王小剛 趙俊 曾慧敏 干樹川 曹立佳

[摘 要] 針對(duì)單片機(jī)課程實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，本文將對(duì)《單片機(jī)原理及應(yīng)用》課程在新形勢(shì)下建設(shè)應(yīng)用型示范課的工作進(jìn)行一定的思考和探討。首先從課程的開發(fā)應(yīng)用前景分析示范課建設(shè)的必要性;再是從教學(xué)語言改革、雙語教學(xué)模型、在線教學(xué)等三個(gè)方面對(duì)新形式下的教學(xué)手段和方法提出一些規(guī)劃和思考;最后從物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)建設(shè)、比賽激勵(lì)、保障機(jī)制等三個(gè)方面對(duì)單片機(jī)應(yīng)用型示范課建設(shè)的應(yīng)用平臺(tái)和保障機(jī)制進(jìn)行討論分析。

[關(guān)鍵詞] 單片機(jī);示范課;規(guī)劃;思考

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

[作者簡介] 王小剛（1984—），男，陜西寶雞人，博士，講師，研究方向?yàn)橹悄芸刂疲度胧健?/p>

[中圖分類號(hào)] G642.0 ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A ? ?[文章編號(hào)] 1674-9324（2020）43-0183-03 ? ?[收稿日期] 2020-03-16

一、引言

為了深入貫徹落實(shí)四川省教育廳《關(guān)于引導(dǎo)部分地方普通本科高校向應(yīng)用型轉(zhuǎn)變的實(shí)施意見》（川教〔2016〕17號(hào)）、《四川省教育廳關(guān)于開展第二批地方普通本科高校應(yīng)用型示范專業(yè)及應(yīng)用型示范課程建設(shè)工作的通知》（川教函〔2018〕527號(hào)）等文件精神，圍繞全省“一干多支、五區(qū)協(xié)同”的發(fā)展布局和“5+1”產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求，主動(dòng)對(duì)接產(chǎn)業(yè)鏈、創(chuàng)新鏈的需求，推進(jìn)產(chǎn)教深度融合、科教協(xié)同創(chuàng)新、校企協(xié)同育人，增強(qiáng)高等教育服務(wù)高質(zhì)量發(fā)展的能力。鑒于此，四川輕化工大學(xué)近年來一直極力推進(jìn)與產(chǎn)教深度融合的課程建設(shè)工作，并努力建設(shè)成一批具有應(yīng)用示范性的課程，其中《單片機(jī)原理及應(yīng)用》是一門理論與實(shí)踐相結(jié)合并偏向?qū)嵺`的課程，是面向自動(dòng)化、機(jī)械、電氣自動(dòng)化、通信等多個(gè)學(xué)科的基礎(chǔ)專業(yè)課程，是從事電子、自動(dòng)化、機(jī)電一體化的工程技術(shù)人員的必備知識(shí)。為此，本學(xué)院在學(xué)校政策、資金等支持下，計(jì)劃將《單片機(jī)原理及應(yīng)用》建設(shè)成為省級(jí)應(yīng)用型示范課程，希望其能帶動(dòng)同類型課程的發(fā)展。

《單片機(jī)原理及應(yīng)用》的課程定位是以理論教學(xué)為基礎(chǔ)，以實(shí)踐訓(xùn)練為重點(diǎn)，以掌握知識(shí)、開發(fā)單片機(jī)系統(tǒng)為教學(xué)目標(biāo)。一般情況下，正常的教學(xué)內(nèi)容是先做單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)學(xué)習(xí)，然后是匯編指令或C51語言學(xué)習(xí)及驗(yàn)證，后面關(guān)于中斷、定時(shí)、串口的學(xué)習(xí)都是針對(duì)考試內(nèi)容做到原理性講解[1][2]，沒有形象的認(rèn)識(shí)和實(shí)踐，這會(huì)使學(xué)生覺得難學(xué)，缺乏學(xué)習(xí)熱情。針對(duì)這些問題，目前已有不少高校作了單片機(jī)教學(xué)改革的工作[3]，如采用了教、學(xué)、做一體的教學(xué)法，以項(xiàng)目為中心，明確教學(xué)任務(wù)，讓學(xué)生圍繞項(xiàng)目組織已學(xué)知識(shí)和學(xué)習(xí)資源，激發(fā)學(xué)習(xí)的主動(dòng)性;同時(shí)隨著多媒體及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，多種高科技教學(xué)方法和手段都得到應(yīng)用，教師越來越倚重科技手段輔助教學(xué)，但卻逐漸忽略了學(xué)生反映，拉遠(yuǎn)了師生之間的距離。所以，在新時(shí)期如何建設(shè)規(guī)劃好單片機(jī)的課程示范是值得討論思考的問題。

