基于課程思政教育理念的單片機(jī)原理及其接口技術(shù)課程教學(xué)改革

崔冉 胡明 吳靜然

10.3969/j.issn.1671-489X.2020.21.089

摘? 要 以“單片機(jī)原理及其接口技術(shù)”課程為例，根據(jù)課程專業(yè)性、理論性、應(yīng)用性強(qiáng)的特點(diǎn)，挖掘知識(shí)點(diǎn)中蘊(yùn)含的思政元素，將思政元素融入課程教學(xué)，提升學(xué)生的思政素養(yǎng)，培養(yǎng)大學(xué)生成為有責(zé)任感、有擔(dān)當(dāng)?shù)墓た迫瞬拧?/p>

關(guān)鍵詞 課程思政;單片機(jī)原理及其接口技術(shù);思政教育;單片機(jī);教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642.0? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2020）21-0089-03

1 引言

單片機(jī)是20世紀(jì)70年代出現(xiàn)的一種超大規(guī)模集成電路芯片，它將計(jì)算機(jī)資源集成到一片芯片上，是單片微型計(jì)算機(jī)，英文簡稱為MCU（Micro Control Unit）。單片機(jī)自出現(xiàn)以來就具備了體積小、質(zhì)量輕、性價(jià)比高、易于學(xué)習(xí)和應(yīng)用的優(yōu)勢。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的不斷進(jìn)步，單片機(jī)的性能不斷完善，處理能力得到幾十倍的提升[1]。單片機(jī)的應(yīng)用已滲透到各個(gè)行業(yè)，如家用電器、醫(yī)療設(shè)備、汽車電子、導(dǎo)航系統(tǒng)等。21世紀(jì)是智能化時(shí)代，單片機(jī)仍然將是這一時(shí)代的應(yīng)用熱點(diǎn)。51單片機(jī)已進(jìn)入我國30多年，培養(yǎng)了幾十萬開發(fā)經(jīng)驗(yàn)豐富的單片機(jī)工程師，但是目前單片機(jī)人才的缺口仍然很大。培養(yǎng)應(yīng)用型單片機(jī)人才，特別是開發(fā)經(jīng)驗(yàn)豐富、掌握最新單片機(jī)技術(shù)的工程師，是新時(shí)代電子信息技術(shù)發(fā)展的迫切需求。同時(shí)，學(xué)習(xí)使用單片機(jī)也是了解計(jì)算機(jī)原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。

2014年，習(xí)近平總書記在北京大學(xué)師生座談會(huì)上的講話中指出：“‘才者，德之資也;德者，才之帥也。人才培養(yǎng)一定是育人和育才相統(tǒng)一的過程，而育人是本。人無德不立，育人的根本在于立德?！薄拌従撸鹩谌缰?，以就萬仞之深?！睘樯钊胴瀼厝珖咝Ｋ枷胝喂ぷ鲿?huì)議和全國教育大會(huì)精神，貫徹落實(shí)習(xí)近平總書記系列重要講話精神[2]，全國廣大高?；谡n程思政的教育理念深入推進(jìn)專業(yè)課程教學(xué)改革。

“單片機(jī)原理及其接口技術(shù)”是理工科電類專業(yè)的一門非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ)，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力具有重要作用。探索在“單片機(jī)原理及其接口技術(shù)”課程中融入思政教育，是提升學(xué)生專業(yè)素養(yǎng)，增強(qiáng)學(xué)生大局觀、責(zé)任感和民族自豪感的重要手段。

2 思政育人的目標(biāo)設(shè)計(jì)

“單片機(jī)原理及其接口技術(shù)”是理工科電類專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課，具有理論性、實(shí)踐性和應(yīng)用性強(qiáng)的特點(diǎn)。從多年的教學(xué)實(shí)踐及學(xué)生和教師的調(diào)研情況來看，這門課是非常重要的基礎(chǔ)課，通過對(duì)課程的學(xué)習(xí)，能夠讓學(xué)生對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)及設(shè)計(jì)產(chǎn)生清晰、系統(tǒng)、整體的認(rèn)識(shí)。本課程的核心目標(biāo)是提高學(xué)生的動(dòng)手能力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。更重要的是，本課程為電氣相關(guān)專業(yè)的智能機(jī)器人及自動(dòng)化后續(xù)課程的學(xué)習(xí)和創(chuàng)新實(shí)踐的開展奠定了必要的基礎(chǔ)。由于課程涉及單片機(jī)的基本概念、硬件結(jié)構(gòu)、匯編語言、C51語言、中斷系統(tǒng)、定時(shí)計(jì)數(shù)器、I/O口擴(kuò)展、AD轉(zhuǎn)換、串口及綜合程序設(shè)計(jì)，課時(shí)量大，內(nèi)容繁雜且概念抽象，課內(nèi)任務(wù)繁重，對(duì)部分學(xué)生來講晦澀難懂。因此，在課程教學(xué)中往往只注重課程知識(shí)的講解和相關(guān)題目的練習(xí)，鮮有思政元素，導(dǎo)致學(xué)生思政素養(yǎng)不足。思政育人有助于培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、奉獻(xiàn)精神和集體觀念，提升學(xué)生的人格品質(zhì)和思想境界，幫助學(xué)生端正價(jià)值取向，增強(qiáng)學(xué)生的家國情懷與民族自豪感。

