“雙創(chuàng)”背景下“MCU原理及應(yīng)用”課程的教學改革研究

［摘 要］ 在創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育背景下，針對物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)“MCU原理及應(yīng)用”課程傳統(tǒng)教學中存在的實際問題，結(jié)合實踐教學經(jīng)驗，對“雙創(chuàng)”背景下的“MCU原理及應(yīng)用”課程進行教學改革探索，通過采用案例教學、課賽融合等教學模式對教學方式進行改革，提高學生的課程認知、問題分析、解決問題及創(chuàng)新實踐等能力。通過這種教學改革，有效培養(yǎng)了學生的綜合能力，使學生在課程學習中獲得了更多的實踐經(jīng)驗，提高了解決問題的能力。

［關(guān)鍵詞］ “雙創(chuàng)”背景；物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)；MCU；教學改革

［基金項目］ 2022年度甘肅省創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)示范課程“Linux與嵌入式系統(tǒng)”；2021年度甘肅省青年科技基金計劃“基于邊緣計算的衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)在祁連山野生動物監(jiān)測中的應(yīng)用研究”（21JR7RA248）

［作者簡介］ 張明虎（1986—），男，甘肅白銀人，博士，蘭州理工大學計算機與通信學院副教授，碩士生導師，主要從事物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用研究；張恩展（1980—），男，山東單縣人，博士，蘭州理工大學計算機與通信學院副教授，主要從事無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用研究；張璽君（1980—），男，甘肅臨洮人，博士，蘭州理工大學計算機與通信學院副教授，碩士生導師，主要從事數(shù)據(jù)挖掘分析、嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用研究。

［中圖分類號］ G643.2 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2024）32-0069-04 ［收稿日期］ 2023-04-19

引言

“雙創(chuàng)”即“大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新”，旨在激發(fā)全社會創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的活力和潛力，實現(xiàn)經(jīng)濟增長方式的轉(zhuǎn)型升級，促進經(jīng)濟由高速增長階段向高質(zhì)量發(fā)展階段轉(zhuǎn)變。近年來，我國高度重視“雙創(chuàng)”教育，通過一系列政策措施和實踐活動，不斷推動大學開展創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育和科技創(chuàng)新活動，以培養(yǎng)更多的具有創(chuàng)新精神和創(chuàng)業(yè)能力的人才，為國家的經(jīng)濟發(fā)展和社會進步做出貢獻［1-2］。對于物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)而言，更注重與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的深度融合，旨在培養(yǎng)能夠熟練掌握物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)并緊跟高技術(shù)發(fā)展趨勢、能進行前瞻性研究和創(chuàng)新的創(chuàng)新復合型技術(shù)人才。

“MCU原理及應(yīng)用”課程是物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的一門學科基礎(chǔ)類課程，其發(fā)展可以追溯到20世紀80年代中期。當時，單片機作為一種新興的計算機芯片，已經(jīng)在很多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。在此背景下，學校和企業(yè)開始探索開設(shè)單片機相關(guān)課程，培養(yǎng)專門從事單片機研發(fā)和應(yīng)用的人才。隨著計算機技術(shù)和電子技術(shù)的不斷發(fā)展，“MCU原理及應(yīng)用”課程也不斷豐富和完善，現(xiàn)在這門課程已成為電子信息、計算機科學、自動化等專業(yè)中不可或缺的一門基礎(chǔ)課程。除了傳統(tǒng)的理論講授外，該課程還加入了實驗操作和案例分析等教學方法，使學生能夠更加深入地理解單片機的應(yīng)用原理和開發(fā)技巧。同時，隨著“物聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)的快速發(fā)展，“MCU原理及應(yīng)用”課程的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴展［3］。例如，在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備開發(fā)、嵌入式系統(tǒng)設(shè)計、智能家居等領(lǐng)域，“MCU原理及應(yīng)用”課程被廣泛應(yīng)用。

