基于華為物聯網平臺的單片機開發信息化教學設計與應用

【摘要】本文基于中職學校物聯網專業實訓課程傳統教學方法存在的問題，論述在中職物聯網專業單片機開發課程中使用華為物聯網平臺提供的全場景模塊化組合方案和信息化資源結合進行教學的應用策略，提出教師應從教學策略、教學目標、教學過程等四個方面著手，落實具體的課程教學實施方案，以提高教學效率。

【關鍵詞】信息化資源 華為物聯網平臺 物聯網專業

【中圖分類號】G63 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2022）02-0090-04

物聯網作為近年來快速發展的技術，要求相關從業人員具備從芯片開發到場景搭建等綜合應用能力。這就需要相關專業學生在學習過程中多動手、多實踐、多思考，以解決實際問題為終極目標。但當前中職學校現有的物聯網專業實訓課程仍存在許多問題，難以達到理想的教學效果。華為物聯網平臺內容涵蓋單片機基礎、Huawei LiteOS操作系統基礎、通信外設開發、上云案例開發等內容。因此，在中職物聯網專業單片機開發課程中使用華為物聯網平臺，并結合信息化資源進行教學的設計與應用，可滿足課程教學要求。本課程使用的華為物聯網平臺的小熊派開發板具有易操作、上手快的特點，充分考慮了物聯網感知層設備的多樣性，具有強大的可擴展性，讓學生有興趣動手開發和調試，在實踐中掌握單片機系統硬件的結構與原理以及編程技能。同時，在課程中結合信息化資源的運用，大大提高了實訓課程的效率以及學生的學習積極性，培養了學生的動手能力、自覺性、團隊合作能力，有效地提高了課程“教”與“學”的效率。

一、中職院校物聯網專業實訓課程傳統教學方法存在的問題

物聯網專業是一個動手性和實踐性都較強的專業，而單片機開發是該專業中專業性較強、難度較大的一門課程，如何上好這門課，就成了教師要認真思考的問題。許多職業院校的物聯網專業實訓課程存在許多問題，難以達到理想的教學效果。在傳統教學中，常用的授課方法有任務驅動法、講授法、項目教學法等，這些方法在授課過程中能起到一定的作用，但也有很多局限性，主要表現在以下方面。

一是學生的主體作用不能完全體現。傳統的教學方式還是以教師講授為主，教師是課堂的中心，學生只是聽講和思考教師提出的問題，學生的創造性和主動性受到了極大的限制。二是教學方式過于單一。由于以前的信息化設備不夠完善，教學方法也受到了一定的限制，即使教師使用了案例教學法或任務驅動法，也多半是以教師講授知識點為主，教師做好案例或任務讓學生模仿，學生的創新能力沒有得到很好的培養。三是實訓條件不足，難以達到理想的教學效果。如計算機和網絡設備價格昂貴、更新換代快、容易損壞、維護成本高等問題，導致學生動手機會少、學習偏理論化等問題。

二、華為物聯網平臺結合信息化資源在單片機開發教學中的作用

（一）多方面滿足教學需求

華為物聯網平臺涵蓋了配置平臺OceanConnet、操作系統Huawei LiteOS、物聯網通信技術，以及高性能物聯網開發板，可以實現從芯片到平臺的全場景、模塊化方案組合，能夠極大地滿足開發需求，并提供場景模擬，方便教師進行模塊化教學。

（二）培養學生的學習主動性

利用信息化的學習平臺，學生可以通過網上查詢、人機交互和小組合作等方式完成教師布置的學習任務。學生帶著教師布置的學習任務，通過必要的信息技術進行自主探究，能充分發揮他們的主觀能動性，并能有效地選用相應的學習資源。這樣不僅重視了學生作為學習主體的積極性、主動性，還培養了學生的思維能力。

（三）創新教師備課及教學方式

教師可以利用網絡的資源共享優勢，隨時充實自己的個人素材庫，并結合教學實際，進行篩選、整理、提煉，從根本上改變了過去單純使用教材、教參備課的老套路，實現了備課方面的創新。在課堂教學中，教師可以根據教學構思，利用多媒體技術輔助創設良好的教學情境，使某些抽象的、難以表現的教學過程得以形象、生動、直觀地展現出來，達到聲畫同步、圖文并茂、情感共鳴的效果，使許多教學設想變為現實，最終形成自己的教學風格。

三、華為物聯網平臺結合信息化資源在課程中的具體應用

下面，本文以《單片機開發——LED燈的閃爍》這節課為例，講解華為物聯網平臺及信息化資源在該門課中的應用。

（一）教學策略

本課程使用的教學設備是一款由華為技術有限公司聯合南京小熊派智能科技有限公司基于STM32

L431RCT6設計的高性能物聯網開發板——華為小熊派開發板。該開發板充分考慮了物聯網感知層設備的多樣性，具有強大的可擴展性，調試方便，在教學中能夠極大地激起學生的學習興趣。

