單片機原理與接口技術課程思政思考與實踐

張蘭紅，吳冬春，倉思雨，倪自銀

摘? 要：課程思政可使學生在學習專業知識的過程中潛移默化地接受思想政治教育，達到專業與思政協同育人的效果。單片機原理與接口技術是電類工科專業的核心課程，分析在該課程中進行課程思政的重點與難點，包括如何找到課程思政與學生學習興趣的結合點、如何在課程教學中無縫融入思政元素、如何充分利用課程的特點進行思政教育，介紹課程思政的實施措施，包括思政元素多元化、思政教育實踐化、思政手段多樣化，列舉課程思政實踐的案例，可為工科類核心課程的課程思政建設提供借鑒。

關鍵詞：課程思政;單片機;教學改革;實踐

中圖分類號：G641? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2022）07-0162-04

Abstract： Curriculum ideological and political education can make students receive ideological and political education imperceptibly in the process of learning professional knowledge， so as to achieve the effect of collaborative education of specialty and ideological and political education. The course of Single Chip Microcomputer Principle and Interface Technology is the core course of electrical engineering majors. The key points and difficulties of ideological and political education in the course were analyzed， including the combination of ideological and political education and students' learning interest， integration ideological and political elements seamlessly into the course teaching， making full use of the characteristics of the course to carry out ideological and political education. The implementation measures of ideological and political education in the course were introduced ， including the diversification and practice of ideological and political elements， and the diversification of ideological and political means. Cases of curriculum ideological and political practice were listed. These cases can provide reference for the ideological and political construction of engineering core courses.

Keywords： curriculum ideological and political education; single chip computer; teaching reform; practice

2016年12月在全國高校思想政治工作會議上，習近平總書記指出，“要用好課堂教學這個主渠道……滿足學生成長發展需求和期待，其他各門課都要守好一段渠、種好責任田，使各類課程與思想政治理論課同向同行，形成協同效應”[1]，在此背景下，各高校開始開展“課程思政”教育教學改革，在專業課教學過程中融入思想政治教育元素，使學生潛移默化地接受思想政治教育，形成專業與思政協同育人的效果。2020年5月28日，教育部印發《高等學校課程思政建設指導綱要》[2]，決定全面推進高校課程思政建設，課程思政因此成為高校意識形態工作的重要組成部分，在理工科核心課程中進行課程思政成為高校課程教改的重要任務[3]，專業課程思政建設與實施成為高校人才培養的核心與關鍵[4]。

單片機是集成在一塊半導體芯片上的微型計算機，它是智能控制領域實現信息采集與處理的核心工具，廣泛應用于智能儀器儀表、消費類電子產品、工業自動化和通信等領域，伴隨著智能控制技術的發展及國家行動綱領“中國制造2025”的發展需求，單片機原理與接口技術課程的重要性越發彰顯[5]，它已成為高校電氣類、電子信息類、自動化類、計算機類、機電一體化類等所有與電有關的工科專業的核心課程。該課程內容抽象，關聯知識點多，綜合性、實踐性與工程性強，教學難度大，在該課程的教學過程中，做好課程思政工作，將有利于激發學生學習熱情，指導學生找到正確的學習方法，全面提升學生的思政素養[6-8]，使學生成為具有推動我國智能控制技術發展社會責任感和過硬專業能力的高級專業人才。

一、課程思政的重點與難點

（一）如何找到課程思政與學生學習興趣的結合點

課程思政的目的之一是激發學生學習興趣與專業報國志向，因此需要找到課程思政與學生學習興趣的結合點，這就需要任課老師具有精湛的教學科研能力和高超的教書育人水平，能將思政元素與課程完美結合起來。課程思政要有廣度，能涵蓋與課程內容相關的形勢與政策教育，讓學生明白單片機及其應用技術在國內外的產業布局及行業發展前景，使學生既具有世界視野，又具有本土意識，讓學生明晰課程專業知識所在的坐標位置及發展走向、競爭形勢與創新態勢;課程思政還要有深度，除了課堂講解外，還需融入實踐與設計、社會調研、專家報告等教學環節，讓學生加深對國情、社情與行情等的感性認識和了解，激發學生的學習興趣，培養學生敢于拼搏、勇于超越的競爭意識、攻堅克難的勇氣與能力。

