物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代下單片機(jī)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的初步探索

佟慧艷 裴曉敏 王艷輝 韓曉光

摘 要：本文對(duì)非物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法進(jìn)行初步改革，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中加入無(wú)線通信和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議相關(guān)知識(shí)，將無(wú)線CC2530單片機(jī)作為硬件教學(xué)目標(biāo)，初步搭建無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)；采用進(jìn)階式實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目教學(xué)方法，增強(qiáng)學(xué)生動(dòng)手設(shè)計(jì)能力，適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代發(fā)展要求。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；CC2530單片機(jī)；進(jìn)階式實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

目前我們正處于全新的物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，單片機(jī)技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)感知層和應(yīng)用層核心技術(shù)之一，這對(duì)于單片機(jī)課程教學(xué)提出全新的要求。

一、 傳統(tǒng)單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問(wèn)題

單片機(jī)課程是一門實(shí)踐性較強(qiáng)的課程，目前單片機(jī)本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)學(xué)時(shí)普遍較少，很多知識(shí)點(diǎn)沒有及時(shí)在實(shí)踐中消化理解，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不濃；大部分教師未能系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)，缺乏量化考核過(guò)程；傳統(tǒng)單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容陳舊，無(wú)法適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代發(fā)展要求。

二、 單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的思路和措施

（一） 單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革思路

筆者在近幾年單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中采用進(jìn)階式實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目教學(xué)方法。進(jìn)階式實(shí)驗(yàn)教學(xué)就是將單片機(jī)課程知識(shí)點(diǎn)融入單片機(jī)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中進(jìn)行整體設(shè)計(jì)規(guī)劃，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容由淺入深、難度由易到難，進(jìn)階式實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目分為基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、進(jìn)階實(shí)驗(yàn)和綜合實(shí)驗(yàn)、CC2530單片機(jī)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

在基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)部分，如單片機(jī)的數(shù)碼管和LCD顯示、鍵盤接口技術(shù)、中斷定時(shí)技術(shù)、A/D和D/A轉(zhuǎn)換、串行通信等基本實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，學(xué)生需要獨(dú)立進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，掌握硬件電路設(shè)計(jì)，按實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目功能任務(wù)編寫C51程序，打好扎實(shí)基礎(chǔ)。進(jìn)階實(shí)驗(yàn)和綜合實(shí)驗(yàn)大致分為顯示控制類、數(shù)據(jù)測(cè)量及輸出控制類、通訊控制類等類型的實(shí)驗(yàn)綜合項(xiàng)目，針對(duì)不同學(xué)生學(xué)習(xí)能力和就業(yè)需求情況，按照不同程度規(guī)劃學(xué)習(xí)，因材施教。經(jīng)過(guò)前兩部分實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目教學(xué)，同學(xué)們對(duì)小型單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)有了深入理解，具有一定的單片機(jī)應(yīng)用電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力。

最后，我們?cè)趩纹瑱C(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中加入無(wú)線通信和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議相關(guān)知識(shí)，將無(wú)線CC2530單片機(jī)作為教學(xué)目標(biāo)硬件，實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中緊密結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用，從開發(fā)環(huán)境的搭建、CC2530基礎(chǔ)應(yīng)用（如采集溫度信息或采集光照信息）、CC2530無(wú)線射頻傳輸（CC2530控制DS18B20采集溫度并通過(guò)無(wú)線射頻傳輸）等實(shí)驗(yàn)任務(wù)完成相關(guān)知識(shí)的拓展，重點(diǎn)放在數(shù)據(jù)的采集、無(wú)線通信與數(shù)據(jù)傳輸?shù)冉虒W(xué)內(nèi)容上，初步搭建無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。

（二） 實(shí)施措施

筆者在單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革過(guò)程中，在基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目階段采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)法，課堂上使用“uVision+Proteus”仿真軟件完成，既完成了理論知識(shí)講授，同時(shí)仿真軟件直觀的輸出效果大大激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣；在進(jìn)階實(shí)驗(yàn)和綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目階段采取仿真軟件和TEG-1_C51單片機(jī)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)平臺(tái)同步進(jìn)行的方式；CC2530單片機(jī)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目采用ZigBee開發(fā)套件完成；教學(xué)中注意任務(wù)布置時(shí)間節(jié)點(diǎn)，加大學(xué)生課外學(xué)習(xí)時(shí)間，以彌補(bǔ)課內(nèi)學(xué)時(shí)不足的問(wèn)題。

在單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，在期初就將實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目安排計(jì)劃總表發(fā)送給學(xué)生，每次實(shí)驗(yàn)前務(wù)必提前布置好任務(wù)，要求同學(xué)們?cè)跇I(yè)余時(shí)間利用仿真軟件和開發(fā)板提前進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并將實(shí)驗(yàn)以“班級(jí)+姓名+實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目”為標(biāo)題打包文件，發(fā)送到單片機(jī)QQ學(xué)習(xí)群；對(duì)于在實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)中遇到的問(wèn)題可以給老師QQ留言，老師隨時(shí)解答，共性問(wèn)題在實(shí)驗(yàn)課上解答與討論；每個(gè)同學(xué)的完成情況表格隨時(shí)公示在QQ群里，并且對(duì)每位同學(xué)的預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行實(shí)時(shí)打分，計(jì)入期末單片機(jī)課程總成績(jī)。經(jīng)過(guò)2013級(jí)和2014級(jí)兩屆學(xué)生的單片機(jī)課程教學(xué)，雖然所學(xué)知識(shí)增加很多，但同學(xué)們對(duì)單片機(jī)學(xué)習(xí)產(chǎn)生濃厚的興趣，單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果良好，達(dá)到教學(xué)改革的預(yù)期目標(biāo)。

三、 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法上進(jìn)行初步改革，對(duì)非物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的單片機(jī)課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行適當(dāng)擴(kuò)展，以適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)大時(shí)代背景下專業(yè)人才培養(yǎng)的需要；通過(guò)進(jìn)階式實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目教學(xué)方法，系統(tǒng)規(guī)劃實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，針對(duì)不同學(xué)生學(xué)習(xí)能力和就業(yè)需求情況，因材施教，大大增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生對(duì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)能力，也為學(xué)生將來(lái)從事物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：

佟慧艷，裴曉敏，王艷輝，韓曉光，遼寧省撫順市，遼寧石油化工大學(xué)信息與控制工程學(xué)院。