在“雙創(chuàng)”教育理念背景下，“MCU原理及應(yīng)用”課程迎來了更加廣泛的應(yīng)用和發(fā)展機遇?！癕CU原理及應(yīng)用”課程作為一門具有實踐性和創(chuàng)新性的課程，如何在教學過程中更好地培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和實踐能力，推動其在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)開發(fā)和應(yīng)用方面的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)，是目前需要不斷思考的問題。本文從“MCU原理及應(yīng)用”課程的教學現(xiàn)狀、教學內(nèi)容和教學方法等方面進行改革思路的探討。

一、課程現(xiàn)狀分析

“MCU原理及應(yīng)用”是一門針對單片機基本原理和應(yīng)用方法進行講解和實踐的課程。在課程理論教學過程中，學生可以學習到單片機的基本原理、電路設(shè)計、編程語言和工具的使用方法；在實踐教學中，學生可以通過實踐操作和案例分析，將所學知識和技能應(yīng)用到具體的項目中。理論與實踐相結(jié)合的教學模式能夠培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和實踐能力。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)快速發(fā)展的今天，“MCU原理及應(yīng)用”教學需要得到進一步的擴充，不僅需要涵蓋更多新型單片機的應(yīng)用和開發(fā)方法，還要注重培養(yǎng)學生在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的綜合應(yīng)用能力，包括傳感器、通信、數(shù)據(jù)處理和應(yīng)用開發(fā)等方面的內(nèi)容［4］。同時，還需要加強對物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的應(yīng)用案例分析和實踐操作，培養(yǎng)學生在實際應(yīng)用場景中解決問題和創(chuàng)新的能力。

在“雙創(chuàng)”教育背景下，“MCU原理及應(yīng)用”課程作為物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的核心課程，對培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和實踐能力具有重要作用。然而，受學時的限制，如何提高學生對該課程的掌握度和加強基本技能的培養(yǎng)是一個實際問題。因此，在實踐教學中，需要采用更加靈活多樣的教學方式，如增加實驗課、項目實踐和競賽等教學活動，提高學生的參與度，增加實踐機會。同時，注重課程的前瞻性和實用性，與產(chǎn)業(yè)緊密結(jié)合，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和實際應(yīng)用能力，為學生的創(chuàng)業(yè)和就業(yè)打下堅實的基礎(chǔ)。

二、“雙創(chuàng)”背景下課程教學內(nèi)容和教學模式設(shè)計

基于“雙創(chuàng)”背景下的課程教學內(nèi)容和教學模式設(shè)計需要關(guān)注當前物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的發(fā)展趨勢和需求，注重理論與實踐相結(jié)合，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和實踐能力，并借助信息化技術(shù)提供在線學習資源和平臺，以適應(yīng)時代的要求，為學生的綜合素質(zhì)培養(yǎng)打下堅實基礎(chǔ)?；趯嵺`教學經(jīng)驗，針對物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)“MCU原理及應(yīng)用”課程的人才培養(yǎng)目標和“雙創(chuàng)”教育模式，以及“物聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)發(fā)展的背景，對該課程的教學內(nèi)容和教學模式進行系統(tǒng)研究。

（一）教學內(nèi)容設(shè)計

“MCU原理及應(yīng)用”課程具有很強的實踐特性，作為一種應(yīng)用技術(shù)為人們提供了解決物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的工具和思路，對于物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的學生來說，“MCU原理及應(yīng)用”課程的工具性體現(xiàn)得更為明顯［5］?！癕CU原理及應(yīng)用”課程側(cè)重于讓學生掌握單片機的基本原理、應(yīng)用技術(shù)和開發(fā)方法，培養(yǎng)學生的系統(tǒng)設(shè)計和編程能力，增強學生在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)開發(fā)和應(yīng)用方面的實踐能力和創(chuàng)新精神。具體來說，該課程的教學內(nèi)容包括：單片機的基本原理、開發(fā)環(huán)境的搭建、程序設(shè)計語言、輸入/輸出口的控制、定時器和計數(shù)器的應(yīng)用、中斷技術(shù)、串行通信接口、模擬量采集和控制等。通過實際的實驗操作，學生可以掌握單片機系統(tǒng)的各種應(yīng)用技術(shù)，了解物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域，并在實踐中提高自己的創(chuàng)新能力和解決問題的能力。