（二）如何在課程教學中無縫融入思政元素

課程思政建設的目標是消除專業教育與思政教育“兩張皮”的現象，寓價值引導于知識傳授和能力培養之中，幫助學生塑造正確的世界觀、人生觀和價值觀。單片機這類工科類核心課程以科學原理闡釋、工程技術應用等自然科學知識與技能傳授為主，任課教師可通過挖掘課程內容與社會事務處理中具有共性特征的思政教育元素，將其無縫融入教學過程，引導學生在理解專業知識的同時，實現價值塑造;還可通過對我國新舊社會技術發展的對比，引導學生認識到我們國家的發展離不開中國共產黨的領導，認識到中國特色社會主義制度的優勢;通過今昔對比，激發學生的民族自豪感、歷史使命感和奮發進取心，教育學生要勇擔時代使命，學好專業知識，提升綜合素養，努力成為德智體美勞全面發展的社會主義建設者和接班人。

（三）如何充分利用課程的特點進行思政教育

充分利用課程的教學特點，抓住思政素材的關鍵點和閃光點，從平時教學過程的細微處入手訓練和培養學生，進行潤物無聲的課程思政教育，才能達到較好的育人效果。單片機是涉及計算機硬件技術與軟件技術的綜合性課程，只有硬件與軟件相互配合才能發揮作用，沒有軟件的單片機不能完成任何任務，軟件也只有通過硬件平臺才能實現各種控制功能，因此單片機課程有別于其他單獨涉及硬件或者軟件的課程，具有綜合性、實踐性與工程性強的特點，學生只有不斷實踐，反復訓練，才能掌握學習方法和課程內容，而一旦掌握了單片機技術，學生就可以進行技術研發，做出科技成果，因此本課程既可以對學生進行國之重器研發的愛國情懷培養，又可以進行學做一體、知行合一的人文情懷培養，更能夠通過反復的實踐訓練對學生進行科學素養、創新能力與工匠精神培養，這些思政元素的開發是課程思政建設的難點。

二、課程思政的實施措施

（一）課程思政元素多元化

本課程從講好單片機與微機發展的課程故事、進行單片機與現實社會信息處理類比、仿真與實踐平臺構建、教學實例設計等多方面入手，充分挖掘課程蘊含的思政教育資源，尋找各種契機，結合教材、教學內容及學生的具體表現，用課程故事演講、課程應用技術報告、課程設計作品比賽等多種生動活潑的形式來開展思想政治教育[9-10]，在家國情懷方面培養學生的責任與擔當，在個人品格方面培養學生如何做人，在科學技術觀方面培養學生如何做事。

（二）課程思政教育實踐化

利用單片機技術實踐性強的特點，采用仿真軟件、實物作品設計等多種手段，對學生進行單片機應用技術的不斷訓練與反復實踐，培養學生的科學素養、創新能力與工匠精神。從提高學生單片機應用技術水平出發，將課程思政教育實踐化，在課堂、實驗與課程設計教學全過程中加強實踐教學，使學生從實踐中學到知識和真本領，從內心認同并喜愛課程思政。

（三）課程思政手段多樣化

一般專業課思政教育大多采用讓學生聽與課程相關的思政故事來進行教育，但對學生來說，這只是一個“輸入”的教育過程，本課程不滿足于“輸入”的思政教育手段，還采用請學生寫研究報告與文獻綜述、進行課堂演講與課程設計作品比賽等讓學生“輸出”的形式，使學生在課程思政教育中能夠沉浸其中，真正從課程思政中吸收養分，成人成才。如學習CPU時，針對中國CPU芯片的發展狀況，請學生寫一份調研報告，讓學生明了我國芯片的發展狀況;再如請學生對古今中外、國內國外有趣的控制發明進行演講比賽，激發學生的學習興趣和學習動力，對課程設計作品進行比賽，培養學生精益求精的工匠精神，提高學習效果。

