基于物聯網技術的高校單片機教學改革探討

甘文　陳君霞

【摘 要】闡述當前高校單片機教學中存在的問題，分析物聯網技術應用于單片機教學的必要性與可行性，并結合單片機教學實踐，探討基于物聯網技術的單片機教學改革的措施。

【關鍵詞】物聯網技術 高校 單片機教學 改革

【中圖分類號】 G 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2014）12C-0187-02

一、研究背景

物聯網（the Internet of Things，IOT），是指利用傳輸網絡與智能感應裝置，使物體到達特定的信息處理中心，進而達到人和物體、物體和物體之間的信息交互與處理的新型互聯網。簡單地說，物聯網是指物與物相連接的互聯網。國外專業咨詢機構相關數據顯示，到2020年，與人和人通信的業務相比較，物與物互聯的業務將達到1∶30，所以物聯網又常常被稱為是極大型的新一代通信業務，將掀起比計算機與互聯網更大的信息產業浪潮。

物聯網是構成新型信息技術的關鍵部分。伴隨著當代信息技術的快速發展，物聯網獲得了許多高校、企事業單位、科研機構的重視。物聯網的出現與相關技術的進步，為改革單片機教學提供了相當豐富的教學內容、教學題材與實現方式。物聯網技術的發展為嵌入式或單片機教學改革提供了新的機遇，但技術發展所造成的形式變化又讓單片機教學面臨新的挑戰。單片微型計算機是大部分高校通信類、電子信息類專業的重要課程。然而現今，51系列單片機依然是許多高校單片機教學的主角，教學方式與教學內容不能及時更新，單單圍繞程序與指令展開，無法與物聯網技術整合，不具備實效性，不能適應社會新形勢的發展。為提高高校單片機教學的實效性，可基于物聯網技術對單片機教學進行改革。

二、當前高校單片機教學中存在的問題

當前，設置單片機課程的專業范圍較廣，電子信息工程、電氣工程及其自動化、通信工程、機械及其自動化等眾多專業都將單片機課程設置為必修課程。可見，單片機教學的影響面較大。然而，高校的單片機教學實普遍存在以下方面問題：

第一，教學模式陳舊。長期以來，單片機教學往往都是根據一定的模式來進行的，以C語言或匯編語言為主，首先進行指令的教學，然后到程序的教學，最后再進行輔助項目配套教學。這種教學模式與單片機課程教學目標有一定的出入。除此之外，教學體系也缺少創新，實踐教學很難找到新方向，學生在進行分析時自然而然會依據固定的思路，結果造成此課程教學停滯不前。

第二，重理論教學輕實踐教學。單片機教學中更多地采用課堂理論教學的方式，實踐教學被忽略，不利于提高學生學習的主動性與積極性。實踐教學的方式主要是單一的實驗課程，實驗手段多是脫離實際的。在實驗課程過程中，往往將實驗箱視為唯一條件，參考十幾個匹配程序，課程教學僅僅停留在表面，學生難以掌握此門課程的精髓，實踐操作能力自然不能得到有效提高。

第三，考核方式不合理。如上所述，單片機教學中更多地采用課堂理論教學的方式，在設置單片機教學體系時，也往往會將實踐教學環節、實踐課程都劃在課堂教學范疇，使得學生創新能力、動手能力受到很大影響。然而，期末對學生綜合能力進行考核時，卻要重點考查實踐情況，往往使得學生無所適從。這也不不利于學生實踐能力的培養。

三、物聯網技術應用于單片機教學改革的必要性與可行性

（一）物聯網技術應用于單片機教學改革的必要性

高校的主要功能是培養社會所需人才，而為用人單位、社會培養復合型、創新型、應用型則是許多高校的重要目標。這就要求各高校必須結合社會需求，加強教學改革，真正為社會培養出復合型、創新型、應用型人才。從現今各大高校單片機教學現狀來看，學生的學習效果、學習反饋、學習態度等方面都在較大程度上推動單片機教學改革的步伐。與此同時，物聯網技術的進一步發展必然對高校教學與所培養人才有更高的要求。所以，無論是就業市場的消極需求還是主動要求，都是推動高校將物聯網技術應用于單片機教學改革的動力。

