基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的單片機(jī)教學(xué)改革研究

王連勝 夏冬艷 丁學(xué)用 汪源

摘 要：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展對(duì)信息技術(shù)人才提出了更高的要求。將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與單片機(jī)課程改革相結(jié)合，從課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、課程設(shè)計(jì)、考核方式、教學(xué)方法與手段以及產(chǎn)學(xué)一體化等方面進(jìn)行了改革探索。實(shí)踐結(jié)果表明，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)單片機(jī)課程的教學(xué)革新和學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)具有重要作用。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù);單片機(jī)課程;教學(xué)內(nèi)容改革;C51語(yǔ)言;CC2530;ZStack協(xié)議棧

中圖分類號(hào)：TP393.04文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2095-1302（2019）07-0-03

0 引 言

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是通過信息傳感設(shè)備將物體與互聯(lián)網(wǎng)相連接，然后按照約定的協(xié)議進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、追蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，它代表了下一代信息發(fā)展的重要方向[1]?！秶?guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006—2020年）》和2050年國(guó)家信息產(chǎn)業(yè)路線圖，明確將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)列為國(guó)家重點(diǎn)發(fā)展方向。物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用涉及智能交通、智能家居、智能建筑、數(shù)字化醫(yī)療、遙感勘探等多個(gè)領(lǐng)域，將使人們的生活、工作和學(xué)習(xí)方式更加舒適、安全和方便。

本文重點(diǎn)探討物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)推動(dòng)的單片機(jī)課程課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、課程設(shè)計(jì)、考核方式、教學(xué)方法和手段以及產(chǎn)學(xué)一體化等方面的改革探索，突出學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和技能解決實(shí)際問題的綜合能力培養(yǎng)。

1 課程教學(xué)內(nèi)容的改革

傳統(tǒng)的單片機(jī)課程教學(xué)重點(diǎn)包括單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)、C51語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)、中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串行口、存儲(chǔ)器擴(kuò)展技術(shù)、應(yīng)用系統(tǒng)接口設(shè)計(jì)等。本次教學(xué)改革壓縮了單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)、C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)以及存儲(chǔ)器擴(kuò)展技術(shù)的有關(guān)內(nèi)容，增加了物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)知識(shí)、CC2530外圍接口、CC2530無(wú)線射頻等內(nèi)容。56學(xué)時(shí)詳細(xì)的教學(xué)內(nèi)容如表1所示。

其中，單片機(jī)的存儲(chǔ)系統(tǒng)擴(kuò)展技術(shù)以及CC2530傳感器項(xiàng)目（包括光敏傳感器、溫/濕度傳感器、雨滴/凝露傳感器、火焰?zhèn)鞲衅?、繼電器傳感器、霍爾傳感器、超聲波測(cè)距傳感器、人體紅外傳感器、可燃?xì)怏w/煙霧傳感器、空氣質(zhì)量傳感器、三軸傳感器以及壓力傳感器）以學(xué)生課下自學(xué)掌握為主，并提供給學(xué)生相關(guān)參考資料和例程。

2 基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的改革

基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)一共30學(xué)時(shí)，與56學(xué)時(shí)的課堂教學(xué)穿插進(jìn)行，其目的是讓學(xué)生動(dòng)手掌握單片機(jī)和CC2530處理器的基礎(chǔ)編程方法、各個(gè)片內(nèi)接口的使用、CC2530的無(wú)線射頻開發(fā)和ZStack協(xié)議棧的使用等內(nèi)容。在實(shí)驗(yàn)中使用單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱和CC2530開發(fā)套件，實(shí)驗(yàn)2個(gè)人為一組進(jìn)行，編程建議學(xué)生用C51語(yǔ)言和經(jīng)典的Keil C開發(fā)環(huán)境完成。詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容如表2所示。

