高职《单片机原理及应用》课程整体设计

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1、单片机原理及应用课程整体设计单片机原理及应用课程的整体设计，由精品课程建设的负责人韩莉，代表课程的教学团队向尊敬的专家和评委汇报，内容包括9个部分，分别是：1）学院与专业简介2）课程历史沿革3）课程特色与创新4）课程定位与设计思路5）教学内容选取与组织安排6）教学方法与手段7）教学团队8）校内外实习实训条件9）教学效果具体汇报如下：1 学院和专业简介 平顶山工业职业技术学院是由河南省教育厅主管，平顶山煤业集团主办，具有30多年的办学历史。平顶山煤业集团是国家特大型煤炭生产基地，学院依托特大型企业办高职教育的独特优势 深化“校企一体”的办学模式。在此机遇下，我们电气自动化技术专业，作为国家示范性

2、院校重点建设专业，在课程建设中，进行了教学改革的研究与实践。2001年两校合并，平顶山工业职业技术学院成立。 2004年学院积极参加河南省首批“人才培养水平评估”，被评为优秀院校。2006年学院成功申报成为全国首批“国家示范性高职院校建设”单位。2 课程历史沿革学院的前身是一所成人高校，在电类专业一直开有单片机原理及应用课程。学院成立后，作为一门重要的专业课程，该课程依然纳入电类专业的课程体系。2004年前，在传统学科体系教育模式下，课程设置是理论与实践相结合，但与现场结合力度不大，教学方法与手段比较单一。2004年，通过学院参与“人才培养水平评估”，在“4.5+1.5”分段式教育模式下，增加

3、的综合实践训练教学环节，增强了知识和能力的应用性及职业岗位的针对性。2006年，学院通过国家示范性院校建设，在电气自动化技术专业实施的工学交替“233”人才培养模式下，根据单片机应用系统的运行、维护与管理岗位的知识、能力、素质要求，我们进行了基于工作过程的课程设计。2007年，单片机原理及应用课程作为精品课程建设，被列入国家示范性院校电气自动化技术专业建设方案和任务书中，现在已经建成院级精品课程。3 课程特色与创新3.1 课程的特色 以煤矿安全监测系统为载体选取教学内容在教学内容选取时，以职业能力培养为主线，立足煤矿自动化技术岗位。在平煤集团及周边地区行业企业中单片机技术应用情况进行了广泛的调

4、研，与单片机内容相关的工作岗位很多，如：煤矿安全监测、皮带运输、煤矿高压开关和低压开关的智能保护、降压站和变电所综合自动化继电保护等智能监控岗位（群）。通过对这些岗位的分析，单片机技术应用在这些岗位中，涉及的深度和广度各异，而单片机在煤矿安全监测系统中的应用非常具有代表性，其地面中心站、井下分站、智能传感器均采用单片机技术。它涵盖了单片机技术应用岗位的典型工作任务，其智能传感器的多样化和分站式结构，特别适合于教学应用举例和内容的选取。并且，单片机原理及应用课程作为电气自动化技术专业的一门必修专业课程，而电气自动化技术专业培养的是能够胜任工矿企业电气设备运行、维护与管理工作的高等技能型应用人才。

5、因此，确定煤矿安全监测系统，作为单片机原理及应用课程教学的载体，将单片机的理论知识，与煤矿安全监测系统中的单片机应用技术结合起来，对单片机原理及应用课程进行了教学内容的选取，以井下分站和瓦斯传感器为例，围绕熟悉井下分站和瓦斯传感器的整体结构，掌握信息的处理与转换原理、信息的传递、参数超限报警、单片机对接收信息的处理等知识与技能，开发出10个学习任务，分别是：1）煤矿安全监测系统及其单片机结构认识2）单片机系统开发过程操作3）瓦斯传感器超限报警实现4）煤矿安全监测系统参数输入及设定 5）煤矿安全监测系统数据显示及检测 6）煤矿安全监测系统实时处理及检测 7）井下分站存储器扩展 8）煤矿安全监测系

