基于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)的單片機(jī)課程改革

摘 要：為促進(jìn)單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)中的改革，文章將物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)作為基礎(chǔ)，通過單片機(jī)技術(shù)的分階段教學(xué)，設(shè)計(jì)了基礎(chǔ)教學(xué)和課程設(shè)計(jì)兩部分內(nèi)容，并針對課程教學(xué)內(nèi)容的“聯(lián)網(wǎng)”特性、教學(xué)模式的“混合”特性，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、教學(xué)評價(jià)方式的重構(gòu)三個(gè)方面闡述了教學(xué)改革的具體思路。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng);單片機(jī);基礎(chǔ)教學(xué);課程設(shè)計(jì)

中圖分類號：TP311

文章編號：2095-624X（2019）24-0132-02

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，其應(yīng)用也越來越廣泛，并在多個(gè)行業(yè)領(lǐng)域中發(fā)揮著重要的作用，同時(shí)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也受到了科研機(jī)構(gòu)及高等學(xué)校的關(guān)注。隨著物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程的加速，社會對相關(guān)專業(yè)的人才需求量也在不斷增加，很多高校都開設(shè)了物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)相關(guān)專業(yè)，培養(yǎng)物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)型人才并配置相應(yīng)技術(shù)的專業(yè)課程。單片機(jī)作為物聯(lián)網(wǎng)底層最為重要的技術(shù)之一，同時(shí)也是應(yīng)用最為廣泛的嵌入式系統(tǒng)，因此，單片機(jī)課程也就理所當(dāng)然地成為高校物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)核心課程[1]。然而我國還有很多高校，尤其是高職院校，在單片機(jī)教學(xué)中還停留在51系列的單片機(jī)上，這顯然已經(jīng)跟不上物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的步伐，此外，部分單片機(jī)的教學(xué)內(nèi)容和方法也與現(xiàn)代教育的要求和發(fā)展不相適應(yīng)。所以在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代背景下，如何將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在單片機(jī)教學(xué)中進(jìn)行合理的應(yīng)用，提高高校單片機(jī)的教學(xué)質(zhì)量，是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)單片機(jī)課程改革需要研究和解決的重要問題。

一、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概述

1.概念及簡介

嵌入式系統(tǒng)、SOC單片機(jī)以及無線通信模塊和傳感器構(gòu)成物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的末端或節(jié)點(diǎn)。利用節(jié)點(diǎn)來收集待管理對象的基本屬性、環(huán)境及其自身狀況的信息，并對新信息進(jìn)行融合，再向信息處理中心轉(zhuǎn)發(fā)。執(zhí)行節(jié)點(diǎn)完成對物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)高層信息管理和控制的任務(wù)，物聯(lián)網(wǎng)由若干的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)來構(gòu)成，而微處理器則是網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的核心部分。

2.單片機(jī)教學(xué)現(xiàn)狀及改革

目前，大部分高校，無論是研究型還是職業(yè)型，單片機(jī)課程三分之二以上的課時(shí)都在講授理論，以教師講學(xué)生聽為主要教學(xué)模式，實(shí)踐課程較少，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)難以覆蓋單片機(jī)的全部功能，有時(shí)甚至學(xué)生學(xué)完單片機(jī)課程后都沒有實(shí)際接觸過單片機(jī)，僅有的一部分實(shí)踐課全部使用軟件模擬仿真。這樣的教學(xué)方式使得學(xué)生很難在抽象的理論知識下對單片機(jī)有一個(gè)感性、全面的認(rèn)知。并且大多數(shù)高校的單片機(jī)課程仍然使用51單片機(jī)作為教學(xué)單片機(jī)，雖然51單片機(jī)具有功能簡單、容易上手、教學(xué)資源豐富等優(yōu)點(diǎn)，但是其技術(shù)老舊，硬件資源匱乏，無法代表當(dāng)前單片機(jī)最新發(fā)展的成果和趨勢。在當(dāng)前嵌入式開發(fā)技術(shù)領(lǐng)域中，單片機(jī)種類繁多，傳統(tǒng)的51單片機(jī)已經(jīng)沒有明顯的應(yīng)用優(yōu)勢，如果在教學(xué)中仍只使用51系列，學(xué)生在完成單片機(jī)課程的學(xué)習(xí)以后，在工作崗位上如果需要使用其他型號的單片機(jī)，則他們還需要較長的時(shí)間去重新學(xué)習(xí)和適應(yīng)。在單片機(jī)實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)的教學(xué)中，大部分教師使用的都是仿真軟件或現(xiàn)成的實(shí)驗(yàn)箱，實(shí)驗(yàn)功能限定了范圍，不可擴(kuò)展，同時(shí)硬件線路的設(shè)計(jì)和搭建基本不需學(xué)生動手，只需完成單片機(jī)程序的編寫即可，課程教學(xué)偏重于軟件而輕視硬件。這樣在教學(xué)中就無法訓(xùn)練學(xué)生與單片機(jī)開發(fā)相關(guān)的硬件方面的設(shè)計(jì)和調(diào)試。

