基于物联网应用技术专业的单片机课程改革
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摘 要：为促进单片机应用技术在物联网专业中的改革，文章将物联网应用技术作为基础，通过单片机技术的分阶段教学，设计了基础教学和课程设计两部分内容，并针对课程教学内容的“联网”特性、教学模式的“混合”特性，从教学内容、教学模式、教学评价方式的重构三个方面阐述了教学改革的具体思路。
关键词：物联网;单片机;基础教学;课程设计
中图分类号：TP311
文章编号：2095-624X（2019）24-0132-02
随着物联网技术的不断发展，其应用也越来越广泛，并在多个行业领域中发挥着重要的作用，同时物联网技术也受到了科研机构及高等学校的关注。随着物联网产业化进程的加速，社会对相关专业的人才需求量也在不断增加，很多高校都开设了物联网应用技术相关专业，培养物联网专业型人才并配置相应技术的专业课程。单片机作为物联网底层最为重要的技术之一，同时也是应用最为广泛的嵌入式系统，因此，单片机课程也就理所当然地成为高校物联网专业核心课程[1]。然而我国还有很多高校，尤其是高职院校，在单片机教学中还停留在51系列的单片机上，这显然已经跟不上物联网技术发展的步伐，此外，部分单片机的教学内容和方法也与现代教育的要求和发展不相适应。所以在物联网时代背景下，如何将物联网技术在单片机教学中进行合理的应用，提高高校单片机的教学质量，是物联网应用技术专业单片机课程改革需要研究和解决的重要问题。
一、物联网技术概述
1.概念及简介
嵌入式系统、SOC单片机以及无线通信模块和传感器构成物联网网络的末端或节点。利用节点来收集待管理对象的基本属性、环境及其自身状况的信息，并对新信息进行融合，再向信息处理中心转发。执行节点完成对物联网网络高层信息管理和控制的任务，物联网由若干的网络节点来构成，而微处理器则是网络节点的核心部分。
2.单片机教学现状及改革
目前，大部分高校，无论是研究型还是职业型，单片机课程三分之二以上的课时都在讲授理论，以教师讲学生听为主要教学模式，实践课程较少，实验设计难以覆盖单片机的全部功能，有时甚至学生学完单片机课程后都没有实际接触过单片机，仅有的一部分实践课全部使用软件模拟仿真。这样的教学方式使得学生很难在抽象的理论知识下对单片机有一个感性、全面的认知。并且大多数高校的单片机课程仍然使用51单片机作为教学单片机，虽然51单片机具有功能简单、容易上手、教学资源丰富等优点，但是其技术老旧，硬件资源匮乏，无法代表当前单片机最新发展的成果和趋势。在当前嵌入式开发技术领域中，单片机种类繁多，传统的51单片机已经没有明显的应用优势，如果在教学中仍只使用51系列，学生在完成单片机课程的学习以后，在工作岗位上如果需要使用其他型号的单片机，则他们还需要较长的时间去重新学习和适应。在单片机实验、实训环节的教学中，大部分教师使用的都是仿真软件或现成的实验箱，实验功能限定了范围，不可扩展，同时硬件线路的设计和搭建基本不需学生动手，只需完成单片机程序的编写即可，课程教学偏重于软件而轻视硬件。这样在教学中就无法训练学生与单片机开发相关的硬件方面的设计和调试。
二、单片机课程与物联网技术融合的必要性
随着物联网技术的快速发展，我国已经进入了物联网产业化的时代，广东松山职业技术学院（以下简称我校）物联网应用技术专业的在读学生也在不断地增加，这为该专业单片机的教学提供了发展契机，同时也带来了巨大的压力和挑战。从院校传统单片机教学中存在的问题中可以很清楚地看到，单片机教学的改革是院校教育发展的必然要求，是为社会培养高技术专业人才的需求。我校对物联网应用技术专业的人才培养目标也是要求能锻炼出熟悉物联网相关应用技术、专业理念和实践操作的人才。物联网专业的教学一般由基础课程、专业核心课程和实训开发三部分组成。目前单片机教学改革仍然是在传感器、嵌入式等基础课程的基础之上进行改进，而对于专业核心课程的结合改革较少。对于嵌入式微处理器，可将其作为网关，对其所具有的作用加以强调。因此高校针对物联网应用技术专业的单片机教学改革也就刻不容缓。
三、教学改革的思路及方法
1.教学改革内容