6、统A/D转换电路及检测 9）煤矿安全监测系统通信实现与调试 10）煤矿安全监测系统调试与维护 每个学习任务的教学组织，都包含“教”与“学”两个方面, 在“教”的方面，既考虑到常规的教学准备、教学组织、教学内容、教学评价等环节，还要考虑教学过程应以行动为导向，培养学生的职业素养和职业能力，增加模拟行业企业实际工作岗位的工作过程。在“学”的方面，将每个学习任务以学习任务单的形式出现，使学生在学校的学习过程，如同在工作岗位的工作过程。学习任务单包含教学方案、教学实施与安排、知识准备、任务布置、学习评价等五个部分。设计出的学习任务单为校本教材的角本，经过教学实施、信息反馈，优化学习任务及学习任务单，形

7、成校本教材。3.2 课程的创新行动导向“三段式”教学组织 单片机原理及应用课程的创新是行动导向“三段式”教学组织。我们课程教学团队的教师，通过参加国家教育部主办的“中德高职师资进修项目”，在借鉴德国的基于工作过程的课程设计和“六步”教学法的基础上，对单片机原理及应用课程的教学进行了探索与实践，创新出行动导向“三段式”教学组织。其核心是进行“三段式”教学，前提是构建“团队+基地”的教学条件，考核是采取“两结合”的“四评”考核办法。行动导向“三段式”教学组织的实施，首先要构建“团队+基地”的教学条件，即组建两个团队，建成两个基地。两个团队是由专任教师与兼职的,企业技术人员，组成的教学团队和由35人

8、为一组的学生组成的学习团队。两个基地是校内实训基地和校外实习基地。 进行“三段式”教学，是行动导向“三段式”教学组织的核心，我们在进行“三段式”教学中，是以学生团队和校内外实习实训基地为中心，具体实施的三个阶段是：第一阶段，在校内实训室，实施“任务获取、知识准备”。完成煤矿安全监测系统、单片机的基础理论知识和实践知识的准备，明确学习任务；第二阶段，到校外煤矿瓦斯监测中心，进行“实践补充、理论转化” 。完成煤矿安全监测系统中单片机应用实践知识的补充，将第一阶段准备的理论知识与实际联系起来，知识向能力转化；第三阶段，回到校内实训室，完成“资料归整 成果展示” 。将在煤矿瓦斯监测中心的见闻、实践、思

9、考和收集来的资料进行归纳整理和总结，以团队汇报、答辩等形式展示学习成果。对于学生在“三段式”教学中的学习效果，我们采用“两结合”的“四评”考核办法,进行综合评价。“两结合”是对每个学习任务采用的过程考核与结果考核相结合，学生在校内的学习考核与在校外的实践考核相结合。“四评”是学生自评、学生团队互评、教师和师傅对学生评价、教师和师傅对学生团队评价。4 课程定位与设计思路4.1 课程的性质单片机原理及应用课程是国家示范性重点建设的电气自动化技术专业一门必修的专业课，也是其他电类专业的必修课程。4.2 课程的作用 本课程对学习智能型设备原理，进行智能型系统的运行、维护、管理与技术改造，掌握煤矿综合自

10、动化控制技术，起着关键作用。 4.3 课程的地位 单片机原理及应用课程的先修课是电子技术、传感器检测技术、C语言程度设计，它的后续课程是计算机控制技术、煤矿综合自动化控制、毕业设计等。在课程教学内容的选取时，我们以煤矿安全监测系统为载体，并将课程中所需要的,先修课程的知识,融入教学中，起到了承前启后的作用。4.4 课程设计理念单片机原理及应用课程的设计理念是：以行业企业需求为导向以职业能力培养为主线立足煤矿自动化技术岗位培养单片机技术应用型人才4.5 课程设计思路经过在平煤集团各厂矿和周边地区相关企业调研，我们对各种智能型的监测、监控系统中单片机应用技术的职业岗位进行分析，研究、整合出单片机应

