單片機課程思政的實踐探索

李曉佳

（廣州工程技術職業學院，廣東廣州 510725）

職業教育肩負著為國家培養高素質技術技能人才、能工巧匠、大國工匠的重要使命，承擔著培養學生的專業技術和愛國思想的雙重任務。2016 年，習近平總書記在全國高校思想政治工作會議上強調，“要堅持把立德樹人作為中心環節，把思想政治工作貫穿教育教學全過程，實現全程育人、全方位育人”。因此，課程思政對于現代職業教育具有深遠的意義，是職業教育立德樹人工作實現創新的一項重要舉措。

一、單片機課程思政的意義

（一）單片機課程概述

單片機在化工自動化行業智能儀表中的應用十分廣泛。在工業自動化現場隨處可見單片機的應用，比如，各種智能化的儀器儀表、DCS系統的前端控制器、數據采集系統的現場采集單元等都有單片機的影子。學生學習單片機的開發和設計，能深入理解智能儀表中所采用的設計方法和控制原理，有助于學生更好地使用和維護化工儀表。

單片機課程的知識點比較抽象，并且具有很強的實踐性，教師要采用項目驅動的方式開展單片機教學。項目中的知識點由易到難，任務由簡單到復雜，做到由淺入深、循序漸進，更有利于理論與實踐的結合，有利于提高學生的自學能力和學習興趣[1]。

（二）單片機課程思政的元素及意義

教師應深入挖掘單片機課程中所蘊含的思政元素，并通過分析、梳理這些思政元素，選擇恰當的切入點，使這些思政元素發揮其應有的教育作用。

教師在給學生講解單片機基礎知識、介紹國產單片機的發展歷程和制造工藝演變時，要讓學生了解我國的芯片技術雖然已經取得了很大的進步，但很多核心技術仍然掌握在歐美發達國家手里，讓學生知道科技是第一生產力。新時代，大學生應當樹立強國意識，承擔起科技報國的使命與責任。

教師在給學生講授程序編寫的方法時，要引導學生仔細斟酌相關指令，并認真書寫每一條語句，能根據設計的要求獨立分析、思考和解決問題。同時，教師要鼓勵學生在此設計的基礎上進行創新，讓學生認識到科學研究不能有半點馬虎，要有勇于探索的科學精神。

在講解定時器/計數器的應用時，教師要培養學生的時間觀念和職業素養。在給學生講解單片機串行通信技術時，教師要以網絡時代給我們的工作和生活帶來的巨大變革和影響為切入點，引導學生列舉生活中串行通信技術的應用，思考串行通信的優缺點，培養學生要學以致用，并學會運用辯證的思維方法，學會具體問題具體分析，從而找到最優的解決方案。

教師只有在課程教學中通過系統設計教學內容、教學形式和教學方法，在知識講授、實驗實踐環節巧妙融入這些思政元素，才會產生潛移默化、潤物無聲的效果[2]。

二、單片機課程思政案例——“點亮奧運五環”

（一）課程內容

“點亮奧運五環”模塊選自單片機課程的項目2。學生通過項目1的入門任務“點亮一盞LED燈”和綜合任務“汽車車燈控制”的學習，認識了單片機，了解了什么是單片機的最小系統以及單片機應用系統的硬件設計和軟件開發的基本過程，掌握了如何通過單片機控制LED發光二極管常亮和閃爍，了解了運用Proteus軟件進行虛擬仿真的方法。項目2的任務為學生在項目1的基礎上，運用Proteus仿真軟件實現花樣點亮奧運五環彩燈[3]。

（二）思政元素

教師要以教學項目為著力點，注重技能和德育相結合，在單片機控制電路的設計與仿真、制作的過程中融入課程思政元素，加強學生的思想政治教育[4]。

1.培養不斷探索的創新精神

教師要結合2008年北京奧運會開幕式上，璀璨的奧運五環被“飛天”緩緩帶上半空的經典畫面，引導學生要發揚創新精神，探索如何實現“花樣點亮”以及有哪些更好的控制方式。

2.培養精益求精的職業素養

單片機程序的編寫是個很枯燥的過程，有時候可能只是一個字母的大寫或小寫，就會導致整個程序編譯不成功。因此，教師要注意提醒學生在編寫單片機程序的過程中要一絲不茍，嚴謹、踏實地寫好每一條語句，不求快，而求精。

