基于課程思政教育理念的單片機原理及其接口技術課程教學改革

崔冉 胡明 吳靜然

10.3969/j.issn.1671-489X.2020.21.089

摘? 要 以“單片機原理及其接口技術”課程為例，根據課程專業性、理論性、應用性強的特點，挖掘知識點中蘊含的思政元素，將思政元素融入課程教學，提升學生的思政素養，培養大學生成為有責任感、有擔當的工科人才。

關鍵詞 課程思政;單片機原理及其接口技術;思政教育;單片機;教學改革

中圖分類號：G642.0? ?文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2020）21-0089-03

1 引言

單片機是20世紀70年代出現的一種超大規模集成電路芯片，它將計算機資源集成到一片芯片上，是單片微型計算機，英文簡稱為MCU（Micro Control Unit）。單片機自出現以來就具備了體積小、質量輕、性價比高、易于學習和應用的優勢。隨著半導體技術的不斷進步，單片機的性能不斷完善，處理能力得到幾十倍的提升[1]。單片機的應用已滲透到各個行業，如家用電器、醫療設備、汽車電子、導航系統等。21世紀是智能化時代，單片機仍然將是這一時代的應用熱點。51單片機已進入我國30多年，培養了幾十萬開發經驗豐富的單片機工程師，但是目前單片機人才的缺口仍然很大。培養應用型單片機人才，特別是開發經驗豐富、掌握最新單片機技術的工程師，是新時代電子信息技術發展的迫切需求。同時，學習使用單片機也是了解計算機原理與結構的最佳選擇。

2014年，習近平總書記在北京大學師生座談會上的講話中指出：“‘才者，德之資也;德者，才之帥也。人才培養一定是育人和育才相統一的過程，而育人是本。人無德不立，育人的根本在于立德。”“鑿井者，起于三寸之坎，以就萬仞之深。”為深入貫徹全國高校思想政治工作會議和全國教育大會精神，貫徹落實習近平總書記系列重要講話精神[2]，全國廣大高校基于課程思政的教育理念深入推進專業課程教學改革。

“單片機原理及其接口技術”是理工科電類專業的一門非常重要的專業基礎課程，為后續專業課程的學習奠定了基礎，對培養學生實踐能力具有重要作用。探索在“單片機原理及其接口技術”課程中融入思政教育，是提升學生專業素養，增強學生大局觀、責任感和民族自豪感的重要手段。

2 思政育人的目標設計

“單片機原理及其接口技術”是理工科電類專業的重要專業基礎課，具有理論性、實踐性和應用性強的特點。從多年的教學實踐及學生和教師的調研情況來看，這門課是非常重要的基礎課，通過對課程的學習，能夠讓學生對單片機系統及設計產生清晰、系統、整體的認識。本課程的核心目標是提高學生的動手能力，激發學生的學習興趣。更重要的是，本課程為電氣相關專業的智能機器人及自動化后續課程的學習和創新實踐的開展奠定了必要的基礎。由于課程涉及單片機的基本概念、硬件結構、匯編語言、C51語言、中斷系統、定時計數器、I/O口擴展、AD轉換、串口及綜合程序設計，課時量大，內容繁雜且概念抽象，課內任務繁重，對部分學生來講晦澀難懂。因此，在課程教學中往往只注重課程知識的講解和相關題目的練習，鮮有思政元素，導致學生思政素養不足。思政育人有助于培養學生的團隊協作能力、奉獻精神和集體觀念，提升學生的人格品質和思想境界，幫助學生端正價值取向，增強學生的家國情懷與民族自豪感。

單片機的原理和設計是現代系統設計的研究熱點。“單片機原理及其接口技術”是一門實踐性和實用性很強的課程，課程圍繞單片機硬件結構、匯編語言、C51編程語言、軟硬件組合、外部資源調用等幾個方面展開，所涉及的內容是前沿研究和技術應用的基本理論、研究方法和具體實現。根據課程的特點，傳統的課程教學主要依賴于教師在課堂上講解理論知識，通過實驗和實踐訓練促進學生對所學知識加深理解，并引導學生將理論與實踐結合[3]。

“單片機原理及其接口技術”課程理論性較強，如何開展課程思政，挖掘潛在課程思想政治內容是一個難題。本文結合單片機課程的特點、專業定位和教學模式，對教學內容進行梳理，并與思想政治材料進行有機結合，豐富課程內容，為教學與教育的一體化實施奠定基礎。下面，本文將對“單片機原理及其接口技術”課程思政元素的挖掘進行深入探討。

3 思政元素的挖掘

培養民族自豪感，激發學習興趣? 以課程緒論為培養學生學習興趣的有力抓手，由教師介紹單片機在國內外的研究現狀、應用領域、市場規模，引導學生通過查閱論文了解我國近幾年在該領域的研究進度、現狀及發展趨勢。以國內宏晶公司生產的STC單片機為例，介紹STC15系列單片機與傳統51單片機的價格、技術和資源對比，彰顯國產單片機的優勢，培養學生的民族自豪感、科技自信心及專業認同感。