11、用系统的典型工作任务，以此为依据，得出单片机技术人员应具备的知识、能力和素质，针对煤矿安全监测系统，是典型的单片机应用系统，并且平煤集团各矿，为了防止瓦斯事故，保障矿井安全生产，都装备有此系统，所以，课程设计中我们以此系统为载体，选取单片机原理及应用课程的教学内容，设计出学习任务，编写校本教材，并采用行动导向的“三段式”教学组织实施教学。5 教学内容选取与组织安排5.1 教学内容选取 在教学内容选取时，我们对与单片机内容相关的工作岗位进行调研分析，单片机在煤矿安全监测系统中的应用非常具有代表性，其地面中心站、井下分站、智能传感器均采用单片机技术。而它的分站式结构和用于检测煤矿各种安全参数的多种

12、智能传感器，是典型的教学案例。各种智能传感器，通过嵌入的单片机技术，主要检测的参数是井下瓦斯浓度、风速、温度、负压等，实现检测信息的处理和上传，具有功能选择、参数输入、显示和报警等功能。煤矿安全监测系统中有多个井下分站，而每个井下分站，就是一个独立的单片机应用系统，它承担着与地面中心站，以及井下各工作面智能传感器的通信工作。井下分站受地面中心站的控制，执行中心站的各种控制命令，并将各种智能传感器检测到的瓦斯浓度等各种环境参数和工作状态连续实时地传送给地面中心站，井下分站本身还可以独立监测，实现报警、断电等控制功能。由此看出，煤矿安全监测系统中的井下分站和智能传感器均为典型的单片机应用系统。单片

13、机原理及应用课程作为电气自动化技术专业的一门必修专业课程，而电气自动化技术专业培养的是能够胜任工矿企业电气设备运行、维护与管理工作的高等技能型应用人才。所以，我们以煤矿安全监测系统为载体，将单片机的理论知识与现场的煤矿安全监测系统中的单片机应用技术结合起来，对单片机原理及应用课程进行了教学内容的选取。 在教学内容组织过程中，我们以井下分站和瓦斯传感器为例，围绕熟悉井下分站和瓦斯传感器的整体结构，掌握信息的处理与转换原理、信息的传递、参数超限报警、单片机对接收信息的处理等知识与技能，开发出10个学习任务，这10个学习任务分别是：1） 煤矿安全监测系统及其单片机结构认识2） 单片机系统开发过程操作

14、 3） 瓦斯传感器超限报警实现 4） 煤矿安全监测系统参数输入及设定 5） 煤矿安全监测系统数据显示及检测 6） 煤矿安全监测系统实时处理及检测 7） 井下分站存储器扩展 8） 煤矿安全监测系统A/D转换电路及检测 9） 煤矿安全监测系统通信实现与调试 10）煤矿安全监测系统调试与维护 通过这10个学习任务的教学，能够使学生掌握单片机原理的基础知识，以及在实际系统的应用知识，满足单片机原理及应用课程的教学内容。针对每个学习任务的教学组织与安排，都包含“教”与“学”两个方面, 教学过程以行动为导向，培养学生的职业素养和职业能力，增加模拟行业企业实际工作岗位的工作过程。每个学习任务以任务单的形式下

15、发给学生，使学生在学校的学习过程，如同在工作岗位的工作过程。设计的学习任务单包含教学方案、教学实施安排、知识准备、任务布置、学习评价等五个部分。教学方案主要用于指导教师的教学和学生的学习，包括学习地点、学习目标、工作与学习内容等。教学实施安排采用“三段式”教学组织，内容包括实施步骤、工作过程安排、实施方法、主导者（也就是教学活动中的教师或学生）。知识准备为学生提供完成任务所需要的相关知识与信息，主要有问题导入、任务描述、任务分析、任务演示、相关知识等。任务布置使学生明确学习任务和工作任务。学习评价用于检查学生学习效果。设计的学习任务单为校本教材的角本，经过教学实施、信息反馈，优化学习任务及学习

