职业本科单片机实训课程活页式教材开发研究<br/>——以建筑电气与智能化工程专业为例

职业本科单片机实训课程活页式教材开发研究
——以建筑电气与智能化工程专业为例

2023-01-12赵小亮王研艳

产业与科技论坛 2022年23期

□赵小亮王研艳

党的十三届全国人大常委会第三十四次会议4月20日表决通过新修订的职业教育法，并于2022年5月1日起施行[1]。新修订的职业教育法中明确提出，高等职业教育包含专科、本科及以上教育层次的职业教育。本科职业教育是高等职业教育的重要组成部分，要在学习培养中突出职业教育发展、人才培养的高技能性和高层次性，在教学过程中学校及教学部门要深度产教融合、校企合作，优化教育结构及教育资源的配置，推进职业教育的协调发展[2]。《单片机应用技术》课程是高职院校中电气、电子、机电等大类专业的一门重要专业课程[3]，该课程理论与实践性结合强、软硬件电路技术综合运用。学生通过实训课程训练，能够将所学的理论知识运用到实际的设计中，培养学生的创新精神，提高动手能力。

一、实训课程教学过程中存在的问题

建筑智能化工程技术专业是高职建筑设备类中的一个重要专业，随着建筑智能化的普及，社会对建筑智能化方向的人才需求增大。建筑电气与智能化工程专业是2021年新增的建筑设备类职业本科专业，与传统的高职专业相比，本科层次的建筑智能化人才方面要有更深的理论基础、更高的技能性和更强的职业能力。在建筑智能化工程技术高职教学过程中，《单片机应用技术》理论及实训课程是该专业的核心专业课程，现在教学过程中存在以下主要问题[4～6]。

(一)缺乏本专业的单片机实训教材，实训内容较为老旧，缺乏创新。目前所用的单片机实训教材，没有是采用建筑智能化工程专业方面的实训教材，采用的都是电子信息、自动控制类教材。课程内容还是按照单片机的LED流水灯、LED数码管、计时器、AD转换等通用实训模块进行讲授，实训内容较为老旧，缺乏创新，没有开发出针对建筑智能化工程方面的实训教材。

(二)缺乏专门针对不同生源学生的课程体系。在高职院校中，专科及本科学生的生源有两部分，一部分是普通高中参加高考升学的高中后招生，另一类是中职对口单招或者是“专升本”分类招生。不同生源类型的单片机实训课程的教学大纲基本相同，教学内容差别不大，教材内容是学习的主要途径，没有考虑到不同层次学生的发展需求。

(三)课程思政及个性化培养欠缺。在传统的单片机实训教材中，主要是对知识的讲解，很少有针对课程思政部分内容的讲授，缺少学生“匠心”“大国工匠”能力的培养。所授的知识内容缺乏创新性，直接给出实训的任务，没有实训项目提炼环节。在项目提炼等方面没有调动学生积极性，缺少了文献和实际生产的调研、设计不同的方案并进行论证、任务进行分解成不同子系统的论证过程，学生的实践能力很难有实质性提高、创新能力培养欠缺。

综上所述，建筑智能化应用技术专业单片机实训的课程任务单一，没有针对不同的学生生源进行讲授，学生的个性化培养和创新能力培养不足。因此为了提高学生的动手能力、创新能力和综合素质，开发一套适合本专业的单片机综合实训教材非常必要。

二、教材内容设置的原则

(一)分层次的教学项目设计。可选模块的编制上面，考虑到不同任务对知识点的覆盖情况、知识与技能的难度与广度有层次的区分，在可选功能模块内设置为必做的基本任务和综合性任务。所有学生都要完成基本任务，对于学有余力的同学可以尝试完成综合性任务，保证不同层次的同学的学习需求，学习兴趣将更为浓厚。

(二)学生自主讨论提炼实训内容。为了培养学生的工程应用能力和实物系统的开发能力，紧密加强实训内容与实际工程的联系。在任课老师的指导下，结合实际专业，学生自主讨论开发设计实训内容；在保证实训课程知识点全覆盖的基础上，完成对实训项目的提炼。