二、微系統(tǒng)開發(fā)前景

單片機(jī)是一種集成電路芯片，是采用集成電路技術(shù)把中央處理器CPU、隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、I/O口、中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)時(shí)器等功能集成到一塊硅片上構(gòu)成微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。目前，單片機(jī)已成為現(xiàn)代電子系統(tǒng)中的重要核心器件，廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，如現(xiàn)代工業(yè)、農(nóng)業(yè)、儀器儀表、家用電器、汽車電子系統(tǒng)、個(gè)人信息終端及電子玩具等生產(chǎn)領(lǐng)域，也有如軍事、能源、機(jī)器人、通信、交通、IT等尖端應(yīng)用領(lǐng)域。本專業(yè)學(xué)生畢業(yè)可從事單片機(jī)技術(shù)開發(fā)、測(cè)試等高薪技術(shù)工作，從技術(shù)崗位主要有系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師、硬件設(shè)計(jì)工程師、軟件設(shè)計(jì)工程師、硬件測(cè)試工程師、軟件測(cè)試工程師等。

所以，單片機(jī)課程的培養(yǎng)定位在于使學(xué)生掌握單片機(jī)的基本知識(shí)，通過學(xué)習(xí)與實(shí)踐訓(xùn)練達(dá)到具有一定的微控制器開發(fā)及應(yīng)用能力的人才，為今后從事微控制系統(tǒng)開發(fā)及應(yīng)用工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

三、C語言教學(xué)

單片機(jī)課程的教學(xué)一直是隨著行業(yè)、就業(yè)需求、嵌入式開發(fā)等的發(fā)展在改進(jìn)或改革。匯編語言作為機(jī)器語言是直接面對(duì)硬件的，其目標(biāo)代碼質(zhì)量高，執(zhí)行效率高，在早期的單片機(jī)教學(xué)中一直占據(jù)主導(dǎo)地位，同時(shí)也是《微機(jī)原理與接口技術(shù)》、《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》等課程的主要程序語言。近年來出版的單片機(jī)課本都是混合兩種語言，基本授課還是主講匯編語言，同時(shí)主要的單片機(jī)網(wǎng)絡(luò)資料庫及考研題也是以匯編為主。

但實(shí)際上單片機(jī)這門課程具有理論教學(xué)抽象、實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中普遍對(duì)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(jí)語言程序，趨近人類語言，更加簡潔，主要是可讀性強(qiáng)，函數(shù)庫功能強(qiáng)大，易學(xué)易懂，且畢業(yè)生從事單片機(jī)工作主要編程也以C言語編程較多。目前C語言已是當(dāng)前各大軟件開發(fā)的主要語言或基礎(chǔ)語言，匯編也只存在于單片機(jī)的基礎(chǔ)教學(xué)與應(yīng)用中，對(duì)學(xué)生進(jìn)行更深層次的嵌入式開發(fā)幫助甚微。

本文作者主張?jiān)诋?dāng)下的教學(xué)中主用C語言教學(xué)，目前對(duì)于本學(xué)院通信工程、電氣自動(dòng)化、生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的授課是采用中國石油大學(xué)林立、張俊亮教授的《單片機(jī)原理及應(yīng)用》[1]，該書以C語言為主講語言，分為9個(gè)章節(jié)，除去第三章是匯編語言學(xué)習(xí)，其他各章節(jié)都是以C語言進(jìn)行舉例學(xué)習(xí)，在主講C語言的同時(shí)也對(duì)匯編語言進(jìn)行講解。作為單片機(jī)專業(yè)老師，在做好課程教學(xué)資料的同時(shí)，一定要從時(shí)下的具體情況和學(xué)生的切實(shí)利益出發(fā)，改進(jìn)和選擇合適的授課語言。

四、雙語教學(xué)

