職業本科單片機實訓課程活頁式教材開發研究
——以建筑電氣與智能化工程專業為例

□趙小亮 王研艷

黨的十三屆全國人大常委會第三十四次會議4月20日表決通過新修訂的職業教育法，并于2022年5月1日起施行[1]。新修訂的職業教育法中明確提出，高等職業教育包含專科、本科及以上教育層次的職業教育。本科職業教育是高等職業教育的重要組成部分，要在學習培養中突出職業教育發展、人才培養的高技能性和高層次性，在教學過程中學校及教學部門要深度產教融合、校企合作，優化教育結構及教育資源的配置，推進職業教育的協調發展[2]。《單片機應用技術》課程是高職院校中電氣、電子、機電等大類專業的一門重要專業課程[3]，該課程理論與實踐性結合強、軟硬件電路技術綜合運用。學生通過實訓課程訓練，能夠將所學的理論知識運用到實際的設計中，培養學生的創新精神，提高動手能力。

一、實訓課程教學過程中存在的問題

建筑智能化工程技術專業是高職建筑設備類中的一個重要專業，隨著建筑智能化的普及，社會對建筑智能化方向的人才需求增大。建筑電氣與智能化工程專業是2021年新增的建筑設備類職業本科專業，與傳統的高職專業相比，本科層次的建筑智能化人才方面要有更深的理論基礎、更高的技能性和更強的職業能力。在建筑智能化工程技術高職教學過程中，《單片機應用技術》理論及實訓課程是該專業的核心專業課程，現在教學過程中存在以下主要問題[4～6]。

(一)缺乏本專業的單片機實訓教材，實訓內容較為老舊，缺乏創新。目前所用的單片機實訓教材，沒有是采用建筑智能化工程專業方面的實訓教材，采用的都是電子信息、自動控制類教材。課程內容還是按照單片機的LED流水燈、LED數碼管、計時器、AD轉換等通用實訓模塊進行講授，實訓內容較為老舊，缺乏創新，沒有開發出針對建筑智能化工程方面的實訓教材。

(二)缺乏專門針對不同生源學生的課程體系。在高職院校中，專科及本科學生的生源有兩部分，一部分是普通高中參加高考升學的高中后招生，另一類是中職對口單招或者是“專升本”分類招生。不同生源類型的單片機實訓課程的教學大綱基本相同，教學內容差別不大，教材內容是學習的主要途徑，沒有考慮到不同層次學生的發展需求。

(三)課程思政及個性化培養欠缺。在傳統的單片機實訓教材中，主要是對知識的講解，很少有針對課程思政部分內容的講授，缺少學生“匠心”“大國工匠”能力的培養。所授的知識內容缺乏創新性，直接給出實訓的任務，沒有實訓項目提煉環節。在項目提煉等方面沒有調動學生積極性，缺少了文獻和實際生產的調研、設計不同的方案并進行論證、任務進行分解成不同子系統的論證過程，學生的實踐能力很難有實質性提高、創新能力培養欠缺。

綜上所述，建筑智能化應用技術專業單片機實訓的課程任務單一，沒有針對不同的學生生源進行講授，學生的個性化培養和創新能力培養不足。因此為了提高學生的動手能力、創新能力和綜合素質，開發一套適合本專業的單片機綜合實訓教材非常必要。

二、教材內容設置的原則

(一)分層次的教學項目設計。可選模塊的編制上面，考慮到不同任務對知識點的覆蓋情況、知識與技能的難度與廣度有層次的區分，在可選功能模塊內設置為必做的基本任務和綜合性任務。所有學生都要完成基本任務，對于學有余力的同學可以嘗試完成綜合性任務，保證不同層次的同學的學習需求，學習興趣將更為濃厚。

(二)學生自主討論提煉實訓內容。為了培養學生的工程應用能力和實物系統的開發能力，緊密加強實訓內容與實際工程的聯系。在任課老師的指導下，結合實際專業，學生自主討論開發設計實訓內容；在保證實訓課程知識點全覆蓋的基礎上，完成對實訓項目的提煉。

(三)課程思政部分內容的融入。課程思政的教學內容是實訓教學的重要組成部分。實訓教學是以實踐實習形式全時段跟學生接觸的重要過程，能夠在短期內培養學生的思想素質，提升綜合能力。在教學中加入黃炎培職業教育思想中“敬業樂群”“手腦并用、雙手萬能”“工匠精神”“愛國主義”等核心內容的介紹，在實訓中加強學生的安全規范意識、團隊合作精神、奉獻精神、學做合一、愛國主義精神的培養，提高學生發現問題分析問題解決問題的能力，著實培養學生的創新創業能力，培養出新時期“鐵的紀律、金的人格”的職業人才。

