1. 课程建设发展历程
本课程依托北京石油化工学院机械类专业技术基础必修课“单片机原理与接口技术”，通过设计开发丰富的多形态教学资源建设而成。“单片机原理与接口技术”，2004年建设成为校级精品课程，2010年成为北京高等学校精品课程。编著出版《单片微机系统实用教程》和《51单片机实用教程》获得北京市高等教育精品教材，2020年建设成为国家级线下一流本科课程，2021年建设成为北京市高校课程思政示范课程。
2. 课程目标
本课程构建了知识学习、能力提升、素质养成和价值引领的一体化课程目标，通过课程对专业毕业要求支撑、本课程学科发展和学生全面发展，突出教学目标的高阶性、创新性、合理性、挑战度、达成度，从知识学习、能力提升、素质养成和价值引领方面确立了课程目标。
课程目标1：具有单片机系统相关知识及其基本应用方法：
① 描述单片机及扩展芯片的基本概念与组成体系；
② 归纳单片微机应用系统的结构、原理和应用等知识；
③ 列举汇编语言编程方法，能够应用C语言编写单片机应用程序；
④ 应用思维导图，总结每章教学内容，培养知识归纳、分析问题、发展系统思考能力。
课程目标2：具有单片机系统基本设计能力和初步的解决复杂工程问题的能力：针对实际机电系统的开发设计问题，开展需求分析，提出解决方案，运用最新计算机辅助数字电路设计和分析软件，设计单片机应用系统硬件电路，并考虑创新意识，考虑环保、技术经济等因素，完成单片机系统方案设计、电路设计、程序设计和系统集成调试，培养学生初步的解决复杂工程问题的能力。
课程目标3：运用单片机开发基本实验方法，开展实验研究，并能获取有效结论：通过实验操作和项目学习，运用典型微处理器和接口芯片的使用方法和实验测试方法、以及软件调试方法，完成软件编程和电路设计调试，分析实验结果，获得有效实验结论，获得基本的微型计算机应用系统实验能力。
课程目标4：具有获取与运用标准、规范、手册、图册等有关技术资料的能力：通过查阅各类文献等技术资料，完成单片机发展综述报告和项目学习报告，运用主要文献检索工具和互联网搜索引擎的使用方法，收集单片机相关问题的技术信息并编写文献综述报告，阐释单片微机系统中新技术和新概念的发展。
课程目标5：具有团队合作与技术交流能力和严谨的求学作风：通过学生自行组建3-4人的项目小组，合作按时保质保量主动完成单片机应用系统设计，撰写项目报告和汇报PPT，并进行项目答辩。
课程目标6：具有较强的责任意识、纪律意识、工程伦理操守，树立为国学习的理想信念：通过教学各个环节的纪律要求、独立完成各个学习活动、在实验和项目设计中严格按照标准、操作规范，并注重工程伦理，持续提升责任意识和职业素养。在学习过程中，刻苦钻研、高质量完成相关学习任务，让勤奋学习成为青春飞扬的动力，增强科技报国的家国情怀和使命担当。
3. 课程教学内容
第 0 章 引言
第 1 章 单片机概述
第 2 章 MCS-51 单片机硬件结构与工作原理
第 3 章 MCS-51单片机指令系统
第 4 章 汇编语言程序设计
第 5 章 MCS-51系列单片机中断系统与定时器/计数器
第 6 章 MCS-51系列单片机接口技术
第 7 章 半导体存储器及其扩展
第 8 章 人机交互通道配置及其接口技术
第 9 章 输出/输入通道接口技术
第 10章 单片机应用系统设计
第 11章 实验
第 12章 项目学习
4. 课程教学理念与创新
本课程基于系统工程思维，紧紧聚焦课程目标，运用学习科学进行学情分析，实现因材施教、用以致学；将课程能力目标分解为可执行、可评价的学习任务，通过任务驱动实现能力目标达成；强化主动学习、合作学习、全时空学习等学习策略的设计与组织；开展面向产出的全过程及时教学评价；基于评价进行课程教学的持续改进，实现课程全生命周期、价值引领的任务驱动能力达成的课程学习路线图，完成课程“以学生发展为中心+成果导向的反向设计。
本课程长期开展基于国际“CDIO”工程教育的教学模式，构建了集工程基础知识、个人能力、团队能力和工程系统能力为一体的“理论教学+实验研究+项目学习+学科竞赛+思政融合”五位一体的“项目+竞赛”的双轮任务驱动的课程全程育人模式。
针对学生过于重视课堂知识学习和结课考试、对高阶能力的提升重视程度不足的问题，通过课程目标、课程任务、教学过程、课程评价、教学情境、教学评价等全过程教师及时反思总结、学生全时空成果反馈等立体交互的双向改进机制，教师根据学生的反馈及时改进、调整策略，学生在高阶任务合作完成中持续感知自己和团队的学习成效并反馈教师。教师输出、反馈、调节和输出，学生输入（接受）、输出、反馈和调节，师生实现双向反馈、学习、改进的螺旋上升的能力达成模型。配以校企协同、虚实结合、时空链接的教学情境，教师随时把学生的需要转化为教学行为，并再次调整输出给学生，达到教学相长。