“MCU原理及應(yīng)用”課程需進一步加強相關(guān)案例的綜合運用，如生態(tài)環(huán)境保護是各國面臨的共同挑戰(zhàn)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為解決這一問題提供了有效手段。具體來說，“MCU原理及應(yīng)用”課程包括單片機原理、應(yīng)用開發(fā)、調(diào)試和應(yīng)用案例分析等內(nèi)容［6-7］。其中，單片機原理包括單片機的基本概念、結(jié)構(gòu)與工作原理、各種外設(shè)模塊的應(yīng)用方法等；應(yīng)用開發(fā)包括單片機軟硬件開發(fā)環(huán)境的搭建、單片機程序設(shè)計的方法、外設(shè)模塊的驅(qū)動與應(yīng)用開發(fā)等；調(diào)試包括單片機程序的編譯、下載、調(diào)試和修改等；應(yīng)用案例分析包括基于單片機的智慧生態(tài)系統(tǒng)設(shè)計、環(huán)境數(shù)據(jù)的獲取與處理、實時數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)存儲與分析等。

在教學過程中，應(yīng)加強實踐教學環(huán)節(jié)，讓學生能夠親手進行硬件和軟件的設(shè)計與實現(xiàn)，并通過實際案例分析加深學生對MCU原理及應(yīng)用的理解。此外，還應(yīng)注重培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和團隊合作精神，鼓勵學生提出新的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用方案，實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用在生態(tài)環(huán)境保護、監(jiān)測和管理等領(lǐng)域的應(yīng)用。這樣，在培養(yǎng)學生掌握MCU原理及應(yīng)用技術(shù)的同時，能夠培養(yǎng)出更加具有實踐能力和創(chuàng)新精神的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)人才。

（二）教學模式設(shè)計

在“雙創(chuàng)”背景下，“MCU原理及應(yīng)用”課程的教學模式設(shè)計應(yīng)緊密結(jié)合實踐，注重學生主體性和創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。首先，可以采用項目驅(qū)動教學模式，通過團隊合作，讓學生參與到具體的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)項目中，培養(yǎng)他們的團隊協(xié)作能力和解決問題的能力。其次，注重實驗教學環(huán)節(jié)的設(shè)計和開展，引導學生在實踐中理解和掌握MCU原理及應(yīng)用的基本概念和技能。此外，可以借鑒“雙師課堂”模式，引入產(chǎn)業(yè)界的專業(yè)人才和企業(yè)家，讓學生與教師一同進行課程設(shè)計和教學，為學生提供更加實踐性和前沿性的知識與經(jīng)驗。最后，可以開設(shè)一些選修課程和實踐課程，為學生提供更加多元化和個性化的學習與實踐機會，激發(fā)他們的創(chuàng)新潛能和創(chuàng)業(yè)精神。

“MCU原理及應(yīng)用”課程的教學模式還可以采用“實踐—反思—再實踐”的循環(huán)式教學，通過不斷的實踐、反思和再實踐，逐漸提高學生的實踐能力和創(chuàng)新思維。例如，在教學中可以引導學生使用MCU進行一系列小實驗，讓學生根據(jù)實驗結(jié)果進行反思和總結(jié)，再結(jié)合實際需求進行再實踐。通過這樣的循環(huán)式教學，不斷強化學生的實踐能力和創(chuàng)新意識，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)精神。同時，采用產(chǎn)學研合作的方式，將課程設(shè)置為“雙創(chuàng)”實踐課程，將企業(yè)實際項目作為課程的實踐項目，組織學生參與其中。具體來說，可以將課程設(shè)計為以實踐項目為主線，通過與企業(yè)合作，結(jié)合實際需求開展項目研究與開發(fā)。例如，可以與農(nóng)業(yè)科技企業(yè)合作，設(shè)計開發(fā)一套可實現(xiàn)精準農(nóng)業(yè)生長環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，利用MCU實現(xiàn)其數(shù)據(jù)采集和處理功能。

