順應(yīng)“兩化融合”，重構(gòu)單片機(jī)課程框架?

劉雪雪

摘要：“兩化融合”整體處于由覆蓋滲透向集成整合加速過(guò)渡發(fā)展?fàn)顟B(tài)，在“兩化融合”環(huán)境中的職業(yè)崗位內(nèi)涵也發(fā)生了質(zhì)的變化。職業(yè)學(xué)校有些課程需要重構(gòu)。重構(gòu)單片機(jī)課程框架要在人類認(rèn)識(shí)規(guī)律主線上進(jìn)行。框架分單片機(jī)基礎(chǔ)技術(shù)和單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)兩個(gè)層次，各以項(xiàng)目及情境作為教學(xué)形式，完成基礎(chǔ)知識(shí)的認(rèn)知、基本技能的初步培訓(xùn)，實(shí)現(xiàn)知識(shí)深化技能強(qiáng)化。

關(guān)鍵詞：“兩化融合”；單片機(jī)課程框架；重構(gòu)

中圖分類號(hào)：G712 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1673-9094-C-（2014）03-0043-04

一、“兩化融合”現(xiàn)狀簡(jiǎn)述

（一）“兩化融合”的基本概念

“兩化融合”簡(jiǎn)單地說(shuō)就是信息化與工業(yè)化融合（以下簡(jiǎn)稱“兩化融合”），主要分為技術(shù)融合、產(chǎn)品融合、業(yè)務(wù)融合、產(chǎn)業(yè)衍生四個(gè)方面。[1]

技術(shù)融合是指工業(yè)技術(shù)與信息技術(shù)的融合，產(chǎn)生新的技術(shù)，推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新。如工業(yè)生產(chǎn)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)融合產(chǎn)生的工業(yè)控制技術(shù)。

產(chǎn)品融合是指信息技術(shù)融合到產(chǎn)品中，增加產(chǎn)品的技術(shù)含量，提高產(chǎn)品的附加值。如傳感器制造技術(shù)和嵌入式控制技術(shù)融合產(chǎn)生新型傳感器，普通變電設(shè)備增加嵌入式控制系統(tǒng)之后就變成了智能變電設(shè)備，產(chǎn)品價(jià)格比原來(lái)有大幅提高。

業(yè)務(wù)融合是指信息技術(shù)應(yīng)用到人力資源管理、財(cái)務(wù)管理、原材料采購(gòu)、產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、市場(chǎng)營(yíng)銷等各個(gè)環(huán)節(jié)，促進(jìn)業(yè)務(wù)創(chuàng)新和管理創(chuàng)新。如生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的專用設(shè)備可以對(duì)從原材料上線到成品入庫(kù)的生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、控制和監(jiān)控。

產(chǎn)業(yè)衍生是指信息化與工業(yè)化融合催生出新的產(chǎn)業(yè)。如電子信息產(chǎn)業(yè)以及新型服務(wù)業(yè)，如信息化與工業(yè)化融合下產(chǎn)生的物聯(lián)網(wǎng)軟件服務(wù)業(yè)等，產(chǎn)生了大量市場(chǎng)需求，可以有效推動(dòng)這些產(chǎn)業(yè)的發(fā)展壯大。

（二）“兩化融合”現(xiàn)狀與發(fā)展

目前，“兩化融合”整體處于由覆蓋滲透向集成整合加速過(guò)渡發(fā)展?fàn)顟B(tài)。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展與應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，國(guó)外自動(dòng)化行業(yè)巨頭紛紛進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)，各行各業(yè)各區(qū)域“兩化融合”發(fā)展不均衡。外資企業(yè)進(jìn)入我國(guó)市場(chǎng)，帶來(lái)了最新的工業(yè)自動(dòng)化與信息化產(chǎn)品、技術(shù)及全方位的解決方案，促進(jìn)人們對(duì)自動(dòng)化與信息化融合有了清晰的理解。行業(yè)企業(yè)也在自動(dòng)化與信息化領(lǐng)域逐步推出各種智能化的產(chǎn)品或系統(tǒng)，促使“兩化融合”的裝備及技術(shù)具備一定基礎(chǔ)，正向兩化深度和廣度融合推進(jìn)。