三、實訓教材內容的構建

為了更好地系統掌握單片機實訓的理論知識，同時考慮到該課程是采用軟件進行仿真的實踐課程，同時激發學生的學習興趣將教材分為三個部分：一是軟件介紹部分；二是必選的基礎部分；三是可選功能部分。內容的難度設計上采用分層次的設計，滿足不同學生的學習需求，具體結構如圖1所示。

圖1 教材內容結構圖

(一)軟件介紹部分。軟件介紹模塊是掌握使用單片機的基礎內容，內容包括系統開發環境及相關軟件的使用，如Proteus設計及仿真平臺的使用、Keil C51集成開發環境使用及Stc-isp程序下載等部分內容學習。

(二)必選基礎模塊的知識點。必選的基礎模塊是單片機基本知識點的學習單元，知識點包括單片機最小系統、單片機I/O接口輸入輸出控制、定時器使用、特殊功能寄存器、C語言中循環和常見判斷語句等。

(三)可選功能模塊的知識點。在完成基礎模塊的基礎上，本部分完成可選功能模塊的知識點設計。具體包括數碼管動靜態顯示、液晶顯示模塊的原理與驅動、中斷系統、并行與串行通信技術、數/模轉換接口、矩陣鍵盤的工作原理及設計方法等知識點。

(四)實訓項目設計與提煉。在實訓內容的設計上，將建筑內溫濕度調節系統、消防火災聯動系統、電梯系統、燈光控制系統等子系統中的某一部分作為實訓的對象，針對某一系統提煉出實訓項目，提出的項目要覆蓋需要掌握的所有知識點。

四、實訓內容提煉舉例

電梯系統是智能建筑的重要組成部分，電梯系統主要由微控制器模塊、電源電路模塊、復位電路模塊、樓層顯示模塊、電機驅動模塊、獨立鍵盤模塊、報警模塊及其它檢測模塊等組成。電梯系統的模塊分布如圖2所示，本部分以電梯系統為示例，提煉出單片機實訓的內容。

圖2 電梯系統總體框圖

微控制器模塊主要是由單片機及相關控制電路組成，能夠保證內在邏輯的處理，進行精確控制。電機驅動模塊是控制步進電機的重要部分，能夠實現步進電機的正反轉及轉動圈數，從而對電梯的上行和下行做出對應的動作。樓層顯示模塊是多組LED燈及數碼管組成的顯示系統，能夠顯示電梯上下行及樓層的狀態。獨立鍵盤模塊是各層電梯的信號輸入裝置，將各層轎廂外的樓層需求及轎廂內的按鍵通過端口傳輸給單片機。報警模塊是聲光報警器，在轎廂超時及警報狀態時能夠發出警報信號并對外進行報警。其他檢測模塊包括電梯超載檢查、轎廂防夾功能檢查、轎廂其他異常功能檢測等。

針對電梯各個部分的主要內容，將功能進行分解與提煉，整理出基礎模塊和可選功能部分模塊的實訓內容。具體的內容如表1所示。電梯系統中的微控制模塊和復位電路模塊提煉出單片機控制電路實訓項目，涵蓋單片機結構、C51知識和開發環境介紹的主要內容，為后期的必選模塊和可選功能模塊做準備。電梯系統中聲光報警模塊、樓層顯示模塊和獨立鍵盤模塊必選基礎模塊，提煉出對應于三個模塊的實訓模塊為點亮發光二極管、控制蜂鳴器發聲、LED數碼管靜態和動態顯示及鍵盤聯動控制實訓項目，涵蓋了單片機I/O接口、數據類型、數組和數碼管顯示及邏輯判斷語句。可選功能模塊包括檢測模塊、電機驅動模塊和樓層顯示模塊，提煉出轎廂防夾及定時開關、電梯超載檢測、電機控制機液晶模板的設計，包括了數模轉換、定時功能、步進電機及液晶顯示器應用。綜合應用功能模塊是電梯防超載、轎廂防夾、多部電梯聯動機遠程監控功能的綜合應用。

表1 電梯系統單片機實訓內容表

五、結語

實訓過程中，開發并使用一本適用于本專業的單片機實訓教材，學生能在提煉實訓項目過程中理解自己專業并培養創造意識、提高創新能力。通過采用分層次的實訓內容的設置，滿足了不同生源及接受層次的學習需求，同時將課程思政融入教學，提高學生的思想素質，提升綜合能力。