單片機(jī)的原理和設(shè)計(jì)是現(xiàn)代系統(tǒng)設(shè)計(jì)的研究熱點(diǎn)。“單片機(jī)原理及其接口技術(shù)”是一門實(shí)踐性和實(shí)用性很強(qiáng)的課程，課程圍繞單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)、匯編語言、C51編程語言、軟硬件組合、外部資源調(diào)用等幾個(gè)方面展開，所涉及的內(nèi)容是前沿研究和技術(shù)應(yīng)用的基本理論、研究方法和具體實(shí)現(xiàn)。根據(jù)課程的特點(diǎn)，傳統(tǒng)的課程教學(xué)主要依賴于教師在課堂上講解理論知識(shí)，通過實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐訓(xùn)練促進(jìn)學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)加深理解，并引導(dǎo)學(xué)生將理論與實(shí)踐結(jié)合[3]。

“單片機(jī)原理及其接口技術(shù)”課程理論性較強(qiáng)，如何開展課程思政，挖掘潛在課程思想政治內(nèi)容是一個(gè)難題。本文結(jié)合單片機(jī)課程的特點(diǎn)、專業(yè)定位和教學(xué)模式，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行梳理，并與思想政治材料進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，豐富課程內(nèi)容，為教學(xué)與教育的一體化實(shí)施奠定基礎(chǔ)。下面，本文將對(duì)“單片機(jī)原理及其接口技術(shù)”課程思政元素的挖掘進(jìn)行深入探討。

3 思政元素的挖掘

培養(yǎng)民族自豪感，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣? 以課程緒論為培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的有力抓手，由教師介紹單片機(jī)在國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀、應(yīng)用領(lǐng)域、市場規(guī)模，引導(dǎo)學(xué)生通過查閱論文了解我國近幾年在該領(lǐng)域的研究進(jìn)度、現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢。以國內(nèi)宏晶公司生產(chǎn)的STC單片機(jī)為例，介紹STC15系列單片機(jī)與傳統(tǒng)51單片機(jī)的價(jià)格、技術(shù)和資源對(duì)比，彰顯國產(chǎn)單片機(jī)的優(yōu)勢，培養(yǎng)學(xué)生的民族自豪感、科技自信心及專業(yè)認(rèn)同感。

單片機(jī)系統(tǒng)相關(guān)實(shí)例及實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有可視化的特點(diǎn)，有一定的趣味性。在教學(xué)過程中，教師應(yīng)注重展示實(shí)例的運(yùn)行過程及效果，以單片機(jī)應(yīng)用實(shí)例為切入點(diǎn)，結(jié)合人工智能技術(shù)的應(yīng)用前景，展示單片機(jī)設(shè)計(jì)為日常生活帶來的便利，展現(xiàn)單片機(jī)技術(shù)對(duì)于生產(chǎn)生活的重要性，以加深學(xué)生對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)的理解，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)，端正價(jià)值取向? 在系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)踐教學(xué)中，將實(shí)踐技能培養(yǎng)與價(jià)值觀引導(dǎo)相結(jié)合，以工程應(yīng)用背景為基礎(chǔ)，以綜合實(shí)踐為載體，采用專題研討、團(tuán)隊(duì)合作、課程設(shè)計(jì)等方式，圍繞嚴(yán)謹(jǐn)、高效、協(xié)作、節(jié)能、安全等積極的價(jià)值取向開展實(shí)踐教學(xué)，在訓(xùn)練與鞏固專業(yè)技能的同時(shí)，提升學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力，培養(yǎng)學(xué)生的工程理念，增強(qiáng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感。

注重整體和部分關(guān)系? 單片機(jī)系統(tǒng)的整體運(yùn)行由各個(gè)硬件模塊及軟件語言協(xié)同工作完成，沒有各個(gè)硬件模塊部分，就沒有整體單片機(jī)系統(tǒng);沒有程序語言的命令，各個(gè)硬件模塊也無法協(xié)同工作。各硬件模塊及編寫的程序語言都是單片機(jī)系統(tǒng)這個(gè)整體的部分，整體和部分在事物中的地位和功能是不同的，也是互相關(guān)聯(lián)的，兩者不能分離，而是相互影響和制約。整體是由部分組成的，整體的功能依賴于各部分的功能;而部分又制約著整體，在一定的條件下，關(guān)鍵部分的性狀直接決定了整體的性狀。同時(shí)，部分是整體的部分，離開了整體，部分也就失去了本來的意義[4]。

