單片機課程面向物聯網專業的“六個教”

楊 露，黃 平

（成都東軟學院 計算機科學與工程系，四川 成都 611843）

0 引 言

物聯網技術的發展帶來了信息技術的飛速革新，人才需求與日俱增。物聯網專業人才培養過程中，學生不僅應對物聯網技術的體系架構有一定的認知，還應具備較強的實踐能力。單片機既是感知層中物體識別、處理數據的核心硬件載體，也是實現無線傳感數據，與系統服務層對接的技術中間件，突顯了其在智慧物聯中的核心地位。物聯網專業多門課程的實踐性教學，如《傳感器原理與應用》《RFID技術與應用》《無線傳感技術》及相關技能競賽都離不開單片機的支持，這也印證了物聯網專業開設單片機課程的必要性。同時單片機也是計算機、電子信息等諸多專業需要開設的一門專業課，而面向不同專業，其教學針對性不同，無論在教學目標、內容、形式等方面都存在差異。為迎合物聯網時代背景下的人才培養，單片機課程的教學改革正面臨著更迫切的新要求。

“六個教”是東軟學院在施行TOPCARES-CDIO教育教學改革基礎上，結合自身教學特色提出的一個教學過程理論。基于對整個教育教學過程的剖析及總結，用“六個教”對教學過程進行一體化概括，即 “朝什么方向教”“教什么”“怎么教”“誰來教”“用什么教”“教得怎樣”。這六個方面分別對應了教育教學過程中需明確的關鍵因素，見表1所列。只有對這“六個教”系統化地構建和一體化構思、設計、實施、運行，才能真正實現教學過程的最優化。本文圍繞“六個教”總體理論，探討單片機課程面向物聯網專業的教育教學。

1 單片機課程面向物聯網專業的“六個教”

1.1 朝什么方向教

“朝什么方向教”即明確單片機課程在物聯網人才培養中的定位與目標。物聯網作為一門綜合性學科，涉及軟件開發、網絡通信、嵌入式系統開發、傳感技術、控制技術等多學科領域，技術實現體系較為復雜，易導致學生因繁多的課業而出現高不成、低不就的現象，甚至在發展方向上出現選擇障礙。物聯網發展國家戰略要求高校盡早培養掌握物聯網相關技術、理念和應用的設計人才。在順應國家戰略的基礎上，課程教學應牢牢把握嵌入式硬件為物聯網服務的基本步調，按照具體的應用需求展開，培養智慧理念和硬件應用設計能力兼備的人才。

表1 “六個教”明確的教育教學過程關鍵因素

1.2 教什么

“教什么”即明確教學內容。課程內容以專業性和實用性為宗旨，教材選擇上符合學生層次，內容上面向物聯網專業進行重構，除包含單片機的基本概念、結構組成和面向物聯網應用的選型等基礎知識外，還需強化硬件工作原理，增加數據采集及傳感器原理、RFID射頻識別及無線通信等相關內容的學習占比。課程實踐課時應高于理論學習課時，編程案例的設計應更貼合實際應用，少驗證型實驗，多一些創新型實驗。同時應注重學生工程項目能力的培養，良好的工程規范也應滲透到課程教學中。

1.3 怎么教

“怎么教”即明確如何有效的組織教學。有效組織教學是實現教學過程最優化的關鍵，包括如下四個方面：

（1）夯實基礎，項目驅動

單片機課程以動手實踐為主，但也應掌握必要的原理性知識基礎，項目驅動是教學的最好途徑之一。從實際功能應用出發，引入相關軟硬件知識的講解，并注重與其他學科交叉融合。學生在熟知原理的基礎上進行電路連接、程序編寫以及下載運行，實踐的同時注意加強學生解決各種軟硬件問題的能力。期末組織學生以個人或小組為單位完成一個小型的實訓項目，提高學生的綜合實踐能力。同時加強教學管理也是保證教學質量的有效措施之一。教師應采取適宜的強制措施保證學生在有限的時間內，獨立且高質量地完成單片機實驗和項目設計并定期答辯考核，學生若能取得擴展性的成果，應加分鼓勵。

（2）注重課外和資源利用

學生在時間有限的課堂內難以做到對所講知識的全面掌握，因此課外除了給學生布置適量的理論及實踐作業外，教師可適當推薦一些教學視頻網、資源下載網或相關技術社區，鼓勵和支持學生利用優秀的國內外網絡資源鞏固和擴展學習，課外學習效果也可做適量測評并反映到最終的成績中。

