基于单片机的文献综述大赛优秀案例分享丨曹建树团队|设计与开发|上海羊羽卓进出口贸易有限公司

大赛优秀案例分享丨曹建树团队

西浦全国大学教学创新大赛（简称“西浦大赛”，XJTLU National University Teaching Innovation Award）由西交利物浦大学主办，领导与教育前沿院（简称“西浦ILEAD”）承办，澳门同济慈善会北京办事处支持，旨在发现并奖励一批将“以学生为中心”作为教学理念的高等院校的老师，传播“以学生为中心”教学的创新举措。大赛通过帮助教师梳理个人教学创新思考、提供多重展示的机会，为教育创新者构建分享、交流、学习、成长、共创未来的平台，进而推动中国高等教育改革。

为了更好地支持和服务所有热爱教学创新的老师，西浦全国大学教学创新大赛组委会将逐一分享第八届西浦全国大学教学创新大赛获奖选手的教学创新案例，为教育创新者们带来更多交流、学习和成长的机会。

本期分享的是第八届西浦全国大学教学创新大赛年度教学创新二等奖奖获得者、来自北京石油化工学院曹建树老师团队的《成果导向、双轮驱动、校企协同的单片机原理与接口技术国家一流课程教学创新》。

教学创新特色

在反向设计、正向实施、双向改进的教学模式中，曹建树老师基于系统工程思维，设计学习任务驱动的课程全生命周期、价值引领的任务驱动能力达成的课程学习路线图，完成“以学生发展为中心+成果导向”的反向设计；突出课程的高阶性、创新性、合理性、挑战度、达成度，坚持CDIO一体化理念构建课程教学实践模式，实现教、学、做为一体+竞赛的双轮驱动正向实施；建立师生及时反思总结+基于学生学习成果评价的全过程、立体交互的双向改进的课程质量保障体系。

教学创新案例分享

1.课程简介

课程名称： 《单片机原理与接口技术课程》

学生人数 ：60人左右

课程性质： 专业核心必修课

2.课程目标

● 知识学习

具有单片机系统相关知识及其基本应用方法，能描述单片机及扩展芯片的基本概念与组成体系，能归纳单片微机应用系统的结构、原理和应用等知识；可以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。

● 能力提升

具有单片机系统基本设计能力和初步解决复杂工程问题的能力，能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；能设计单片机应用系统硬件电路，并考虑创新意识、技术经济等因素，完成单片机系统方案设计和系统集成调试。

可以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。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；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，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。

●素质养成

具有团队合作与技术交流能力和严谨的求学作风，学生自行组建3-4人的项目小组，通过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。

● 价值引领

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、在实验和项目设计中严格按照标准、操作规范，持续提升责任意识和职业素养，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.教学创新要解决的问题

1.课程教学各环节融合不够，特别是理论学习与实践训练联动不强

在培养目标、毕业要求、课程体系、教学理念、教学内容、教学方法、教学资源、考核方式、课程评价、教学改进以及过程监控等各环节深度融合不够，特别是理论学习与实践训练联动不强，对解决复杂工程问题等高阶能力和创新思维培养有较大影响。

2.学生主动学习源动力不足、团队合作学习意识薄弱

教师习惯于主体地位，学生习惯于被动学习，同时缺乏丰富的动手实践和课外科技活动，学生合作意识薄弱。

3.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

学生学习习惯主要依靠第一课堂，强调课堂上知识的单向传授，过于重视期末结课考试，对综合设计、分析和评价等高阶能力的提升重视程度不足。

4.教学创新的方法和实践

基于系统工程思维，设计学习任务驱动的全过程多环节的学习路线图，完成“以学生发展为中心+成果导向”的反向设计

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，并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。在教学过程中，强化主动学习、合作学习、研讨学习、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，并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。

单片机原理与接口技术课程基于“项目任务驱动”的全过程学习路线图

坚持CDIO一体化理念构建课程教学实践模式，实现教、学、做为一体+竞赛的双轮驱动正向实施

本课程长期开展基于国际“CDIO”工程教育理念，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课程全程育人模式。