3.培養自信心和民族自豪感

舉辦奧運會是和平時代一個國家屹立于世界強國之林的重要象征和標志。北京奧運會向世界提供了了解中國的機會，向世界展現了一個快速發展、開放自信的中國，展示了改革開放后各項事業取得的輝煌成就。北京奧運會也成為中華民族從屈辱走向站起來、富起來的一個時代標志。教師要通過思政教育增強學生的自信心，培養學生的民族自豪感。

（三）教學設計

1.教學目標

知識目標：學生通過本項目的學習，熟悉單片機擴展I/O口的方法、串并移位寄存器傳送數據的程序設計方法，掌握循環語句和自定義函數的使用，掌握軟件仿真調試的方法以及Keil與Proteus的聯調方法。

能力目標：學生能夠識讀單片機硬件電路圖，能夠完成“點亮奧運五環”的控制程序設計，能夠按照設計需求設計程序流程圖，能夠運用Keil和Proteus集成開發軟件編寫、編譯和調試程序，能夠具有查找并排除故障的能力。

素養目標：教師要培養學生勤于思考、不斷探索、敢于創新的精神，培養學生嚴謹、認真的學習態度和專注、精益求精的工匠精神以及良好的職業素養，培養學生的責任感、使命感和愛國情懷。

2.用思政元素引出課程內容

在課堂導學環節，教師通過播放2008年北京奧運會開幕式的現場視頻，讓學生再次感受氣勢磅礴的開幕式現場，討論其中運用到的現代化科技手段。教師要將理論自信、文化自信融入專業教育之中，鼓勵學生在學習中發揚奧運健兒吃苦耐勞、流血流汗的拼搏精神，鼓勵學生知難而勇、無所畏懼、不負韶華。同時，教師還要引導學生挖掘開幕式中與本節課的任務相關的元素，對比本次項目設計的要求，思考如何通過單片機編程和仿真滿足項目要求，實現課程與思政的有機結合。

3.教學重點、難點及處理

教學重點：理解奧運五環彩燈的點亮原理，掌握單片機擴展I/O口的方法，掌握循環語句及自定義函數的使用以及單片機常用開發工具和軟件的應用。

教學難點：多個串并移位寄存器發送數據的程序設計方法。

重點、難點的處理：教師鼓勵學生采用合作探究式學習方法，主動利用多種學習平臺和資源進行學習。教師可以采用教師引導、師生互動、提問和結果分析等教學方法，提高學生的學習積極性，引導學生逐步突破重點、難點。

（四）教學過程

教師以單片機為載體，以單片機編程和Proteus仿真點亮奧運五環彩燈為教學任務，采用“教—學—做”合一的教學模式，通過課前、課中和課后的教學組織，打造理實一體化課堂，使學生掌握程序設計、調試和軟件仿真的技能。

1.課前預習

教師發布課前任務，學生自主學習。教師要求學生通過預習完成“點亮一環彩燈”的控制程序編寫和仿真。學生預習移位寄存器74LS164的工作原理，思考如何利用循環語句和74LS164分別實現“花樣點亮一環彩燈”的程序設計及硬件電路設計，為完成“點亮五環彩燈”的項目任務做好知識準備。教師鼓勵學生按照自己的思路設計“花樣”點亮方式，激發學生的積極性。

本專業開設的單片機課程只有36學時。教師要想在9周內完成4～5個綜合項目的學習，就要更好地利用課前預習環節，培養學生的自主學習能力。教師針對學生的預習情況，講授重點、難點內容，并結合學生在編程和仿真過程中存在的問題進行有針對性的講解，構建課內與課外、線上與線下等多場景學習模式，實現學中做、做中學，提高課堂教學效率和教學質量。

2.課中導學

（1）預習情況總結

教師要根據學生課前預習的反饋，總結學生預習任務的完成情況。教師要從學生提交的預習作業中選擇完成度比較好的作業進行課前展示，并針對存在的問題進行分析和講解。

（2）課程導入及任務發布

首先，教師播放北京奧運會開幕式視頻，導入教學任務——點亮奧運五環，并發布本次項目的設計要求，包括程序設計和仿真設計兩個部分。教師結合預習知識點，引導學生思考設計要求中比較關鍵的“如何實現重復2次逐個點亮五環”和“如何實現重復3次同時逐個順時針點亮五個環的LED”兩個問題，鼓勵學生使用多種設計思路解決問題，引導學生不斷思考，培養學生的創新精神。

