基于工作过程导向的“单片机技术与应用”课程开发与实践

丁小一，吕 菲

（合肥职业技术学院，安徽 合肥 238000）

目前在高职院校，“单片机技术与应用”课程是以单片机硬件和软件知识为基础，是培养学生单片机开发及应用能力和程序设计能力的核心课程，是理论联系实际，培养实际操作能力和科学研究方法的重要手段。

而单片机的传统教学采用的是先基础、后应用的模式，侧重于理论教学，不利于培养学生的动手能力；知识点结合度不高，应用技术只是作为点缀，使学生理解知识点比较困难，而且感觉枯燥乏味，学习兴趣不浓厚[1]；过于依赖实验箱，学生按照实验指导书的步骤，机械地做一遍验证性实验，无法进行创新性设计。

1 基于工作过程的课程开发思路

课程开发是指通过需求分析确定课程目标，再进行教学活动的计划、组织、实施、评价和修订，最终达到完成课程目标的整个过程。基于工作过程的课程开发就是与企业共同开发课程平台，以企业的工作过程为课程设计的根本出发点，以企业开发项目的工作过程为课程体系的主线，以工作任务为导向，以真实的项目为载体，重构课程体系，转变教学模式（以“教师为主、学生为辅”转向以“教师主导、学生主体”的模式），以此来培养学生自学能力、创新能力以及职业岗位综合技能[2]。

“单片机技术与应用”课程涉及单片机硬件和软件知识，在课程开发中，我们将以工作任务为逻辑主线，将完成工作任务必需的相关理论知识构建于项目之中，学生在完成具体项目的过程中学会完成相应工作任务，锻炼职业能力，掌握相应的理论知识。在教学中，根据实训环境、实习资源情况贯彻工学结合的教学策略，并根据单片机设计及应用情况设计教学过程。

在课程设计中遵循的理念如图1所示。

课程开发思路如下：明确产品功能；准备技术器件资料；硬件设计；硬件电路制作；软件设计；软硬件联调；文字归档。

2 “单片机技术与应用”课程开发任务安排

在选取“单片机技术与应用”课程开发任务时，坚持理论够用、注重实践的原则，将“单片机技术与应用”课程的相关知识点融入项目中，通过对项目的分析与实现，让学生彻底地掌握相关知识以及相应的职业岗位综合技能。

图1 课程设计理念

“单片机技术与应用”课程的相关知识点包括I/O端口的应用、外部中断的使用方法、内部定时/计数器的使用方法、串口通信应用、AD转换模块的使用方法、脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation，PWM）控制等。

本课程的开发主要是针对物联网应用技术专业的学生，所以在任务安排时主要和物联网相关知识挂钩，知识点由浅入深，且后一个项目会涵盖前一个项目的知识点，让学生能够巩固相关知识点。具体任务安排如下：（1）智能家居室内灯光系统，涉及的知识点有I/O端口的应用、按键、LED灯、中断。（2）家庭天然气智能防护系统，涉及的知识点有AD、按键/中断、定时、继电器、可燃气体传感器等。（3）智能家居室内灯光系统，涉及的知识点有AD、光敏电阻、继电器、12864液晶显示、按键。（4）智能温室大棚实训系统，涉及的知识点有AD、光敏传感器、温湿度传感器、继电器、中断、定时、PWM。

要求学生具有查阅资料的能力、方案设计的能力、分析问题、解决问题的能力、实践操作的能力以及项目开发的能力。

3 “单片机技术与应用”课程开发任务的实践

针对不同的项目，按照步骤去开发课程任务，根据实际情况可以对某些步骤进行筛减。本文以家庭天然气智能防护系统为例。

3.1 明确产品功能

可燃性气体具有易燃易爆特性，如果在使用中操作不当或设备密封不好，都可能发生可燃气体泄漏现象，进而酿成火灾或爆炸事故，给国家和人民的生命财产造成损失。本系统主要以智能厨房为主题，以燃气检测预警为核心内容，通过可燃气体传感器采集厨房燃气数据，并将该数据通过ZigBee协议发送给协调器结点。协调器进行判断，当检测到燃气参数超标时，蜂鸣器报警，并且开窗排风。

3.2 准备技术器件资料

家庭天然气智能防护系统以TGS系列传感器和CC2530芯片组成传感结点和协调器结点，构成无线数据采集网络，实现对室内可燃气体的检测和预警并采取措施。在这里，只需对TGS系列传感器和CC2530芯片准备资料。

3.3 硬件设计

家庭天然气智能防护系统的硬件框如图2所示。

在实际操作中，可借用现有的ZigBee模块，以缩短学生的实训周期。采集节点和协调器均可采用ZigBee模块。将气体传感器模块的模拟量输出接口与ZigBee模块的ADC0接口连接起来，即可作为采集节点[3]。

3.4 软件设计

软件设计平台采用IAR Embedded Workbench，用C语言进行代码的编写，采集节点的数据通过Z-Stack协议栈发送给协调器结点。

3.5 软硬件联调

采集节点及协调器正常工作后，用火机燃气模仿厨房天然气管道的泄露，在采集节点的传感器附近释放燃气，注意观察上位机串口数据的变化，继续释放燃气，记录燃气浓度为多少时装置中的蜂鸣器会响，风扇及窗户会自动打开。

3.6 文字归档

对该系统以上各项内容进行详细记录，并记下设计过程中遇见的问题，为学弟学妹们的学习提供参考。

4 课程考核

为全面考核学生的学习情况，“单片机技术与应用”课程的考核方式改变了传统的评价手段和方法，采用过程性评价与目标评价相结合的评价模式。注重平时成绩、学生动手能力和分析问题、解决问题能力的考核，全面综合评价学生能力。将考核方式分为两部分：过程性考核和目标性考核[4]。其中，过程性考核占70%，以个人为单位，在每个任务结束时进行考核，包括学生自评（20%）、学生互评（20%）和教师评价（60%）；目标性考核占30%，在学期的最后两周让学生自己组队，选好项目，收集资料，按照课程开发步骤，提交一份完整的项目报告。

5 结语

本文通过对当前高职院校“单片机技术与应用”课程教学中存在的问题进行分析，提出了基于工作过程导向的“单片机技术与应用”课程开发方案。坚持以“学生为主体”“教师主导”和“职业岗位综合技能”培养为主的教学思路与理念，以基于工作任务为导向，以企业真实项目为载体，以综合技能训练项目工作任务为主线，重构课程体系，这不仅突出了职业特点，而且还培养了学生的职业岗位综合技能、自学能力和创新能力。

[参考文献]

[1]汪海燕.基于任务驱动的“单片机应用技术”课程开发与应用探索[J].职业教育研究，2014（8）：94-96.

[2]郭维威，刘锋，沙晓瑞.基于工作过程模式的软件专业核心课程开发与实践—以Java程序设计为例[J].鸡西大学学报，2014（10）：14-15.

[3]杨琳芳，杨黎.无线传感网络技术与应用项目化教程[M].北京：机械工业出版社，2017.

[4]张建平，曾小玲，贾俊霞.“基于工作过程课程开发”实施的问题及解决方法—以《单片机应用技术》课程为例[J].晋城职业技术学院学报，2014（4）：53-55.