單片機示范課建設規劃思考

王小剛 趙俊 曾慧敏 干樹川 曹立佳

[摘 要] 針對單片機課程實踐性強的特點，本文將對《單片機原理及應用》課程在新形勢下建設應用型示范課的工作進行一定的思考和探討。首先從課程的開發應用前景分析示范課建設的必要性;再是從教學語言改革、雙語教學模型、在線教學等三個方面對新形式下的教學手段和方法提出一些規劃和思考;最后從物聯網平臺建設、比賽激勵、保障機制等三個方面對單片機應用型示范課建設的應用平臺和保障機制進行討論分析。

[關鍵詞] 單片機;示范課;規劃;思考

[基金項目] 四川輕化工大學校級教學改革研究項目（JG-19-25，JG-19-26）;四川省首批地方普通本科高校應用型示范課程《微控制器原理及應用》《過程控制工程》;暨南大學教改項目（JG2020087）

[作者簡介] 王小剛（1984—），男，陜西寶雞人，博士，講師，研究方向為智能控制，嵌入式。

[中圖分類號] G642.0 ? ?[文獻標識碼] A ? ?[文章編號] 1674-9324（2020）43-0183-03 ? ?[收稿日期] 2020-03-16

一、引言

為了深入貫徹落實四川省教育廳《關于引導部分地方普通本科高校向應用型轉變的實施意見》（川教〔2016〕17號）、《四川省教育廳關于開展第二批地方普通本科高校應用型示范專業及應用型示范課程建設工作的通知》（川教函〔2018〕527號）等文件精神，圍繞全省“一干多支、五區協同”的發展布局和“5+1”產業發展需求，主動對接產業鏈、創新鏈的需求，推進產教深度融合、科教協同創新、校企協同育人，增強高等教育服務高質量發展的能力。鑒于此，四川輕化工大學近年來一直極力推進與產教深度融合的課程建設工作，并努力建設成一批具有應用示范性的課程，其中《單片機原理及應用》是一門理論與實踐相結合并偏向實踐的課程，是面向自動化、機械、電氣自動化、通信等多個學科的基礎專業課程，是從事電子、自動化、機電一體化的工程技術人員的必備知識。為此，本學院在學校政策、資金等支持下，計劃將《單片機原理及應用》建設成為省級應用型示范課程，希望其能帶動同類型課程的發展。

《單片機原理及應用》的課程定位是以理論教學為基礎，以實踐訓練為重點，以掌握知識、開發單片機系統為教學目標。一般情況下，正常的教學內容是先做單片機硬件結構的認識學習，然后是匯編指令或C51語言學習及驗證，后面關于中斷、定時、串口的學習都是針對考試內容做到原理性講解[1][2]，沒有形象的認識和實踐，這會使學生覺得難學，缺乏學習熱情。針對這些問題，目前已有不少高校作了單片機教學改革的工作[3]，如采用了教、學、做一體的教學法，以項目為中心，明確教學任務，讓學生圍繞項目組織已學知識和學習資源，激發學習的主動性;同時隨著多媒體及網絡技術的發展，多種高科技教學方法和手段都得到應用，教師越來越倚重科技手段輔助教學，但卻逐漸忽略了學生反映，拉遠了師生之間的距離。所以，在新時期如何建設規劃好單片機的課程示范是值得討論思考的問題。

二、微系統開發前景

單片機是一種集成電路芯片，是采用集成電路技術把中央處理器CPU、隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、I/O口、中斷系統、定時器/計時器等功能集成到一塊硅片上構成微型計算機系統。目前，單片機已成為現代電子系統中的重要核心器件，廣泛應用于各個領域，如現代工業、農業、儀器儀表、家用電器、汽車電子系統、個人信息終端及電子玩具等生產領域，也有如軍事、能源、機器人、通信、交通、IT等尖端應用領域。本專業學生畢業可從事單片機技術開發、測試等高薪技術工作，從技術崗位主要有系統設計工程師、硬件設計工程師、軟件設計工程師、硬件測試工程師、軟件測試工程師等。

所以，單片機課程的培養定位在于使學生掌握單片機的基本知識，通過學習與實踐訓練達到具有一定的微控制器開發及應用能力的人才，為今后從事微控制系統開發及應用工作打下堅實的基礎。