就工業(yè)生產(chǎn)業(yè)務(wù)的“兩化融合”來(lái)看，“85%以上的行業(yè)企業(yè)應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)、車間物料管理、車間設(shè)備管理等業(yè)務(wù)系統(tǒng)[2]，”在個(gè)性化業(yè)務(wù)上也有了人們期望的發(fā)展。面向用戶的產(chǎn)品全程追溯的需求日益強(qiáng)烈，成為兩化融合發(fā)展的重要方向。

目前，信息化與研發(fā)設(shè)計(jì)融合已經(jīng)成為提升企業(yè)自主創(chuàng)新能力的重要手段。產(chǎn)品中“嵌入”了信息技術(shù)，使產(chǎn)品提高了兩化融合的附加值，促進(jìn)了產(chǎn)品升級(jí)和更新?lián)Q代。信息技術(shù)融入研發(fā)設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)，縮短了研發(fā)設(shè)計(jì)周期，降低了研發(fā)設(shè)計(jì)成本。部分機(jī)械制造企業(yè)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝流程和ERP的集成應(yīng)用。

（三）職校教育與“兩化融合”

智能工廠、智慧企業(yè)是一種新型生產(chǎn)與管理模式，需各種兩化知識(shí)技能層次的人員進(jìn)行生產(chǎn)或管理。“兩化融合”環(huán)境中的職業(yè)崗位已摒棄了很多單一性的傳統(tǒng)職業(yè)崗位，由此崗位的內(nèi)涵也已發(fā)生了質(zhì)的變化。如機(jī)修工，不再是只修機(jī)械不修電氣，而是機(jī)械電氣都要修理，甚至信息化機(jī)電產(chǎn)品部件也要修理；操作工不再是單純撳撳按鈕、搬搬工件、對(duì)對(duì)刀具、裝裝夾具等等，而是要從計(jì)算機(jī)調(diào)出程序、核對(duì)程序、按規(guī)定要求通過(guò)計(jì)算機(jī)從刀庫(kù)里選取刀具、定位操作等信息步驟實(shí)現(xiàn)操作工藝流程。

就業(yè)崗位的變更，迫使就業(yè)人員在知識(shí)與技能方面適應(yīng)智能生產(chǎn)和智慧管理的需求，否則就會(huì)“out”。

作為人力資源主要提供者——職業(yè)學(xué)校必須迅速作出應(yīng)對(duì)。這不僅關(guān)乎經(jīng)濟(jì)社會(huì)和人類社會(huì)的發(fā)展，也決定了職技類學(xué)校自身的生存與發(fā)展。眼前最敏感的兩個(gè)點(diǎn)：一是畢業(yè)生的就業(yè)渠道及持崗能力；二是生源的多少及優(yōu)劣。

職業(yè)院校面對(duì)“兩化融合”的大背景，要做大做強(qiáng)，既要有搶眼的近景，又有清晰的遠(yuǎn)景。筆者認(rèn)為，其焦點(diǎn)在課程上。每一門課與“兩化融合”一起考量，再做出對(duì)現(xiàn)有課程應(yīng)有的定位，加以修正，使學(xué)校整體教育教學(xué)轉(zhuǎn)型，實(shí)行軟著陸。也就是要遵循大處著眼、小處著手的實(shí)事求是和科學(xué)發(fā)展的改革原則。筆者用單片機(jī)課程的重構(gòu)教學(xué)框架為重點(diǎn)，意在使課程與“兩化融合”能夠有機(jī)結(jié)合。

