物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下單片機課程的教學(xué)研究

蔡靜

摘 要 本文分析了作為核心地位的單片機課程，其傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式和教學(xué)方法已不適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對人才培養(yǎng)發(fā)展的需要，為了提高學(xué)生的能力，提升畢業(yè)生就業(yè)的競爭性，本文結(jié)合單片機課程教學(xué)的體會和經(jīng)驗，就物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下教學(xué)改革中的有關(guān)問題進行探討和研究。

關(guān)鍵詞 物聯(lián)網(wǎng) 單片機課程 教學(xué)模式 教學(xué)方法

中圖分類號：G64 文獻標(biāo)識碼：A

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是繼計算機技術(shù)和網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)后信息產(chǎn)業(yè)的第三次浪潮，隨著物聯(lián)網(wǎng)概念的提出和技術(shù)的發(fā)展，我國已經(jīng)進入物聯(lián)網(wǎng)以及與之相關(guān)的產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展時期，很多高校、科研單位及企事業(yè)單位都非常重視，單片機技術(shù)和嵌入式技術(shù)等為物聯(lián)網(wǎng)的迅猛發(fā)展提高了基礎(chǔ)，同時物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也為單片機教學(xué)的改革也提供了機遇與挑戰(zhàn)。單片機課程是一門理論與實踐性都很強的學(xué)科，是電子、通信、電氣等專業(yè)的一門重要的必修課程，更是新興的物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)人才所必修的課程，進入20世紀(jì)以來，企業(yè)對于電子、通信、電氣等類專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)的要求更進一步，而傳統(tǒng)的教育內(nèi)容、教學(xué)模式和教學(xué)方法已不適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對人才培養(yǎng)發(fā)展的需要。為了提高學(xué)生的能力，提升畢業(yè)生就業(yè)的競爭性，本文結(jié)合單片機課程教學(xué)的體會和經(jīng)驗，就物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下教學(xué)改革中的有關(guān)問題進行探討和研究。

1教學(xué)內(nèi)容的改革

物聯(lián)網(wǎng)時代的單片機教學(xué)設(shè)計嵌入式、無線通信、網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)、傳感器數(shù)據(jù)采集、操作系統(tǒng)等基礎(chǔ)課程，其相關(guān)課程又分為基礎(chǔ)課程、核心課程和實踐教學(xué)中的應(yīng)用開發(fā)，很多課程都是已經(jīng)開設(shè)的課程，這是單片機教學(xué)改革的基礎(chǔ)，這樣，不需要對現(xiàn)有的課程體系做較大的調(diào)整，但是在核心課程中，繼續(xù)講授傳統(tǒng)8051單片機的內(nèi)容勢必不行，結(jié)合目前大部分高等院校的實際情況，可以選擇以MCS-51為內(nèi)核的無線射頻單片機，也可以選擇更加高級的STM32等先進的入門級32位SOC無線單片機，這樣可以將傳統(tǒng)的單片機教學(xué)順延、加強。

無線單片機內(nèi)核目前已經(jīng)有從多種內(nèi)核，從8位到32位，學(xué)校的物聯(lián)網(wǎng)單片機可以選擇比較成熟的ZIGBEE無線單片機，在具體實施的教學(xué)內(nèi)容和方法上把單片機和無線通信合二為一，以物聯(lián)網(wǎng)中的具體應(yīng)用為背景，突出了無線單片機與整個系統(tǒng)的融合、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的組成及實現(xiàn)、無線傳感器的數(shù)據(jù)采集和處理方法，加強在傳統(tǒng)單片機教學(xué)中忽視的各種接口的驅(qū)動程序，如串行通信接口、SPI和I2C總線的開發(fā)與設(shè)計，對于軟件系統(tǒng)的設(shè)計和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議選擇主流的ZIGBEE協(xié)議棧，利用實例講授協(xié)議棧中各層實現(xiàn)的方法。但是以本校培養(yǎng)應(yīng)用型人才的目標(biāo)出發(fā)，只需對應(yīng)用層進行剖析，以keil/IAR等開發(fā)系統(tǒng)中ZIGBEE協(xié)議棧程序為具體對象，強調(diào)應(yīng)用層開發(fā)的流程，輔以網(wǎng)絡(luò)層和MAC層中針對網(wǎng)絡(luò)不同拓?fù)湫螒B(tài)的具體設(shè)置，從簡單的點對點通信的實現(xiàn)開始，逐步過渡到星形網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)狀的構(gòu)建。同時，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展與單片機教學(xué)改革的不斷深入，單片機與傳感器部分整合也是大勢所趨，因為數(shù)字式傳感器驅(qū)動程序的編寫是無線傳感網(wǎng)絡(luò)能否工作的首要條件，這也是接下來物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)單片機課程的一個方向。