三、C語言教學

單片機課程的教學一直是隨著行業、就業需求、嵌入式開發等的發展在改進或改革。匯編語言作為機器語言是直接面對硬件的，其目標代碼質量高，執行效率高，在早期的單片機教學中一直占據主導地位，同時也是《微機原理與接口技術》、《計算機控制技術》等課程的主要程序語言。近年來出版的單片機課本都是混合兩種語言，基本授課還是主講匯編語言，同時主要的單片機網絡資料庫及考研題也是以匯編為主。

但實際上單片機這門課程具有理論教學抽象、實踐性強的特點，學生在學習過程中普遍對于匯編語言的軟硬件編程存在畏懼心理。而C語言作為高級語言程序，趨近人類語言，更加簡潔，主要是可讀性強，函數庫功能強大，易學易懂，且畢業生從事單片機工作主要編程也以C言語編程較多。目前C語言已是當前各大軟件開發的主要語言或基礎語言，匯編也只存在于單片機的基礎教學與應用中，對學生進行更深層次的嵌入式開發幫助甚微。

本文作者主張在當下的教學中主用C語言教學，目前對于本學院通信工程、電氣自動化、生物醫學工程專業的授課是采用中國石油大學林立、張俊亮教授的《單片機原理及應用》[1]，該書以C語言為主講語言，分為9個章節，除去第三章是匯編語言學習，其他各章節都是以C語言進行舉例學習，在主講C語言的同時也對匯編語言進行講解。作為單片機專業老師，在做好課程教學資料的同時，一定要從時下的具體情況和學生的切實利益出發，改進和選擇合適的授課語言。

四、雙語教學

雙語教學也是新形勢下各本科高校正在嘗試或者推行的新教學方式，目前本校也在推進雙語教學的工作。能作為雙語教學的課程必須具備一定的要素：課程發源于國外，當前資料多為英文資料，英語教學的加入對課程有明顯的推進作用。但目前的雙語教學也確實存在一些問題：

1.語言問題

對教師來說主要問題是如何把平時重要的核心內容用英語形象準確的表達出來，這需要做大量的準備工作;對學生來說，如何理解含有大量專業詞匯的內容以及聽懂老師的語言。

2.教材問題

英語教材的獲取渠道以及內容的符合性都是老師需要解決的問題。單片機本身發源于美國IBM等公司，其硬件結構、指令系統、編譯語言就是源于英語，目前各個芯片的指令手冊也都是英語，就連keil C編譯軟件、proteus仿真軟件也是英文的。且從單片機就業市場來看，具備查閱分析專業英文材料并能熟練使用編譯及仿真軟件的學生更具競爭力。

針對上述教學中的常見問題也可以合理地解決：

（1）語言問題。這里有一個誤區，雙語教學不是完全的英語教學，在日常的交流閱讀盡可能的使用英語，但對于晦澀難懂的內容完全可以使用中文，首先要保障課程內容的覆蓋性，在老師和學生的共同進步中逐漸變化。

（2）教材問題。目前市面也存在一些英文書籍，但基本不是按老師的教學內容和難易度編輯的，對于這樣的問題建議老師根據這些書籍自己整理英文講義，按課程進度和章節發給學生。

五、在線教學

在線教學也是新形勢下一種新的教學方式，對于習慣于教室上課的學生和教師來說既是一種新穎的教學手段，也是一種新的挑戰。尤其是當前疫病的影響，網絡在線教學已成為特殊情況下的主流教學方式，這也讓國家和高校重新審視其重要性，也許在線教學會成為各高校常規的教學方式，作為高校老師我們要認真思考和推行在線教學的方式方法。目前主要的在線的教學方式主要有2種：網站與直播。

1.網站

通過開發課程的教學網站，師生可以通過瀏覽主頁進行學習和交流;學生可以隨時通過網站獲得上課的素材資源，如課件、視頻、仿真、程序、實驗指導與方案等;也可以開發課程論壇，學生可以發表自己學習觀點和意見，老師也可以隨時回答學生的問題，較之課堂溝通，學生更能正確描述自己的問題。除此之外，通過網站可以為學生提供就業信息、比賽通知、國內外技術論壇或會議等。

2.在線直播

在線直播這兩年主要是各種輔導培訓課程的流行教學方式，受此次疫情影響，在線直播已成為高校的主要教學方式。目前關于直播教學的利弊也成為社會的熱點，主要問題：一是沒有課堂互動教學效果差，二是無人監管。