二、重構(gòu)單片機(jī)課程框架

（一）單片機(jī)課程發(fā)展歷史與現(xiàn)狀

職業(yè)學(xué)校單片機(jī)課程從20世紀(jì)90年代開(kāi)設(shè)，當(dāng)時(shí)使用匯編語(yǔ)言，用286無(wú)硬盤電腦做實(shí)驗(yàn)，后來(lái)改用實(shí)驗(yàn)箱，進(jìn)行理論實(shí)驗(yàn)教學(xué)；2005年，有的學(xué)校開(kāi)始邊做單片機(jī)實(shí)訓(xùn)板邊教學(xué)邊編程、調(diào)試，當(dāng)時(shí)還是使用匯編語(yǔ)言；2008年，隨著嵌入式技術(shù)在企業(yè)的廣泛應(yīng)用，好多學(xué)校開(kāi)始改用C語(yǔ)言作為單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)課程的語(yǔ)言；現(xiàn)在，用學(xué)生做的實(shí)訓(xùn)板邊教邊學(xué)邊調(diào)試，教學(xué)效果在逐步提高。由于理實(shí)一體化教學(xué)形式重點(diǎn)放在了單片機(jī)的應(yīng)用上，雖然單片機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)在教學(xué)中有體現(xiàn)，但因教學(xué)時(shí)間有限，知識(shí)與技能的鞏固率不盡如人意，所以，要重構(gòu)單片機(jī)課程。

（二）單片機(jī)課程的地位與作用

信息化專家周宏仁形象地稱：“抓住了嵌入式系統(tǒng)（單片機(jī)屬于嵌入式系統(tǒng)中的一種類型）和工業(yè)軟件，也就抓住了信息化創(chuàng)新的‘牛鼻子。在許多產(chǎn)品或系統(tǒng)中，有或者沒(méi)有嵌入式系統(tǒng)就成為‘兩化融合有無(wú)的標(biāo)志，甚至是兩化是否深度融合的標(biāo)志”。[3]

當(dāng)下“兩化融合”，主要在信息化一頭，因?yàn)椤皟苫诤稀币_(dá)到生產(chǎn)自動(dòng)化、產(chǎn)品智能化、管理精細(xì)化、產(chǎn)業(yè)先進(jìn)化，即時(shí)和互聯(lián)的實(shí)效，依靠的是傳感器、微處理器和計(jì)算機(jī)，終端裝備。它們之間的協(xié)調(diào)互動(dòng)，是要通過(guò)嵌入式系統(tǒng)和工業(yè)軟件，經(jīng)過(guò)信息采集、信息處理和信息通信來(lái)完成的。當(dāng)然，也離不開(kāi)會(huì)操作這些系統(tǒng)的技術(shù)人才。

由于單片機(jī)有許多優(yōu)點(diǎn)，因此其應(yīng)用領(lǐng)域之廣，幾乎到了無(wú)孔不入的地步，用一個(gè)實(shí)例來(lái)說(shuō)明，可見(jiàn)一斑。筆者在社會(huì)調(diào)研中得知，“兩化融合”推進(jìn)到了生產(chǎn)制造過(guò)程的各個(gè)環(huán)節(jié)，好多由手工和腦力工作的勞動(dòng)已由單片機(jī)或微處理器控制的裝置來(lái)代替，機(jī)器人、PLC觸摸屏、數(shù)控機(jī)床、條碼采集器、傳感器、無(wú)線射頻識(shí)別等軟硬件的綜合智能化系統(tǒng)離不開(kāi)單片機(jī)系統(tǒng)，操作、維修這些系統(tǒng)離不開(kāi)懂單片機(jī)原理的技術(shù)人員。

顯而易見(jiàn)，職業(yè)學(xué)校的單片機(jī)應(yīng)用課程，地位和作用重要，用教育領(lǐng)域或科技領(lǐng)域里的說(shuō)法就是：?jiǎn)纹瑱C(jī)應(yīng)用課程是某些學(xué)科間的交叉學(xué)科。如單片機(jī)控制電動(dòng)機(jī)的例子涉及到單片機(jī)、電子、電機(jī)調(diào)速、PID控制、傳感器與檢測(cè)技術(shù)等。