此次授課的對象是中職學校物聯網應用專業二年級的學生，他們想象力豐富，思維活躍，喜歡動手探究，并且善于利用信息化的手段獲取資訊。但是他們對理論知識的學習不感興趣，理解能力還有待提高，另外，他們的學習方法不夠靈活，更缺乏團隊合作意識。因此，本課程的教學策略是借助信息化的資源，打造“自主、合作、探究”的學習環境。教師使用學習平臺引領整個教學過程，學生在教師的引導下，自己到平臺上領取任務書、微課等學習資源，進行課前復習和預習、討論、完成評價等任務。通過該平臺，學生在進行自我探究、自主學習的同時，也加強了與教師和同學之間的交流和合作，養成了良好的學習習慣。

（二）教學目標

根據教材和學情分析，筆者制訂了知識、能力、情感三維目標。

知識與技能目標：能辨識出控制LED燈的開發版的對應模塊，理解開發板控制LED燈原理，理解HAL_GPIO_WritePin函數和HAL_GPIO_TogglePin函數的作用及參數含義，并熟練運用這兩個函數控制開發板上的LED燈。

過程與方法目標：在教師的引導下，合理利用學習資源進行探究性學習，提升與人溝通合作的技巧，提高分析問題、解決問題的能力。

情感態度與價值觀目標：能在信息化手段的幫助下，養成良好的學習習慣以及認真細致的工作態度，并培養學生在企業網站開發的不同崗位中與他人溝通及合作的習慣和技巧，培養其合作和創新精神。

（三）教學設計

1.課前探索

在課前探索過程中，教師利用學習平臺，發放課前任務書，引導學生根據本次課的重難點進行預習，并設置了測試，讓學生對本次課的內容有個初步認識，做到了讓學生能隨時隨地自主學習。教師通過學習平臺收集學生課前討論的問題，對學生進行指導分析。

2.課中獲取新知

教師首先對學生的課前預習情況進行總結，并帶領學生對開發板各個模塊的功能進行復習，為本次課任務做好知識方面的準備。

3.課后拓展

教師于課后在學習平臺上布置拓展任務，學生利用本次課所學知識完成開發板上3盞LED燈間隔閃爍的設計，并上傳代碼和設計效果到學習平臺上進行交流。

（四）教學過程

在探求新知環節，筆者根據知識的難度，將其分為以下幾個子任務，讓學生能循序漸進地提升自己的技能。任務一：結合華為小熊派開發板，分析控制LED燈所要配置的引腳和控制原理。任務二：通過HAL_GPIO_WritePin函數點亮LED燈。任務三：實現LED燈間隔閃爍的功能。

在任務一中，筆者以小組為單位，為每個小組下發華為小熊派開發板（開發板的系統框架圖見圖1），同時給出如下問題引導學生思考。問題1：我們之前已經學習了開發板上的哪些模塊？LED燈在哪個模塊上？問題2：在該模塊上控制LED燈的引腳是哪個？控制原理是什么？問題3：畫出該引腳控制LED燈的控制原理圖。以上問題使學生逐步形成了這樣一個思路：本次任務要先弄清楚控制LED燈的引腳及控制原理，然后通過編寫相關設置參數程序對其進行控制。理解開發板控制LED燈原理是本次課程的重點。筆者引導學生以小組為單位觀察開發板，找到LED燈的控制模塊為MCU模塊，并在去平臺上下載MCU模塊的原理圖及本次課的任務書（見圖2），自行分析LED控制引腳為PC13。學生通過平臺觀看微課視頻，根據微視頻上講解的步驟和方法，一步步地分析并總結PC13引腳控制LED的原理，完成任務一的驗收任務：完成PC13引腳控制LED燈的控制原理圖（見圖3），并截圖后提交到學習平臺進行驗收。根據原理圖，可以總結出PC13高電平時LED1燈亮，低電平時LED燈滅。至此，在通過引導學生發現問題、提取學習資源、完成對開發板控制LED燈原理的分析和繪制原理圖的過程中，不僅突破了教學重點，而且幫助學生養成了良好的學習習慣。學生也通過自己的探究解決了問題，學習的積極性得到了很大提高。