二、單片機(jī)課程與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融合的必要性

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，我國已經(jīng)進(jìn)入了物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)化的時(shí)代，廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)院（以下簡稱我校）物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)的在讀學(xué)生也在不斷地增加，這為該專業(yè)單片機(jī)的教學(xué)提供了發(fā)展契機(jī)，同時(shí)也帶來了巨大的壓力和挑戰(zhàn)。從院校傳統(tǒng)單片機(jī)教學(xué)中存在的問題中可以很清楚地看到，單片機(jī)教學(xué)的改革是院校教育發(fā)展的必然要求，是為社會培養(yǎng)高技術(shù)專業(yè)人才的需求。我校對物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)也是要求能鍛煉出熟悉物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)應(yīng)用技術(shù)、專業(yè)理念和實(shí)踐操作的人才。物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的教學(xué)一般由基礎(chǔ)課程、專業(yè)核心課程和實(shí)訓(xùn)開發(fā)三部分組成。目前單片機(jī)教學(xué)改革仍然是在傳感器、嵌入式等基礎(chǔ)課程的基礎(chǔ)之上進(jìn)行改進(jìn)，而對于專業(yè)核心課程的結(jié)合改革較少。對于嵌入式微處理器，可將其作為網(wǎng)關(guān)，對其所具有的作用加以強(qiáng)調(diào)。因此高校針對物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)的單片機(jī)教學(xué)改革也就刻不容緩。

三、教學(xué)改革的思路及方法

1.教學(xué)改革內(nèi)容

與傳統(tǒng)的單片機(jī)教學(xué)不同，“單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)”課堂教學(xué)一共54個(gè)學(xué)時(shí)，教師在54個(gè)學(xué)時(shí)中大部分時(shí)間主要講述80C51單片機(jī)編程指令的相關(guān)內(nèi)容，并且對單片機(jī)循環(huán)和分支程序設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行了著重的講解，將單片機(jī)中C語言程序設(shè)計(jì)和物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)知識教學(xué)內(nèi)容增加到課堂教學(xué)內(nèi)容當(dāng)中，并且對單片機(jī)的常用接口設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行重點(diǎn)講解，合理設(shè)計(jì)課堂教學(xué)內(nèi)容，科學(xué)安排教學(xué)課時(shí)。單片機(jī)的課堂教學(xué)包括20學(xué)時(shí)的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程，主要是為了幫助學(xué)生對80C51單片機(jī)的基礎(chǔ)編程方法進(jìn)行有效掌握，讓學(xué)生能夠使用80C51單片機(jī)內(nèi)的各個(gè)片內(nèi)接口[2]。在開展實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，需要將兩個(gè)人劃分為一組，利用80C51單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱來進(jìn)行編程，編程主要采用C語言來完成。在上述的基礎(chǔ)階段都完成之后就需要對課程設(shè)計(jì)階段進(jìn)行合理的安排，在課程設(shè)計(jì)的72課時(shí)中，任課教師需要讓學(xué)生自行選擇分組和題目，利用相關(guān)的物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)知識來完成以80C51單片機(jī)為基礎(chǔ)的課程設(shè)計(jì)作品（如完成實(shí)訓(xùn)室噪音的實(shí)時(shí)監(jiān)測），不占用過多的課堂教學(xué)實(shí)踐。但是教師需要將項(xiàng)目責(zé)任制作為開展課程設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)，讓3～4名學(xué)生組合完成設(shè)計(jì)作品，每個(gè)小組選出一個(gè)組長來負(fù)責(zé)整體的協(xié)調(diào)工作，并且需要將不同的任務(wù)劃分給每個(gè)組員，最后對整體的實(shí)物作品進(jìn)行科學(xué)的整合，以此來鍛煉學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作能力，提高學(xué)生的團(tuán)隊(duì)精神。

2.教學(xué)改革方法

（1）設(shè)定教學(xué)內(nèi)容，改革教學(xué)方法。在單片機(jī)的教學(xué)中應(yīng)該以物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用為基礎(chǔ)，強(qiáng)調(diào)物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)、無線通信、數(shù)據(jù)采集和信息傳送等專業(yè)基礎(chǔ)知識。教師可選擇無線SOC單片機(jī)來繼承和補(bǔ)充傳統(tǒng)單片機(jī)在教學(xué)中的基礎(chǔ)知識，應(yīng)用ZigBee協(xié)議棧，通過實(shí)際案例講授協(xié)議棧的各層實(shí)現(xiàn)原理。