（三）重構(gòu)框架的理論依據(jù)

國(guó)家教育部在“十二五”規(guī)劃中把單片機(jī)課程明確地列入了專業(yè)基礎(chǔ)課，這充分表明了單片機(jī)課程是一切技術(shù)人員都必須具備的基礎(chǔ)知識(shí)與技能，是技術(shù)人員必具的素養(yǎng)。這也順應(yīng)了“兩化融合”的需求，更是國(guó)家經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型對(duì)工程技術(shù)人才的起碼要求，是國(guó)家邁向第三次工業(yè)革命的決心。職業(yè)學(xué)校必須認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)，并以此作為教改的依據(jù)。

重構(gòu)單片機(jī)課程框架，要在人類認(rèn)識(shí)規(guī)律主線上進(jìn)行。人的認(rèn)知規(guī)律無(wú)非就是“由簡(jiǎn)到繁，由易到難，由淺入深，由此及彼”十六個(gè)字。除了這條規(guī)律線，還要知道人的認(rèn)知是按螺旋形逐漸推進(jìn)的，知識(shí)需要反復(fù)地被認(rèn)知，才能內(nèi)化為潛意識(shí)。即所謂被牢牢地記住，并成為呼之欲出的理性工具。特別是離生活較遠(yuǎn)的那些知識(shí)，即使傳授時(shí)注意了加強(qiáng)感性認(rèn)識(shí)，一旦長(zhǎng)時(shí)間脫離，這些知識(shí)不會(huì)在大腦皮層中刻下印痕。所以，必須重視知識(shí)的重復(fù)率和初始認(rèn)知的可接受性。

單片機(jī)知識(shí)及技能是“兩化融合”環(huán)境中的橋板。因此，它具有廣泛的應(yīng)用性，是工程技術(shù)人員和一線技術(shù)工人的一門實(shí)用學(xué)科。如千家萬(wàn)戶家庭中的各種電表、水表、煤氣表內(nèi)的單片機(jī)，通過(guò)各種網(wǎng)絡(luò)，和供電公司等與能源控制者保持著網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)聯(lián)系。因而，單片機(jī)應(yīng)用課程是一門專業(yè)核心課程。

以上是重構(gòu)單片機(jī)課程的理論依據(jù)，同時(shí)也是單片機(jī)課程重構(gòu)的頂層設(shè)計(jì)思想。

（四）重構(gòu)的單片機(jī)課程框架

單片機(jī)課程，是一個(gè)兩層建筑，下層是基礎(chǔ)課程，上層是應(yīng)用課程。

基礎(chǔ)課程是針對(duì)各技術(shù)專業(yè)所有一線技術(shù)操作工、檢測(cè)工、維修工等崗位給予的單片機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能訓(xùn)練內(nèi)容。只要知道“兩化融合”中嵌入式系統(tǒng)基本原理，信號(hào)采集、調(diào)試基本技能，記錄（電腦軟件記錄與手工書(shū)面記錄）下采集的數(shù)據(jù)，做好數(shù)據(jù)的匯總。所以基礎(chǔ)課程應(yīng)包括單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理、類型、應(yīng)用場(chǎng)合，簡(jiǎn)單的I/O口控制、定時(shí)器與中斷、串行口的簡(jiǎn)單使用與調(diào)試。還要求內(nèi)容要廣泛和淺顯，通過(guò)項(xiàng)目來(lái)完成，深度和難度可以淺一點(diǎn)，把學(xué)習(xí)者帶入單片機(jī)領(lǐng)域。

上層涉及的知識(shí)點(diǎn)和技能點(diǎn)是重復(fù)出現(xiàn)的，但在深度和難度上與下層是有所區(qū)別的。因?yàn)椋瑑烧咚_(dá)到的教學(xué)目的和水平是不同的。

