張全長 仇與同 陳征

摘? 要：單片機(jī)原理及應(yīng)用是能源與動力工程專業(yè)課程體系中的重要課程，是聯(lián)系理論與實踐的橋梁。通過分析課程專業(yè)特點和具體內(nèi)容，結(jié)合OBE理念，對專業(yè)課程單片機(jī)原理及應(yīng)用進(jìn)行探討。通過將發(fā)展歷史注入課程教學(xué)、將思政元素融入教學(xué)設(shè)計、將課程思政結(jié)合教學(xué)模式三方面內(nèi)容，講述單片機(jī)技術(shù)發(fā)展歷史引發(fā)學(xué)生思考。將知識點與思政元素融合并對授課形式進(jìn)行創(chuàng)新，對單片機(jī)原理及應(yīng)用課程提出有關(guān)思政教育與授課教學(xué)有機(jī)融合的具體改革措施，積極探索提高學(xué)生思想覺悟與能力才干的實現(xiàn)方法，為能源與動力工程專業(yè)思政建設(shè)與課程教學(xué)提供參考。

關(guān)鍵詞：課程思政；單片機(jī)；教學(xué)模式；思政元素；課程教學(xué)

中圖分類號：G641? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2024）20-0193-04

Abstract： The Principle and Application of Single Chip Microcomputer is an important course in the curriculum system of energy and power engineering， and it is a bridge between theory and practice. By analyzing the characteristics and concrete content of the Principle and Application of Single Chip Microcomputer， the article explored the course combining with the concept of OBE. By incorporating the historical development of microcontroller technology into curriculum instruction， integrating ideological and political elements into instructional design， and combining curriculum ideology with teaching methods， the history of microcontroller technology development is used to provoke student reflection. This involves merging key concepts with ideological and political elements， innovating teaching styles， and proposing specific reform measures for the integration of ideological and educational principles in the teaching of the course Principles and Applications of Microcontrollers. This proactive exploration aims to enhance ideological awareness and capabilities of the students， providing a reference for the integration of ideological education with teaching practices in the establishment of ideological and political principles within the field of energy and power engineering and curriculum instruction.

Keywords： curriculum ideology and politics; single-chip microcomputer; teaching models; ideological and political elements; curriculum teaching

“國有賢良之士眾，則國家之治厚；賢良之士寡，則國家之治薄?！痹缭趦汕Ф嗄昵澳泳驼J(rèn)識到了人才對于國家發(fā)展的意義，而大學(xué)正是當(dāng)今培養(yǎng)人才的前沿陣地之一?！陡叩葘W(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》指出，“所有高校、所有教師、所有課程都承擔(dān)好育人責(zé)任”“各類課程與思政課程同向同行”[1]。因此，要將本專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)和課程特點相結(jié)合，在保證教育教學(xué)工作質(zhì)量的基礎(chǔ)之上，從課程涉及的專業(yè)、行業(yè)、國家、國際和文化等角度深入挖掘精神內(nèi)涵和思想價值，將思政教育融入教學(xué)實踐。通過有深度、有溫度、有態(tài)度的課程思政建設(shè)培育愛國情懷深厚、專業(yè)知識扎實的有用人才， 為社會主義現(xiàn)代化建設(shè)和中華民族偉大復(fù)興添磚加瓦。

一? 單片機(jī)原理及應(yīng)用課程思政建設(shè)的意義

單片機(jī)原理及應(yīng)用是一門為能源與動力工程專業(yè)高年級學(xué)生開設(shè)的專業(yè)選修課程，目的在于通過對51單片機(jī)的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握單片機(jī)內(nèi)部運行原理、單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)及原理、單片機(jī)內(nèi)部資源的應(yīng)用及片外擴(kuò)展等知識[2-3]，培養(yǎng)應(yīng)用與動手實踐的能力。通過對專業(yè)基礎(chǔ)課程及核心課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生有了一定的知識儲備和較為完善的理論框架。單片機(jī)原理及應(yīng)用課程的開設(shè)能夠培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和實操能力[4]。

