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單片機技術與應用課程標準設計論文
1 原有教學大綱與新課標的差異
原來使用的“單片機技術與應用”課程的教學大綱對知識點分解層層深入,便于學生由淺入深地學習相關知識。但是由于原有的教學大綱只對知識點作出了要求,沒有對教學方法和教學過程作出要求;只強調了理論知識的學習,沒有對學生職業行為能力培養作出要求,所以學生感覺學習過程枯燥乏味,內容深度大,學習難度大。
新制定的課程標準繼承了原有教學大綱中知識點由淺入深的分解特點,對各個知識點進行重新整合,以項目為驅動帶動全部知識的學習。把原來先學后練的教學方法改為了邊做邊學的學習方法,從而激發學生的學習興趣,讓學生參與到教學中。同時,在新課標中還強調了對學生職業行為能力培養的要求,將知識點的學習與實際工作流程相結合,學生掌握了該知識在實際工作中的應用方法。
原教學大綱和新課標中知識點分解圖如圖1:
2 “單片機技術與應用”課程標準制定
2.1 課程設計的基本理念
高等職業教育的根本任務是培養高級技術應用型人才。課程教學是實現高等職業教育人才培養目標的基本途徑,課程教學的質量是直接影響人才培養質量的核心要素。新的課程體系要與經濟建設、科技進步和社會發展要求相適應,與人的全面發展需求相適應,與高等教育大眾化條件下多樣化的學習需求相適應,與高等職業教育課程改革與建設相適應。本體系的構建,應根據先進的職業教育思想,改變學科本位的觀念,加強實踐教學,著眼課程群,培養學生綜合運用相關現代化先進工具和知識,培養學生的創新精神和創新能力。
(1) 面向全體學生,注重素質教育、能力與技能培養
本課程面向計算機應用技術專業的全體學生,注重專業基礎素質教育,激發學生的學習興趣,提高他們的抽象思維能力,增強他們理論聯系實際的能力,培養他們的創新精神。重視知識與技能;過程與方法;情感態度與價值觀課程目標的培養。
(2) 突出學生主體,尊重個體差異
本實訓在目標設定、教學過程、課程評價和教學資源的開發等方面都突出以學生為主體的思想,課程實施應成為學生在教師的指導下構建知識、活躍思維、展現個性和拓展視野的過程。
(3) 注重過程評價,促進學生發展
建立能激勵學生動手能力發展的評價方法。在課程學習過程中應注重培養和激發學生動手實踐的積極性和自信心。
(4) 開發課程資源,拓展學用渠道
本課程要力求合理利用和積極開發課程資源,給學生提供貼近現場實際,能反映新技術、新工藝、新設備的課程資源。
2.2 課程總體目標
課程總目標是使學生具有單片機系統編程和設計的知識與技能、具備較高的職業素質,具有調試單片機系統程序和設計最小單片機系統的能力,能解決程序調試和系統設計中遇到的問題,能勝任單片機產品調試員、單片機產品技術支持、單片機軟件開發師、單片機硬件開發師和單片機設計師等崗位工作。
(1) 知識要求
會對所學知識進行整合,能夠根據設計要求獨立編寫程序,并能在實踐工作中熟練進行單片機程序和系統電路的調試;掌握各種接口電路的分析方法和理論知識。
(2) 技能
能熟練進行單片機程序和系統電路的調試,并能獨立設計單片機系統電路并能編寫相應程序,同時還可以對以單片機為核心的設備進行維護。
(3) 素質
通過項目實踐,培養愛崗敬業、熱情主動的工作態度;養成遵守操作規程,分析工作整潔、有序、愛護儀器設備的良好實驗習慣;能認真負責、實事求是、堅持原則、一絲不茍地依據標準進行編程和設計,并在工作實踐中能遵守勞動紀律,注意安全,具備良好的敬業精神和協作精神,堅持努力學習,不斷提高自身可持續發展的基礎理論水平和操作技能,形成良好的職業素養和勤奮工作的基本素質。
2.3 內容目標
本課程標準通過對知識點的重新分解,將內容分成了六個主題。其中主題一是對單片機系統原理知識的學習,主題六是對知識的總結訓練,而其他的四個主題分為學習情境和訓練情景兩部分。在主題二到主題四中每個學習情境都分為了若干個小項目,幾個小項目又可以合為一個項目。內容目標詳見附錄,其中學習情境設計方案如圖2所示:
2.4 教學評價建議
(1) 改革傳統的學生評價手段和方法,采用階段評價、目標評價、項目評價、理論與實踐一體化的評價模式。
(2) 關注評價的多元性,結合課堂講解表現、課堂項目操作、項目訓練、綜合訓練及考試情況,綜合評價學生成績。筆答考試可采用開卷考試形式。
(3) 評價比例分配
課堂表現:8%;課堂項目操作:12%;項目訓練20%;綜合訓練:20%;考試:40%。