三、課程教學方法研究

“MCU原理及應(yīng)用”課程在物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)人才培養(yǎng)方案中扮演著重要的角色，為了適應(yīng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的發(fā)展需求，需要對“MCU原理及應(yīng)用”課程的教學方法進行研究，以提供更有效的教學方式和策略，培養(yǎng)學生的實踐能力和創(chuàng)新思維。本文通過引入案例教學、推廣實踐教學、課賽融合式教學、課程設(shè)計式教學、階段評估式教學和經(jīng)驗總結(jié)式教學等多種教學方法，以更好地培養(yǎng)學生的實踐能力、創(chuàng)新思維和問題解決能力，適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的快速發(fā)展和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的需求。

（一）引入案例教學

案例教學是通過實際案例引導學生學習，加強學生對知識的理解和應(yīng)用。在教學開始時，教師會向?qū)W生介紹一些與MCU原理及應(yīng)用相關(guān)的實際案例，引導學生思考案例中的問題和解決方法。

例如，在智慧城市建設(shè)方面，可以引入“智慧路燈”的案例。通過學習和實踐，學生可以了解到智慧路燈的工作原理和設(shè)計，掌握相關(guān)的MCU編程技術(shù)和傳感器的應(yīng)用，如光敏電阻、紅外線傳感器等，實現(xiàn)路燈的自動開關(guān)和亮度控制，以達到節(jié)能減排和智能化管理的目的。通過學習這個案例，學生不僅能夠掌握MCU的使用和應(yīng)用，還能夠了解物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧城市建設(shè)中的應(yīng)用和意義。

（二）推廣實踐教學

推廣實踐教學是指在課程中增加實踐環(huán)節(jié)，讓學生親身參與實際操作和解決問題，以提高學生的實踐能力和解決問題的能力。在“MCU原理及應(yīng)用”課程中，可以通過推廣實踐教學提高學生對MCU的掌握程度和實際運用能力。

例如，可以在課程中設(shè)置實踐環(huán)節(jié)，讓學生親手搭建一個基于MCU的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)，涉及MCU的編程、電路搭建、傳感器應(yīng)用等方面的知識。學生需要自行設(shè)計、實現(xiàn)和調(diào)試系統(tǒng)，并進行實地測試和優(yōu)化，從而深入理解MCU的原理和應(yīng)用，培養(yǎng)實際操作能力。通過推廣實踐教學，“MCU原理及應(yīng)用”課程不僅能夠提高學生的學習興趣和參與度，還能夠更好地培養(yǎng)學生的實踐能力，為其日后從事物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)打下堅實的基礎(chǔ)。

（三）課賽融合式教學

課賽融合式教學是指將課程教學與競賽活動相結(jié)合，以提高學生的學習積極性、創(chuàng)新能力和實踐能力。該方法可以幫助學生將課堂中學習到的知識應(yīng)用到實踐中，增強學習效果，同時能夠激發(fā)學生的學習興趣和學科熱情。

在課程教學中，可以采用講解+實驗的方式，將理論知識與實踐操作相結(jié)合，讓學生在實踐中鞏固理論知識，增強學習效果。同時，可以組織學生參加一些競賽活動，如全國大學生電子設(shè)計競賽、“互聯(lián)網(wǎng)+”大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、“挑戰(zhàn)杯”全國大學生課外學術(shù)科技作品競賽、“博創(chuàng)杯”全國大學生嵌入式設(shè)計大賽等，讓學生在競賽中發(fā)揮自己的創(chuàng)新能力和實踐能力，同時提高MCU應(yīng)用技能。

（四）課程設(shè)計式教學

課程設(shè)計是指針對教學目標和學生需求，通過設(shè)計教學內(nèi)容、方法、評估等，提供一系列可操作的教學方案。通過課程設(shè)計，既保證了基本理論知識的傳授，又注重實踐能力和團隊協(xié)作能力的培養(yǎng)。例如，在第二個教學目標中，除了講授相關(guān)理論知識外，還設(shè)計了實驗和實踐指導，讓學生通過實際操作掌握MCU的開發(fā)方法；在第三個教學目標中，采用了課賽融合式教學和互動式教學，讓學生在團隊合作中完成實際項目開發(fā)任務(wù)，培養(yǎng)實踐能力和團隊協(xié)作精神。

