單片機示范課建設(shè)規(guī)劃思考

王小剛 趙俊 曾慧敏 干樹川 曹立佳

[摘 要] 針對單片機課程實踐性強的特點，本文將對《單片機原理及應(yīng)用》課程在新形勢下建設(shè)應(yīng)用型示范課的工作進行一定的思考和探討。首先從課程的開發(fā)應(yīng)用前景分析示范課建設(shè)的必要性;再是從教學語言改革、雙語教學模型、在線教學等三個方面對新形式下的教學手段和方法提出一些規(guī)劃和思考;最后從物聯(lián)網(wǎng)平臺建設(shè)、比賽激勵、保障機制等三個方面對單片機應(yīng)用型示范課建設(shè)的應(yīng)用平臺和保障機制進行討論分析。

[關(guān)鍵詞] 單片機;示范課;規(guī)劃;思考

[基金項目] 四川輕化工大學校級教學改革研究項目（JG-19-25，JG-19-26）;四川省首批地方普通本科高校應(yīng)用型示范課程《微控制器原理及應(yīng)用》《過程控制工程》;暨南大學教改項目（JG2020087）

[作者簡介] 王小剛（1984—），男，陜西寶雞人，博士，講師，研究方向為智能控制，嵌入式。

[中圖分類號] G642.0 ? ?[文獻標識碼] A ? ?[文章編號] 1674-9324（2020）43-0183-03 ? ?[收稿日期] 2020-03-16

一、引言

為了深入貫徹落實四川省教育廳《關(guān)于引導(dǎo)部分地方普通本科高校向應(yīng)用型轉(zhuǎn)變的實施意見》（川教〔2016〕17號）、《四川省教育廳關(guān)于開展第二批地方普通本科高校應(yīng)用型示范專業(yè)及應(yīng)用型示范課程建設(shè)工作的通知》（川教函〔2018〕527號）等文件精神，圍繞全省“一干多支、五區(qū)協(xié)同”的發(fā)展布局和“5+1”產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求，主動對接產(chǎn)業(yè)鏈、創(chuàng)新鏈的需求，推進產(chǎn)教深度融合、科教協(xié)同創(chuàng)新、校企協(xié)同育人，增強高等教育服務(wù)高質(zhì)量發(fā)展的能力。鑒于此，四川輕化工大學近年來一直極力推進與產(chǎn)教深度融合的課程建設(shè)工作，并努力建設(shè)成一批具有應(yīng)用示范性的課程，其中《單片機原理及應(yīng)用》是一門理論與實踐相結(jié)合并偏向?qū)嵺`的課程，是面向自動化、機械、電氣自動化、通信等多個學科的基礎(chǔ)專業(yè)課程，是從事電子、自動化、機電一體化的工程技術(shù)人員的必備知識。為此，本學院在學校政策、資金等支持下，計劃將《單片機原理及應(yīng)用》建設(shè)成為省級應(yīng)用型示范課程，希望其能帶動同類型課程的發(fā)展。

《單片機原理及應(yīng)用》的課程定位是以理論教學為基礎(chǔ)，以實踐訓(xùn)練為重點，以掌握知識、開發(fā)單片機系統(tǒng)為教學目標。一般情況下，正常的教學內(nèi)容是先做單片機硬件結(jié)構(gòu)的認識學習，然后是匯編指令或C51語言學習及驗證，后面關(guān)于中斷、定時、串口的學習都是針對考試內(nèi)容做到原理性講解[1][2]，沒有形象的認識和實踐，這會使學生覺得難學，缺乏學習熱情。針對這些問題，目前已有不少高校作了單片機教學改革的工作[3]，如采用了教、學、做一體的教學法，以項目為中心，明確教學任務(wù)，讓學生圍繞項目組織已學知識和學習資源，激發(fā)學習的主動性;同時隨著多媒體及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，多種高科技教學方法和手段都得到應(yīng)用，教師越來越倚重科技手段輔助教學，但卻逐漸忽略了學生反映，拉遠了師生之間的距離。所以，在新時期如何建設(shè)規(guī)劃好單片機的課程示范是值得討論思考的問題。