學(xué)習(xí)單片機(jī)系統(tǒng)要有全局觀，從整體著眼，且不能忽視各硬件模塊和軟件語言的局部作用。通過單片機(jī)的軟硬件各個(gè)模塊的協(xié)同工作，引導(dǎo)學(xué)生將整體與部分的關(guān)系應(yīng)用于其他工程應(yīng)用及生產(chǎn)生活中。部分是整體的組成要素，每個(gè)模塊、每個(gè)個(gè)體、每個(gè)部分都是構(gòu)成整體的不可或缺的基礎(chǔ)要素，缺一不可，獨(dú)立存在的部分無法充分發(fā)揮其重要作用。

深化聯(lián)系的客觀性與人的主觀能動(dòng)性的關(guān)系? 單片機(jī)硬件部分的工作依靠程序開發(fā)人員編寫的程序指令。實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)不僅能夠深化課堂所學(xué)的理論知識(shí)，同時(shí)能培養(yǎng)學(xué)生的理論聯(lián)系實(shí)際、團(tuán)結(jié)協(xié)作、自主創(chuàng)新和求真務(wù)實(shí)的精神。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，經(jīng)常有學(xué)生因理論學(xué)習(xí)不夠深入，找不到拼寫錯(cuò)誤，編寫程序不規(guī)范，不會(huì)調(diào)試程序而無法實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。單片機(jī)硬件部分是單片機(jī)本身客觀存在的、固有的，不以人的意志為轉(zhuǎn)移。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不理想是因?yàn)闆]有認(rèn)清單片機(jī)硬件部分的聯(lián)系，不能忽視或否定聯(lián)系，更不能主觀捏造聯(lián)系，把客觀不存在的主觀聯(lián)系強(qiáng)加給單片機(jī)硬件。只有遵循事物的內(nèi)在聯(lián)系，才能達(dá)到預(yù)期的效果?？陀^存在與主觀能動(dòng)性的關(guān)系同樣適用于其他工程實(shí)踐任務(wù)。實(shí)踐成效是結(jié)果，人的主觀能動(dòng)性是成因，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度、扎實(shí)的專業(yè)素養(yǎng)、淵博的理論知識(shí)是工程實(shí)踐成功的關(guān)鍵，引導(dǎo)學(xué)生深化理解聯(lián)系的客觀性與主觀能動(dòng)性的關(guān)系。

強(qiáng)調(diào)現(xiàn)象與本質(zhì)的辯證關(guān)系? 匯編語言和C51都是單片機(jī)的程序語言，前者是底層的程序語言，而后者是高級(jí)語言。使用不同類別的程序語言或者使用不同的設(shè)計(jì)方法，均可以實(shí)現(xiàn)相同的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。比如按鍵控制LED燈的顯示（圖1），可以用中斷系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，也可以用定時(shí)計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)，或者用掃描按鍵實(shí)現(xiàn);可以用匯編語言編程，也可以用C51編程實(shí)現(xiàn)。因此，僅從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象無法斷定程序設(shè)計(jì)的語言及流程，無法輕易得知系統(tǒng)的穩(wěn)定性、效率和能耗。這就涉及現(xiàn)象與本質(zhì)的辯證關(guān)系，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是外在方面的，是表面的、豐富多彩的;程序設(shè)計(jì)是單片機(jī)系統(tǒng)的內(nèi)部方面，是其本質(zhì)，是比較深入的、穩(wěn)定的。

現(xiàn)象是可以直接認(rèn)識(shí)的，本質(zhì)則只能間接地認(rèn)識(shí)，根據(jù)現(xiàn)象與本質(zhì)的辯證關(guān)系，引導(dǎo)學(xué)生深入研究實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象背后的程序設(shè)計(jì)本質(zhì)?，F(xiàn)象的實(shí)現(xiàn)是較為容易的，但是不同的設(shè)計(jì)人員實(shí)現(xiàn)現(xiàn)象所采用的技術(shù)水準(zhǔn)，程序模塊的設(shè)計(jì)方法，硬件端口的連接，程序的可讀性、可維護(hù)性、魯棒性是存在較大差異的。僅關(guān)注功能的實(shí)現(xiàn)而忽略了本質(zhì)屬性的設(shè)計(jì)，是經(jīng)不住實(shí)踐和時(shí)間的考驗(yàn)的。

4 結(jié)語

課程思政元素的融入是加強(qiáng)大學(xué)生思想政治教育的重要途徑，在為學(xué)生講解專業(yè)知識(shí)的同時(shí)，深挖課程中蘊(yùn)含的思政元素，用正確的方式把正確的人生觀、價(jià)值觀、世界觀和思維方法傳授給學(xué)生，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到自己是祖國的未來，肩負(fù)著國家繁榮昌盛的責(zé)任，激勵(lì)學(xué)生努力學(xué)習(xí)、報(bào)效國家。

參考文獻(xiàn)

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