以上為“單片機技術與應用”課程標準的主要設計內容。由于課程標準的提出時間不長,沒有嚴格的設計要求,因此在新課標的設計過程中遇到一些問題。如內容目標中的格式如何進行設計,是否將教師的教學方法融入其中,學生目前所具有的學習能力是否能夠與新課標中的要求相結合等等,這些都需要進一步的研究。
附錄:內容目標
主題一 理論學習
要對一個單片機系統進行分析設計和編寫程序,就必須非常熟悉單片機芯片的組成原理,特別是要熟悉其各個外部引腳、內部寄存器和數據區的使用方法。
1 學習目標
(1) 了解MCS-51單片機的內部結構、主要功能部件和CPU微處理器的組成、任務分配。
注意:單片機上電后程序指針被賦予的初值。
(2) 了解MCS-51單片機的程序
存儲器結構,掌握內部數據存儲器的空間分配和SFR。
注意:程序存儲器的編址規律;只訪問外程序存儲器時,外部引腳的連接要求;上電后堆棧指針被賦予的初值。
(3) 掌握89C51芯片的外部引腳功能常見的幾種復位電路和計算機器周期的方法。
注意:準雙向并口和真正雙向并口的區別和相應并口讀數時的編程要求;89C51的復位時間是多少。
(4) 開發工具的使用
介紹Keil(或MedWin)、ISP兩個軟件的使用方法,并各種指令的學習編寫簡單的子程序,將源程序文件編譯并上載至實驗儀中顯示結果。
知識點:
掌握常用編程軟件的使用。在程序運行期間觀察相應存儲區和寄存器中數據的變化。
掌握MCS-51單片機的尋址方式。
2 教學建議
(1) 教學時數10學時。
(2) 實物教學,增強感性認識。
主題二 學習情境1
1 學習情境:信號燈控制
2 學習目標
(1) 熟練掌握MCS-51單片機的尋址方式和指令系統。
技能點:要會畫出模塊的流程圖,建立學生的編程思維;分清各個尋址方式的功能。(DATA PDATA XDATA CODE的訪問方式,地址空間,針對89C52芯片多128Bytes DATA區的應用,實際應用中256bytes Data區的單片機更多)
(2) 能編寫完整的程序。
技能點:會進行地址分配,整個程序的起始地址要正確;掌握各種程序結構,能夠畫出系統的流程圖。
(3) 會應用常見的調試軟件進行程序調試。
(4) 理解機器周期和指令周期。
3 學習情境內容
功能一:信號燈的控制1
利用P1口控制8個發光二極管,通過編寫并上載不同的程序,觀察發光二極管的狀態。
點亮8個發光二極管后單片機空運行。
給片內RAM中40H-4FH單元賦值后,將其數據傳送給片外50H-5FH單元,最后將56H中的數據由P1口輸出給發光二極管顯示。
在數據區建立一個數據表,編寫程序將表中的第3個數由P1口輸出給發光二極管顯示。
知識點:
掌握數據傳送指令。
掌握MCS-51單片機并口傳送和讀取數據時得技術要求。
MOVX與 MOVC的區別
功能二:信號燈的控制2
利用并口控制發光二極管,通過編寫并上載不同的程序,觀察發光二極管的狀態。
將累加器中的數據(十六進制)轉換為BCD碼,個位存入30H,十位存入31H,百位存入32H,最后由P0口輸出個位數據,P1口輸出十位數據,P2口輸出百位數據。
將DPH和DPL中放入兩個小于10的數據a和b,編寫程序實現c=a2+b2-a,并把c通過P0口輸出。
將累加器A中數據得高4位和寄存器B中數據的低4位相乘后取反,并將其結果通過P0口輸出。
采用移位指令,實現累加器A中數據乘4,寄存器B中數據除以2。
知識點:
掌握算術操作指令和邏輯運算指令。
會畫簡單的流程圖。
會使用軟件正確調試程序。
功能三:信號燈的控制3
設計一個延時程序,使與P2.0相連的發光二極管每隔1秒亮一次。
采用循環控制,使8個發光二極管呈跑馬燈方式閃爍,其中發光二極管點亮時長為1秒,熄滅時長為2秒。
知識點:
掌握程序轉移類指令和位操作指令。
會畫簡單的流程圖。
會使用軟件正確調試程序。
理解指令延時的用法,NOP指令的使用。
4 教學建議
(1) 教學時數12學時。
(2) 學習過程中,教師通過講解和演示,指導學生完成項目學習。
(3) 采用多做多練加強學生對所學知識的掌握程度。
(4) 安排項目訓練,鞏固所學內容。
5 實踐活動建議
(1) 訓練情境1:交通燈控制
(2) 教學建議:6學時
(3) 采用每組兩人的分組方式,鍛煉學生獨立設計和調試程序的能力
(4) 集中安排實驗
主題三 學習情境2
1 學習情境
跑馬燈設計與實現
2 學習目標
(1) 掌握TMOD和TCON專用寄存器各位的定義與設置。會計算和設置定時/計數器的初值。
(2) 掌握IE和IP專用寄存器各位的定義與設置。理解中斷的工作過程,熟記中斷入口地址。
