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基于物联网技术的单片机教学改革研究

时间:2022-12-09 10:30:06 来源:网友投稿

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本文重点探讨物联网技术推动的单片机课程课堂教学、实验教学、课程设计、考核方式、教学方法和手段以及产学一体化等方面的改革探索,突出学生运用所学知识和技能解决实际问题的综合能力培养。

1 课程教学内容的改革

传统的单片机课程教学重点包括单片机硬件结构、C51语言程序设计、中断系统、定时器/计数器、串行口、存储器扩展技术、应用系统接口设计等。本次教学改革压缩了单片机硬件结构、C语言程序设计以及存储器扩展技术的有关内容,增加了物联网基础知识、CC2530外围接口、CC2530无线射频等内容。56学时详细的教学内容如表1所示。

其中,单片机的存储系统扩展技术以及CC2530传感器项目(包括光敏传感器、温/湿度传感器、雨滴/凝露传感器、火焰传感器、继电器传感器、霍尔传感器、超声波测距传感器、人体红外传感器、可燃气体/烟雾传感器、空气质量传感器、三轴传感器以及压力传感器)以学生课下自学掌握为主,并提供给学生相关参考资料和例程。

2 基础实验内容的改革

基础实验一共30学时,与56学时的课堂教学穿插进行,其目的是让学生动手掌握单片机和CC2530处理器的基础编程方法、各个片内接口的使用、CC2530的无线射频开发和ZStack协议栈的使用等内容。在实验中使用单片机实验箱和CC2530开发套件,实验2个人为一组进行,编程建议学生用C51语言和经典的Keil C开发环境完成。详细的实验内容如表2所示。

3 课程设计的改革

单片机原理及应用课程设计安排在假期的第1周或开学前的1周完成,要求学生自主分组和选题,选题必须结合单片机和物联网技术且具有实际应用价值。课程设计采用实验室集中授课以及项目责任制的课程设计方案,每个作品由

3名学生组合完成,组长负责整体协调,每个组员在项目中根据自己的特长侧重完成不同的任务,最后完成实物作品的整合。教师在课程设计过程中起指导作用[2]。

课程设计的作品需要使用8051单片机、物联网中的传感器、ZigBee通信、RFID或GPRS无线传感网络等相关技术。设计题目由教师确认后开始实施,学生通过查阅资料确定设计方案,完成作品的电路原理图设计、PCB绘制、电路板制作、电路焊接、软件代码编写和调试等一系列任务[2]。

课程设计考核采用分组答辩形式,评分要点包括方案设计合理性和创新性、作品可使用性、设计报告合理完整性等内容,通过综合表现来给学生评定课程设计成绩[2]。表3给出了部分课程设计作品名称和简介。

4 教学方法和手段的改革

单片机原理及应用课程将应用型人才培养定位贯穿于理论教学和实验实践教学等各个教学活动。

在理论教学方面,以“厚基础,重应用”为原则,打破传统的板书+课件为主的填鸭式教学模式,积极采用慕课、翻转课堂、雨课堂、项目驱动等灵活多样的理论教学方法和教学手段,同时结合课程内容设置能力拓展项目,培养学生发现、分析和解决物联网领域相关问题的兴趣和能力。

在实践教学方面,除了设置基础实验和课程设计实践环节以外,积极组织学生参与各类课外科技竞赛活动、大学生创新创业项目以及教师科研项目,同时开放实验室由学生自主开展物联网创新性实验与课外科技活动,将物联网理论与创新实践有机地结合起来,充分展现课程面向物联网的应用型人才培养[3]。

5 考核方式的改革

課程打破传统的“一张试卷定成绩”的课程考核模式,采用“理论考核+过程考核”的考核方式。

过程考核:为了提高学生的实践主动性,改革平时成绩的构成成分和分配比例,构建“一个中心,三个层次”的过程考核体系,即以应用创新能力的培养为中心,“课堂出勤+小组作业”着眼于理论学习质量的提高,“实验操作+小组设计”着眼于基础理论的运用,“综合设计+小组成绩”着眼于工程应用能力的培养,形成“浅-深”“个人-团体”“理论-实践”的过程考核体系。

试卷考核:期末试题除涵盖重点、难点理论知识点外,弱化简答类文字表述题型,加大分析综合题型分值比例,综合题型侧重工程实际应用背景[4]。

6 课程产学一体化探索

课程组在课程改革过程中坚持以“产业需求”为导向,积极与有关企业在实验室建设、课程建设、实习实训、课程设计等方面进行深度合作,充分发挥行业在人才培养中的作用,使学生在行业真实环境中做到“做中学”“学中做”。目前,与中国移动通信有限公司三亚分公司、美国NI公司以及广州粤嵌通信技术有限公司建立了“4G移动通信综合创新实验室”“虚拟仪器技术实验室”“嵌入式系统综合实验室”;在课程建设方面,与广州粤嵌通信技术有限公司和广东诚飞智能科技有限公司合作设立嵌入式系统及应用和物联网应用系统设计两门课程;同时与上述公司在校内实习基地建设、实习实训等方面进行了广泛合作。

7 结 语

物联网技术的快速发展对信息技术人才提出了更高的要求。将物联网技术与单片机课程改革相结合,突出学生运用所学知识和技能解决实际问题的综合能力培养,重点探讨物联网技术推动的单片机课程课堂教学、实验教学、课程设计、考核方式、教学方法和手段以及产学一体化等方面的改革探索。实践结果表明,物联网技术对单片机课程的教学革新和学生创新实践能力培养具有重要作用。

参 考 文 献

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[2]郑一力,赵燕东,葛桃桃,等.物联网技术在单片机教学改革中的应用[J].实验技术与管理,2014,31(9):22-24.

[3]燕丽红.新建物联网工程专业应用型人才培养体系研究[J].物联网技术,2017,7(1):110-111.

[4]吴琼,周昕,郝洋.关于“浅度- 深度”学习的探讨—以微机原理课程为例[J].中国多媒体与网络教学学报,2018(8):38-39.

[5]郑天宇,尹达一.千兆UDP/IP协议栈FPGA实现及其在高速成像系统中的应用[J].现代电子技术,2018,41(18):1-5.

[6]魏玉峰.基于ZStack协议栈的无线网络终端设计[J].电子世界,2018(16):143-144.

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[8]王金涛,李明齐,蔡青春.基于IEEE 802.11的无线组播网络性能研究与验证[J].现代电子技术,2018,41(17):20-24.

[9]王晓允.基于Proteus的单片机实践课程教学应用[J].科技风,2018(31):33.

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