物聯(lián)網(wǎng)時代下單片機(jī)課程實驗教學(xué)改革的初步探索

佟慧艷 裴曉敏 王艷輝 韓曉光

摘 要：本文對非物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)單片機(jī)實驗教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法進(jìn)行初步改革，在實驗教學(xué)中加入無線通信和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議相關(guān)知識，將無線CC2530單片機(jī)作為硬件教學(xué)目標(biāo)，初步搭建無線傳感器網(wǎng)絡(luò)平臺；采用進(jìn)階式實驗項目教學(xué)方法，增強(qiáng)學(xué)生動手設(shè)計能力，適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)時代發(fā)展要求。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；CC2530單片機(jī)；進(jìn)階式實驗項目

目前我們正處于全新的物聯(lián)網(wǎng)時代，單片機(jī)技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)感知層和應(yīng)用層核心技術(shù)之一，這對于單片機(jī)課程教學(xué)提出全新的要求。

一、 傳統(tǒng)單片機(jī)實驗教學(xué)中存在的問題

單片機(jī)課程是一門實踐性較強(qiáng)的課程，目前單片機(jī)本科實驗教學(xué)學(xué)時普遍較少，很多知識點沒有及時在實踐中消化理解，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不濃；大部分教師未能系統(tǒng)進(jìn)行實驗項目設(shè)計，缺乏量化考核過程；傳統(tǒng)單片機(jī)實驗教學(xué)內(nèi)容陳舊，無法適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)時代發(fā)展要求。

二、 單片機(jī)實驗教學(xué)改革的思路和措施

（一） 單片機(jī)實驗教學(xué)改革思路

筆者在近幾年單片機(jī)實驗教學(xué)中采用進(jìn)階式實驗項目教學(xué)方法。進(jìn)階式實驗教學(xué)就是將單片機(jī)課程知識點融入單片機(jī)實驗項目中進(jìn)行整體設(shè)計規(guī)劃，實驗內(nèi)容由淺入深、難度由易到難，進(jìn)階式實驗教學(xué)項目分為基礎(chǔ)實驗、進(jìn)階實驗和綜合實驗、CC2530單片機(jī)實驗項目。

在基礎(chǔ)實驗部分，如單片機(jī)的數(shù)碼管和LCD顯示、鍵盤接口技術(shù)、中斷定時技術(shù)、A/D和D/A轉(zhuǎn)換、串行通信等基本實驗項目，學(xué)生需要獨立進(jìn)行實驗操作，掌握硬件電路設(shè)計，按實驗項目功能任務(wù)編寫C51程序，打好扎實基礎(chǔ)。進(jìn)階實驗和綜合實驗大致分為顯示控制類、數(shù)據(jù)測量及輸出控制類、通訊控制類等類型的實驗綜合項目，針對不同學(xué)生學(xué)習(xí)能力和就業(yè)需求情況，按照不同程度規(guī)劃學(xué)習(xí)，因材施教。經(jīng)過前兩部分實驗項目教學(xué)，同學(xué)們對小型單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)有了深入理解，具有一定的單片機(jī)應(yīng)用電子系統(tǒng)設(shè)計能力。

最后，我們在單片機(jī)實驗教學(xué)中加入無線通信和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議相關(guān)知識，將無線CC2530單片機(jī)作為教學(xué)目標(biāo)硬件，實踐教學(xué)過程中緊密結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行實際應(yīng)用，從開發(fā)環(huán)境的搭建、CC2530基礎(chǔ)應(yīng)用（如采集溫度信息或采集光照信息）、CC2530無線射頻傳輸（CC2530控制DS18B20采集溫度并通過無線射頻傳輸）等實驗任務(wù)完成相關(guān)知識的拓展，重點放在數(shù)據(jù)的采集、無線通信與數(shù)據(jù)傳輸?shù)冉虒W(xué)內(nèi)容上，初步搭建無線傳感器網(wǎng)絡(luò)平臺。

（二） 實施措施

筆者在單片機(jī)實驗教學(xué)改革過程中，在基礎(chǔ)實驗項目階段采用任務(wù)驅(qū)動法，課堂上使用“uVision+Proteus”仿真軟件完成，既完成了理論知識講授，同時仿真軟件直觀的輸出效果大大激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣；在進(jìn)階實驗和綜合實驗項目階段采取仿真軟件和TEG-1_C51單片機(jī)實驗系統(tǒng)平臺同步進(jìn)行的方式；CC2530單片機(jī)實驗項目采用ZigBee開發(fā)套件完成；教學(xué)中注意任務(wù)布置時間節(jié)點，加大學(xué)生課外學(xué)習(xí)時間，以彌補(bǔ)課內(nèi)學(xué)時不足的問題。

在單片機(jī)實驗教學(xué)中，在期初就將實驗項目安排計劃總表發(fā)送給學(xué)生，每次實驗前務(wù)必提前布置好任務(wù)，要求同學(xué)們在業(yè)余時間利用仿真軟件和開發(fā)板提前進(jìn)行實驗，并將實驗以“班級+姓名+實驗項目”為標(biāo)題打包文件，發(fā)送到單片機(jī)QQ學(xué)習(xí)群；對于在實驗預(yù)習(xí)中遇到的問題可以給老師QQ留言，老師隨時解答，共性問題在實驗課上解答與討論；每個同學(xué)的完成情況表格隨時公示在QQ群里，并且對每位同學(xué)的預(yù)習(xí)實驗進(jìn)行實時打分，計入期末單片機(jī)課程總成績。經(jīng)過2013級和2014級兩屆學(xué)生的單片機(jī)課程教學(xué)，雖然所學(xué)知識增加很多，但同學(xué)們對單片機(jī)學(xué)習(xí)產(chǎn)生濃厚的興趣，單片機(jī)實驗教學(xué)效果良好，達(dá)到教學(xué)改革的預(yù)期目標(biāo)。

三、 結(jié)束語

本文對單片機(jī)實驗教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法上進(jìn)行初步改革，對非物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的單片機(jī)課程實驗內(nèi)容進(jìn)行適當(dāng)擴(kuò)展，以適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)大時代背景下專業(yè)人才培養(yǎng)的需要；通過進(jìn)階式實驗項目教學(xué)方法，系統(tǒng)規(guī)劃實驗教學(xué)內(nèi)容，針對不同學(xué)生學(xué)習(xí)能力和就業(yè)需求情況，因材施教，大大增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生對單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的分析和設(shè)計能力，也為學(xué)生將來從事物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)工作打下堅實的基礎(chǔ)。

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作者簡介：

佟慧艷，裴曉敏，王艷輝，韓曉光，遼寧省撫順市，遼寧石油化工大學(xué)信息與控制工程學(xué)院。