習(xí)近平總書記在《堅決破除制約教育事業(yè)發(fā)展的體制機(jī)制障礙》一文中提到：“推進(jìn)產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新，積極投身實施創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略，著重培養(yǎng)創(chuàng)新型、復(fù)合型、應(yīng)用型人才。[5]”五四運動中對“賽先生”的呼喚和尋找從未遠(yuǎn)去，經(jīng)過一百多年的發(fā)展，“賽先生”的內(nèi)涵之一就是勇攀高峰、敢為人先的創(chuàng)新精神，當(dāng)今許多科研工作者和企業(yè)都是創(chuàng)新精神的踐行者。中國“天眼之父”南仁東為射電望遠(yuǎn)鏡的建造做出卓越貢獻(xiàn)；屠呦呦成功提取青蒿素使瘧疾防治取得重大進(jìn)步；華為面對嚴(yán)峻的國內(nèi)外形勢仍然堅持自主創(chuàng)新，取得了一系列成果。

單片機(jī)原理與應(yīng)用課程兼具理論學(xué)習(xí)和實驗操作兩方面內(nèi)容，能源與動力工程作為工科專業(yè)，重要的是將理論知識結(jié)合到應(yīng)用中，進(jìn)一步培育創(chuàng)新思維，提升學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。單片機(jī)是一種集成電路芯片，采用超大規(guī)模技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力（如算術(shù)運算、邏輯運算、數(shù)據(jù)傳送和中斷處理）的微處理器、隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器、只讀程序存儲器、輸入輸出電路，可能還包括的定時計數(shù)器、串行通信口、顯示驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路及A/D轉(zhuǎn)換器等電路集成到一塊芯片上，構(gòu)成一個最小的完善計算機(jī)系統(tǒng)。單片機(jī)作為一種用于控制的芯片，配合一些外設(shè)芯片及執(zhí)行器便可在軟件的控制下準(zhǔn)確、迅速、高效地完成程序設(shè)計者事先設(shè)定的任務(wù)。通過這門課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生可將學(xué)習(xí)到的理論知識應(yīng)用到實踐中[6]。當(dāng)今社會已進(jìn)入電氣時代，對設(shè)備的控制已無處不在，如能源方面的空調(diào)、鍋爐，動力方面的發(fā)動機(jī)、電機(jī)，都需要精準(zhǔn)的控制才能使其安全穩(wěn)定的運行。在生產(chǎn)中，控制系統(tǒng)是產(chǎn)品中關(guān)鍵的一部分；在科學(xué)研究中，控制是實現(xiàn)想法的關(guān)鍵工具。不論未來學(xué)生選擇繼續(xù)深造，還是走上工作崗位，這門課程都充當(dāng)著聯(lián)系理論與實踐的橋梁[7-8]。

為黨育人、為國育才明確了人才培養(yǎng)的政治要求和價值導(dǎo)向，因此在教學(xué)的知識目標(biāo)和能力目標(biāo)之外，價值目標(biāo)也同樣重要。以為國家培養(yǎng)有用人才為導(dǎo)向，深入挖掘課程的思想價值確立了價值目標(biāo)：胸懷祖國，文化自信，辯證唯物主義，敢于實踐、嚴(yán)謹(jǐn)求實，團(tuán)結(jié)協(xié)作、互相協(xié)同。在一些歐美國家領(lǐng)先的領(lǐng)域，如發(fā)動機(jī)，發(fā)動機(jī)控制正是其中的重要一環(huán)；在我國領(lǐng)先且大力發(fā)展的領(lǐng)域，如電動汽車，電控正是其核心之一，我國需要大量控制方面的人才來打破傳統(tǒng)行業(yè)的西方壟斷，鞏固新興領(lǐng)域的領(lǐng)先位置。學(xué)生時期是世界觀逐漸成熟的階段，也更容易受到虛假信息的影響，課堂上通過講述老師自身的科研項目及項目經(jīng)歷與課程知識相結(jié)合，不僅能夠讓同學(xué)更快地吸收理解知識，也能引導(dǎo)學(xué)生追求科學(xué)真理、勇于探索，培養(yǎng)精益求精的大國工匠精神。將課程知識與國家戰(zhàn)略發(fā)展結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)心國家大事，激發(fā)學(xué)生科技報國的家國情懷和使命擔(dān)當(dāng)[9]。

