基于物联网技术的高校单片机教学改革探讨

甘文　陈君霞

【摘 要】阐述当前高校单片机教学中存在的问题，分析物联网技术应用于单片机教学的必要性与可行性，并结合单片机教学实践，探讨基于物联网技术的单片机教学改革的措施。

【关键词】物联网技术 高校 单片机教学 改革

【中图分类号】 G 【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2014）12C-0187-02

一、研究背景

物联网（the Internet of Things，IOT），是指利用传输网络与智能感应装置，使物体到达特定的信息处理中心，进而达到人和物体、物体和物体之间的信息交互与处理的新型互联网。简单地说，物联网是指物与物相连接的互联网。国外专业咨询机构相关数据显示，到2020年，与人和人通信的业务相比较，物与物互联的业务将达到1∶30，所以物联网又常常被称为是极大型的新一代通信业务，将掀起比计算机与互联网更大的信息产业浪潮。

物联网是构成新型信息技术的关键部分。伴随着当代信息技术的快速发展，物联网获得了许多高校、企事业单位、科研机构的重视。物联网的出现与相关技术的进步，为改革单片机教学提供了相当丰富的教学内容、教学题材与实现方式。物联网技术的发展为嵌入式或单片机教学改革提供了新的机遇，但技术发展所造成的形式变化又让单片机教学面临新的挑战。单片微型计算机是大部分高校通信类、电子信息类专业的重要课程。然而现今，51系列单片机依然是许多高校单片机教学的主角，教学方式与教学内容不能及时更新，单单围绕程序与指令展开，无法与物联网技术整合，不具备实效性，不能适应社会新形势的发展。为提高高校单片机教学的实效性，可基于物联网技术对单片机教学进行改革。

二、当前高校单片机教学中存在的问题

当前，设置单片机课程的专业范围较广，电子信息工程、电气工程及其自动化、通信工程、机械及其自动化等众多专业都将单片机课程设置为必修课程。可见，单片机教学的影响面较大。然而，高校的单片机教学实普遍存在以下方面问题：

第一，教学模式陈旧。长期以来，单片机教学往往都是根据一定的模式来进行的，以C语言或汇编语言为主，首先进行指令的教学，然后到程序的教学，最后再进行辅助项目配套教学。这种教学模式与单片机课程教学目标有一定的出入。除此之外，教学体系也缺少创新，实践教学很难找到新方向，学生在进行分析时自然而然会依据固定的思路，结果造成此课程教学停滞不前。

第二，重理论教学轻实践教学。单片机教学中更多地采用课堂理论教学的方式，实践教学被忽略，不利于提高学生学习的主动性与积极性。实践教学的方式主要是单一的实验课程，实验手段多是脱离实际的。在实验课程过程中，往往将实验箱视为唯一条件，参考十几个匹配程序，课程教学仅仅停留在表面，学生难以掌握此门课程的精髓，实践操作能力自然不能得到有效提高。

第三，考核方式不合理。如上所述，单片机教学中更多地采用课堂理论教学的方式，在设置单片机教学体系时，也往往会将实践教学环节、实践课程都划在课堂教学范畴，使得学生创新能力、动手能力受到很大影响。然而，期末对学生综合能力进行考核时，却要重点考查实践情况，往往使得学生无所适从。这也不不利于学生实践能力的培养。

三、物联网技术应用于单片机教学改革的必要性与可行性

（一）物联网技术应用于单片机教学改革的必要性

高校的主要功能是培养社会所需人才，而为用人单位、社会培养复合型、创新型、应用型则是许多高校的重要目标。这就要求各高校必须结合社会需求，加强教学改革，真正为社会培养出复合型、创新型、应用型人才。从现今各大高校单片机教学现状来看，学生的学习效果、学习反馈、学习态度等方面都在较大程度上推动单片机教学改革的步伐。与此同时，物联网技术的进一步发展必然对高校教学与所培养人才有更高的要求。所以，无论是就业市场的消极需求还是主动要求，都是推动高校将物联网技术应用于单片机教学改革的动力。