3 課程設(shè)計(jì)的改革

單片機(jī)原理及應(yīng)用課程設(shè)計(jì)安排在假期的第1周或開學(xué)前的1周完成，要求學(xué)生自主分組和選題，選題必須結(jié)合單片機(jī)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)且具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。課程設(shè)計(jì)采用實(shí)驗(yàn)室集中授課以及項(xiàng)目責(zé)任制的課程設(shè)計(jì)方案，每個(gè)作品由

3名學(xué)生組合完成，組長(zhǎng)負(fù)責(zé)整體協(xié)調(diào)，每個(gè)組員在項(xiàng)目中根據(jù)自己的特長(zhǎng)側(cè)重完成不同的任務(wù)，最后完成實(shí)物作品的整合。教師在課程設(shè)計(jì)過程中起指導(dǎo)作用[2]。

課程設(shè)計(jì)的作品需要使用8051單片機(jī)、物聯(lián)網(wǎng)中的傳感器、ZigBee通信、RFID或GPRS無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)等相關(guān)技術(shù)。設(shè)計(jì)題目由教師確認(rèn)后開始實(shí)施，學(xué)生通過查閱資料確定設(shè)計(jì)方案，完成作品的電路原理圖設(shè)計(jì)、PCB繪制、電路板制作、電路焊接、軟件代碼編寫和調(diào)試等一系列任務(wù)[2]。

課程設(shè)計(jì)考核采用分組答辯形式，評(píng)分要點(diǎn)包括方案設(shè)計(jì)合理性和創(chuàng)新性、作品可使用性、設(shè)計(jì)報(bào)告合理完整性等內(nèi)容，通過綜合表現(xiàn)來(lái)給學(xué)生評(píng)定課程設(shè)計(jì)成績(jī)[2]。表3給出了部分課程設(shè)計(jì)作品名稱和簡(jiǎn)介。

4 教學(xué)方法和手段的改革

單片機(jī)原理及應(yīng)用課程將應(yīng)用型人才培養(yǎng)定位貫穿于理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)等各個(gè)教學(xué)活動(dòng)。

在理論教學(xué)方面，以“厚基礎(chǔ)，重應(yīng)用”為原則，打破傳統(tǒng)的板書+課件為主的填鴨式教學(xué)模式，積極采用慕課、翻轉(zhuǎn)課堂、雨課堂、項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)等靈活多樣的理論教學(xué)方法和教學(xué)手段，同時(shí)結(jié)合課程內(nèi)容設(shè)置能力拓展項(xiàng)目，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析和解決物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域相關(guān)問題的興趣和能力。

在實(shí)踐教學(xué)方面，除了設(shè)置基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)實(shí)踐環(huán)節(jié)以外，積極組織學(xué)生參與各類課外科技競(jìng)賽活動(dòng)、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目以及教師科研項(xiàng)目，同時(shí)開放實(shí)驗(yàn)室由學(xué)生自主開展物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)與課外科技活動(dòng)，將物聯(lián)網(wǎng)理論與創(chuàng)新實(shí)踐有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，充分展現(xiàn)課程面向物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用型人才培養(yǎng)[3]。

5 考核方式的改革

課程打破傳統(tǒng)的“一張?jiān)嚲矶ǔ煽?jī)”的課程考核模式，采用“理論考核+過程考核”的考核方式。

過程考核：為了提高學(xué)生的實(shí)踐主動(dòng)性，改革平時(shí)成績(jī)的構(gòu)成成分和分配比例，構(gòu)建“一個(gè)中心，三個(gè)層次”的過程考核體系，即以應(yīng)用創(chuàng)新能力的培養(yǎng)為中心，“課堂出勤+小組作業(yè)”著眼于理論學(xué)習(xí)質(zhì)量的提高，“實(shí)驗(yàn)操作+小組設(shè)計(jì)”著眼于基礎(chǔ)理論的運(yùn)用，“綜合設(shè)計(jì)+小組成績(jī)”著眼于工程應(yīng)用能力的培養(yǎng)，形成“淺-深”“個(gè)人-團(tuán)體”“理論-實(shí)踐”的過程考核體系。