上層作為專業(yè)核心課程，要圍繞崗位來(lái)構(gòu)思，不同的行業(yè)不同的崗位所需要的知識(shí)與技能是不同的，各有所側(cè)重，針對(duì)設(shè)備維修人員、設(shè)計(jì)輔助人員、銷售及售后服務(wù)人員要分別設(shè)置。不僅要求熟練掌握基礎(chǔ)課的內(nèi)容及前導(dǎo)課程（電子技術(shù)訓(xùn)練、常用電機(jī)控制與調(diào)速、氣動(dòng)液壓、傳感器及檢測(cè)技術(shù)），還要在這些基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)課程。單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)課程要根據(jù)“兩化融合”涉及到的工業(yè)機(jī)電設(shè)備的基本功能（人機(jī)接口、電機(jī)控制、閥門控制），機(jī)電設(shè)備的各種狀態(tài)檢測(cè)（溫度、水位、壓力、油量、速率等參數(shù)的檢測(cè)），體現(xiàn)崗位要求與智能特性，并結(jié)合單片機(jī)的接口技術(shù)來(lái)重組知識(shí)點(diǎn)與技術(shù)點(diǎn)。它包括檢測(cè)和調(diào)試鍵盤接口、顯示器接口、AD/DA接口及外圍電路。能判斷故障，能維護(hù)設(shè)備（設(shè)備接口包括RS-232、RS485、UART等接口）的正常運(yùn)行，熟悉單片機(jī)控制直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、顯示器等輸出設(shè)備的控制方法。

（五）重組課程內(nèi)容

根據(jù)課程性質(zhì)，其內(nèi)容如表1所示。

（六）授課形式

單片機(jī)基礎(chǔ)技術(shù)課程以理論講解、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證為主要授課形式。按照知識(shí)深度，以項(xiàng)目單元講解知識(shí)點(diǎn)、實(shí)訓(xùn)技能點(diǎn)。在講解理論時(shí)可舉自動(dòng)控制中的例子，以提高學(xué)生的興趣，實(shí)驗(yàn)時(shí)以驗(yàn)證原理為重點(diǎn)。單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)課程采用在教學(xué)工場(chǎng)中授課的形式教學(xué)。按技術(shù)要求以情境為單元，以一個(gè)檢測(cè)或控制現(xiàn)象作為任務(wù)，深化知識(shí)提升技能。可以把單片機(jī)知識(shí)與接口技術(shù)及外圍電路聯(lián)合起來(lái)，注意突出“兩化融合”內(nèi)容，重點(diǎn)把單片機(jī)知識(shí)與傳感器知識(shí)及自動(dòng)控制技術(shù)知識(shí)融合起來(lái)，強(qiáng)化單片機(jī)系統(tǒng)及外圍電路制作、檢測(cè)、調(diào)試和維修等技能。

參考文獻(xiàn)：

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[2]劉九如.工業(yè)企業(yè)兩化融合發(fā)展水平及趨勢(shì)分析[EB/OL].（2012-09-30）[2013-07-11].http：//www.doc88.com/p-918448416504.

html，owen3ez.

[3]佚名.嵌入式系統(tǒng)和工業(yè)軟件是兩化融合關(guān)鍵，（2012-08-07）[2013-07-22].http：//wenku.baidu.com/view/d5717e7e1711cc793

1b7166b.html.

（責(zé)任編輯：沈彬）

Reconstructing Single-chip Microcomputer Curriculum

Framework with Two Unifications

LIU Xue-xue

（Wuxi Electrical and Higher Vocational School， Wuxi 214028， Jiangsu Province）

Abstract： The development of "two unifications" has accelerated its transition from infiltration to integration， thus the connotation of the relative professions has fundamental change， which leads to the reconstruction of some of the vocational curriculum. The reconstruction of single-chip microcomputer curriculum framework should be undertaken based on the law of cognition. The framework includes the foundational technique and application technique of the single-chip microcomputer， which takes project and situation as teaching forms to deepen the basic knowledge cognition and skill training.

Key words： two unifications； single-chip microcomputer curriculum framework； reconstruction