（二）物聯網技術應用于單片機教學改革的可行性

物聯網教學過程中所涉及的相關課程分成三個部分：基礎課程、核心課程、實踐教學中的應用開發。其中許多課程如嵌入式、單片機、網絡、傳感器、現代通信等都是已經開設的課程，因此沒有必要對已有課程體系進行大改動，這是改革單片機教學可行的前提。在核心課程中，以MSC-51以內的無線SOC單片機作為教學的SOC單片機，如此一來就能加強、順延傳統的單片機教學。而像RTOS操作系統與嵌入式微處理器這種傳統課程，僅需把其作為物聯網網關，在實踐教學過程中突出它在物聯網體系中的重要性。由此可見，物聯網技術應用于單片機教學改革極具可行性。

四、基于物聯網技術的單片機教學改革

物聯網技術應用于單片機教學的必然形式與特點之一在于無線通信與單片機二者緊密結合。各類新型模塊與接口的應用是新形勢下嵌入式或單片機系統的一般表現形式。對此，必須變革單片機教學的教學內容、教學方法與教學實踐。

（一）教學內容改革

無線SOC單片機作為教學目標硬件，實踐教學過程中應當緊密結合物聯網系統進行實際應用，重點放在數據傳輸、采集與無線通信、網絡的教學之上。而像I2C、SPI、D/A、A/D、RS232/485（串行通信）的設計與開發等教學內容則需要在傳統教學的基礎上進一步加強。同時，ZigBee協議棧應當作為網絡協議與軟件系統。在進行協議棧里面各層實現方法的講解時，注意結合實際例子。RTOS操作系統在本科階段不需要重點講解。網絡協議與軟件系統沒有必要投入過多的精力進行講解，應當將重點放在學生實際操作能力培養之上。

（二）教學方法改革

首先，應用案例引導法進行傳統單片機部分的講解，中心放在任務部分，教學任務的實施根據環境創設、任務確定、任務完成三個階段來開展。在構思任務時要注意突出無線通信、物聯網數據采集的相關概念，設置有實際應用意義的開發背景。比如可以選擇GPRS或GPS模塊進行串行RS232串行接口的講解，數據的遠程傳輸可以通過這兩個模塊。而對于SPT接口，則可以選用函數庫作為軟件藍本，SPI模塊的應用、SOI接口函數的使用、SPI原理等都可以結合SPI接口通信實例進行講解。例如，方位信息的采集可以通過具有SPI接口Compass指南針模塊來講解，等等。

其次，由于無線通信部分僅僅接觸到理論部分，在已有的教學課程體系中不包含這部分，所以在實際教學中應當盡可能減少理論描述與推導部分，提高實際開發與應用的比例，進而提高學生學習的積極性。

最后，ZigBee協議棧程序作為網絡協議部分的具體對象，重點應當放在應用層開發流程之上，再加上MAC層與網絡層中關于網絡不同通拓撲形態的具體設置，開始先從容易的點對點通信的實現，慢慢過渡到構建星形網絡。串行通信與普通節點可以應用在網關部分，進而達到Internet與物聯網互聯的目標。

（三）實踐教學改革

原本單片機就是一個實踐性較強的課程，如果脫離實踐，很容易導致學生出現高分低能的現象。在實際教學過程中，要改變以往教師單方面講解、學生埋頭做的教學方式，為教學目標構成教學團隊，團隊成員主動學習、相互配合、平等參與。教師作為輔導者應當起到主導作用，可以放手讓學生寫作學習，自主研究。

實驗室建設方面，可以建設以SOC單片機特征的教學新系統，實驗箱選擇像TY-ZIGBEE這種支持ZieBee的無線SOPC單片機試驗箱。為兼容原有實驗，便于移植代碼，可以應用Keil/IAR的編譯開發平臺，進而達到降低整改工作量的目的。實驗項目方面，綜合試驗、網絡協議實驗、基礎硬件實驗三個部分是SOC單片機CC2430的重點內容。具體地講，射頻點對點通信、UART實驗、ADC實驗、點陣式LCD驅動等都是包括在基礎硬件方面的實驗，而尋址路由、網絡層、TI-ZStack等則屬于網絡協議實驗;根據實際條件進行物聯網開關控制、溫度場傳感選擇則屬于綜合實驗。

綜上，在物聯網技術快速發展的今天，將物聯網技術應用于高校單片機教學改革中是必要的、可行的，有利于增強高等教育的實效性，培養復合型、創新型、應用型人才。

【參考文獻】

[1]何利明.從嵌入式系統視角物聯網[J].單片機與嵌入式系統應用，2010（10）

[2]王東.單片機原理及應用教學改革初探[J].安順學院學報，2008（3）

（責編 王 一）endprint