二、微系統(tǒng)開發(fā)前景

單片機是一種集成電路芯片，是采用集成電路技術(shù)把中央處理器CPU、隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、I/O口、中斷系統(tǒng)、定時器/計時器等功能集成到一塊硅片上構(gòu)成微型計算機系統(tǒng)。目前，單片機已成為現(xiàn)代電子系統(tǒng)中的重要核心器件，廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，如現(xiàn)代工業(yè)、農(nóng)業(yè)、儀器儀表、家用電器、汽車電子系統(tǒng)、個人信息終端及電子玩具等生產(chǎn)領(lǐng)域，也有如軍事、能源、機器人、通信、交通、IT等尖端應(yīng)用領(lǐng)域。本專業(yè)學生畢業(yè)可從事單片機技術(shù)開發(fā)、測試等高薪技術(shù)工作，從技術(shù)崗位主要有系統(tǒng)設(shè)計工程師、硬件設(shè)計工程師、軟件設(shè)計工程師、硬件測試工程師、軟件測試工程師等。

所以，單片機課程的培養(yǎng)定位在于使學生掌握單片機的基本知識，通過學習與實踐訓(xùn)練達到具有一定的微控制器開發(fā)及應(yīng)用能力的人才，為今后從事微控制系統(tǒng)開發(fā)及應(yīng)用工作打下堅實的基礎(chǔ)。

三、C語言教學

單片機課程的教學一直是隨著行業(yè)、就業(yè)需求、嵌入式開發(fā)等的發(fā)展在改進或改革。匯編語言作為機器語言是直接面對硬件的，其目標代碼質(zhì)量高，執(zhí)行效率高，在早期的單片機教學中一直占據(jù)主導(dǎo)地位，同時也是《微機原理與接口技術(shù)》、《計算機控制技術(shù)》等課程的主要程序語言。近年來出版的單片機課本都是混合兩種語言，基本授課還是主講匯編語言，同時主要的單片機網(wǎng)絡(luò)資料庫及考研題也是以匯編為主。

但實際上單片機這門課程具有理論教學抽象、實踐性強的特點，學生在學習過程中普遍對于匯編語言的軟硬件編程存在畏懼心理。而C語言作為高級語言程序，趨近人類語言，更加簡潔，主要是可讀性強，函數(shù)庫功能強大，易學易懂，且畢業(yè)生從事單片機工作主要編程也以C言語編程較多。目前C語言已是當前各大軟件開發(fā)的主要語言或基礎(chǔ)語言，匯編也只存在于單片機的基礎(chǔ)教學與應(yīng)用中，對學生進行更深層次的嵌入式開發(fā)幫助甚微。

本文作者主張在當下的教學中主用C語言教學，目前對于本學院通信工程、電氣自動化、生物醫(yī)學工程專業(yè)的授課是采用中國石油大學林立、張俊亮教授的《單片機原理及應(yīng)用》[1]，該書以C語言為主講語言，分為9個章節(jié)，除去第三章是匯編語言學習，其他各章節(jié)都是以C語言進行舉例學習，在主講C語言的同時也對匯編語言進行講解。作為單片機專業(yè)老師，在做好課程教學資料的同時，一定要從時下的具體情況和學生的切實利益出發(fā)，改進和選擇合適的授課語言。

四、雙語教學

雙語教學也是新形勢下各本科高校正在嘗試或者推行的新教學方式，目前本校也在推進雙語教學的工作。能作為雙語教學的課程必須具備一定的要素：課程發(fā)源于國外，當前資料多為英文資料，英語教學的加入對課程有明顯的推進作用。但目前的雙語教學也確實存在一些問題：

1.語言問題

對教師來說主要問題是如何把平時重要的核心內(nèi)容用英語形象準確的表達出來，這需要做大量的準備工作;對學生來說，如何理解含有大量專業(yè)詞匯的內(nèi)容以及聽懂老師的語言。