（3）程序設計與調試

學生以小組討論的方式制訂控制方案，列出所需元件清單，確定實現的方法。教師進行巡回指導，并針對程序設計中的重點、難點問題予以適當說明，指導學生檢查和解決Keil編譯中出現的問題。在使用Proteus軟件設計仿真電路的過程中，教師要提醒學生注意在設計中容易出現的錯誤，比如單片機I/O口的選擇要與程序對應、LED陽極和陰極的連接、限流電阻的選用等。程序的書寫和電路的設計要注意每一個細節功能的處理。在此過程中，教師要鼓勵學生要有嚴謹、踏實的態度，要有精益求精、耐心執著的工匠精神，踏踏實實地寫好每一條語句，直至程序編譯結果出現“（0）Errors，（0）Warnings”為止。

完成程序和電路設計后，教師指導學生將Keil軟件生成的hex文件加載到Proteus電路中進行仿真。程序往往需要反復地修改和調試。在仿真過程中，很多學生會出現LED燈不亮、奧運五環彩燈沒有按照任務要求點亮等問題。教師要引導學生針對不同的故障現象查找原因，到底是程序設計錯誤、硬件接線錯誤，還是加載文件錯誤等，培養學生分析問題、解決問題的能力。教師應號召學生向奧運健兒學習，培養學生不畏困難、不屈不撓的科學精神。同時，教師要鼓勵學生之間相互糾錯、取長補短、相互協作和互幫互助。

學生完成仿真后，教師總結本項目“點亮奧運五環”設計所運用到的理論知識，以及在程序設計、調試過程中存在的共性問題和解決方法，并分小組進行展示，由師生共同對各小組的設計成果進行評價。

3.課后復習

課后復習是學習過程中的重要一環，也是很多學生尤其是大學階段的學生容易忽略的環節。完成課堂教學后，教師根據學生在程序編寫中反饋的難點，布置相應的課后練習，增加奧運五環的點亮花樣，要求學生以小組作業的方式在規定的時間內將作業提交到學習系統。通過布置課后作業，教師可以督促學生的課后學習，也可以促使學生在掌握基礎知識的基礎上對所學內容有進一步了解。最后，教師布置下節課的預習任務——奧運比賽倒計時牌的設計。

（五）教學效果及反思

本次課程的教學任務是實現“點亮奧運五環”的設計與仿真，在教學過程中，教師巧妙地融入了“奧運”這一思政元素。教師通過北京成功舉辦冬夏兩季奧運會這個難忘的歷史性事件，讓學生深刻感受到我們的國家是一個友好和諧、重諾守信、尊重國際規則、有責任擔當的大國，增強學生的民族自豪感。

在課程教學過程中，很多學生會出現程序編譯多次都無法排除錯誤或警告的現象，導致他們的情緒有很大波動，甚至想要放棄本次設計任務。教師可以通過不斷的鼓勵和積極的引導，提高學生分析問題、發現問題、解決問題的能力，培養學生精益求精的職業素養。同時，通過本次項目教學，學生也理解了奧運精神、五環精神，能用奧運健兒的頑強拼搏精神和進取精神作為鞭策自己在學習路上前進的動力。

三、結束語

高職院校的專業教育以“理論 + 實踐”為核心內容，旨在使學生掌握更多的理論知識和專業實踐，提升學生解決實際問題的能力[5]。本文以“點亮奧運五環”為例，探討了教師將思政理念融入單片機課程的教學方法。單片機課程與思政元素的融合，使教師在培養學生的專業能力和職業素養的同時，也加深了學生對單片機課程內容的了解。通過這種教學方式，學生能更容易接受所學知識，也會對所學知識有更加深刻的理解。教師將課程思政教育融入單片機課程的教學中，能激發學生學習單片機的興趣，培養學生精益求精的工匠精神，實現了學生的專業素養和思想政治教育實效性的雙重提高。