16、任务单，形成校本教材。5.2 教学组织与安排在2007年6月，我们课程教学团队的教师参加了国家教育部主办的“中德高职师资进修项目”，到德国进修专业课程设计和教学方法。通过赴德国学习，提高了我们的教师基于工作过程的教学过程设计能力。在教学过程设计中，注重学生关键能力的培养，使校内外实习实训基地得到充分而又合理的应用，实现课堂与实习地点的一体化，采用“三段式”教学组织。为保证“三段式”教学的顺利实施，首先要构建“团队+基地”教学条件，即“双师”结构教学团队、学生学习团队和校内实训基地、校外实习基地。改革以课堂和教师为中心的传统教学模式，将理论知识学习、实践能力培养和综合素质提高三者紧密结合起来，把

17、理论知识融于实践教学中，以校内外实训基地和学生为核心，实施“三段式”教学过程。在实施行动导向“三段式”教学组织中，我们将每个学习任务以学习任务单的形式下发给学生，教学过程模拟工作岗位，使学生以实际工作人员的角色接受任务，通过学习与实践完成任务单下达的任务。行动导向“三段式”教学组织的具体内容如下：第一个阶段是任务获取、知识准备阶段，在校内矿井综合自动化监控系统实训室、单片机仿真实训室、单片机实训室，教师将任务单下达给学生，充分利用校内具有职业氛围的仿真、模拟的生产性实训室，通过讲解、演示和操作，使学生明确学习性工作任务以及工作环境、工作对象、任务要求和注意事项等相关信息，提出学生工作过程中需要

18、解决的相关问题和质疑；以传授或独立获取的方式，完成工作任务所必须的煤矿安全监测系统、单片机的基础理论知识和实践知识的准备，学生根据学习性工作任务，查找相关资料，列写工作计划表、评价表及自查表，由师生共同讨论、修改，并确定最终工作方案。第二阶段是实践补充、理论转化阶段。到校外二矿、六矿和八矿等瓦斯监测中心实施工作任务。校内实训室作为现场的模拟、仿真或缩影，与现场工作条件、设备及工作环境之间，仍然存在着较大的差异，为了缩小学生校内所学知识、所见设备与现场实际之间的差距，将校外实习基地作为对校内实训基地的有效补充。同时，为了把第一阶段准备的理论知识与实际联系，知识向能力转化，达到所学即所用，学生以团

19、队形式，带着工作任务及疑问，到瓦斯监测中心实习。学生分工协作，以操作、拍照、抄录、向师傅求教等多种方式，排除疑问，解决问题，完成工作任务，同时，尽可能多的收集资料。瓦斯监测中心的师傅，对学生的工作方案和操作，进行具体的指导，使学生安全、圆满地完成工作任务，并对实施过程进行考核评价。任务完成后，学生对照自查表，自行检查,工作成果是否合格，并逐项填写自评表。第三阶段是资料归整、成果展示阶段。回到学校后，学生仍以团队的形式在校内实训室，将在瓦斯监测中心的见闻、实践和收集的资料进行归纳整理和总结，并与校内所学知识、工作环境、工作条件、实训设备、操作过程进行比较，找出异同和原因，实现校内外理论知识与实际

20、工作岗位的有机结合，缩小学生对校内外实习实训基地的工作条件、设备及工作环境之间认识上的差距。然后，通过自制的产品介绍、张贴板、PPT文稿汇报和答辩等形式，进行成果展示，锻炼学生的归纳总结和语言表达能力，使学生的专业能力、社会能力、方法能力得到进一步的提高。在每个学习任务的“三段式”教学组织中，是以学生学习团队的形式在校内外实习实训基地展开，由专任和兼职教师组成的教学团队共同完成教学任务。在任务实施中，我们要求学生团队的成员团结协作，各有分工，共同完成学习和工作任务。在成果展示时，师生共同参与、共同评价。学习任务结束后，由教师对学生的工作成果总结成绩，提出不足及其改进建议。在对学生的综合学习评价

