单片机示范课建设规划思考

王小刚 赵俊 曾慧敏 干树川 曹立佳

[摘 要] 针对单片机课程实践性强的特点，本文将对《单片机原理及应用》课程在新形势下建设应用型示范课的工作进行一定的思考和探讨。首先从课程的开发应用前景分析示范课建设的必要性;再是从教学语言改革、双语教学模型、在线教学等三个方面对新形式下的教学手段和方法提出一些规划和思考;最后从物联网平台建设、比赛激励、保障机制等三个方面对单片机应用型示范课建设的应用平台和保障机制进行讨论分析。

[关键词] 单片机;示范课;规划;思考

[基金项目] 四川轻化工大学校级教学改革研究项目（JG-19-25，JG-19-26）;四川省首批地方普通本科高校应用型示范课程《微控制器原理及应用》《过程控制工程》;暨南大学教改项目（JG2020087）

[作者简介] 王小刚（1984—），男，陕西宝鸡人，博士，讲师，研究方向为智能控制，嵌入式。

[中图分类号] G642.0    [文献标识码] A    [文章编号] 1674-9324（2020）43-0183-03    [收稿日期] 2020-03-16

一、引言

为了深入贯彻落实四川省教育厅《关于引导部分地方普通本科高校向应用型转变的实施意见》（川教〔2016〕17号）、《四川省教育厅关于开展第二批地方普通本科高校应用型示范专业及应用型示范课程建设工作的通知》（川教函〔2018〕527号）等文件精神，围绕全省“一干多支、五区协同”的发展布局和“5+1”产业发展需求，主动对接产业链、创新链的需求，推进产教深度融合、科教协同创新、校企协同育人，增强高等教育服务高质量发展的能力。鉴于此，四川轻化工大学近年来一直极力推进与产教深度融合的课程建设工作，并努力建设成一批具有应用示范性的课程，其中《单片机原理及应用》是一门理论与实践相结合并偏向实践的课程，是面向自动化、机械、电气自动化、通信等多个学科的基础专业课程，是从事电子、自动化、机电一体化的工程技术人员的必备知识。为此，本学院在学校政策、资金等支持下，计划将《单片机原理及应用》建设成为省级应用型示范课程，希望其能带动同类型课程的发展。

《单片机原理及应用》的课程定位是以理论教学为基础，以实践训练为重点，以掌握知识、开发单片机系统为教学目标。一般情况下，正常的教学内容是先做单片机硬件结构的认识学习，然后是汇编指令或C51语言学习及验证，后面关于中断、定时、串口的学习都是针对考试内容做到原理性讲解[1][2]，没有形象的认识和实践，这会使学生觉得难学，缺乏学习热情。针对这些问题，目前已有不少高校作了单片机教学改革的工作[3]，如采用了教、学、做一体的教学法，以项目为中心，明确教学任务，让学生围绕项目组织已学知识和学习资源，激发学习的主动性;同时随着多媒体及网络技术的发展，多种高科技教学方法和手段都得到应用，教师越来越倚重科技手段辅助教学，但却逐渐忽略了学生反映，拉远了师生之间的距离。所以，在新时期如何建设规划好单片机的课程示范是值得討论思考的问题。

二、微系统开发前景

单片机是一种集成电路芯片，是采用集成电路技术把中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、I/O口、中断系统、定时器/计时器等功能集成到一块硅片上构成微型计算机系统。目前，单片机已成为现代电子系统中的重要核心器件，广泛应用于各个领域，如现代工业、农业、仪器仪表、家用电器、汽车电子系统、个人信息终端及电子玩具等生产领域，也有如军事、能源、机器人、通信、交通、IT等尖端应用领域。本专业学生毕业可从事单片机技术开发、测试等高薪技术工作，从技术岗位主要有系统设计工程师、硬件设计工程师、软件设计工程师、硬件测试工程师、软件测试工程师等。

所以，单片机课程的培养定位在于使学生掌握单片机的基本知识，通过学习与实践训练达到具有一定的微控制器开发及应用能力的人才，为今后从事微控制系统开发及应用工作打下坚实的基础。