2.教材問題

英語教材的獲取渠道以及內(nèi)容的符合性都是老師需要解決的問題。單片機本身發(fā)源于美國IBM等公司，其硬件結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)、編譯語言就是源于英語，目前各個芯片的指令手冊也都是英語，就連keil C編譯軟件、proteus仿真軟件也是英文的。且從單片機就業(yè)市場來看，具備查閱分析專業(yè)英文材料并能熟練使用編譯及仿真軟件的學生更具競爭力。

針對上述教學中的常見問題也可以合理地解決：

（1）語言問題。這里有一個誤區(qū)，雙語教學不是完全的英語教學，在日常的交流閱讀盡可能的使用英語，但對于晦澀難懂的內(nèi)容完全可以使用中文，首先要保障課程內(nèi)容的覆蓋性，在老師和學生的共同進步中逐漸變化。

（2）教材問題。目前市面也存在一些英文書籍，但基本不是按老師的教學內(nèi)容和難易度編輯的，對于這樣的問題建議老師根據(jù)這些書籍自己整理英文講義，按課程進度和章節(jié)發(fā)給學生。

五、在線教學

在線教學也是新形勢下一種新的教學方式，對于習慣于教室上課的學生和教師來說既是一種新穎的教學手段，也是一種新的挑戰(zhàn)。尤其是當前疫病的影響，網(wǎng)絡(luò)在線教學已成為特殊情況下的主流教學方式，這也讓國家和高校重新審視其重要性，也許在線教學會成為各高校常規(guī)的教學方式，作為高校老師我們要認真思考和推行在線教學的方式方法。目前主要的在線的教學方式主要有2種：網(wǎng)站與直播。

1.網(wǎng)站

通過開發(fā)課程的教學網(wǎng)站，師生可以通過瀏覽主頁進行學習和交流;學生可以隨時通過網(wǎng)站獲得上課的素材資源，如課件、視頻、仿真、程序、實驗指導(dǎo)與方案等;也可以開發(fā)課程論壇，學生可以發(fā)表自己學習觀點和意見，老師也可以隨時回答學生的問題，較之課堂溝通，學生更能正確描述自己的問題。除此之外，通過網(wǎng)站可以為學生提供就業(yè)信息、比賽通知、國內(nèi)外技術(shù)論壇或會議等。

2.在線直播

在線直播這兩年主要是各種輔導(dǎo)培訓(xùn)課程的流行教學方式，受此次疫情影響，在線直播已成為高校的主要教學方式。目前關(guān)于直播教學的利弊也成為社會的熱點，主要問題：一是沒有課堂互動教學效果差，二是無人監(jiān)管。

對于教學改革，好的教學方式一定是要堅持和發(fā)揚的，它的缺陷也是要思考解決的。本校也在極力幫助老師建立網(wǎng)絡(luò)直播教學，在不耽誤教學時間的情況下盡可能的提升教學效果。授課老師需要做的是：建立一個豐富的知識數(shù)據(jù)庫，給學生提供課內(nèi)學習外的一些資源;積極調(diào)動學生的學習興趣，同時建立有更加完善的評價方法或系統(tǒng)。

六、物聯(lián)網(wǎng)平臺應(yīng)用

單片機課程的特征就是實踐性強，如果能創(chuàng)建一個形象而且有趣的情景，從而激發(fā)學生的學習興趣，對師生同時都會受益。目前單片機課程都會開設(shè)實驗課和實訓(xùn)課，學生可以根據(jù)自己的進度設(shè)計一些簡易的單片機系統(tǒng)，如流水燈、數(shù)碼管等，單單這些還是很難激發(fā)學生開發(fā)單片機系統(tǒng)的興趣。