三、課程思政的實踐案例

（一）通過對應用技術的調研使學生堅定社會主義道路自信

在學習完緒論課之后，即布置學生書寫一篇單片機應用技術調研報告并進行交流，通過這一環節，使學生充分認識到單片機作為智能控制器的一種，已經廣泛應用于生產與生活的各個領域，并且技術含量和技術普適性還在不斷提高，與國民經濟生產和人民生活息息相關的各種電氣產品正向以單片機為控制核心的智能化時代轉變，我們都是受益者，這一切均得益于我們國家的繁榮和穩定發展，根本原因在于我們堅持了正確的中國特色社會主義道路，推動了單片機控制技術的迅速發展，帶來了社會的快速進步。

（二）在單片機原理學習中引導學生樹立主流價值觀

單片機結構示意圖如圖1所示，包含中央處理單元（Central Processing Unit，CPU）、只讀存儲器（Read-Only Memory，ROM）、隨機存取存儲器（Random Access Memory，RAM）、并行I/O口P0口～P3口，還有定時器/計數器、中斷系統與串行通信口等功能模塊，各模塊之間通過內部總線相連接。

CPU是單片機的控制核心，它由運算器和控制器組成，主要完成運算和控制功能;存儲器是存儲程序和數據的部件，它使計算機具備記憶功能;并行I/O接口是溝通CPU與外部設備的橋梁，要進行外部存儲器擴展或者功能部件的擴展需要經過并行接口，另外單片機工作時還要用到定時器/計數器、串行通信接口與中斷系統等功能部件。通過對單片機組成原理的學習，引導學生領悟如下道理，樹立主流價值觀。

1. 學習CPU控制，理解堅持黨的核心領導地位的重要性

在單片機中CPU起核心控制作用，內存ROM和RAM的存取、外設通過并口與單片機進行的數據交換、外設的擴展、定時器/計數器、中斷系統與串行口的啟停以及工作模式選擇等，都處于CPU的控制之下。CPU對各部件的絕對控制，是單片機有條不紊進行控制的基礎，單片機的工作機制可與我國的特殊國情類比，我國地域廣闊、民族眾多、區域發展不均衡，需要有凝聚力的領導者——中國共產黨，黨的核心領導地位非常重要，只有中國共產黨才能領導全國各族人民，進行中國特色社會主義建設，使我們的國家走向繁榮富強。

2. 學習單片機時序，理解團隊合作的重要性

由圖1可知，內存訪問、并行I/O接口操作、定時器/計數器、中斷系統與串行口的工作都是在CPU控制下通過內部總線完成的，由于內部總線只有一組，因此各部件需要按照一定的時序，相互配合協調一致地工作，如果某一部件沒有按照時序完成預定的操作，就會導致單片機控制出錯。單片機時序配合很好地體現了各部件之間相互協作和配合的團隊精神。在教學過程中，我們引導學生將單片機時序配合與團隊合作項目進行類比，強調只要有一個地方出錯就可能導致整個團隊合作的失敗，而項目的成功則需要所有環節配合得當，由此使學生深刻理解團隊合作的重要性。

3. 學習單片機中斷技術，合理規劃人生

單片機的各種信息處理技術都可以與人們日常事務處理的方法進行類比，由此引導學生利用單片機處理信息的先進方法來處理日常事務。如中斷技術中包含中斷響應、中斷屏蔽與中斷優先權處理等，CPU在執行程序時，可以屏蔽不太緊急的任務引起的中斷，中斷屏蔽技術可以類比我們在專心學習時，屏蔽外界的干擾和誘惑;單片機將不同的中斷設置了優先級，優先級越高，中斷的事情就越緊急和重要，因此單片機總是處理優先級最高的事情。日常生活中我們也要同時面對很多事情，如學習、運動與娛樂等，我們應當學習單片機中的中斷處理技術，設置優先級，先完成最重要的事情，然后再完成不太緊急的事情，如在大學期間，學習最重要，學習之余，再去從事其他活動。只有合理的設置任務優先級，才能規劃好人生，學好本領，實現人生價值。