對于教學改革，好的教學方式一定是要堅持和發揚的，它的缺陷也是要思考解決的。本校也在極力幫助老師建立網絡直播教學，在不耽誤教學時間的情況下盡可能的提升教學效果。授課老師需要做的是：建立一個豐富的知識數據庫，給學生提供課內學習外的一些資源;積極調動學生的學習興趣，同時建立有更加完善的評價方法或系統。

六、物聯網平臺應用

單片機課程的特征就是實踐性強，如果能創建一個形象而且有趣的情景，從而激發學生的學習興趣，對師生同時都會受益。目前單片機課程都會開設實驗課和實訓課，學生可以根據自己的進度設計一些簡易的單片機系統，如流水燈、數碼管等，單單這些還是很難激發學生開發單片機系統的興趣。

物聯網卻是單片機應用最好的平臺，具有一定的功能需求和場景設定，很容易激發學生的興趣。尤其是本校位居自貢和宜賓兩座城市，彩燈和白酒是這個城市的名片，老師在上課的時候會將這兩個對象作為物聯網的應用對象，每年的畢業設計都會有這樣的單片機系統開發課題在彩燈和白酒物聯網平臺上應用。如圖1所示，該系統是白酒窖池物聯網監測應用平臺，平臺是學院已經搭建好的，課題的核心就是采集層的采集節點需要學生自己設計開發，該節點就是一個單片機開發系統（如圖2所示），學生可以自主選型MCU及設計外圍電路及功能，最終通過物聯網平臺來驗證開發的單片機系統的功能。

如上所述，通過物聯網平臺的形式可以使學生很明確的檢驗自己單片機系統的功能和應用，極易激發學生的學生，也可以選拔優秀學生參加電子設計大賽。

七、比賽激勵

自動化專業非常注重學生對專業知識的具體化，單片機系統開發是最明確的任務，而參加比賽開發單片機系統則是激勵學生創新創業的重要途徑，緊密結合大學生素質教育，著力培養學生的創新意識、創業能力和創業素質。目前適合單片機課程的大學生比賽有：電子設計大賽，機器人設計競賽，大學生互聯網+，大學生創新創業訓練計劃項目等。參加比賽一方面可以培養學生的電子設計能力和團隊合作精神，在就業上易受到用人單位的歡迎;另一方面可以提升學生的個人榮譽和評價，在考研深造中有影像加分。

目前該課程采用考試考核的方式，作者建議將比賽成果納入到成績考核及畢業考核的范圍，這樣可以激勵學生全身心投入比賽并努力獲得好的結果。

八、保障機制

單片機應用型示范課程的建設工作是一個不斷思考和實踐的過程，同樣也需要學校和學院制定措施保障。

1.組織保障。建議成立應用型示范課程建設領導小組，由教學院長、教學辦主任、教研室主任、授課老師共同組成，負責制定課程的示范建設規劃和規章制度、評價標準等，并監督課程建設的順利推進。

2.機制保障。建立應用型示范課建設規劃體系，建立和完善課程檢查和教育資源共建共享機制;建立工作考評機制;建立應用型示范課建設工作的激勵機制，把示范課建設工作作為教師考核、評優的內容之一。

3.經費保障。落實應用型示范課建設所需的經費，作為示范課教學設備增添、更新和維護、保養等的經費，并且有一定比例的經費用于師資能力培訓和學生課題開發或比賽。

九、結束語

本文主要是基于四川省教育廳推進建設地方本科學校應用型示范專業和示范課的政策，針對本專業《單片機原理及應用》在新形勢下建設應用示范課的工作進行了一定的思考和探討。主要從課程的開發應用前景分析了示范課建設的必要性;從語言改革、雙語教學、在線教學這三方面對新的教學手段和方法提出了建議和思考;從物聯網平臺建設、比賽激勵、保障機制等三方面對單片機示范課建設的應用和保障進行了討論。

參考文獻

[1]林立，張俊亮.單片機原理及應用——基于Proteus和Keil C（第4版）[M].北京：電子工業出版社，2018.

[2]謝維成，楊加國.單片機原理與應用及C51程序設計（第3版）[M].北京：清華大學出版社，2014.

[3]丁毅.基于Proteus的單片機仿真教學項目設計[J].電子世界，2020（2）：77-78.