物聯(lián)網(wǎng)卻是單片機應(yīng)用最好的平臺，具有一定的功能需求和場景設(shè)定，很容易激發(fā)學生的興趣。尤其是本校位居自貢和宜賓兩座城市，彩燈和白酒是這個城市的名片，老師在上課的時候會將這兩個對象作為物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用對象，每年的畢業(yè)設(shè)計都會有這樣的單片機系統(tǒng)開發(fā)課題在彩燈和白酒物聯(lián)網(wǎng)平臺上應(yīng)用。如圖1所示，該系統(tǒng)是白酒窖池物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測應(yīng)用平臺，平臺是學院已經(jīng)搭建好的，課題的核心就是采集層的采集節(jié)點需要學生自己設(shè)計開發(fā)，該節(jié)點就是一個單片機開發(fā)系統(tǒng)（如圖2所示），學生可以自主選型MCU及設(shè)計外圍電路及功能，最終通過物聯(lián)網(wǎng)平臺來驗證開發(fā)的單片機系統(tǒng)的功能。

如上所述，通過物聯(lián)網(wǎng)平臺的形式可以使學生很明確的檢驗自己單片機系統(tǒng)的功能和應(yīng)用，極易激發(fā)學生的學生，也可以選拔優(yōu)秀學生參加電子設(shè)計大賽。

七、比賽激勵

自動化專業(yè)非常注重學生對專業(yè)知識的具體化，單片機系統(tǒng)開發(fā)是最明確的任務(wù)，而參加比賽開發(fā)單片機系統(tǒng)則是激勵學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的重要途徑，緊密結(jié)合大學生素質(zhì)教育，著力培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識、創(chuàng)業(yè)能力和創(chuàng)業(yè)素質(zhì)。目前適合單片機課程的大學生比賽有：電子設(shè)計大賽，機器人設(shè)計競賽，大學生互聯(lián)網(wǎng)+，大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目等。參加比賽一方面可以培養(yǎng)學生的電子設(shè)計能力和團隊合作精神，在就業(yè)上易受到用人單位的歡迎;另一方面可以提升學生的個人榮譽和評價，在考研深造中有影像加分。

目前該課程采用考試考核的方式，作者建議將比賽成果納入到成績考核及畢業(yè)考核的范圍，這樣可以激勵學生全身心投入比賽并努力獲得好的結(jié)果。

八、保障機制

單片機應(yīng)用型示范課程的建設(shè)工作是一個不斷思考和實踐的過程，同樣也需要學校和學院制定措施保障。

1.組織保障。建議成立應(yīng)用型示范課程建設(shè)領(lǐng)導(dǎo)小組，由教學院長、教學辦主任、教研室主任、授課老師共同組成，負責制定課程的示范建設(shè)規(guī)劃和規(guī)章制度、評價標準等，并監(jiān)督課程建設(shè)的順利推進。

2.機制保障。建立應(yīng)用型示范課建設(shè)規(guī)劃體系，建立和完善課程檢查和教育資源共建共享機制;建立工作考評機制;建立應(yīng)用型示范課建設(shè)工作的激勵機制，把示范課建設(shè)工作作為教師考核、評優(yōu)的內(nèi)容之一。

3.經(jīng)費保障。落實應(yīng)用型示范課建設(shè)所需的經(jīng)費，作為示范課教學設(shè)備增添、更新和維護、保養(yǎng)等的經(jīng)費，并且有一定比例的經(jīng)費用于師資能力培訓(xùn)和學生課題開發(fā)或比賽。

九、結(jié)束語

本文主要是基于四川省教育廳推進建設(shè)地方本科學校應(yīng)用型示范專業(yè)和示范課的政策，針對本專業(yè)《單片機原理及應(yīng)用》在新形勢下建設(shè)應(yīng)用示范課的工作進行了一定的思考和探討。主要從課程的開發(fā)應(yīng)用前景分析了示范課建設(shè)的必要性;從語言改革、雙語教學、在線教學這三方面對新的教學手段和方法提出了建議和思考;從物聯(lián)網(wǎng)平臺建設(shè)、比賽激勵、保障機制等三方面對單片機示范課建設(shè)的應(yīng)用和保障進行了討論。

參考文獻

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[2]謝維成，楊加國.單片機原理與應(yīng)用及C51程序設(shè)計（第3版）[M].北京：清華大學出版社，2014.

[3]丁毅.基于Proteus的單片機仿真教學項目設(shè)計[J].電子世界，2020（2）：77-78.