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

1.語言問題

對(duì)教師來說主要問題是如何把平時(shí)重要的核心內(nèi)容用英語形象準(zhǔn)確的表達(dá)出來，這需要做大量的準(zhǔn)備工作;對(duì)學(xué)生來說，如何理解含有大量專業(yè)詞匯的內(nèi)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(nèi)容的符合性都是老師需要解決的問題。單片機(jī)本身發(fā)源于美國IBM等公司，其硬件結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)、編譯語言就是源于英語，目前各個(gè)芯片的指令手冊(cè)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(jī)就業(yè)市場(chǎng)來看，具備查閱分析專業(yè)英文材料并能熟練使用編譯及仿真軟件的學(xué)生更具競(jìng)爭(zhēng)力。

針對(duì)上述教學(xué)中的常見問題也可以合理地解決：

（1）語言問題。這里有一個(gè)誤區(qū)，雙語教學(xué)不是完全的英語教學(xué)，在日常的交流閱讀盡可能的使用英語，但對(duì)于晦澀難懂的內(nèi)容完全可以使用中文，首先要保障課程內(nèi)容的覆蓋性，在老師和學(xué)生的共同進(jìn)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(xué)內(nèi)容和難易度編輯的，對(duì)于這樣的問題建議老師根據(jù)這些書籍自己整理英文講義，按課程進(jìn)度和章節(jié)發(fā)給學(xué)生。

五、在線教學(xué)

在線教學(xué)也是新形勢(shì)下一種新的教學(xué)方式，對(duì)于習(xí)慣于教室上課的學(xué)生和教師來說既是一種新穎的教學(xué)手段，也是一種新的挑戰(zhàn)。尤其是當(dāng)前疫病的影響，網(wǎng)絡(luò)在線教學(xué)已成為特殊情況下的主流教學(xué)方式，這也讓國家和高校重新審視其重要性，也許在線教學(xué)會(huì)成為各高校常規(guī)的教學(xué)方式，作為高校老師我們要認(rèn)真思考和推行在線教學(xué)的方式方法。目前主要的在線的教學(xué)方式主要有2種：網(wǎng)站與直播。

1.網(wǎng)站

通過開發(fā)課程的教學(xué)網(wǎng)站，師生可以通過瀏覽主頁進(jìn)行學(xué)習(xí)和交流;學(xué)生可以隨時(shí)通過網(wǎng)站獲得上課的素材資源，如課件、視頻、仿真、程序、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)與方案等;也可以開發(fā)課程論壇，學(xué)生可以發(fā)表自己學(xué)習(xí)觀點(diǎn)和意見，老師也可以隨時(shí)回答學(xué)生的問題，較之課堂溝通，學(xué)生更能正確描述自己的問題。除此之外，通過網(wǎng)站可以為學(xué)生提供就業(yè)信息、比賽通知、國內(nèi)外技術(shù)論壇或會(huì)議等。

2.在線直播

在線直播這兩年主要是各種輔導(dǎo)培訓(xùn)課程的流行教學(xué)方式，受此次疫情影響，在線直播已成為高校的主要教學(xué)方式。目前關(guān)于直播教學(xué)的利弊也成為社會(huì)的熱點(diǎn)，主要問題：一是沒有課堂互動(dòng)教學(xué)效果差，二是無人監(jiān)管。

對(duì)于教學(xué)改革，好的教學(xué)方式一定是要堅(jiān)持和發(fā)揚(yáng)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(wǎng)絡(luò)直播教學(xué)，在不耽誤教學(xué)時(shí)間的情況下盡可能的提升教學(xué)效果。授課老師需要做的是：建立一個(gè)豐富的知識(shí)數(shù)據(jù)庫，給學(xué)生提供課內(nèi)學(xué)習(xí)外的一些資源;積極調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)建立有更加完善的評(píng)價(jià)方法或系統(tǒng)。

六、物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)應(yīng)用

單片機(jī)課程的特征就是實(shí)踐性強(qiáng)，如果能創(chuàng)建一個(gè)形象而且有趣的情景，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，對(duì)師生同時(shí)都會(huì)受益。目前單片機(jī)課程都會(huì)開設(shè)實(shí)驗(yàn)課和實(shí)訓(xùn)課，學(xué)生可以根據(jù)自己的進(jìn)度設(shè)計(jì)一些簡易的單片機(jī)系統(tǒng)，如流水燈、數(shù)碼管等，單單這些還是很難激發(fā)學(xué)生開發(fā)單片機(jī)系統(tǒng)的興趣。