二? 單片機(jī)原理及應(yīng)用思政建設(shè)的途徑

（一）? 發(fā)展歷史注入課程教學(xué)

1971年，英特爾公司首次將單片機(jī)概念實現(xiàn)并推出了第一款商用微處理器4004，盡管4004還不是具有完整功能的現(xiàn)代概念的單片機(jī)，但它開創(chuàng)了將計算能力集成到一塊芯片上的先河。1974年，德州儀器推出的TMS 1000集成了CPU、ROM、RAM及I/O口等，這被認(rèn)為是第一款真正意義上的單片機(jī)，標(biāo)志著單片機(jī)時代的開啟。1980年代，伴隨著技術(shù)進(jìn)步，如Atmel、Microchip等多家公司也開始加入設(shè)計制造單片機(jī)，隨著制造工藝的提高，單片機(jī)的性能、產(chǎn)量也都有了大幅提升，隨之價格也更加親民，更多的普通民眾也享受到了單片機(jī)帶來的便利，在家用電器、汽車電子等領(lǐng)域，單片機(jī)均得到了廣泛應(yīng)用。20世紀(jì)90年代，單片機(jī)的功能更加強(qiáng)大，集成度更高，面對不同的應(yīng)用場景，單片機(jī)的種類也更加豐富，如高性能單片機(jī)等，而ARM架構(gòu)的誕生也使ARM架構(gòu)的單片機(jī)成為了嵌入式系統(tǒng)的首選[10-11]。在2000年以前，中國大陸自己的單片機(jī)設(shè)計生產(chǎn)是一片空白，而國家注意到了單片機(jī)在未來工業(yè)控制、移動設(shè)備等諸多領(lǐng)域中將起到的重要作用，在1998年正式把“微控制器（MCU）系列產(chǎn)品開發(fā)及應(yīng)用”作為國家重點科技攻關(guān)項目。在中國工程院院士許居衍帶領(lǐng)下，我國快速攻克單片機(jī)的一系列問題并實現(xiàn)了量產(chǎn)化，在單片機(jī)市場中占有了自己的一席之地[12]。單片機(jī)是20世紀(jì)70年代的產(chǎn)物，雖然歐美國家在這一領(lǐng)域具有先發(fā)優(yōu)勢，但我國科學(xué)家憑借取長補短及艱苦卓絕的奮斗精神攻克了單片機(jī)的設(shè)計制造，在課程教學(xué)過程中將單片機(jī)的發(fā)展歷史注入其中，提醒同學(xué)不要妄自菲薄，而要具有國際視野和創(chuàng)新精神，從社會主義先進(jìn)文化中汲取養(yǎng)分，在文化的滋養(yǎng)中堅定自信，做理想遠(yuǎn)大、信念堅定的模范，通過科學(xué)方法論使自己成為創(chuàng)新型、復(fù)合型、應(yīng)用型人才。

（二）? 課程思政融入教學(xué)設(shè)計

教育部印發(fā)的《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》中指出，工學(xué)類專業(yè)課程，要注重強(qiáng)化學(xué)生工程倫理教育，培養(yǎng)學(xué)生精益求精的大國工匠精神，激發(fā)學(xué)生科技報國的家國情懷和使命擔(dān)當(dāng)[1]。新中國成立以來，一代代科研人員都秉持自力更生的理念，決心改變過去近百年來中國科學(xué)技術(shù)落后的面貌。在七十余年的新中國史上，從第一顆原子彈、第一顆人造衛(wèi)星、第一輛自主生產(chǎn)的汽車到第一艘國產(chǎn)航母、第一艘載人深潛器……這無數(shù)個從0到1、從追趕到超越的進(jìn)步，都離不開科研工作者和工程人員的辛勞與汗水。單片機(jī)是連接理論和應(yīng)用的橋梁，其在尖端武器、航空航天、汽車電子設(shè)備和國防軍事等領(lǐng)域均起著重要作用。