（3）加強啟發，鼓勵創新

時代的發展和教學模式的轉變促使教師從單一的知識傳授者向教學組織及管理者過渡，由教師對學生進行思維啟迪，促使他們主動學習。教學不應固守傳統的“教師教、學生學”的填鴨式方式，師生之間的關系應更加親和緊密，甚至是合作共贏，互相探討學科前沿知識并分享技術資料。教師應正確引導學生進行批判性思維和創新型思維培養，調動學生的主觀能動性，積極參與到物聯網應用的研究與開發中。當今時代創意最寶貴，“創客”文化應大力在學生群體中推廣，而技術不應成為創意實現的羈絆，學校或教師應為學生搭建良好的平臺，讓學生不受技術和資源的限制，鼓勵他們把順應時代要求的創意轉換成實際的產品，并積極參與學科競賽，在學科競賽中提升團隊協作和項目開發能力，積累寶貴的經驗。

（4）重視校企合作

拘泥于書本的教學內容缺乏真實感和時代感，學生所學內容及實踐能力難以滿足就業需要。通過產學研合作，由企業發布需求，學校以競賽、項目合作或外包的形式組織學生研究和開發，甚至把真實的企業物聯網應用項目引入實際教學中，讓更多學生參與，使教學產出與實際就業需求接軌，大幅提高學生的就業工作能力。

1.4 誰來教

“誰來教”即明確師資隊伍。面向物聯網專業的單片機授課教師除了具備扎實的軟硬件功底，能靈活嫻熟地使用單片機，也應對物聯網的基本概念、技術框架、應用領域等有較深入的認知，且具備良好的專業前瞻性。而大多數專業教師僅具備良好的授課能力，缺乏工程實踐能力。學校應鼓勵并提供適當的機會，通過校企合作方式讓教師進入相關企業學習培訓，積累項目實踐經驗。同時適當引進企業工程師實施教學或擔任實踐教師提升授課能力。

1.5 用什么教

“用什么教”即明確教育教學的實施條件。總體來說，單片機課程教學適合在配備有基礎實驗設施或器材等具備工程實踐的環境中實施，從物理環境和設備選用兩方面考慮，建立完善的理論及實踐教學體系。

（1）教學環境

單片機課程雖偏重于應用能力的培養，但物聯網學生的硬件基礎知識相對于其他專業稍顯薄弱，因此應先在教室里進行少量的理論授課，如講授單片機的基本概念與結構、類型區分、應用選型等知識。在理解基本原理的基礎上，在實驗室實踐模擬真實硬件操作。

（2）單片機選型

單片機的類型及各種外圍功能模塊日新月異，層出不窮。開發板或試驗箱的選用不能與物聯網相關應用的實現脫節，且應具備時效性。物聯網中無線傳感網組建的基礎是無線接入網技術，為滿足物聯網無線數據傳輸和處理的要求，應盡量采用將無線通信合二為一的新型單片機，即無線單片機，支持藍牙，ZigBee，WiFi等無線通信，且應根據實際性能要求從最早的8位8051系列內核向ARM Cortex，STM32及MSP430等轉變，并參考物聯網行業領域中的主流型號和實際就業需要，同時還應考慮擴展性和靈活性，能夠給學生留有二次開發的余地，讓學生在一定程度上能夠自行設計和搭建硬件電路。實驗器材較簡單，在熟練使用單一型號開發板的基礎上，可鼓勵學生鉆研其他類型的單片機，區分其不同之處，做到一通百通。有條件的院校可根據自身特色自主打造單片機開發板或實訓平臺，并設計配套的實訓項目和教材，打破購買固化設備帶來的局限性。

1.6 教得怎樣

“教得怎樣”即建立健全的教學評價體系并持續改進以實現教學過程最優化。傳統的評價方式由學生在課程學習完畢后對教學進行簡單的填表評價，或是以學生的考核成績來做一定的衡量和參考，這不利于有效信息的獲取和教學過程的持續改進。在教學過程中定期定量對學生進行會診，教師根據學生的反饋酌情調整是可取的方式之一。此外課程評價也不能完全依賴學生，應組織課程組教師或行業專家參與課程教學研討和聽課學習，及時反饋評價尤其是有效的建議，真正做到持續性地改進和優化。

2 結 語

本文以單片機在物聯網技術體系中的重要性為出發點，圍繞“六個教”理論，即“朝什么方向教”“教什么”“怎么教”“誰來教”“用什么教”“教得怎樣”六個方面，結合學院自身特點對單片機課程面向物聯網專業的教學改革進行了思考。只有有效提升課程的專業契合度，才有利于提高課程的教學質量，實現教學過程的最優化。

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