2教學(xué)模式的改革

傳統(tǒng)的教學(xué)模式就是以課堂上老師單向的傳授書本上的理論知識為導(dǎo)向和中心，學(xué)生被灌輸被填鴨；然后在實驗課堂上老師布置實驗作業(yè)，并由老師輔導(dǎo)學(xué)生完成實驗及編程任務(wù)，前一次理論是后一次實驗的基礎(chǔ)。在這樣的教學(xué)模式下，理論講解的時間遠大于實踐操作的時間，就導(dǎo)致了老師講的多，學(xué)生做的少，學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)的主動性和創(chuàng)造性，表面上老師的教學(xué)工作很順利、規(guī)范地完成了，實際上學(xué)生能否理解、接收、消化并應(yīng)用，他們對單片機課程知識掌握的程度并不能體現(xiàn)出來。盡管實驗課通過對一個個小程序編寫、調(diào)試，但學(xué)生離開試驗箱并沒有太多的實踐機會，也不知道從何下手。

明確了單片機課程的整體教學(xué)內(nèi)容后，如何將這些內(nèi)容拆分開，從而融入到 學(xué)生日?？梢越佑|的項目中去，教學(xué)效果將會有進一步的提升。因此，我們可以采用“項目驅(qū)動法”教學(xué)模式。項目確定后，教師應(yīng)首先實施完成該項 目。這樣不僅可以對項目有個全面的了解，便于更好地指導(dǎo)學(xué)生，而且當(dāng)項目給出時，就能提供具體的成果展示，讓學(xué)生有清楚自己做什么，知道怎么做，關(guān)鍵的問題在哪里。比如在做項目“電子鐘”前，教師先用兩節(jié)課的時間進行相關(guān)知識點的講解，讓學(xué)生初步熟悉數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)和工作原理、顯示方式、字型編碼，鍵盤的工作原理、鍵盤掃描程序原理、進制的轉(zhuǎn)換 、輸入接口P0和輸出接口P2的使用方法，延時子程序的編制及延時時間的計算方法，以及如何調(diào)用子程序等，讓學(xué)生清楚電子鐘這個項目的目的和作用。給出項目完成的參考硬件仿真protel電路和keil C軟件程序。在培養(yǎng)學(xué)生快速學(xué)習(xí)能力的基礎(chǔ)上，學(xué)生用兩節(jié)課的時間完成該驗證性實驗，在學(xué)生做的過程中，老師可以適當(dāng)再講解，使得學(xué)生加深對知識點的理解和掌握，根據(jù)要求拆分項目為一位0～9 循環(huán)顯示、兩位十進制00—99顯示，兩位鍵盤按鍵，輸入的數(shù)字依次遞進顯示，直至完成整個電子時鐘的顯示。這樣一步步地鍛煉學(xué)生的軟件編程和硬件控制能力。如此以項目為主導(dǎo)地位的教學(xué)模式，能夠以學(xué)生為中心，改變了傳統(tǒng)教學(xué)中學(xué)生被動聽的角色，能調(diào)動學(xué)生解決問題的積極性和主動性，教師負(fù)責(zé)整個教學(xué)的設(shè)計和組織，在項目教學(xué)過程中，得以充分發(fā)揮教師的指導(dǎo)作用。