三、C语言教学

单片机课程的教学一直是随着行业、就业需求、嵌入式开发等的发展在改进或改革。汇编语言作为机器语言是直接面对硬件的，其目标代码质量高，执行效率高，在早期的单片机教学中一直占据主导地位，同时也是《微机原理与接口技术》、《计算机控制技术》等课程的主要程序语言。近年来出版的单片机课本都是混合两种语言，基本授课还是主讲汇编语言，同时主要的单片机网络资料库及考研题也是以汇编为主。

但实际上单片机这门课程具有理论教学抽象、实践性强的特点，学生在学习过程中普遍对于汇编语言的软硬件编程存在畏惧心理。而C语言作为高级语言程序，趋近人类语言，更加简洁，主要是可读性强，函数库功能强大，易学易懂，且毕业生从事单片机工作主要编程也以C言语编程较多。目前C语言已是当前各大软件开发的主要语言或基础语言，汇编也只存在于单片机的基础教学与应用中，对学生进行更深层次的嵌入式开发帮助甚微。

本文作者主张在当下的教学中主用C语言教学，目前对于本学院通信工程、电气自动化、生物医学工程专业的授课是采用中国石油大学林立、张俊亮教授的《单片机原理及应用》[1]，该书以C语言为主讲语言，分为9个章节，除去第三章是汇编语言学习，其他各章节都是以C语言进行举例学习，在主讲C语言的同时也对汇编语言进行讲解。作为单片机专业老师，在做好课程教学资料的同时，一定要从时下的具体情况和学生的切实利益出发，改进和选择合适的授课语言。

四、双语教学

双语教学也是新形势下各本科高校正在尝试或者推行的新教学方式，目前本校也在推进双语教学的工作。能作为双语教学的课程必须具备一定的要素：课程发源于国外，当前资料多为英文资料，英语教学的加入对课程有明显的推进作用。但目前的双语教学也确实存在一些问题：

1.语言问题

对教师来说主要问题是如何把平时重要的核心内容用英语形象准确的表达出来，这需要做大量的准备工作;对学生来说，如何理解含有大量专业词汇的内容以及听懂老师的语言。

2.教材问题

英语教材的获取渠道以及内容的符合性都是老师需要解决的问题。单片机本身发源于美国IBM等公司，其硬件结构、指令系统、编译语言就是源于英语，目前各个芯片的指令手册也都是英语，就连keil C编译软件、proteus仿真软件也是英文的。且从单片机就业市场来看，具备查阅分析专业英文材料并能熟练使用编译及仿真软件的学生更具竞争力。

针对上述教学中的常见问题也可以合理地解决：

（1）语言问题。这里有一个误区，双语教学不是完全的英语教学，在日常的交流阅读尽可能的使用英语，但对于晦涩难懂的内容完全可以使用中文，首先要保障课程内容的覆盖性，在老师和学生的共同进步中逐渐变化。

（2）教材问题。目前市面也存在一些英文书籍，但基本不是按老师的教学内容和难易度编辑的，对于这样的问题建议老师根据这些书籍自己整理英文讲义，按课程进度和章节发给学生。

五、在线教学

在线教学也是新形势下一种新的教学方式，对于习惯于教室上课的学生和教师来说既是一种新颖的教学手段，也是一种新的挑战。尤其是当前疫病的影响，网络在线教学已成为特殊情况下的主流教学方式，这也让国家和高校重新审视其重要性，也许在线教学会成为各高校常规的教学方式，作为高校老师我们要认真思考和推行在线教学的方式方法。目前主要的在线的教学方式主要有2种：网站与直播。

1.网站

通过开发课程的教学网站，师生可以通过浏览主页进行学习和交流;学生可以随时通过网站获得上课的素材资源，如课件、视频、仿真、程序、实验指导与方案等;也可以开发课程论坛，学生可以发表自己学习观点和意见，老师也可以随时回答学生的问题，较之课堂沟通，学生更能正确描述自己的问题。除此之外，通过网站可以为学生提供就业信息、比赛通知、国内外技术论坛或会议等。

2.在线直播

在线直播这两年主要是各种辅导培训课程的流行教学方式，受此次疫情影响，在线直播已成为高校的主要教学方式。目前关于直播教学的利弊也成为社会的热点，主要问题：一是没有课堂互动教学效果差，二是无人监管。