21、中，也就是课程总成绩的评定，我们注重学生在学习过程中的工作态度、行为、努力程度和能力，培养学生的自我评判能力，增强学生的竞争意识和团队协作意识。在教学过程中进行过程考核，课程结束后进行结果考核。同时，由于“三段式”教学，第一阶段是在校内实训室学习，第二阶段要到校外，实习基地实践锻炼，第三阶段又要回到学校，进行学习成果展示。因此，学生在校内和校外的学习情况，也要分别进行考核。考核的参与者有学生、学生团队、教师和师傅，考核办法是“两结合”的“四评”考核。“两结合”中的第一个结合是，对每个学习任务采用的,过程考核与结果考核相结合，第二个结合是学生在校内的学习考核与在煤矿瓦斯监测中心的实践考核相结合。

22、“四评”是学生自评、学生团队互评、教师和师傅对学生评价、教师和师傅对学生团队评价。在“三段式”教学实施的过程中，过程考核与结果考核,都采用的是“两结合”的“四评”考核。通过实施行动导向的“三段式”教学组织，在“团队+基地”的教学条件下，进行以学生团队和实习实训基地为中心的教学组织，实现了融“教、学、做”一体，培养了学生的安全意识、质量意识、环保意识、协作意识和，自主学习的意识，达到了学生、学院和社会的三方受益。 5.3 教材及相关资料在教材选取上我们教学团队，自编基于煤矿安全监测岗位工作过程的校本教材。并自制与校本教材配套的多媒体课件，用于辅助教学。教学资料选用单片机原理及应用、矿井安全监控原

23、理与应用、煤矿安全规程和平煤集团现用煤矿安全监测系统的技术图纸等，作为教学的参考资料。实训任务在每个学习任务中，设有相应的实习实训任务，共学生操作训练。本课程的教学支撑网站，设有在线自测和题库页面，以及学习指南窗口，为学生搭建了，自主学习的平台。 6 教学方法与手段6.1 教学设计针对单片机原理及应用课程的教学目标，我们通过分析教学对象，进行了行动导向的教学模式设计。本门课程主要培养具有良好的职业道德，掌握单片机的基础知识和应用技术，具备单片机技术应用系统的系统维护与运行管理岗位的职业能力，并能进行技术改造的高技能自动化技术人才。我们的教学对象是高职专科全日制三年的学生。按照培养职业能力的认知

24、规律和学习规律，对课程进行基于煤矿安全监测岗位工作过程的课程设计，构建“团队+基地”的教学条件，采用行动导向的“三段式”教学组织，使学生从“学”中“做”，到“做”中“学”，激发学生的创新思维，提高学习的主动性和积极性。我们在教学中，利用现代教育技术和虚拟现实技术等多种教学手段，通过学院的网络教学资源建设本课程的教学支撑网站，以方便师生的学习和交流。6.2 教学方法我们通过演示操作、“教、学、做”一体等教学方法，使学生明确学习任务，理解相关知识。教学中以井下分站和瓦斯传感器为案例，学生以团队形式讨论解决问题、制定工作方案和自查表等，在煤矿瓦斯监测中心学生以操作人员的角色实施工作任务，教师和师傅实

25、时地启发、引导学生思考问题和解决问题。学习任务结束后，学生以张贴板、PPT文稿等形式展示汇报学习成果。6.3 信息技术的应用 我们运用多媒体技术制作单片机原理及应用课程的教学课件； 运用虚拟现实技术制作单片机技术应用教学录像片；运用单片机仿真软件进行单片机系统仿真的设计与开发。6.4 学院网络环境我们学院设有专门机构电教信息中心和网络中心，专门服务于全院的网络教学和信息化建设。学院校园网的出口是中国教育和科研网、中国网通，校园网实现了万兆到楼宇和机房，百兆到桌面。学院网络教学资源丰富。配备有电子图书、学术期刊检索、超星数字图书等网络平台，供师生查阅资料。还有精品课程、网络课程等教学资源，为师生