3教學(xué)方法的改革

教學(xué)方法是教育思想、教育觀念在教學(xué)過程中的體現(xiàn)，是一種經(jīng)驗的積累，針對不同層次的學(xué)生和不同的能力需要實施不同的教學(xué)方法。在單片機課程的教學(xué)中可（下轉(zhuǎn)第117頁）（上接第98頁）以嘗試下列的幾種不同的教學(xué)方法：

（1）問題式教學(xué)： 在教學(xué)過程中我們經(jīng)常會提出與講解相關(guān)的問題，把學(xué)習(xí)引入到復(fù)雜的、有意義的問題情境中，學(xué)生通過互相合作來解決這些問題，發(fā)現(xiàn)隱含在問題背后的科學(xué)知識，形成解決問題的技能和自主學(xué)習(xí)的能力。在設(shè)計中我們會給出一些故障問題，讓學(xué)生找出其中的錯誤，從而開啟學(xué)生的思維。

（2）項目式教學(xué)：根據(jù)前邊提高的將單片機課程分成若干個小項目，以項目目標(biāo)為主線，結(jié)合相應(yīng)的知識點進行講解，激發(fā)學(xué)生的主動性，教學(xué)從實際問題入手，采取提出任務(wù)、分析任務(wù)、設(shè)計任務(wù)、解決任務(wù)、歸納規(guī)律的方法，讓學(xué)生在解決項目任務(wù)的過程中掌握知識。

（3）討論式教學(xué)：傳統(tǒng)的教學(xué)一般是滿堂灌，學(xué)生完全處于被動的聽狀態(tài)，有時聽得直打瞌睡，為了避免這種狀況，可以根據(jù)前邊提到的項目教學(xué)模式，給3～5個人分為一個小組完成某項目，因此他們會不斷的討論，從而讓學(xué)生發(fā)言或提問，大家都可以提出自己的想法。通過討論式教學(xué)，學(xué)生可互相激勵、探討問題，增加了學(xué)生的參與度，使其全身心地投入到學(xué)習(xí)中去，充分調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，開發(fā)了其自身的潛能，提高了教學(xué)效率。

（4）實踐式教學(xué)：紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行，實踐是創(chuàng)新的源泉，創(chuàng)新離不開實踐。創(chuàng)新思維只有通過實踐才能發(fā)現(xiàn)問題。重視培養(yǎng)工程應(yīng)用型人才培養(yǎng)的同時，強調(diào)突出培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神、創(chuàng)新能力和工程實踐能力。學(xué)生在學(xué)完了相關(guān)知識后，通過自己動手操作和深入實踐，能鞏固所學(xué)的知識。

4結(jié)語

單片機作為一門重要的電類專業(yè)課程，尤其是在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下其教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式和教學(xué)方法，對于學(xué)習(xí)者掌握該課程知識起到了關(guān)鍵性的作用。本文中的這些教學(xué)研究內(nèi)容都是在實踐的教學(xué)過程中總結(jié)出來的，并期望在以后繼續(xù)學(xué)習(xí)和研究。在教學(xué)過程中，對于授課者來說，有責(zé)任去不斷探索、改革和調(diào)整教學(xué)內(nèi)容、模式，方法，使得學(xué)生盡快掌握課程內(nèi)容并且靈活應(yīng)用，目的是為學(xué)生創(chuàng)造更合適的學(xué)習(xí)環(huán)境，不斷肯定學(xué)生取得的成績，激勵學(xué)生進行創(chuàng)新性探索，從而提高教學(xué)質(zhì)量，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生工程實踐能力，只有這樣才能適應(yīng)新環(huán)境，培養(yǎng)出符合社會 、企業(yè)要求的高技能應(yīng)用型人才 。

基金項目：校級課題，題目是：實驗實訓(xùn)、創(chuàng)新設(shè)計、電子競賽SOD教學(xué)模式研究——《以單片機原理與應(yīng)用》為例。

項目編號：2013JYZD12

參考文獻

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