（五）階段評估式教學

階段評估是指在教學過程中，對學生的學習情況和教學效果進行定期的評估和反饋，以便及時調(diào)整教學策略，提高教學效果。基于“MCU原理及應(yīng)用”課程的階段評估案例，在教學過程中，該課程進行了多次階段評估，以便及時調(diào)整教學策略，提高教學效果。

（六）經(jīng)驗總結(jié)式教學

經(jīng)驗總結(jié)是指在教學過程中對所取得的教學成果進行總結(jié)和分析，從中獲取經(jīng)驗教訓，以便提高教學質(zhì)量。“MCU原理及應(yīng)用”課程通過引入案例教學及推廣實踐教學、互動式教學和課賽融合式教學等多種教學方法，提高學生的學習興趣和實踐能力，改善教學效果。在教學結(jié)束后，教師對該課程的教學進行經(jīng)驗總結(jié)，可以更好地了解教學效果和不足，及時調(diào)整教學策略和方法，提高教學效果和質(zhì)量。

結(jié)語

“MCU原理及應(yīng)用”課程作為學科基礎(chǔ)類課程，需要注重學生實踐能力的培養(yǎng)和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的提升。本文結(jié)合教學實踐經(jīng)驗，探討了案例教學、推廣實踐教學、互動式教學和強化實用技能培養(yǎng)等多種教學方法，通過以上多種教學方法的綜合運用，為學生提供更加優(yōu)質(zhì)的教育資源，幫助學生獲得更多實踐經(jīng)驗和解決問題的能力，更好地適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的發(fā)展趨勢，成為具有創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的優(yōu)秀人才。

參考文獻

［1］王占光，江亞峰，袁明新.“單片機原理及接口技術(shù)”課程“項目式”教學改革［J］.裝備制造技術(shù)，2022（2）：112-114.

［2］張靜，游泳，鄧建杰，等.基于學科競賽的物理實驗中心創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)基地建設(shè)研究［J］.物理通報，2023（4）：98-102+106.

［3］高菲，劉龍，田華，等.高校ECAD課程線上實驗教學研究與探索［J］.實驗室科學，2022，25（5）：123-126.

［4］李武斌，王義程，羅宇.雙創(chuàng)背景下理實結(jié)合型單片機課程教學改革［J］.廊坊師范學院學報（自然科學版），2018，18（3）：126-128.

［5］王會良，韓建海，張巖，等.雙創(chuàng)模式下以賽促學的教改方法研究［J］.實驗室科學，2019，22（6）：223-225+228.

［6］呂勇，余雷，黃克亞.新工科背景下嵌入式系統(tǒng)教學改革與探討［J］.現(xiàn)代教育論壇，2022，5（2）：33-35.

［7］劉玉芹，佘道明.“新工科”背景下應(yīng)用型課程教學方法改革初探：以“單片機原理及應(yīng)用”課程為例［J］.輕工科技，2022，38（5）：153-155+191.

Research on the Teaching Reform of MCU Principle and Applied Curriculum under the Background of “Innovation and Entrepreneurship”

ZHANG Ming-hu， ZHANG En-zhan， ZHANG Xi-jun

（School of Computer and Communication， Lanzhou University of Technology， Lanzhou， Gansu 730050， China）

Abstract： In the context of innovation and entrepreneurship education， this paper combines practical teaching experience to explore teaching reform in the MCU Principles and Applications course for the Internet of Things engineering major. In this paper， we address the practical issues in traditional teaching methods and propose reforms through case-based teaching and the integration of course competitions. The aim is to enhance students’ understanding of the course， problem analysis， problem-solving， and innovation and practical skills. Through this teaching reform， the comprehensive abilities of students can be effectively cultivated， enabling them to gain more practical experience and problem-solving abilities in course learning.

Key words： “Innovation and Entrepreneurship” background; Internet of things major; MCU; teaching reform