5. 教学方法及实施途径
（1）基于“建构主义”+“以学生为中心”的教学模式
在多年的教学实践中，逐渐形成了基于“建构主义”+“以学生为中心”的教学设计模式，课程明确相应的培养责任和贡献，需要制定面向全体学生的课程目标，通过基于学习科学的学情分析，研究课程能力目标和学习目标，并将能力目标分解为可执行、可评价的学习任务，通过任务驱动实现能力目标达成。同时围绕“以学生为中心”的主动学习教学过程，进行教学资源、学习环境平台、学习策略和合作学习等进行设计，进行面向产出的教学评价，基于评价进行课程教学的持续改进。
（2）构建以单片机应用系统的典型工作任务的课程模块教学内容
以培养学生工程应用能力为主线，按项目模块重构课程内容，用实例组织单元教学，单片机应用系统设计所需要的基本知识和能力穿插在各个实例完成的过程中讲解，根据项目知识点讲解的需要，合理、科学地进行教学内容体系改革。
① 编写出版基于Proteus的模块化特色教材，建立虚拟开放实验系统
编著的《单片微机系统实用教程》、《51单片机实用教程》、《单片机原理与应用实例》和《单片机原理与接口技术》（云教材）系列精品教材，该特色教材简要讲述单片机基本知识的基础上，通过一系列模块化实例分析与动手实践，使学生达到有一定动手解决工程实践问题的能力。同时注重实用化，全部电路公开化，代码公开化，便于学习者研习和动手实践。教材中运用学科最新发展技术proteus和国内外流行的单片机开发软件Keil uVision4作为开发平台，建立虚拟实验系统。
② 与公司合作开发了20套研制了模块化的项目学习套件
学生可以主要以该学习套件，组建项目小组，针对实际机电系统问题，设计完成单片机系统方案设计、电路设计、程序设计和系统集成调试，培养学生初步的解决复杂工程问题的能力。
（3）采用“教师为主导、学生为主体”以学生发展为中心的线下线上融合教学方式
充分借鉴国际CDIO工程教育的先进模式，以“项目任务”为主线，采用教师讲授（线上直播）和学生讲解（多媒体作业）相结合、单个提问和小组讨论相结合、课上教学和课下小组研讨相结合、线上线下融合、发展报告、综合性实验、项目学习和学科竞赛等环节，让学生全程主动参与课程学习，促进了学生知识、能力、素质的协调发展，培养了学生创新精神、实践能力、自学能力、交流能力、团队意识和社会适应能力。
（4）基于OBE理念，建立融“教、学、做”为一体项目学习的教学方法
基于OBE理念，在课程精讲和实验研究的基础上，组建3-4人项目小组，针对实际机电系统和机电产品的问题，开展需求分析和建模，提出解决方案，运用最新计算机辅助数字电路设计和分析软件，设计单片机应用系统硬件电路，并考虑创新意识，考虑环保、技术经济等因素，完成单片机系统方案设计、电路设计、程序设计和系统集成调试，撰写项目报告，并进行答辩，培养学生初步的解决复杂工程问题的能力。
(5)充分应用最新工程仿真软件，提高课程学习的实效性和创新性
运用最新单片机工程仿真软件proteus和国内外流行的单片机开发软件Keil uVision等作为课程学习、课程项目开发、仿真实验、课后作业等学习平台，建立虚拟仿真系统，实现平时作业、实验、项目开发等需要仿真调试成功后提交，实现了学习成果及时检验和评价。
（6）建立注重学生学习过程和能力目标的多元形成性评价方法
通过平时作业、讨论研讨、课堂测试、实验研究、个人报告、小组报告、期末考试等环节全面评价学生在本课程教学目标的达成情况。能力目标达成评价与考核中，最终成绩由平时成绩和期末考试成绩组成。平时成绩由以下几部分组成：①参与研讨的积极性、通过随堂测试所反映的注意力集中度和对新知识的敏感度以及理解与应用能力、课后作业所反映的学习态度和思考问题解决问题的深入程度、发展报告、研讨课等参与完成情况，② 实验成绩占总成绩，③项目学习，在项目学习评价中，根据系统完成与调试水平、小组合作与沟通交流情况、技术报告和答辩情况等学习成果，通过小组成员互评、教师评价确定每个小组和组员的成绩，其中，沟通交流、演讲汇报以及写作能力等训练在整个项目计划中起着重要的作用，以培养学生能正确、熟练、规范地运用文字、图纸等撰写技术报告、汇报文稿、陈述发言。各项成绩比例根据专业、课程定位以及学生实际学习情况确定。
（7）建立基于OBE的课程目标达成与合理性评价方法
通过聚焦课程目标、制定（如作业、实验、项目学习、试卷以及教学过程）质量标准、设计评价方案和评价方法、收集各环节线上线下学习成果数据，对学习成果进行评价，并进行合理性分析。
课程采用基于考核内容支撑课程目标合理性分析的基础上的成绩分析法和学生自我评价的课程教学目标达成评价方法，同时，采用课程建设评估、同行听课、专家听课和学生评教等方式，对课程进行综合评价。