26、提供网络服务。 6.5 本课程网络教学环境我们在单片机仿真实训室，矿井综合自动化,监控系统实训室等多个实训室，都配备有电脑并联网，方便学生进行网上学习。 在校园网，建有本课程的教学支撑网站，并对学生完全开放，可直接登录网站，完成课程内容的学习：1) 网站设有精品课程和网络课程网页。2) 提供有课程标准、工学结合的特色教材、电子课件、习题、实习实训任务、学习指南、参考文献目录等资料。3) 开通了网上答疑系统。4) 设置了在线自测页面。7 教学团队7.1 主讲教师简介 单片机原理及应用课程的5名主讲教师中，3名专任教师，2名兼职教师。2名兼职分别来自平煤集团六矿和八矿的瓦斯监测中心。长期以来，我们

27、一直承担着电类各专业单片机原理及应用课程的教学任务，并积极参与教学改革和科研工作。主持参与了国家示范性院校电气自动化技术专业建设方案和任务书的制定，电气自动化技术专业工学交替 “233” 人才培养模式的研究与实践、模块化单片机教学的开发研究等项目的研发。并公开发表学术及教研论文、出版相关规划教材。我们在教学改革中，探索创新出行动导向“三段式”教学模式，并将创新成果应用到教学过程中，受到了师生们的高度评价，获得“优秀教师”、“优秀教学质量奖”等荣誉。7.2 团队整体结构 本课程的教学团队10人中，专、兼职教师各5人。其中，专任教师有企业经历的占100%，具有“双师”素质100%。兼职教师都来自我

28、们平煤集团各矿，他们主要是承担校内外50%的,实践教学任务。团队平均年龄37岁，是老中青结合，形成了梯队结构。 团队专、兼职教师,职称和职业资格有高、中、初级，符合教学要求。8 校内、外实习实训条件8.1 校内实训条件我们在校内建有支撑课程教学的单片机仿真实训室，单片机实训室，矿井综合自动化监控系统实训室。单片机仿真实训室是与平煤集团共同建设，可完成单片机系统的仿真教学。单片机实训室，是与广州周立功单片机公司共同建设，可以满足单片机实训教学，完成单片机产品的设计与制作，并为学院和社会提供单片机相关技术的服务。矿井综合自动化监控系统实训室，是与平煤集团和中国矿业大学共同建设，包括皮带运输系统、煤

29、矿安全监测系统等，为学生提供模拟煤矿井下现场的实习实训岗位。8.2 校外实习条件电气自动化技术专业已经有平煤集团四矿、电务厂、田庄选煤厂、天宏焦化厂、河南神马尼龙化工有限公司、平禹煤电公司、河南平宝煤业公司等20多个校外实习实训基地。针对单片机原理及应用课程的实践教学，我们又与平煤集团二矿、六矿、八矿的检测队签订了协议书，使各检测队的瓦斯监测中心成为单片原理及应用课程的校外实习实训基地。在课程教学中，我们的学生多次到各矿的瓦斯监测中心，在师傅的指导下，将理论知识实践化。9 教学效果通过对单片机原理及应用课程的整体设计和教学实践，教学效果在以下3个方面受到良好评价。1） 学生具备了单片机应用系统运行、维护与管理岗位的知识、能力和素质，受到行业企业技术人员的赞同，达到了教学目标的要求。2） 在构建“团队+基地”的教学条件下，进行以学生团队和实习实训基地为中心的教学组织，采取“两结合”的“四评”考核评价学习效果，培养了学生的安全意识、质量意识、环保意识、协作意识和自主学习的意识，达到了学生、学院和社会的三方受益，学生和教师给予了认可和高度评价。3） 行动导向“三段式”教学模式，通过与校内、外同行之间的相互交流，得到了同类院校教师的肯定和好评，普遍认为具有独到性和工学结合特色。以上是我们单片机原理及应用课程，精品课程建设的课程整体设计，敬请指导！谢谢您！尊敬的专家、评委。15