物聯(lián)網(wǎng)技術下單片機課程的教學研究

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)的教學內(nèi)容、教學模式和教學方法已不適應物聯(lián)網(wǎng)技術對人才培養(yǎng)發(fā)展的需要，為了提高學生的能力，提升畢業(yè)生就業(yè)的競爭性，本文結(jié)合單片機課程教學的體會和經(jīng)驗，就物聯(lián)網(wǎng)技術下教學改革中的有關問題進行探討和研究。

關鍵詞 物聯(lián)網(wǎng) 單片機課程 教學模式 教學方法

中圖分類號：G64 文獻標識碼：A

物聯(lián)網(wǎng)技術是繼計算機技術和網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)技術后信息產(chǎn)業(yè)的第三次浪潮，隨著物聯(lián)網(wǎng)概念的提出和技術的發(fā)展，我國已經(jīng)進入物聯(lián)網(wǎng)以及與之相關的產(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，單片機技術和嵌入式技術等為物聯(lián)網(wǎng)的迅猛發(fā)展提高了基礎，同時物聯(lián)網(wǎng)技術也為單片機教學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世紀以來，企業(yè)對于電子、通信、電氣等類專業(yè)學生學習的要求更進一步，而傳統(tǒng)的教育內(nèi)容、教學模式和教學方法已不適應物聯(lián)網(wǎng)技術對人才培養(yǎng)發(fā)展的需要。為了提高學生的能力，提升畢業(yè)生就業(yè)的競爭性，本文結(jié)合單片機課程教學的體會和經(jīng)驗，就物聯(lián)網(wǎng)技術下教學改革中的有關問題進行探討和研究。

1教學內(nèi)容的改革

物聯(lián)網(wǎng)時代的單片機教學設計嵌入式、無線通信、網(wǎng)絡基礎、傳感器數(shù)據(jù)采集、操作系統(tǒng)等基礎課程，其相關課程又分為基礎課程、核心課程和實踐教學中的應用開發(fā)，很多課程都是已經(jīng)開設的課程，這是單片機教學改革的基礎，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)中的具體應用為背景，突出了無線單片機與整個系統(tǒng)的融合、網(wǎng)絡協(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)與設計，對于軟件系統(tǒng)的設計和網(wǎng)絡協(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)應用型人才的目標出發(fā)，只需對應用層進行剖析，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)應用層開發(fā)的流程，輔以網(wǎng)絡層和MAC層中針對網(wǎng)絡不同拓撲形態(tài)的具體設置，從簡單的點對點通信的實現(xiàn)開始，逐步過渡到星形網(wǎng)絡和網(wǎng)狀的構(gòu)建。同時，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展與單片機教學改革的不斷深入，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教學模式的改革

傳統(tǒng)的教學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向和中心，學生被灌輸被填鴨；然后在實驗課堂上老師布置實驗作業(yè)，并由老師輔導學生完成實驗及編程任務，前一次理論是后一次實驗的基礎。在這樣的教學模式下，理論講解的時間遠大于實踐操作的時間，就導致了老師講的多，學生做的少，學生缺乏學習的主動性和創(chuàng)造性，表面上老師的教學工作很順利、規(guī)范地完成了，實際上學生能否理解、接收、消化并應用，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內(nèi)容后，如何將這些內(nèi)容拆分開，從而融入到 學生日常可以接觸的項目中去，教學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”教學模式。項目確定后，教師應首先實施完成該項 目。這樣不僅可以對項目有個全面的了解，便于更好地指導學生，而且當項目給出時，就能提供具體的成果展示，讓學生有清楚自己做什么，知道怎么做，關鍵的問題在哪里。比如在做項目“電子鐘”前，教師先用兩節(jié)課的時間進行相關知識點的講解，讓學生初步熟悉數(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)學生快速學習能力的基礎上，學生用兩節(jié)課的時間完成該驗證性實驗，在學生做的過程中，老師可以適當再講解，使得學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生的軟件編程和硬件控制能力。如此以項目為主導地位的教學模式，能夠以學生為中心，改變了傳統(tǒng)教學中學生被動聽的角色，能調(diào)動學生解決問題的積極性和主動性，教師負責整個教學的設計和組織，在項目教學過程中，得以充分發(fā)揮教師的指導作用。

3教學方法的改革

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

（1）問題式教學： 在教學過程中我們經(jīng)常會提出與講解相關的問題，把學習引入到復雜的、有意義的問題情境中，學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知識，形成解決問題的技能和自主學習的能力。在設計中我們會給出一些故障問題，讓學生找出其中的錯誤，從而開啟學生的思維。

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

（3）討論式教學：傳統(tǒng)的教學一般是滿堂灌，學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，學生可互相激勵、探討問題，增加了學生的參與度，使其全身心地投入到學習中去，充分調(diào)動了學生的學習熱情，開發(fā)了其自身的潛能，提高了教學效率。

（4）實踐式教學：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)工程應用型人才培養(yǎng)的同時，強調(diào)突出培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神、創(chuàng)新能力和工程實踐能力。學生在學完了相關知識后，通過自己動手操作和深入實踐，能鞏固所學的知識。

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)技術下其教學內(nèi)容、教學模式和教學方法，對于學習者掌握該課程知識起到了關鍵性的作用。本文中的這些教學研究內(nèi)容都是在實踐的教學過程中總結(jié)出來的，并期望在以后繼續(xù)學習和研究。在教學過程中，對于授課者來說，有責任去不斷探索、改革和調(diào)整教學內(nèi)容、模式，方法，使得學生盡快掌握課程內(nèi)容并且靈活應用，目的是為學生創(chuàng)造更合適的學習環(huán)境，不斷肯定學生取得的成績，激勵學生進行創(chuàng)新性探索，從而提高教學質(zhì)量，提高學生學習興趣，提高學生工程實踐能力，只有這樣才能適應新環(huán)境，培養(yǎng)出符合社會 、企業(yè)要求的高技能應用型人才 。

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

項目編號：2013JYZD12

參考文獻

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