基于物聯網技術的單片機教學改革研究

王連勝 夏冬艷 丁學用 汪源

摘 要：物聯網技術的快速發展對信息技術人才提出了更高的要求。將物聯網技術與單片機課程改革相結合，從課堂教學、實驗教學、課程設計、考核方式、教學方法與手段以及產學一體化等方面進行了改革探索。實踐結果表明，物聯網技術對單片機課程的教學革新和學生創新實踐能力培養具有重要作用。

關鍵詞：物聯網技術;單片機課程;教學內容改革;C51語言;CC2530;ZStack協議棧

中圖分類號：TP393.04文獻標識碼：A文章編號：2095-1302（2019）07-0-03

0 引 言

物聯網技術是通過信息傳感設備將物體與互聯網相連接，然后按照約定的協議進行信息交換和通信，以實現智能化識別、定位、追蹤、監控和管理的一種網絡技術，它代表了下一代信息發展的重要方向[1]。《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006—2020年）》和2050年國家信息產業路線圖，明確將物聯網技術列為國家重點發展方向。物聯網的應用涉及智能交通、智能家居、智能建筑、數字化醫療、遙感勘探等多個領域，將使人們的生活、工作和學習方式更加舒適、安全和方便。

本文重點探討物聯網技術推動的單片機課程課堂教學、實驗教學、課程設計、考核方式、教學方法和手段以及產學一體化等方面的改革探索，突出學生運用所學知識和技能解決實際問題的綜合能力培養。

1 課程教學內容的改革

傳統的單片機課程教學重點包括單片機硬件結構、C51語言程序設計、中斷系統、定時器/計數器、串行口、存儲器擴展技術、應用系統接口設計等。本次教學改革壓縮了單片機硬件結構、C語言程序設計以及存儲器擴展技術的有關內容，增加了物聯網基礎知識、CC2530外圍接口、CC2530無線射頻等內容。56學時詳細的教學內容如表1所示。

其中，單片機的存儲系統擴展技術以及CC2530傳感器項目（包括光敏傳感器、溫/濕度傳感器、雨滴/凝露傳感器、火焰傳感器、繼電器傳感器、霍爾傳感器、超聲波測距傳感器、人體紅外傳感器、可燃氣體/煙霧傳感器、空氣質量傳感器、三軸傳感器以及壓力傳感器）以學生課下自學掌握為主，并提供給學生相關參考資料和例程。

2 基礎實驗內容的改革

基礎實驗一共30學時，與56學時的課堂教學穿插進行，其目的是讓學生動手掌握單片機和CC2530處理器的基礎編程方法、各個片內接口的使用、CC2530的無線射頻開發和ZStack協議棧的使用等內容。在實驗中使用單片機實驗箱和CC2530開發套件，實驗2個人為一組進行，編程建議學生用C51語言和經典的Keil C開發環境完成。詳細的實驗內容如表2所示。

3 課程設計的改革

單片機原理及應用課程設計安排在假期的第1周或開學前的1周完成，要求學生自主分組和選題，選題必須結合單片機和物聯網技術且具有實際應用價值。課程設計采用實驗室集中授課以及項目責任制的課程設計方案，每個作品由

3名學生組合完成，組長負責整體協調，每個組員在項目中根據自己的特長側重完成不同的任務，最后完成實物作品的整合。教師在課程設計過程中起指導作用[2]。

課程設計的作品需要使用8051單片機、物聯網中的傳感器、ZigBee通信、RFID或GPRS無線傳感網絡等相關技術。設計題目由教師確認后開始實施，學生通過查閱資料確定設計方案，完成作品的電路原理圖設計、PCB繪制、電路板制作、電路焊接、軟件代碼編寫和調試等一系列任務[2]。

課程設計考核采用分組答辯形式，評分要點包括方案設計合理性和創新性、作品可使用性、設計報告合理完整性等內容，通過綜合表現來給學生評定課程設計成績[2]。表3給出了部分課程設計作品名稱和簡介。

4 教學方法和手段的改革

單片機原理及應用課程將應用型人才培養定位貫穿于理論教學和實驗實踐教學等各個教學活動。

在理論教學方面，以“厚基礎，重應用”為原則，打破傳統的板書+課件為主的填鴨式教學模式，積極采用慕課、翻轉課堂、雨課堂、項目驅動等靈活多樣的理論教學方法和教學手段，同時結合課程內容設置能力拓展項目，培養學生發現、分析和解決物聯網領域相關問題的興趣和能力。

在實踐教學方面，除了設置基礎實驗和課程設計實踐環節以外，積極組織學生參與各類課外科技競賽活動、大學生創新創業項目以及教師科研項目，同時開放實驗室由學生自主開展物聯網創新性實驗與課外科技活動，將物聯網理論與創新實踐有機地結合起來，充分展現課程面向物聯網的應用型人才培養[3]。

5 考核方式的改革

課程打破傳統的“一張試卷定成績”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：為了提高學生的實踐主動性，改革平時成績的構成成分和分配比例，構建“一個中心，三個層次”的過程考核體系，即以應用創新能力的培養為中心，“課堂出勤+小組作業”著眼于理論學習質量的提高，“實驗操作+小組設計”著眼于基礎理論的運用，“綜合設計+小組成績”著眼于工程應用能力的培養，形成“淺-深”“個人-團體”“理論-實踐”的過程考核體系。

試卷考核：期末試題除涵蓋重點、難點理論知識點外，弱化簡答類文字表述題型，加大分析綜合題型分值比例，綜合題型側重工程實際應用背景[4]。

6 課程產學一體化探索

課程組在課程改革過程中堅持以“產業需求”為導向，積極與有關企業在實驗室建設、課程建設、實習實訓、課程設計等方面進行深度合作，充分發揮行業在人才培養中的作用，使學生在行業真實環境中做到“做中學”“學中做”。目前，與中國移動通信有限公司三亞分公司、美國NI公司以及廣州粵嵌通信技術有限公司建立了“4G移動通信綜合創新實驗室”“虛擬儀器技術實驗室”“嵌入式系統綜合實驗室”;在課程建設方面，與廣州粵嵌通信技術有限公司和廣東誠飛智能科技有限公司合作設立嵌入式系統及應用和物聯網應用系統設計兩門課程;同時與上述公司在校內實習基地建設、實習實訓等方面進行了廣泛合作。

7 結 語

物聯網技術的快速發展對信息技術人才提出了更高的要求。將物聯網技術與單片機課程改革相結合，突出學生運用所學知識和技能解決實際問題的綜合能力培養，重點探討物聯網技術推動的單片機課程課堂教學、實驗教學、課程設計、考核方式、教學方法和手段以及產學一體化等方面的改革探索。實踐結果表明，物聯網技術對單片機課程的教學革新和學生創新實踐能力培養具有重要作用。

參 考 文 獻

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