浦靈敏，胡宏梅

（蘇州健雄職業(yè)技術(shù)學(xué)院 人工智能學(xué)院，江蘇 蘇州 215411）

0 引 言

物聯(lián)網(wǎng)是物物相連的互聯(lián)網(wǎng)，這里的物就是指智能終端設(shè)備，而智能設(shè)備的核心就是微控制器，它通過對數(shù)據(jù)和信息的分析處理，實現(xiàn)對物體的智能化控制。

隨著嵌入式技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)和日常生活中占據(jù)的比重越來越大，企業(yè)對嵌入式技術(shù)人才的需求也與日俱增。近年來，嵌入式微控制器被廣泛應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域，各大高職院校也紛紛在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)開設(shè)了嵌入式微控制器類課程，我院的嵌入式微控制器采用了意法半導(dǎo)體（ST）公司推出的基于ARM Cortex-M內(nèi)核32位的STM32系列處理器，該處理器以其眾多優(yōu)點廣泛應(yīng)用于各個行業(yè)，大到工業(yè)控制，小到家用電器，如工業(yè)機器人、無人機、運動手環(huán)等，都能見到STM32處理器的身影。該課程為物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的核心課程之一。

1 課程現(xiàn)狀

高職物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)課程體系綜合了不同學(xué)科的專業(yè)知識，結(jié)合了硬件設(shè)計和軟件開發(fā)，既需要掌握理論又與實際應(yīng)用緊密聯(lián)系，特別對實踐要求很高，嵌入式微控制器課程涉及軟件編程、硬件設(shè)計與調(diào)試等綜合應(yīng)用能力，而目前的教學(xué)內(nèi)容仍以知識點的驗證性技能實訓(xùn)為主，涵蓋了開發(fā)環(huán)境的搭建、GPIO口控制、中斷系統(tǒng)、定時器、串口通信、LCD顯示、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器等處理器內(nèi)部資源的應(yīng)用，每個模塊相對獨立，前后關(guān)系不明顯，學(xué)生很難了解基于STM32嵌入式微控制器的整機控制系統(tǒng)的開發(fā)過程。隨著教改的深入，課程最后一般會安排1～2個綜合性的任務(wù)，但仍然無法滲透物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的新需求；同時由于缺乏接口編程和無線通信方面的任務(wù)，導(dǎo)致與其他物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的銜接也不夠，使之在物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)課程體系中成為一門普通的32位單片機課，完全不能體現(xiàn)STM32微控制器在物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品開發(fā)中的關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用。

本文結(jié)合目前我院正在開展的課程教學(xué)改革實踐，提出以具有代表性的物聯(lián)網(wǎng)智能家居產(chǎn)品為貫穿課程的綜合項目，把各碎片化的知識點和技能點結(jié)合起來進行教學(xué)的課程設(shè)計方案，通過自制的物聯(lián)網(wǎng)智能家居實訓(xùn)平臺和配套的教學(xué)資源，重構(gòu)課程體系和典型任務(wù)，力求通過循序漸進的模塊學(xué)習(xí)，進一步提高學(xué)生STM32微控制器的應(yīng)用開發(fā)技能。

2 課程設(shè)計思路

以物聯(lián)網(wǎng)智能家居典型產(chǎn)品為載體，研究嵌入式微控制器課程項目教學(xué)方案，依托團隊自主研制的實訓(xùn)平臺，將智能家居控制系統(tǒng)分解成模塊，設(shè)計以這些模塊功能作為子任務(wù)的課程體系，使得每個任務(wù)的目標(biāo)更為明確。同時，通過制定和實施有效的評價體系，有效評估學(xué)生真正的實踐技能。

2.1 課程定位

嵌入式微控制器課程是為拓展學(xué)生的專業(yè)知識和技能而開設(shè)的一門培養(yǎng)學(xué)生物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)技術(shù)集成能力的專業(yè)課程，培養(yǎng)學(xué)生具備物聯(lián)網(wǎng)嵌入式系統(tǒng)整合能力、程序語言設(shè)計能力、產(chǎn)品應(yīng)用導(dǎo)向能力，使學(xué)生具備理論聯(lián)系實際、運用所學(xué)知識發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力，為今后從事物聯(lián)網(wǎng)智能系統(tǒng)的安裝和調(diào)試、終端產(chǎn)品的軟硬件測試和開發(fā)打下基礎(chǔ)。

2.2 課程硬件系統(tǒng)

本課程采用專業(yè)團隊自主開發(fā)的智能家居嵌入式實訓(xùn)平臺，相關(guān)硬件資源如圖1所示。與傳統(tǒng)的STM32開發(fā)板不同，該實訓(xùn)平臺可以通過WiFi和GPRS無線通信模塊與物聯(lián)網(wǎng)云端連接，并能與本地ZigBee協(xié)調(diào)器組成網(wǎng)關(guān)，實現(xiàn)遠(yuǎn)程和近距離組網(wǎng)通信，最終能夠使學(xué)生真實體驗基于STM32微控制器的物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)軟硬件設(shè)計調(diào)試全過程，并為后續(xù)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和安卓APP開發(fā)等課程打好堅實基礎(chǔ)。