（二）物联网技术应用于单片机教学改革的可行性

物联网教学过程中所涉及的相关课程分成三个部分：基础课程、核心课程、实践教学中的应用开发。其中许多课程如嵌入式、单片机、网络、传感器、现代通信等都是已经开设的课程，因此没有必要对已有课程体系进行大改动，这是改革单片机教学可行的前提。在核心课程中，以MSC-51以内的无线SOC单片机作为教学的SOC单片机，如此一来就能加强、顺延传统的单片机教学。而像RTOS操作系统与嵌入式微处理器这种传统课程，仅需把其作为物联网网关，在实践教学过程中突出它在物联网体系中的重要性。由此可见，物联网技术应用于单片机教学改革极具可行性。

四、基于物联网技术的单片机教学改革

物联网技术应用于单片机教学的必然形式与特点之一在于无线通信与单片机二者紧密结合。各类新型模块与接口的应用是新形势下嵌入式或单片机系统的一般表现形式。对此，必须变革单片机教学的教学内容、教学方法与教学实践。

（一）教学内容改革

无线SOC单片机作为教学目标硬件，实践教学过程中应当紧密结合物联网系统进行实际应用，重点放在数据传输、采集与无线通信、网络的教学之上。而像I2C、SPI、D/A、A/D、RS232/485（串行通信）的设计与开发等教学内容则需要在传统教学的基础上进一步加强。同时，ZigBee协议栈应当作为网络协议与软件系统。在进行协议栈里面各层实现方法的讲解时，注意结合实际例子。RTOS操作系统在本科阶段不需要重点讲解。网络协议与软件系统没有必要投入过多的精力进行讲解，应当将重点放在学生实际操作能力培养之上。

（二）教学方法改革

首先，应用案例引导法进行传统单片机部分的讲解，中心放在任务部分，教学任务的实施根据环境创设、任务确定、任务完成三个阶段来开展。在构思任务时要注意突出无线通信、物联网数据采集的相关概念，设置有实际应用意义的开发背景。比如可以选择GPRS或GPS模块进行串行RS232串行接口的讲解，数据的远程传输可以通过这两个模块。而对于SPT接口，则可以选用函数库作为软件蓝本，SPI模块的应用、SOI接口函数的使用、SPI原理等都可以结合SPI接口通信实例进行讲解。例如，方位信息的采集可以通过具有SPI接口Compass指南针模块来讲解，等等。

其次，由于无线通信部分仅仅接触到理论部分，在已有的教学课程体系中不包含这部分，所以在实际教学中应当尽可能减少理论描述与推导部分，提高实际开发与应用的比例，进而提高学生学习的积极性。

最后，ZigBee协议栈程序作为网络协议部分的具体对象，重点应当放在应用层开发流程之上，再加上MAC层与网络层中关于网络不同通拓扑形态的具体设置，开始先从容易的点对点通信的实现，慢慢过渡到构建星形网络。串行通信与普通节点可以应用在网关部分，进而达到Internet与物联网互联的目标。

（三）实践教学改革

原本单片机就是一个实践性较强的课程，如果脱离实践，很容易导致学生出现高分低能的现象。在实际教学过程中，要改变以往教师单方面讲解、学生埋头做的教学方式，为教学目标构成教学团队，团队成员主动学习、相互配合、平等参与。教师作为辅导者应当起到主导作用，可以放手让学生写作学习，自主研究。

实验室建设方面，可以建设以SOC单片机特征的教学新系统，实验箱选择像TY-ZIGBEE这种支持ZieBee的无线SOPC单片机试验箱。为兼容原有实验，便于移植代码，可以应用Keil/IAR的编译开发平台，进而达到降低整改工作量的目的。实验项目方面，综合试验、网络协议实验、基础硬件实验三个部分是SOC单片机CC2430的重点内容。具体地讲，射频点对点通信、UART实验、ADC实验、点阵式LCD驱动等都是包括在基础硬件方面的实验，而寻址路由、网络层、TI-ZStack等则属于网络协议实验;根据实际条件进行物联网开关控制、温度场传感选择则属于综合实验。

综上，在物联网技术快速发展的今天，将物联网技术应用于高校单片机教学改革中是必要的、可行的，有利于增强高等教育的实效性，培养复合型、创新型、应用型人才。

【参考文献】

[1]何利明.从嵌入式系统视角物联网[J].单片机与嵌入式系统应用，2010（10）

[2]王东.单片机原理及应用教学改革初探[J].安顺学院学报，2008（3）

（责编 王 一）endprint