① 确立知识学习、能力提升、素质养成和价值引领的一体化课程目标

课程学科发展和学生全面发展，突出课程的高阶性、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。

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，按项目任务重构课程内容，用实例组织教学，根据任务项目需要，合理、科学地进行教学内容体系建设。案例已经固化在编写出版了单片机系列精品教材4部和课程慕课中。

③ 建立融“教、学、做”为一体以学生发展为中心线下线上融合的教学方法

以“项目任务”为主线，采用教师精讲和学生小组研讨学习相结合、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，每个团队以实物作品参加学科竞赛，实现了项目+竞赛的双轮驱动正向实施，达到师生“同频共振、实践悟道”的教育效果。

④ 校企合作共同研发项目学习资源，建设了资源丰富、全程开放的CDIO工作

校企合作共同研发的25套单片机课下项目学习套件和课堂口袋单片机课上学习套件，聘请企业工程师共同担任项目指导和考核评价，开展了“线上线下内容重构、课内课外项目驱动、校企教师多重评价”的教学模式，有效提升了课程目标的高阶性、教学内容的创新性、达成评价的合理性、考核评价的挑战度和课程目标的达成度。

建立师生及时反思总结+基于学生学习成果评价的全过程、立体交互的双向改进的课程质量保障体系

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。配以校企协同、虚实结合、时空链接的教学情境，师生实现双向反馈、学习、改进的螺旋上升的能力达成模型。

5.学生的学习活动

以“项目任务”为主线，采用课前线上学习与测试占10%，课堂教师精讲和学生报告占50%，课下小组研讨、发展报告、项目学习等占20%，综合性实验、学科竞赛等占20%。教师引导学生全程主动学习，培养学生创新精神、实践能力、交流能力、团队意识和社会适应能力。

6.课程的考核方式

慕课学习与平时作业占总成绩的：20%，具体包含参与研讨的积极性、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，大作业，课堂测试、研讨课等。

实验成绩占总成绩的10%，包括线下实验和线上仿真实验。项目学习占总成绩的20%；期末考试占总成绩的50%（基本知识30分、综合应用70分）。

7.教学创新的效果

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，期末考试成绩占50%，平时占50%。其中参与研讨的积极性、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，研讨课等占总成绩的20%，实验成绩占总成绩的10%，项目学习占总成绩的20%。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。

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，评价结果都为优秀。课程建设取得了较为显著的成效。

学生自我评价的课程教学目标达成情况

单片机应用能力得到显著提升，第三方多年调查研究，培养成效明显高于全国工科类高校

经过麦可思、纳人第三方多年的毕业生跟踪调研，通过课程关联能力发现，本校的单片机原理与接口技术等课程的培养效果高于非双一流建设高校均值、全国工科类高校均值。

本校本专业培养的人才在单片机应用能力方面表现优异

8.教学创新实践的普适性

单片机原理与接口技术课程建设成果丰硕，在全国同类院校中影响日趋增强

本项目的相关成果先后在全国机械类课程论坛、CDIO区域性国际会议、全国CDIO工程教育改革会议、北京高校机械类专业群年会等作学术报告12次，在相关高校引起积极反响。项目组教师近年来多次受邀到兄弟院校进行经验介绍，以及多所兄弟学校的教师也先后来我校调研实践教学改革开展情况，得到同行的高度认可和好评。

校企合作开发的课上课下单片机学习套件在部分高校得到了推广应用

基于本课程多年开展的“CDIO”项目驱动的注重实践育人的学习模式，校企基于实践育人理念，共同开发的课内课外项目学习套件，与机器时代科技有限公司共同研发的25套课下单片机项目学习套件、与广州风标电子技术有限公司基于课堂项目学习新理念开发的课上口袋单片机学习套件，这些套件是集硬件、软件于一体的开发平台，得到了全面的推广应用。

教学创新背后的故事

Q：您做教学创新的初衷是什么？

曹建树 ：从入校任教以来，我坚持“实践育人”理念，积极参加教育教学改革与实践，善于学习新知识、新技术，并能积极用于课程教学，主讲课程获得丰硕成果。同时，我热爱教学、用心教育，始终不忘育人初心和使命，先后多次获得学校十佳教师。