在本課程教學(xué)中將思政元素融入其中，見表1。通過將知識點與經(jīng)典案例相結(jié)合的方式，使學(xué)生在學(xué)習(xí)知識的同時培養(yǎng)其文化自信、社會責(zé)任感及家國情懷[13-14]。

（三）? 課程思政結(jié)合教學(xué)模式

目前單片機(jī)教材上使用的案例代碼都是用匯編語言進(jìn)行編程的，而匯編語言是二十年前的通用編程語言，由于匯編語言學(xué)習(xí)難度大、可移植性差等原因，因此在授課過程中，采用C語言進(jìn)行教學(xué)，同時使用開發(fā)板進(jìn)行現(xiàn)場演示。開發(fā)板上具有單片機(jī)最小系統(tǒng)及入門級的一些外設(shè)如LED燈、按鍵等。通過將案例代碼燒寫入開發(fā)板的單片機(jī)中，開發(fā)板上的外設(shè)便可按照程序進(jìn)行執(zhí)行。如在教授第二章89C51/S51單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)和原理中關(guān)于I/O口控制的內(nèi)容時，便可通過C語言在編譯軟件中進(jìn)行編程，并燒寫入單片機(jī)中，單片機(jī)就會控制LED燈進(jìn)行亮滅，這樣學(xué)生可以直觀地感受到每一行代碼的作用，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。再讓學(xué)生對代碼進(jìn)行更改，如改變LED燈亮滅頻率、控制其他的LED燈亮滅燈，讓同學(xué)上臺演示，強(qiáng)化學(xué)生對I/O口定義及應(yīng)用的理解，使學(xué)生鍛煉自主思考的能力。

課后組織學(xué)生以每八人為一組分批次進(jìn)行小班討論課，給同學(xué)一定的時間思考，自己編寫一個程序，并燒寫入開發(fā)板中觀察現(xiàn)象。例如在講授第三章中斷系統(tǒng)后，讓同學(xué)自己編程通過配置中斷寄存器控制LED燈亮滅，如果編程或者燒寫過程中遇到問題可以隨時向老師提問并解決問題，這不僅有利于學(xué)生消化課程上所學(xué)的理論知識、激發(fā)學(xué)習(xí)興趣及學(xué)習(xí)動力，也有利于鍛煉思維能力。

在課程中，將老師的項目經(jīng)歷融入到知識點中，使學(xué)生清楚地理解理論知識如何在實踐中應(yīng)用[15-17]，例如，講授第八章系統(tǒng)實用程序時，通過PT100溫度傳感器進(jìn)行舉例，在實驗過程中需要測量溫度數(shù)據(jù)時，PT100傳感器經(jīng)常被使用。首先講解PT100的測量原理，以及如何通過元器件搭配實現(xiàn)將溫度轉(zhuǎn)換為電壓值，再講授軟件代碼編寫，這樣學(xué)生可以更全面地理解單片機(jī)內(nèi)部各種寄存器的配置，引導(dǎo)學(xué)生建立科學(xué)世界觀及方法論及嚴(yán)謹(jǐn)求實的科學(xué)態(tài)度。

嵌入式系統(tǒng)是實現(xiàn)某些特定功能的專用設(shè)備，單片機(jī)是其中的核心，除此之外單片機(jī)還需要配備一些外設(shè)芯片才能實現(xiàn)控制某些目標(biāo)的特定功能。只懂得單片機(jī)編程而不懂得硬件設(shè)計就會受制于人，就如同我國被西方在某些關(guān)鍵領(lǐng)域“卡脖子”一樣。通過單片機(jī)最小系統(tǒng)PCB設(shè)計的演示，講授關(guān)于電路板設(shè)計的基本操作方法，這有利于學(xué)生將整個嵌入式系統(tǒng)的工作方式形成體系，引導(dǎo)學(xué)生追求精益求精的探索精神，關(guān)注國家戰(zhàn)略，培養(yǎng)學(xué)生具有使命擔(dān)當(dāng)。