單片機系統相關實例及實驗結果具有可視化的特點，有一定的趣味性。在教學過程中，教師應注重展示實例的運行過程及效果，以單片機應用實例為切入點，結合人工智能技術的應用前景，展示單片機設計為日常生活帶來的便利，展現單片機技術對于生產生活的重要性，以加深學生對單片機系統的理解，激發學生的學習興趣。

培養團隊協作意識，端正價值取向? 在系統設計和實踐教學中，將實踐技能培養與價值觀引導相結合，以工程應用背景為基礎，以綜合實踐為載體，采用專題研討、團隊合作、課程設計等方式，圍繞嚴謹、高效、協作、節能、安全等積極的價值取向開展實踐教學，在訓練與鞏固專業技能的同時，提升學生創新實踐能力，培養學生的工程理念，增強學生的社會責任感。

注重整體和部分關系? 單片機系統的整體運行由各個硬件模塊及軟件語言協同工作完成，沒有各個硬件模塊部分，就沒有整體單片機系統;沒有程序語言的命令，各個硬件模塊也無法協同工作。各硬件模塊及編寫的程序語言都是單片機系統這個整體的部分，整體和部分在事物中的地位和功能是不同的，也是互相關聯的，兩者不能分離，而是相互影響和制約。整體是由部分組成的，整體的功能依賴于各部分的功能;而部分又制約著整體，在一定的條件下，關鍵部分的性狀直接決定了整體的性狀。同時，部分是整體的部分，離開了整體，部分也就失去了本來的意義[4]。

學習單片機系統要有全局觀，從整體著眼，且不能忽視各硬件模塊和軟件語言的局部作用。通過單片機的軟硬件各個模塊的協同工作，引導學生將整體與部分的關系應用于其他工程應用及生產生活中。部分是整體的組成要素，每個模塊、每個個體、每個部分都是構成整體的不可或缺的基礎要素，缺一不可，獨立存在的部分無法充分發揮其重要作用。

深化聯系的客觀性與人的主觀能動性的關系? 單片機硬件部分的工作依靠程序開發人員編寫的程序指令。實驗教學環節不僅能夠深化課堂所學的理論知識，同時能培養學生的理論聯系實際、團結協作、自主創新和求真務實的精神。在實驗教學中，經常有學生因理論學習不夠深入，找不到拼寫錯誤，編寫程序不規范，不會調試程序而無法實現實驗現象。單片機硬件部分是單片機本身客觀存在的、固有的，不以人的意志為轉移。實驗現象不理想是因為沒有認清單片機硬件部分的聯系，不能忽視或否定聯系，更不能主觀捏造聯系，把客觀不存在的主觀聯系強加給單片機硬件。只有遵循事物的內在聯系，才能達到預期的效果。客觀存在與主觀能動性的關系同樣適用于其他工程實踐任務。實踐成效是結果，人的主觀能動性是成因，嚴謹的工作態度、扎實的專業素養、淵博的理論知識是工程實踐成功的關鍵，引導學生深化理解聯系的客觀性與主觀能動性的關系。

強調現象與本質的辯證關系? 匯編語言和C51都是單片機的程序語言，前者是底層的程序語言，而后者是高級語言。使用不同類別的程序語言或者使用不同的設計方法，均可以實現相同的實驗現象。比如按鍵控制LED燈的顯示（圖1），可以用中斷系統實現，也可以用定時計數器實現，或者用掃描按鍵實現;可以用匯編語言編程，也可以用C51編程實現。因此，僅從實驗現象無法斷定程序設計的語言及流程，無法輕易得知系統的穩定性、效率和能耗。這就涉及現象與本質的辯證關系，實驗現象是外在方面的，是表面的、豐富多彩的;程序設計是單片機系統的內部方面，是其本質，是比較深入的、穩定的。

現象是可以直接認識的，本質則只能間接地認識，根據現象與本質的辯證關系，引導學生深入研究實驗現象背后的程序設計本質。現象的實現是較為容易的，但是不同的設計人員實現現象所采用的技術水準，程序模塊的設計方法，硬件端口的連接，程序的可讀性、可維護性、魯棒性是存在較大差異的。僅關注功能的實現而忽略了本質屬性的設計，是經不住實踐和時間的考驗的。

4 結語

課程思政元素的融入是加強大學生思想政治教育的重要途徑，在為學生講解專業知識的同時，深挖課程中蘊含的思政元素，用正確的方式把正確的人生觀、價值觀、世界觀和思維方法傳授給學生，讓學生認識到自己是祖國的未來，肩負著國家繁榮昌盛的責任，激勵學生努力學習、報效國家。

參考文獻

[1]何賓.STC單片機原理及應用[M].北京：清華大學出版社，2015.

[2]丁沖，楊文榮.基于課程思政理念下的“電路”課程教學改革[J].電氣電子教學學報，2019（6）：70-72，96.

[3]趙志宏.《單片機技術應用》課程思政元素的探討[J].智庫時代，2019（23）：77-78.

[4]周欣，宋敏，周小勇.基于“工匠精神”的機械創新設計實踐課程探索與研究：以西安航空學院機械創新設計實踐課程為例[J].西安航空學院學報，2019（1）：87-91.