Q：教学创新过程中您遇到的最大挑战是什么，您是如何解决的？

曹建树 ：教学中的最大挑战是学生习惯于原有的被动接受知识为主的教学方式、以期末考试为主的评价方式。怎么能够开展让学生主动学习、以能力达成为主的教学模式？

我们将立德树人贯穿于整个教学活动中，形成了“理论教学+实验研究+项目学习+学科竞赛+思政融合”五位一体的课程全程育人模式。如在项目学习中，首先引导学生去思考如何结合工程实践背景挖内涵、方案设计找优化、工程设计展能力、制作调试显素质，养成学生的“工程系统思维模式”，最终实现“教与学、学与思、思与做有机结合，技术学习与非技术因素学习相结合”，从而让学生学会思考、生成智慧、达成能力、形成正确的价值观。

Q：请简述您对教学创新本身的理解。

曹建树 ：教学创新的立足点和出发点就是通过师生共同不断学习和主动参与，提升课堂教学质量、实现课程高质量达成。要以“学生发展”为中心，以“学习成效”为标准，以“激发学生自主学习动力”内化于心为着力点，以“学生在实践中领悟”外化于行为重点，制作和设计多形态教育教学资源，按照课程目标、教学内容、任务驱动、混合教学、多元评价和持续改进等全流程，实现师生“同频共振、学生悟道”的教育教学效果。

联系大赛组委会

邮箱：Innovation@xjtlu.edu.cn电话：王老师 0512-88161893微信：请搜索XJTLUILEAD 添加艾力小助手微信。

STM32单片机编程语言综述：选择适合您项目的最佳方案

在嵌入式系统中，STM32系列单片机是一种广泛应用的微控制器，它具有高性能、低功耗和丰富的外设功能。为了实现STM32单片机的编程，开发人员可以选择多种编程语言。本文将综述适用于STM32单片机的编程语言，分别介绍它们的特点和适用场景，帮助读者选择适合自己项目的最佳方案。

C语言 C语言是最常用的编程语言之一，也是STM32单片机的主要编程语言。它具有高效的执行速度和强大的底层控制能力，可以直接访问硬件资源，适用于对性能要求较高的应用。此外，C语言有丰富的开发工具和库支持，有助于提高开发效率。C++语言 C++语言有点像C语言的扩展版本，它在语法和特性上更加丰富。相比于C语言，C++语言更注重面向对象的编程思想，有助于提高代码的可读性和可维护性。对于较复杂的项目或需要进行面向对象设计的情况，C++语言可以是一个不错的选择。Python语言 Python语言是一种高级脚本语言，它具有简洁的语法和丰富的第三方库支持。虽然Python语言的执行速度较慢，但在STM32单片机的开发中，可以使用MicroPython这种精简版的Python语言。MicroPython可以在单片机上直接运行，适用于一些简单的应用场景，如传感器数据采集和简单控制逻辑。Assembly语言 Assembly语言是一种低级语言，与硬件密切关联。在对性能要求极高的应用中，可以使用Assembly语言进行编程。由于其直接操作硬件资源的特性，开发人员可以精确控制每一条指令的执行，以达到最优的性能。JavaScript语言尽管JavaScript主要用于前端开发，但对于一些嵌入式web应用，特别是涉及到交互性的应用，可以使用JavaScript语言。通过Node.js等工具的支持，JavaScript可以在嵌入式系统中运行，并具有强大的网络和界面交互能力。

综上所述，适用于STM32单片机的编程语言包括C语言、C++语言、Python语言、Assembly语言和JavaScript语言。C语言和C++语言适用于大多数项目，具有高效和底层控制能力；Python语言适用于简单的应用场景，具有简洁的语法和丰富的库支持；Assembly语言适用于对性能要求极高的应用；JavaScript语言适用于嵌入式web应用。开发人员应根据项目需求和自身经验来选择适合的编程语言，以实现最佳的开发效果和性能。