(三)课程思政部分内容的融入。课程思政的教学内容是实训教学的重要组成部分。实训教学是以实践实习形式全时段跟学生接触的重要过程，能够在短期内培养学生的思想素质，提升综合能力。在教学中加入黄炎培职业教育思想中“敬业乐群”“手脑并用、双手万能”“工匠精神”“爱国主义”等核心内容的介绍，在实训中加强学生的安全规范意识、团队合作精神、奉献精神、学做合一、爱国主义精神的培养，提高学生发现问题分析问题解决问题的能力，着实培养学生的创新创业能力，培养出新时期“铁的纪律、金的人格”的职业人才。

三、实训教材内容的构建

为了更好地系统掌握单片机实训的理论知识，同时考虑到该课程是采用软件进行仿真的实践课程，同时激发学生的学习兴趣将教材分为三个部分：一是软件介绍部分；二是必选的基础部分；三是可选功能部分。内容的难度设计上采用分层次的设计，满足不同学生的学习需求，具体结构如图1所示。

图1 教材内容结构图

(一)软件介绍部分。软件介绍模块是掌握使用单片机的基础内容，内容包括系统开发环境及相关软件的使用，如Proteus设计及仿真平台的使用、Keil C51集成开发环境使用及Stc-isp程序下载等部分内容学习。

(二)必选基础模块的知识点。必选的基础模块是单片机基本知识点的学习单元，知识点包括单片机最小系统、单片机I/O接口输入输出控制、定时器使用、特殊功能寄存器、C语言中循环和常见判断语句等。

(三)可选功能模块的知识点。在完成基础模块的基础上，本部分完成可选功能模块的知识点设计。具体包括数码管动静态显示、液晶显示模块的原理与驱动、中断系统、并行与串行通信技术、数/模转换接口、矩阵键盘的工作原理及设计方法等知识点。

(四)实训项目设计与提炼。在实训内容的设计上，将建筑内温湿度调节系统、消防火灾联动系统、电梯系统、灯光控制系统等子系统中的某一部分作为实训的对象，针对某一系统提炼出实训项目，提出的项目要覆盖需要掌握的所有知识点。

四、实训内容提炼举例

电梯系统是智能建筑的重要组成部分，电梯系统主要由微控制器模块、电源电路模块、复位电路模块、楼层显示模块、电机驱动模块、独立键盘模块、报警模块及其它检测模块等组成。电梯系统的模块分布如图2所示，本部分以电梯系统为示例，提炼出单片机实训的内容。

图2 电梯系统总体框图

微控制器模块主要是由单片机及相关控制电路组成，能够保证内在逻辑的处理，进行精确控制。电机驱动模块是控制步进电机的重要部分，能够实现步进电机的正反转及转动圈数，从而对电梯的上行和下行做出对应的动作。楼层显示模块是多组LED灯及数码管组成的显示系统，能够显示电梯上下行及楼层的状态。独立键盘模块是各层电梯的信号输入装置，将各层轿厢外的楼层需求及轿厢内的按键通过端口传输给单片机。报警模块是声光报警器，在轿厢超时及警报状态时能够发出警报信号并对外进行报警。其他检测模块包括电梯超载检查、轿厢防夹功能检查、轿厢其他异常功能检测等。

针对电梯各个部分的主要内容，将功能进行分解与提炼，整理出基础模块和可选功能部分模块的实训内容。具体的内容如表1所示。电梯系统中的微控制模块和复位电路模块提炼出单片机控制电路实训项目，涵盖单片机结构、C51知识和开发环境介绍的主要内容，为后期的必选模块和可选功能模块做准备。电梯系统中声光报警模块、楼层显示模块和独立键盘模块必选基础模块，提炼出对应于三个模块的实训模块为点亮发光二极管、控制蜂鸣器发声、LED数码管静态和动态显示及键盘联动控制实训项目，涵盖了单片机I/O接口、数据类型、数组和数码管显示及逻辑判断语句。可选功能模块包括检测模块、电机驱动模块和楼层显示模块，提炼出轿厢防夹及定时开关、电梯超载检测、电机控制机液晶模板的设计，包括了数模转换、定时功能、步进电机及液晶显示器应用。综合应用功能模块是电梯防超载、轿厢防夹、多部电梯联动机远程监控功能的综合应用。