物聯(lián)網(wǎng)卻是單片機(jī)應(yīng)用最好的平臺(tái)，具有一定的功能需求和場(chǎng)景設(shè)定，很容易激發(fā)學(xué)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(gè)城市的名片，老師在上課的時(shí)候會(huì)將這兩個(gè)對(duì)象作為物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用對(duì)象，每年的畢業(yè)設(shè)計(jì)都會(huì)有這樣的單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)課題在彩燈和白酒物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)上應(yīng)用。如圖1所示，該系統(tǒng)是白酒窖池物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)應(yīng)用平臺(tái)，平臺(tái)是學(xué)院已經(jīng)搭建好的，課題的核心就是采集層的采集節(jié)點(diǎn)需要學(xué)生自己設(shè)計(jì)開發(fā)，該節(jié)點(diǎn)就是一個(gè)單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)（如圖2所示），學(xué)生可以自主選型MCU及設(shè)計(jì)外圍電路及功能，最終通過物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)來驗(yàn)證開發(fā)的單片機(jī)系統(tǒng)的功能。

如上所述，通過物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的形式可以使學(xué)生很明確的檢驗(yàn)自己單片機(jī)系統(tǒng)的功能和應(yīng)用，極易激發(fā)學(xué)生的學(xué)生，也可以選拔優(yōu)秀學(xué)生參加電子設(shè)計(jì)大賽。

七、比賽激勵(lì)

自動(dòng)化專業(yè)非常注重學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)的具體化，單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)是最明確的任務(wù)，而參加比賽開發(fā)單片機(jī)系統(tǒng)則是激勵(lì)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的重要途徑，緊密結(jié)合大學(xué)生素質(zhì)教育，著力培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)業(yè)能力和創(chuàng)業(yè)素質(zhì)。目前適合單片機(jī)課程的大學(xué)生比賽有：電子設(shè)計(jì)大賽，機(jī)器人設(shè)計(jì)競(jìng)賽，大學(xué)生互聯(lián)網(wǎng)+，大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目等。參加比賽一方面可以培養(yǎng)學(xué)生的電子設(shè)計(jì)能力和團(tuán)隊(duì)合作精神，在就業(yè)上易受到用人單位的歡迎;另一方面可以提升學(xué)生的個(gè)人榮譽(yù)和評(píng)價(jià)，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(yè)考核的范圍，這樣可以激勵(lì)學(xué)生全身心投入比賽并努力獲得好的結(jié)果。

八、保障機(jī)制

單片機(jī)應(yīng)用型示范課程的建設(shè)工作是一個(gè)不斷思考和實(shí)踐的過程，同樣也需要學(xué)校和學(xué)院制定措施保障。

1.組織保障。建議成立應(yīng)用型示范課程建設(shè)領(lǐng)導(dǎo)小組，由教學(xué)院長、教學(xué)辦主任、教研室主任、授課老師共同組成，負(fù)責(zé)制定課程的示范建設(shè)規(guī)劃和規(guī)章制度、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)等，并監(jiān)督課程建設(shè)的順利推進(jìn)。

2.機(jī)制保障。建立應(yīng)用型示范課建設(shè)規(guī)劃體系，建立和完善課程檢查和教育資源共建共享機(jī)制;建立工作考評(píng)機(jī)制;建立應(yīng)用型示范課建設(shè)工作的激勵(lì)機(jī)制，把示范課建設(shè)工作作為教師考核、評(píng)優(yōu)的內(nèi)容之一。

3.經(jīng)費(fèi)保障。落實(shí)應(yīng)用型示范課建設(shè)所需的經(jīng)費(fèi)，作為示范課教學(xué)設(shè)備增添、更新和維護(hù)、保養(yǎng)等的經(jīng)費(fèi)，并且有一定比例的經(jīng)費(fèi)用于師資能力培訓(xùn)和學(xué)生課題開發(fā)或比賽。

九、結(jié)束語

本文主要是基于四川省教育廳推進(jìn)建設(shè)地方本科學(xué)校應(yīng)用型示范專業(yè)和示范課的政策，針對(duì)本專業(yè)《單片機(jī)原理及應(yīng)用》在新形勢(shì)下建設(shè)應(yīng)用示范課的工作進(jìn)行了一定的思考和探討。主要從課程的開發(fā)應(yīng)用前景分析了示范課建設(shè)的必要性;從語言改革、雙語教學(xué)、在線教學(xué)這三方面對(duì)新的教學(xué)手段和方法提出了建議和思考;從物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)建設(shè)、比賽激勵(lì)、保障機(jī)制等三方面對(duì)單片機(jī)示范課建設(shè)的應(yīng)用和保障進(jìn)行了討論。

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