職業(yè)本科單片機實訓課程活頁式教材開發(fā)研究
——以建筑電氣與智能化工程專業(yè)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(yè)教育法，并于2022年5月1日起施行[1]。新修訂的職業(yè)教育法中明確提出，高等職業(yè)教育包含專科、本科及以上教育層次的職業(yè)教育。本科職業(yè)教育是高等職業(yè)教育的重要組成部分，要在學習培養(yǎng)中突出職業(yè)教育發(fā)展、人才培養(yǎng)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(yōu)化教育結構及教育資源的配置，推進職業(yè)教育的協(xié)調發(fā)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(yè)的一門重要專業(yè)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(yǎng)學生的創(chuàng)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(yè)是高職建筑設備類中的一個重要專業(yè)，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(yè)是2021年新增的建筑設備類職業(yè)本科專業(yè)，與傳統(tǒng)的高職專業(yè)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(yè)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(yè)的核心專業(yè)課程，現(xiàn)在教學過程中存在以下主要問題[4～6]。

(一)缺乏本專業(yè)的單片機實訓教材，實訓內容較為老舊，缺乏創(chuàng)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(yè)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(shù)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(chuàng)新，沒有開發(fā)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(fā)展需求。

(三)課程思政及個性化培養(yǎng)欠缺。在傳統(tǒng)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(yǎng)。所授的知識內容缺乏創(chuàng)新性，直接給出實訓的任務，沒有實訓項目提煉環(huán)節(jié)。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(tǒng)的論證過程，學生的實踐能力很難有實質性提高、創(chuàng)新能力培養(yǎng)欠缺。

綜上所述，建筑智能化應用技術專業(yè)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(yǎng)和創(chuàng)新能力培養(yǎng)不足。因此為了提高學生的動手能力、創(chuàng)新能力和綜合素質，開發(fā)一套適合本專業(yè)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(qū)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(yǎng)學生的工程應用能力和實物系統(tǒng)的開發(fā)能力，緊密加強實訓內容與實際工程的聯(lián)系。在任課老師的指導下，結合實際專業(yè)，學生自主討論開發(fā)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(yǎng)學生的思想素質，提升綜合能力。在教學中加入黃炎培職業(yè)教育思想中“敬業(yè)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(guī)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(yǎng)，提高學生發(fā)現(xiàn)問題分析問題解決問題的能力，著實培養(yǎng)學生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力，培養(yǎng)出新時期“鐵的紀律、金的人格”的職業(yè)人才。

三、實訓教材內容的構建

為了更好地系統(tǒng)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(fā)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(tǒng)開發(fā)環(huán)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(fā)環(huán)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(tǒng)、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(huán)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(shù)碼管動靜態(tài)顯示、液晶顯示模塊的原理與驅動、中斷系統(tǒng)、并行與串行通信技術、數(shù)/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(jié)系統(tǒng)、消防火災聯(lián)動系統(tǒng)、電梯系統(tǒng)、燈光控制系統(tǒng)等子系統(tǒng)中的某一部分作為實訓的對象，針對某一系統(tǒng)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(tǒng)是智能建筑的重要組成部分，電梯系統(tǒng)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(tǒng)的模塊分布如圖2所示，本部分以電梯系統(tǒng)為示例，提煉出單片機實訓的內容。

圖2 電梯系統(tǒng)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(xiàn)步進電機的正反轉及轉動圈數(shù)，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(shù)碼管組成的顯示系統(tǒng)，能夠顯示電梯上下行及樓層的狀態(tài)。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(tài)時能夠發(fā)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(tǒng)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(fā)環(huán)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(tǒng)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(fā)光二極管、控制蜂鳴器發(fā)聲、LED數(shù)碼管靜態(tài)和動態(tài)顯示及鍵盤聯(lián)動控制實訓項目，涵蓋了單片機I/O接口、數(shù)據(jù)類型、數(shù)組和數(shù)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(shù)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(lián)動機遠程監(jiān)控功能的綜合應用。

表1 電梯系統(tǒng)單片機實訓內容表

五、結語

實訓過程中，開發(fā)并使用一本適用于本專業(yè)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(yè)并培養(yǎng)創(chuàng)造意識、提高創(chuàng)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。