与传统的单片机教学不同，“单片机应用技术”课堂教学一共54个学时，教师在54个学时中大部分时间主要讲述80C51单片机编程指令的相关内容，并且对单片机循环和分支程序设计的方法进行了着重的讲解，将单片机中C语言程序设计和物联网基础知识教学内容增加到课堂教学内容当中，并且对单片机的常用接口设计内容进行重点讲解，合理设计课堂教学内容，科学安排教学课时。单片机的课堂教学包括20学时的基础实验课程，主要是为了帮助学生对80C51单片机的基础编程方法进行有效掌握，让学生能够使用80C51单片机内的各个片内接口[2]。在开展实验的时候，需要将两个人划分为一组，利用80C51单片机实验箱来进行编程，编程主要采用C语言来完成。在上述的基础阶段都完成之后就需要对课程设计阶段进行合理的安排，在课程设计的72课时中，任课教师需要让学生自行选择分组和题目，利用相关的物联网基础知识来完成以80C51单片机为基础的课程设计作品（如完成实训室噪音的实时监测），不占用过多的课堂教学实践。但是教师需要将项目责任制作为开展课程设计方案的基础，让3～4名学生组合完成设计作品，每个小组选出一个组长来负责整体的协调工作，并且需要將不同的任务划分给每个组员，最后对整体的实物作品进行科学的整合，以此来锻炼学生的团队合作能力，提高学生的团队精神。
2.教学改革方法
（1）设定教学内容，改革教学方法。在单片机的教学中应该以物联网应用为基础，强调物联网络、无线通信、数据采集和信息传送等专业基础知识。教师可选择无线SOC单片机来继承和补充传统单片机在教学中的基础知识，应用ZigBee协议栈，通过实际案例讲授协议栈的各层实现原理。 教学方法要深入进行改革，突出重点。对于传统单片机部分的教学，理论教学要配合实际案例，教师可创设一定的情境，设立任务，以完成任务为目标，进行单片机教学的实施。需要注意的是，任务的确立要以物联网应用为背景，强调物联网中数据的采集和传送以及无线通信的知识点，开发背景的构造要具有实用性。对于无线通信部分的教学，理论讲授方面可适当地减少，而相应地增加无线通信方面的实际应用，让学生更加直观地对其进行认识。对于网络协议部分的教学，以ZigBee为本，以Keil等开发系统中用C语言书写的ZigBee协议栈程序为具体对象，将教学重点放在应用层开发的具体流程以及网络拓扑形态的设置方面，由简入深，循序渐进地向星型网络的构建过渡。
（2）构建实验平台，加强教学实践。对于单片机的教学，不能仅限于课堂上的理论讲授，还要加强实践教学，通过学生的亲自参与，让学生更加具体、更加直观地对单片机技术加强认知和理解。构建实验平台，首先要更新单片机教学实验系统，选择新型的无线SOPC单片机实验箱，同时为了能够与原实验兼容，为代码移植提供方便，可使用Keil/IAR的编译开发平台。实验内容包括SOC单片机的基础硬件实验、网络协议实验和综合实验。实验的时间方面适当加以延长，对实验形式进行灵活合理的配置，以打造开放性实验室为最终目的。在实验教学中，要以综合性实验为重点，鼓励学生亲自参与，自主创新，教师给予适当的指导和帮助。鉴于单片机技术的实践性特点，增强实践教学对于提高教学质量，达到理想的教学效果是十分必要的。实践教学可通过专业课程设计、各类竞赛、各种实践活动的形式来体现，将多种方式相结合，力争为学生创造更多的锻炼机会、实践机会，以提高学生的实践能力。需要注意的是，实践教学的开展要建立在市场需要的基础之上，以培养学生的创新能力和开发设计能力为目标。
四、结语
在新改革的单片机教学过程中，除了简单地教学，我们还要进行实践，让学生在掌握知识的同时加以运用，再融合先进的物联网技术，提高学生实际解决问题的能力。各大高校也树立了培养社会型人才的目标，树立了新的教学理念，将教、学、做这三者融为一体，真正培养能为社会做出贡献的人。
参考文献：
[1]王忆.物联网技术在单片机教学中的应用[J].计算机光盘软件与应用，2014（18）：54-55.
[2]鄭一力，赵燕东，葛桃桃，等.物联网技术在单片机教学改革中的应用[J].实验技术与管理，2014（9）.
基金项目：广东省普通高校青年创新人才项目：大数据环境下基于物联网的web服务选择研究（2017GKQNCX033）;广东省普通高校特色创新类项目（教育改革项目）：基于大数据的学生多元能力评价与职业倾向性研究—以广东松山职业技术学院物联网应用技术专业为例（2018GXJK339）;广东省普通高校特色创新类项目：大数据环境下基于量子谐振子优化算法的web服务选择研究（2018GKTSCX089）。
作者简介：刘锋（1987—），男，湖南邵阳人，硕士，研究方向：物联网、云计算与嵌入式开发。
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