对于教学改革，好的教学方式一定是要坚持和发扬的，它的缺陷也是要思考解决的。本校也在极力帮助老师建立网络直播教学，在不耽误教学时间的情况下尽可能的提升教学效果。授课老师需要做的是：建立一个丰富的知识数据库，给学生提供课内学习外的一些资源;积极调动学生的学习兴趣，同时建立有更加完善的评价方法或系统。

六、物联网平台应用

单片机课程的特征就是实践性强，如果能创建一个形象而且有趣的情景，从而激发学生的学习兴趣，对师生同时都会受益。目前单片机课程都会开设实验课和实训课，学生可以根据自己的进度设计一些简易的单片机系统，如流水灯、数码管等，单单这些还是很难激发学生开发单片机系统的兴趣。

物联网却是单片机应用最好的平台，具有一定的功能需求和场景设定，很容易激发学生的兴趣。尤其是本校位居自贡和宜宾两座城市，彩灯和白酒是这个城市的名片，老师在上课的时候会将这两个对象作为物联网的应用对象，每年的毕业设计都会有这样的单片機系统开发课题在彩灯和白酒物联网平台上应用。如图1所示，该系统是白酒窖池物联网监测应用平台，平台是学院已经搭建好的，课题的核心就是采集层的采集节点需要学生自己设计开发，该节点就是一个单片机开发系统（如图2所示），学生可以自主选型MCU及设计外围电路及功能，最终通过物联网平台来验证开发的单片机系统的功能。

如上所述，通过物联网平台的形式可以使学生很明确的检验自己单片机系统的功能和应用，极易激发学生的学生，也可以选拔优秀学生参加电子设计大赛。

七、比赛激励

自动化专业非常注重学生对专业知识的具体化，单片机系统开发是最明确的任务，而参加比赛开发单片机系统则是激励学生创新创业的重要途径，紧密结合大学生素质教育，着力培养学生的创新意识、创业能力和创业素质。目前适合单片机课程的大学生比赛有：电子设计大赛，机器人设计竞赛，大学生互联网+，大学生创新创业训练计划项目等。参加比赛一方面可以培养学生的电子设计能力和团队合作精神，在就业上易受到用人单位的欢迎;另一方面可以提升学生的个人荣誉和评价，在考研深造中有影像加分。

目前该课程采用考试考核的方式，作者建议将比赛成果纳入到成绩考核及毕业考核的范围，这样可以激励学生全身心投入比赛并努力获得好的结果。

八、保障机制

单片机应用型示范课程的建设工作是一个不断思考和实践的过程，同样也需要学校和学院制定措施保障。

1.组织保障。建议成立应用型示范课程建设领导小组，由教学院长、教学办主任、教研室主任、授课老师共同组成，负责制定课程的示范建设规划和规章制度、评价标准等，并监督课程建设的顺利推进。

2.机制保障。建立应用型示范课建设规划体系，建立和完善课程检查和教育资源共建共享机制;建立工作考评机制;建立应用型示范课建设工作的激励机制，把示范课建设工作作为教师考核、评优的内容之一。

3.经费保障。落实应用型示范课建设所需的经费，作为示范课教学设备增添、更新和维护、保养等的经费，并且有一定比例的经费用于师资能力培训和学生课题开发或比赛。

九、结束语

本文主要是基于四川省教育厅推进建设地方本科学校应用型示范专业和示范课的政策，针对本专业《单片机原理及应用》在新形势下建设应用示范课的工作进行了一定的思考和探讨。主要从课程的开发应用前景分析了示范课建设的必要性;从语言改革、双语教学、在线教学这三方面对新的教学手段和方法提出了建议和思考;从物联网平台建设、比赛激励、保障机制等三方面对单片机示范课建设的应用和保障进行了讨论。

参考文献

[1]林立，张俊亮.单片机原理及应用——基于Proteus和Keil C（第4版）[M].北京：电子工业出版社，2018.

[2]谢维成，杨加国.单片机原理与应用及C51程序设计（第3版）[M].北京：清华大学出版社，2014.

[3]丁毅.基于Proteus的单片机仿真教学项目设计[J].电子世界，2020（2）：77-78.