通過噴油器噴油、火花塞點火、直流無刷電機(jī)驅(qū)動實驗配合課程教學(xué)，讓學(xué)生自己動手焊接實現(xiàn)特定功能的電路板，并講解其中的電路原理及電路結(jié)構(gòu)，在實現(xiàn)基礎(chǔ)功能后通過改寫基礎(chǔ)代碼實現(xiàn)其他功能，使學(xué)生更充分吸收課程知識，將理論與實踐相結(jié)合，培養(yǎng)創(chuàng)新型、復(fù)合型、應(yīng)用型人才。噴油器噴油、火花塞點火、直流無刷電機(jī)驅(qū)動分別是傳統(tǒng)燃油汽車和新能源汽車中的關(guān)鍵組成部分，借助實驗使學(xué)生充分了解被“卡脖子”行業(yè)所面臨的困境與機(jī)遇，以及新型產(chǎn)業(yè)發(fā)展與挑戰(zhàn)，激發(fā)學(xué)生的社會責(zé)任感、家國情懷，增強(qiáng)對黨的戰(zhàn)略的政治認(rèn)同、思想認(rèn)同、情感認(rèn)同，培養(yǎng)艱苦奮斗的大國工匠精神。

傳統(tǒng)期末考試主要是考察學(xué)生關(guān)于概念的掌握情況，單片機(jī)技術(shù)是理論實踐的工具，是一門注重應(yīng)用的課程，單片機(jī)代碼編寫過程中需要思維敏捷活躍。期末考試應(yīng)注重對單片機(jī)使用方法的考察，單純對概念的掌握不能代表會熟練使用單片機(jī)。將期末考試內(nèi)容分為概念題與編程題兩部分，概念題占比較小。編程題中，根據(jù)國家近期發(fā)生的重大科技進(jìn)步事件，提取其中單片機(jī)參與的部分，將其工作過程進(jìn)行簡化，編寫出適合學(xué)生作答的題目，并將思政元素融入題目中，在答題過程中引導(dǎo)學(xué)生對自身思想政治方面的思考，在潛移默化中將自身提高與國家科技進(jìn)步相結(jié)合，將個人價值實現(xiàn)與國家戰(zhàn)略相聯(lián)系，增強(qiáng)學(xué)生的社會責(zé)任感，培養(yǎng)大國工匠精神。同時在對開放性題目的思考過程中，鍛煉學(xué)生以科學(xué)方法論為基礎(chǔ)的思維方式，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)求實、勇攀高峰、敢為人先的創(chuàng)新精神。

三? 結(jié)束語

單片機(jī)原理及應(yīng)用課程將理論知識、實驗操作、思政教育三者有機(jī)結(jié)合，將價值觀培養(yǎng)融入課堂教學(xué)，深入挖掘課程內(nèi)容中的思政內(nèi)涵，逐漸形成具有專業(yè)特點和工科特色的課程思政教學(xué)。課程思政建設(shè)是長期性、系統(tǒng)性的任務(wù)，教師在教學(xué)過程中應(yīng)該牢記人才培養(yǎng)的使命職責(zé)，不斷提升教學(xué)質(zhì)量，將價值觀培養(yǎng)放在和知識能力培養(yǎng)同等重要的位置上。

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基金項目：2021年度湖南省學(xué)位與研究生教學(xué)改革研究項目“強(qiáng)化能源動力類研究生實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)的實踐與探索”（2021JGYB044）

第一作者簡介：張全長（1981-），男，漢族，山東菏澤人，博士，副教授。研究方向為能源與動力工程專業(yè)的教學(xué)與科研。