完成任務一后，筆者引導學生繼續在教學平臺提取任務二的任務書，分析其與任務一之間的聯系。根據任務單的指導，學生發現：任務二的功能是在任務一的基礎上實現的，根據任務一得出的原理，通過代碼來控制引腳可以實現對LED燈的點亮。首先，筆者引導學生打開STM32 CubeMX建立工程，并進行工程參數的基本配置。接著，編寫代碼控制LED燈的環節，重點是理解HAL_GPIO_WritePin函數和HAL_ GPIO_ TogglePin函數的作用及參數含義。學生通過小組合作的方式來進行討論，利用開發幫助文檔和微視頻，在討論和知識點升華的過程中逐漸了解到：HAL_ GPIO_WritePin函數有三個參數，分別是LED_GOIO_Port、LED_Pin、GPIO_ PinState PinState，其分別代表LED端口、引腳、電平狀態。HAL_ GPIO_TogglePin函數相對來說更加簡單，只有LED_GOIO_ Port、LED_Pin兩個參數，這幾個參數的配置可以在新建程序中的配置環節來完成。由于有任務一的鋪墊，再加上之前學生在單片機基礎編程章節已經多次進行過STM32CubeMX的編程開發，所以在配置環節大多數學生都能夠通過任務書后面的知識鏈接提示完成相關參數的配置，并將步驟總結寫在任務書上。該步驟為：①配置端口和引腳;②配置時鐘;③對引腳進行詳細配置;④生成工程。通過配置，系統將自動定義好LED_GOIO_Port、LED_Pin、GPIO_PinState PinState三個參數，這個知識點重在理解，操作還是比較簡單的，有困難的學生可以通過查看微課視頻來完成。學生通過分析討論，完成通過HAL_GPIO_WritePin函數點亮LED燈的代碼編寫任務。學生完成任務后，通過截圖或者提交源代碼的方式將結果提交到學習平臺供教師查閱和批改。任務二是任務一的升級，其既能加深學生對HAL_GPIO_ WritePin函數和HAL_GPIO_TogglePin函數的理解和運用，也能鞏固學生對開發板控制LED燈原理這一重要知識點的掌握。同時，筆者采用小組討論協作的方式充分發揮了學生團隊的力量，調動了每名學生參與任務的積極性，并且給遇到困難的學生以提示，一步步引導學生利用自己原有的知識體系和信息化手段建構出新的知識體系。

通過任務一和任務二的循序漸進，學生已經逐步攻克本次課程的重難點知識。接著，筆者讓學生從學習平臺上下載任務三的任務書：實現LED燈的閃爍。學生根據任務書，分析其與任務二存在的聯系，并發現問題：任務三的功能是在任務二的基礎上實現的，任務二已經實現了LED的點亮，要讓LED燈閃爍，首先要解決的問題是如何實現LED燈間隔一段時間熄滅。針對這些問題，筆者沒有直接告訴學生解決方案，而是讓各小組通過學習平臺進行頭腦風暴討論解決方案，這樣可以引導學生對問題進行深入思考。筆者根據頭腦風暴討論的結果對學生進行思路引導——LED燈的熄滅就是在點亮的基礎上將電平狀態的參數GPIO_PinState PinState設置為GPIO_PIN_RESET，同時亮和滅是間隔一段時間進行的，所以中間還要加一條時間間隔函數HAL_Delay（ ）。通過頭腦風暴和提示，學生理清了解決任務三的思路，由于有了任務二的鋪墊，并且間隔函數也是之前學過的知識，所以大部分學生都能夠非常順利地完成任務三。

最后，各小組成員根據評價量化表進行自評、互評，將本次課編程中遇到的問題和解決方案上傳到問題庫，并上講臺分享自己在完成此次任務的過程中所學到的新知識和新技巧。學生在展示過程中收獲了膽量、勇氣，并在傾聽別人發言的同時學會了欣賞和尊重。至此，本課程課堂教學環節已經順利完成，課堂氣氛熱烈，教學效果較佳。

總而言之，中職物聯網單片機開發課程使用華為物聯網平臺設備，能夠實現從芯片到平臺的全場景、模塊化方案組合，打破設備和場地的限制，最大限度地滿足開發需求。實踐證明，教師使用華為物聯網平臺提供的全場景模塊化組合方案與信息化資源相結合的方式進行教學，大大地提高了實訓課程的效率以及學生的學習積極性，培養了學生的自覺性、動手能力、團隊合作能力，從而保證了教學效果，提高了教學質量。學習平臺和微課資源的運用打破了時間與空間的限制，使學生能自己發現問題，主動收集資源完善自己的知識結構。整個課堂的交流和分享變得更頻繁，教和學變得更輕松、主動。

參考文獻

[1]蒙飚，莫徽忠.云物大智基礎課程中混合式教學模式的應用[J].廣西教育，2020（39）.

[2]韓秀榮，李建春，沈巧云.基于“智能制造”的創新創業人才培養模式研究：以寧波職業技術學院為例[J].中國高新區，2018（5）.

[3]李水明，陳鑫洋.物聯網系統組建課程中實訓項目設計探討[J].廣西教育，2016（43）.

注：本文系廣西職業教育第二批專業發展研究基地項目（桂教職成〔2018〕65號）“廣西職業教育計算機應用專業群發展研究基地”成果之一。

作者簡介：徐藝瑋（1991— ），湖南常德人，講師，研究方向為物聯網技術。

（責編 林 劍）