（三）在作品設計中融入愛國與人文情懷教育元素

單片機教學過程中，我們通過Keil與Proteus等仿真軟件，再指導學生購買電烙鐵與萬用表等常用電工工具，做出單片機仿真與實物設計作品，鼓勵并指導學生設計各種帶有思政元素的單片機作品，培養學生的愛國與人文情懷。以并行口和定時器/計數器應用的設計作品為例，說明如下：

學習并行口時，要求學生設計一件LED點陣顯示屏作品。LED點陣顯示屏相比于簡單的LED顯示器，顯示信息更為豐富，是應用較為廣泛的信息傳播媒介，適合于各種服務信息和主題宣傳的顯示。指導學生在顯示屏上滾動顯示勵志與愛國標語，有的學生設計了如圖2所示的“好好學習、天天向上”標語，有的學生設計了“祖國你好”標語，這一設計使學生既掌握了單片機并口與點陣顯示器原理、并口與點陣顯示器的電路連接方式以及程序設計方法，又感受到所學知識的實用性，培養了學生的愛國與人文情懷。

學習定時器/計數器時，布置了音樂演奏器設計，通過按鍵控制，實現單片機內置紅歌播放功能。歌曲的音調由揚聲器發出的高低音時間長短來控制，用定時器控制定時時長，對需要演奏的樂曲，事先將樂曲的旋律和間隔節拍的時間計數初值用列表的方式存放在存儲器中，按下相應的鍵時，調用旋律和節拍列表時間計數初值，控制所接揚聲器發聲時間的長短，就可以播放出動聽的紅歌音樂。這一設計既使學生充分掌握了定時器與計數器的使用方法，掌握了按鍵、蜂鳴器的使用方法，又使學生受到紅歌熏陶。為了鼓勵學生學好單片機，學校還設置了單片機競賽項目——機器人大賽，在每年的11月份舉行，競賽內容是用單片機控制的機器人小車實現“游鹽城”“游江蘇”“游中國”，機器人小車按照地圖路線，通過標志性地點與障礙物，按照順利到達終點的時間長短決定獲獎名次，這個競賽是一個團隊項目，包括了單片機、電機、電力電子、模電、數電、自動控制方面的知識，學生以團隊形式參加，競賽訓練了學生的單片機綜合應用能力、團隊合作能力，更加深了學生對祖國山水的情感。

（四）在實踐中培養學生工匠精神與創新能力，提升科學素養

單片機課程實踐性極強，若實踐不夠，將極大地影響學生對課程內容的掌握。因此我們在教學過程中，開發了大量仿真與實物制作相結合的應用實例[9-10]，實現理論、仿真和實踐相結合，學生根據理論建立仿真模型，經過不斷調試獲得仿真結果，再用仿真來指導實物作品設計與制作，做出高質量的實物作品，作者編寫的單片機教材[9]提供了從最簡單的流水燈到具有實際應用價值的數字電壓表、溫度測試儀、步進電機控制器等幾十個應用實例的仿真和實物作品全套設計資料，可供學生用仿真軟件反復搭建調試，在學習板上實現或者自己制作實物實現，課后布置了大量的需用仿真軟件調試完成的小型實驗作業。單片機課程設計采用每人一題，真題真做，將課程設計與具體的行業相結合，如單片機在光伏發電、風力發電及物聯網中的應用[10]，其中學生設計的風速風向測試儀如圖3所示，由此對學生進行全面的單片機應用設計訓練，使整個學習過程是一個不斷培養學生工匠精神與實踐創新能力的過程，以此來全面提升學生的科學素養。

四、結束語

課程思政遵循了教育教學規律和學生成長成才規律，將專業教育與思政教育有機結合，使思政教育貫穿于專業課教學全過程，這樣可以更好地為國家培養擔當社會主義建設重任的接班人。

本文以單片機原理與接口技術課程為例，分析了進行課程思政的重點與難點，介紹了課程思政的實施措施，本文的研究內容旨在探索工科類核心課程進行課程思政的方法，實現在專業課教學中，以思政元素為引領，形成一套全學科、全方位、全功效的思政與專業課相結合的育人體系，實現專業與思政協同育人的效果。

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