基于工作過程導向的“單片機技術與應用”課程開發與實踐

丁小一，呂 菲

（合肥職業技術學院，安徽 合肥 238000）

目前在高職院校，“單片機技術與應用”課程是以單片機硬件和軟件知識為基礎，是培養學生單片機開發及應用能力和程序設計能力的核心課程，是理論聯系實際，培養實際操作能力和科學研究方法的重要手段。

而單片機的傳統教學采用的是先基礎、后應用的模式，側重于理論教學，不利于培養學生的動手能力；知識點結合度不高，應用技術只是作為點綴，使學生理解知識點比較困難，而且感覺枯燥乏味，學習興趣不濃厚[1]；過于依賴實驗箱，學生按照實驗指導書的步驟，機械地做一遍驗證性實驗，無法進行創新性設計。

1 基于工作過程的課程開發思路

課程開發是指通過需求分析確定課程目標，再進行教學活動的計劃、組織、實施、評價和修訂，最終達到完成課程目標的整個過程。基于工作過程的課程開發就是與企業共同開發課程平臺，以企業的工作過程為課程設計的根本出發點，以企業開發項目的工作過程為課程體系的主線，以工作任務為導向，以真實的項目為載體，重構課程體系，轉變教學模式（以“教師為主、學生為輔”轉向以“教師主導、學生主體”的模式），以此來培養學生自學能力、創新能力以及職業崗位綜合技能[2]。

“單片機技術與應用”課程涉及單片機硬件和軟件知識，在課程開發中，我們將以工作任務為邏輯主線，將完成工作任務必需的相關理論知識構建于項目之中，學生在完成具體項目的過程中學會完成相應工作任務，鍛煉職業能力，掌握相應的理論知識。在教學中，根據實訓環境、實習資源情況貫徹工學結合的教學策略，并根據單片機設計及應用情況設計教學過程。

在課程設計中遵循的理念如圖1所示。

課程開發思路如下：明確產品功能；準備技術器件資料；硬件設計；硬件電路制作；軟件設計；軟硬件聯調；文字歸檔。

2 “單片機技術與應用”課程開發任務安排

在選取“單片機技術與應用”課程開發任務時，堅持理論夠用、注重實踐的原則，將“單片機技術與應用”課程的相關知識點融入項目中，通過對項目的分析與實現，讓學生徹底地掌握相關知識以及相應的職業崗位綜合技能。

圖1 課程設計理念

“單片機技術與應用”課程的相關知識點包括I/O端口的應用、外部中斷的使用方法、內部定時/計數器的使用方法、串口通信應用、AD轉換模塊的使用方法、脈沖寬度調制（Pulse Width Modulation，PWM）控制等。

本課程的開發主要是針對物聯網應用技術專業的學生，所以在任務安排時主要和物聯網相關知識掛鉤，知識點由淺入深，且后一個項目會涵蓋前一個項目的知識點，讓學生能夠鞏固相關知識點。具體任務安排如下：（1）智能家居室內燈光系統，涉及的知識點有I/O端口的應用、按鍵、LED燈、中斷。（2）家庭天然氣智能防護系統，涉及的知識點有AD、按鍵/中斷、定時、繼電器、可燃氣體傳感器等。（3）智能家居室內燈光系統，涉及的知識點有AD、光敏電阻、繼電器、12864液晶顯示、按鍵。（4）智能溫室大棚實訓系統，涉及的知識點有AD、光敏傳感器、溫濕度傳感器、繼電器、中斷、定時、PWM。

要求學生具有查閱資料的能力、方案設計的能力、分析問題、解決問題的能力、實踐操作的能力以及項目開發的能力。

3 “單片機技術與應用”課程開發任務的實踐

針對不同的項目，按照步驟去開發課程任務，根據實際情況可以對某些步驟進行篩減。本文以家庭天然氣智能防護系統為例。

3.1 明確產品功能

可燃性氣體具有易燃易爆特性，如果在使用中操作不當或設備密封不好，都可能發生可燃氣體泄漏現象，進而釀成火災或爆炸事故，給國家和人民的生命財產造成損失。本系統主要以智能廚房為主題，以燃氣檢測預警為核心內容，通過可燃氣體傳感器采集廚房燃氣數據，并將該數據通過ZigBee協議發送給協調器結點。協調器進行判斷，當檢測到燃氣參數超標時，蜂鳴器報警，并且開窗排風。

3.2 準備技術器件資料

家庭天然氣智能防護系統以TGS系列傳感器和CC2530芯片組成傳感結點和協調器結點，構成無線數據采集網絡，實現對室內可燃氣體的檢測和預警并采取措施。在這里，只需對TGS系列傳感器和CC2530芯片準備資料。

3.3 硬件設計

家庭天然氣智能防護系統的硬件框如圖2所示。

在實際操作中，可借用現有的ZigBee模塊，以縮短學生的實訓周期。采集節點和協調器均可采用ZigBee模塊。將氣體傳感器模塊的模擬量輸出接口與ZigBee模塊的ADC0接口連接起來，即可作為采集節點[3]。

3.4 軟件設計

軟件設計平臺采用IAR Embedded Workbench，用C語言進行代碼的編寫，采集節點的數據通過Z-Stack協議棧發送給協調器結點。

3.5 軟硬件聯調

采集節點及協調器正常工作后，用火機燃氣模仿廚房天然氣管道的泄露，在采集節點的傳感器附近釋放燃氣，注意觀察上位機串口數據的變化，繼續釋放燃氣，記錄燃氣濃度為多少時裝置中的蜂鳴器會響，風扇及窗戶會自動打開。

3.6 文字歸檔

對該系統以上各項內容進行詳細記錄，并記下設計過程中遇見的問題，為學弟學妹們的學習提供參考。

4 課程考核

為全面考核學生的學習情況，“單片機技術與應用”課程的考核方式改變了傳統的評價手段和方法，采用過程性評價與目標評價相結合的評價模式。注重平時成績、學生動手能力和分析問題、解決問題能力的考核，全面綜合評價學生能力。將考核方式分為兩部分：過程性考核和目標性考核[4]。其中，過程性考核占70%，以個人為單位，在每個任務結束時進行考核，包括學生自評（20%）、學生互評（20%）和教師評價（60%）；目標性考核占30%，在學期的最后兩周讓學生自己組隊，選好項目，收集資料，按照課程開發步驟，提交一份完整的項目報告。

5 結語

本文通過對當前高職院校“單片機技術與應用”課程教學中存在的問題進行分析，提出了基于工作過程導向的“單片機技術與應用”課程開發方案。堅持以“學生為主體”“教師主導”和“職業崗位綜合技能”培養為主的教學思路與理念，以基于工作任務為導向，以企業真實項目為載體，以綜合技能訓練項目工作任務為主線，重構課程體系，這不僅突出了職業特點，而且還培養了學生的職業崗位綜合技能、自學能力和創新能力。

[參考文獻]

[1]汪海燕.基于任務驅動的“單片機應用技術”課程開發與應用探索[J].職業教育研究，2014（8）：94-96.

[2]郭維威，劉鋒，沙曉瑞.基于工作過程模式的軟件專業核心課程開發與實踐—以Java程序設計為例[J].雞西大學學報，2014（10）：14-15.

[3]楊琳芳，楊黎.無線傳感網絡技術與應用項目化教程[M].北京：機械工業出版社，2017.

[4]張建平，曾小玲，賈俊霞.“基于工作過程課程開發”實施的問題及解決方法—以《單片機應用技術》課程為例[J].晉城職業技術學院學報，2014（4）：53-55.