus两款软件。基础篇以单片机的I/O口、外部中断、定时器中断为主要内容，训练学生初步使用单片机实现简单控制功能。提高篇融入液晶显示模块LCD1602、数模转换模块DAC0832、模数转换模块ADC0809、直流电机驱动模块LM298、温度测量传感器DS18B20等常用模块，教会学生如何查阅模块的使用手册，训练学生使用单片机与各种模块之间的信息传输，进一步提高综合使用能力，并起到举一反三的作用。创新篇以提高学生创新设计能力为目标，学生使用单片机自主进行DIY设计与制作，训练学生从设计、制作、调试、技术文档撰写的项目设计开发全过程的能力。四个能力阶段的具体项目案例对应的知识结构以及教学方式如表1所示。

3.基于具体案例的知识点及能力训练分析

使用单片机设计一个“简易可调直流电压源”，能实现以下功能：

（1）能实现步进为0.2V的可调直流电压输出。

（2）能采用LCD1602实时显示输出电压值。

3.1设计过程

根据上述设计任务，需要在Proteus电路仿真软件进行电路设计，硬件电路应包括单片机AT89C51、数模转换器DAC0832、液晶屏LCD1602、运算放大器、调节电压输出的独立按键等，其Proeus仿真电路如图1所示。

由图1所示的电路可知，单片机的P0口接DAC0832数字量输入端，向其传输待转换的8位数字量；P1口接液晶显示数据端，传输显示数据至LCD1602；P2.2～P2.0是液晶显示屏控制端口；P3.3～P3.2接独立按键，调节输出电压大小；P3.5接DAC0832写信号线2，控制DAC0832的工作方式。

根据上述电路并结合DAC0832和LCD1602的芯片手册，在Keil软件进行软件编程实现，功能子程序主要包括DAC0832工作方式控制子程序、液晶显示子程序以及电压调节子程序。

3.2知识点及能力训练分析

根据上述设计过程，学生需掌握知识点和能力如下：

（1）掌握DAC0832的数字量与模拟量转换计算公式，清楚数字量与模拟量的对应关系。以单极性输出为例，其输出电压计算为。其中，D = 0～255（数字量），VREF为基准电压（-10V～+10V）。则输出电压的范围为：。

（2）学会使用单片机实现DAC0832的直通、单缓冲和双缓冲三种方式的控制。

（3）学会使用独立按键或者外部中断实现电压调节。即掌握独立按键扫描子程序和外部中断服务子程序的编程。

（4）巩固LCD1602的控制与显示服务子程序的调用。包括对液晶显示屏的初始化、显示服务子程序的调用、显示变量的计算与提取等编程。

（5）本项目涉及两个模块，所需要的IO口较多，所以在电路设计上需要考虑IO口的分配。

（6）DAC8032为电流型输出，学生需要知道得到输出电压必须在DAC0832加上运算放大器。

4.结束语

基于“慕课+项目案例”的教学模式已在淮南师范学院电气工程及其自动化、机械设计制造及其自动化、机器人工程和轨道交通信号与控制四个专业进行了六个学期的改革与实践。团队教师基于课程的知识点设计了项目案例，对课程知识体系进行了重构。实践表明，基于项目案例的知识体系重构对“慕课+项目案例”的教学模式具有良好促进作用，有利于该教学模式的开展，具有良好的教学效果。为电子设计竞赛、大学生智能汽车竞赛等学科竞赛输送了具有基础设计和编程能力的学生，为后续专业课程设计的高质量开展奠定了基础。

参考文献：

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[3]戴峻峰.OBE理念下基于项目驱动的单片机原理及应用课程教学改革与实践[J].中国教育技术装备，2024（12）：52-54.

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