技能點:能夠正確使用中斷方式對定時/計數器進行編程;能夠使用中斷方式對外部事件中斷進行處理;會畫流程圖,并編寫完整的具有中斷程序;理解電平觸發中斷、邊沿觸發中斷的區別及應用;中斷的優先級和中斷嵌套的應用,中斷現場的保護和恢復。
3 學習情境內容
設計一個個性跑馬燈,能夠完成以下功能:
功能一:利用P2口,用單片機內部的定時器采用查詢方式,使8個發光二極管呈跑馬燈方式閃爍(亮1秒、滅2秒)。
功能二:用計數器中斷對按鍵按下的次數計數,作為跑馬燈閃爍次數。
功能三:用外部中斷對正常顯示和閃爍次數設定功能進行轉換。
知識點:
掌握定時/計數器的初始化方法;定時器初值與計數器初值的計算與設定。
掌握中斷源與中斷服務程序的入口地址;中斷相關寄存器的使用方法;中斷工作過程。
4 教學建議
(1) 教學時數8學時。
(2) 學習過程中,教師通過講解和演示,指導學生完成項目學習。
(3) 采用項目教學,多做多練加強學生對所學知識的掌握程度。
(4) 安排項目訓練,鞏固所學內容。
5 實踐活動建議
(1) 訓練情境2:秒表設計與實現
(2) 教學建議:6學時
(3) 采用每組兩人的分組方式,鍛煉學生獨立設計和調試程序的能力
(4) 集中安排實驗
主題四 學習情境3
1 學習情境
單片機點對點串口通信
2 學習目標
(1) 了解SCON專用寄存器各位的定義與設置,掌握串口初始化的內容與步驟。
(2) 會用查詢和中斷方式編寫數據通信程序。
技能點:能夠正確地編寫數據通信程序。
3 學習情境內容
設計一個單片機之間的點對點的通信系統。要求甲機發送,乙機接收。甲機中按加號鍵,乙機中顯示數據加1;甲機中按減號鍵,乙機中顯示數據減1
知識點:
掌握與串行口初始化方法。
掌握串行口通信波特率的計算方法。
掌握串行口通信編程的兩種方法。
4 教學建議
(1) 教學時數6學時。
(2) 學習過程中,教師通過講解和演示,指導學生完成項目學習。
(3) 采用項目教學,多做多練加強學生對所學知識的掌握程度。
(4) 安排項目訓練,鞏固所學內容。
5 實踐活動建議
(1) 訓練情境3:單片機雙機通信
(2) 教學建議:6學時
(3) 采用每組兩人的分組方式,鍛煉學生獨立設計和調試程序的能力
(4) 集中安排實驗
主題五 學習情境4
1 學習情境
溫度控制系統的設計與實現
2 學習目標
(1) 使用P0、P2口的第二功能,擴展片外數據存儲器RAM和片外程序存儲器。
技能點:能夠正確對89C51進行片外RAM和ROM擴展;理解并記住MOVX指令的時序圖。
(2) 對89C51的并口進行擴展
技能點:能夠正確對89C51的并口進行擴展。
(3) 人機接口擴展
技能點:能夠正確地在89C51外連接鍵盤和顯示設備。
(4) 8位A/D轉換芯片與單片機的接口
技能點:能夠正確選擇A/D轉換芯片,并實現其與單片機的正確連接。
(5) 8位D/A轉換芯片與單片機的接口
(6) 掌握C51程序設計方法
技能點:能夠正確運用單片機C51語言對單片機系統進行編程。
3 學習情境內容
設計一個溫度控制系統,要求用C51編寫系統程序,并且該系統滿足以下要求:
功能一:使用89C51擴展一個片外RAM。
知識點:
掌握P0、P2口的第二功能使用方法。
會擴展片外數據存儲器和片外程序存儲器。
功能二:用兩位七段數碼管顯示其溫度值。
知識點:
掌握LED的動態顯示方法。
功能三:用 4*4的矩陣鍵盤,設置其溫度初值。
知識點:
掌握鍵盤設計方法。
掌握LED動態顯示方法。
功能四:具有對環境溫度進行實時測量,當外界溫度于設定溫度時,啟動風扇降溫;當外界溫度低于設定最低溫度時,發出報警聲。
知識點:
掌握A/D轉換的方法。
掌握D/A轉換的方法。
掌握正確選擇A/D和D/A芯片的方法。
4 教學建議
(1) 教學時數20學時。
(2) 提高課堂質量,上課時要多啟發學生,提高他們提出問題、分析問題、解決問題的能力,讓學生學會理解記憶的技巧。
(3) 采用項目教學,多做多練加強學生對所學知識的掌握程度。
(4) 安排項目訓練,鞏固所學內容。
5 實踐活動建議
(1) 訓練情境:人機接口設計與實現
(2) 教學建議:6學時
(3) 采用每組兩人的分組方式,鍛煉學生獨立設計和調試程序的能力
(4) 集中安排實驗
主題六 綜合訓練
使用套件設計一個最小單片機系統,完成其設計、繪圖、焊接、編程、調試工作并撰寫實訓報告。
1 教學建議
(1) 教學時數20學時。
(2) 教師命題,學生獨立完成。
(3) 采用每組兩人的分組方式。
(4) 集中安排實驗。
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