圖1 智能家居實訓(xùn)平臺硬件資源

此外，該硬件平臺引出了所有的STM32微控制器GPIO引腳，預(yù)留通用擴展接口區(qū)，學(xué)生可根據(jù)智能家居項目的實際情況，創(chuàng)新性地設(shè)計連接其他外圍傳感器電路模塊，打破原來項目配套硬件的限制，解決了智能家居項目內(nèi)容不斷更新的問題，使嵌入式微控制器課程的項目開展更具靈活性。在實訓(xùn)平臺上，學(xué)生能夠結(jié)合課堂所學(xué)，實現(xiàn)自己設(shè)計和搭建硬件電路。

2.3 課程教學(xué)內(nèi)容

在教學(xué)內(nèi)容上，根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的特點，在課程標(biāo)準(zhǔn)中著重突出STM32微控制器與外圍驅(qū)動電路的設(shè)計方法，并加大傳感器驅(qū)動程序操作實踐訓(xùn)練力度，注重對網(wǎng)絡(luò)和接口編程方面的技術(shù)技能的培養(yǎng)。在此基礎(chǔ)上，重構(gòu)原有課程教學(xué)內(nèi)容，將傳感器、單片機、移動終端開發(fā)等課程中與物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的內(nèi)容進行提取、歸納和整合，并將其融入到智能家居項目中，重新設(shè)計后的課程教學(xué)項目內(nèi)容如圖2所示。

圖2 課程教學(xué)內(nèi)容

在課程內(nèi)容的資源上，建設(shè)與線下課程互為配套和補充的線上教學(xué)資源，包括基于自制實訓(xùn)平臺的教學(xué)視頻、覆蓋全部學(xué)時的多媒體課件和網(wǎng)絡(luò)答疑模塊，學(xué)生可以反復(fù)觀看、隨時學(xué)習(xí)、實時互動。同時，線上資源中加入大量的基于STM32微控制器的工業(yè)應(yīng)用案例庫和技能大賽真題，從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)主動性，培養(yǎng)課堂外的創(chuàng)新實踐能力，也為今后學(xué)生自主創(chuàng)業(yè)與各級各類技能大賽做好了人才儲備。

此外，課程采用意法半導(dǎo)體最新的開發(fā)軟件—STM32CUBEMX，它允許用戶使用圖形化界面直觀地對目標(biāo)微控制器的引腳、時鐘等進行初始化配置，快速生成程序架構(gòu)，并在Keil-MDK上進行二次開發(fā)，大大降低了使用門檻，非常適合有一定單片機基礎(chǔ)的高職學(xué)生使用。

2.4 評價體系

傳統(tǒng)的評價體系已經(jīng)無法滿足企業(yè)對嵌入式微控制器領(lǐng)域人才的需求，本課程摒棄過去以終結(jié)性考核為主的評價方式，通過校企共同設(shè)計考核標(biāo)準(zhǔn)，建立多元化評價體系，突出項目展示和匯報環(huán)節(jié)，由課程相關(guān)老師、企業(yè)專家、小組互評進行成果的點評和分析，重點考核課后拓展任務(wù)完成情況，孵化創(chuàng)新性的應(yīng)用。對于小組課后基于STM32嵌入式微控制器設(shè)計開發(fā)的項目參加校級以上各類大賽獲獎的，給予直接認(rèn)定課程成績。為學(xué)生應(yīng)用課堂知識解決實際問題和開拓實踐創(chuàng)新設(shè)計提供了一個很好的外部評價空間，充分調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

3 結(jié) 語

通過以成熟的物聯(lián)網(wǎng)智能家居為載體的高職物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)嵌入式微控制器課程改革，構(gòu)建STM32微控制器課程項目的教學(xué)體系，創(chuàng)新自制實訓(xùn)平臺，改變評價體系的思路，明確了教學(xué)的方向，充分調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情，讓學(xué)生充分融入到項目的設(shè)計和開發(fā)中，使學(xué)生對嵌入式微控制器在物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品上的技術(shù)應(yīng)用有了更深入的了解。

實踐證明，該課程改革取得了良好的效果，學(xué)生在各級各類雙創(chuàng)大賽和嵌入式技能大賽中均取得了優(yōu)異成績，學(xué)生制作的智能家居控制系統(tǒng)在全國物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新應(yīng)用大賽中獲得一等獎，學(xué)生能很好地學(xué)習(xí)和理解STM32處理器作用和性能，正確掌握物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域嵌入式產(chǎn)品開發(fā)較為合理的方案，相關(guān)畢業(yè)生受到用人企業(yè)的一致肯定。