試卷考核：期末試題除涵蓋重點(diǎn)、難點(diǎn)理論知識(shí)點(diǎn)外，弱化簡(jiǎn)答類文字表述題型，加大分析綜合題型分值比例，綜合題型側(cè)重工程實(shí)際應(yīng)用背景[4]。

6 課程產(chǎn)學(xué)一體化探索

課程組在課程改革過程中堅(jiān)持以“產(chǎn)業(yè)需求”為導(dǎo)向，積極與有關(guān)企業(yè)在實(shí)驗(yàn)室建設(shè)、課程建設(shè)、實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)、課程設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行深度合作，充分發(fā)揮行業(yè)在人才培養(yǎng)中的作用，使學(xué)生在行業(yè)真實(shí)環(huán)境中做到“做中學(xué)”“學(xué)中做”。目前，與中國(guó)移動(dòng)通信有限公司三亞分公司、美國(guó)NI公司以及廣州粵嵌通信技術(shù)有限公司建立了“4G移動(dòng)通信綜合創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室”“虛擬儀器技術(shù)實(shí)驗(yàn)室”“嵌入式系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)室”;在課程建設(shè)方面，與廣州粵嵌通信技術(shù)有限公司和廣東誠(chéng)飛智能科技有限公司合作設(shè)立嵌入式系統(tǒng)及應(yīng)用和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)兩門課程;同時(shí)與上述公司在校內(nèi)實(shí)習(xí)基地建設(shè)、實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)等方面進(jìn)行了廣泛合作。

7 結(jié) 語(yǔ)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展對(duì)信息技術(shù)人才提出了更高的要求。將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與單片機(jī)課程改革相結(jié)合，突出學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和技能解決實(shí)際問題的綜合能力培養(yǎng)，重點(diǎn)探討物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)推動(dòng)的單片機(jī)課程課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、課程設(shè)計(jì)、考核方式、教學(xué)方法和手段以及產(chǎn)學(xué)一體化等方面的改革探索。實(shí)踐結(jié)果表明，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)單片機(jī)課程的教學(xué)革新和學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)具有重要作用。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]古天龍，景新幸，郭慶魏，等.本科院校工程應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式改革探索—基于桂林電子科技大學(xué)電子信息類工程應(yīng)用型人才培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)區(qū)的思考[J].中國(guó)高教研究，2012（1）：107-110.

[2]鄭一力，趙燕東，葛桃桃，等.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在單片機(jī)教學(xué)改革中的應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2014，31（9）：22-24.

[3]燕麗紅.新建物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)應(yīng)用型人才培養(yǎng)體系研究[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2017，7（1）：110-111.

[4]吳瓊，周昕，郝洋.關(guān)于“淺度- 深度”學(xué)習(xí)的探討—以微機(jī)原理課程為例[J].中國(guó)多媒體與網(wǎng)絡(luò)教學(xué)學(xué)報(bào)，2018（8）：38-39.

[5]鄭天宇，尹達(dá)一.千兆UDP/IP協(xié)議棧FPGA實(shí)現(xiàn)及其在高速成像系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2018，41（18）：1-5.

[6]魏玉峰.基于ZStack協(xié)議棧的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)計(jì)[J].電子世界，2018（16）：143-144.

[7]劉鋆，趙爾敦，陳怡.ZStack傳感器網(wǎng)絡(luò)定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2017（2）：112-116.

[8]王金濤，李明齊，蔡青春.基于IEEE 802.11的無(wú)線組播網(wǎng)絡(luò)性能研究與驗(yàn)證[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2018，41（17）：20-24.

[9]王曉允.基于Proteus的單片機(jī)實(shí)踐課程教學(xué)應(yīng)用[J].科技風(fēng)，2018（31）：33.

[10]原琳，明穎，程海軍.PBL教學(xué)模式在單片機(jī)教學(xué)中的探索與實(shí)踐[J].高教學(xué)刊，2018（11）：101-103.