教學(xué)方法要深入進(jìn)行改革，突出重點(diǎn)。對于傳統(tǒng)單片機(jī)部分的教學(xué)，理論教學(xué)要配合實(shí)際案例，教師可創(chuàng)設(shè)一定的情境，設(shè)立任務(wù)，以完成任務(wù)為目標(biāo)，進(jìn)行單片機(jī)教學(xué)的實(shí)施。需要注意的是，任務(wù)的確立要以物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用為背景，強(qiáng)調(diào)物聯(lián)網(wǎng)中數(shù)據(jù)的采集和傳送以及無線通信的知識點(diǎn)，開發(fā)背景的構(gòu)造要具有實(shí)用性。對于無線通信部分的教學(xué)，理論講授方面可適當(dāng)?shù)販p少，而相應(yīng)地增加無線通信方面的實(shí)際應(yīng)用，讓學(xué)生更加直觀地對其進(jìn)行認(rèn)識。對于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議部分的教學(xué)，以ZigBee為本，以Keil等開發(fā)系統(tǒng)中用C語言書寫的ZigBee協(xié)議棧程序?yàn)榫唧w對象，將教學(xué)重點(diǎn)放在應(yīng)用層開發(fā)的具體流程以及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫螒B(tài)的設(shè)置方面，由簡入深，循序漸進(jìn)地向星型網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建過渡。

（2）構(gòu)建實(shí)驗(yàn)平臺，加強(qiáng)教學(xué)實(shí)踐。對于單片機(jī)的教學(xué)，不能僅限于課堂上的理論講授，還要加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)，通過學(xué)生的親自參與，讓學(xué)生更加具體、更加直觀地對單片機(jī)技術(shù)加強(qiáng)認(rèn)知和理解。構(gòu)建實(shí)驗(yàn)平臺，首先要更新單片機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，選擇新型的無線SOPC單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱，同時(shí)為了能夠與原實(shí)驗(yàn)兼容，為代碼移植提供方便，可使用Keil/IAR的編譯開發(fā)平臺。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括SOC單片機(jī)的基礎(chǔ)硬件實(shí)驗(yàn)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實(shí)驗(yàn)和綜合實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)的時(shí)間方面適當(dāng)加以延長，對實(shí)驗(yàn)形式進(jìn)行靈活合理的配置，以打造開放性實(shí)驗(yàn)室為最終目的。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，要以綜合性實(shí)驗(yàn)為重點(diǎn)，鼓勵學(xué)生親自參與，自主創(chuàng)新，教師給予適當(dāng)?shù)闹笇?dǎo)和幫助。鑒于單片機(jī)技術(shù)的實(shí)踐性特點(diǎn)，增強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)對于提高教學(xué)質(zhì)量，達(dá)到理想的教學(xué)效果是十分必要的。實(shí)踐教學(xué)可通過專業(yè)課程設(shè)計(jì)、各類競賽、各種實(shí)踐活動的形式來體現(xiàn)，將多種方式相結(jié)合，力爭為學(xué)生創(chuàng)造更多的鍛煉機(jī)會、實(shí)踐機(jī)會，以提高學(xué)生的實(shí)踐能力。需要注意的是，實(shí)踐教學(xué)的開展要建立在市場需要的基礎(chǔ)之上，以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和開發(fā)設(shè)計(jì)能力為目標(biāo)。

四、結(jié)語

在新改革的單片機(jī)教學(xué)過程中，除了簡單地教學(xué)，我們還要進(jìn)行實(shí)踐，讓學(xué)生在掌握知識的同時(shí)加以運(yùn)用，再融合先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，提高學(xué)生實(shí)際解決問題的能力。各大高校也樹立了培養(yǎng)社會型人才的目標(biāo)，樹立了新的教學(xué)理念，將教、學(xué)、做這三者融為一體，真正培養(yǎng)能為社會做出貢獻(xiàn)的人。

參考文獻(xiàn)：

[1]王憶.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在單片機(jī)教學(xué)中的應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)光盤軟件與應(yīng)用，2014（18）：54-55.

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基金項(xiàng)目：廣東省普通高校青年創(chuàng)新人才項(xiàng)目：大數(shù)據(jù)環(huán)境下基于物聯(lián)網(wǎng)的web服務(wù)選擇研究（2017GKQNCX033）;廣東省普通高校特色創(chuàng)新類項(xiàng)目（教育改革項(xiàng)目）：基于大數(shù)據(jù)的學(xué)生多元能力評價(jià)與職業(yè)傾向性研究—以廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)院物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)為例（2018GXJK339）;廣東省普通高校特色創(chuàng)新類項(xiàng)目：大數(shù)據(jù)環(huán)境下基于量子諧振子優(yōu)化算法的web服務(wù)選擇研究（2018GKTSCX089）。

作者簡介：劉鋒（1987—），男，湖南邵陽人，碩士，研究方向：物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算與嵌入式開發(fā)。