曾宝国 曾妍
摘要：单片机课程是高职物联网专业的一门专业基础课，对学习后续专业课及从事物联网相关工作起着重要支撑作用。文章分析了高职物联网专业单片机课程的主要特点，并针对课程教学内容的“联网”特性、教学模式的“混合”特性，从教学内容、教学模式、教学评价方式的重构三个方面阐述了教学改革的具体思路。
关键词：高职院校；物联网专业；单片机；教学改革；混合式教学
中图分类号：G718 文献标识码：A 文章编号：1672-5727（2018）09-0073-04
我国高职物联网专业的发展起源大约有三类，即分别以电子类、网络类、软件类专业为主，通过增设感知、传输、软件类相关课程，逐步形成以感知、传输、应用中的某一类为支撑，其他类为辅助的物联网专业。作为感知层的核心课程，单片机课程在三类物联网专业中普遍开设，既是重要的专业基础课，也是相关职业技能大赛的重要赛点，更是学生毕业后从事物联网相关工作的重要支撑。如何强化单片机对物联网专业后续专业课的支撑作用，如何利用信息化手段提高课程的教学效率，是物联网专业单片机课程教学改革需要研究和解决的重要问题[1]。
一、高职物联网专业单片机课程的主要特点
高职物联网专业一般定位于培养物联网工程一线技术技能人才，在单片机领域的基本要求是能从事单片机产品特别是M2M（机器到机器）产品、智能硬件的软硬件测试与工程部署、辅助或直接从事单片机产品的软硬件开发。与传统单片机课程相比，高职物联网专业的单片机课程主要有以下两个特点[2-3]。
（一）教学内容突出“联网”特性
传统单片机课程的教学普遍以MCS-51系列单片机为主，内容选取主要涉及单片机的结构、指令系统及C或汇编语言程序设计、定时/计数器、存储器及接口（通用I/O、A/D、D/A）、串口通讯等，教学重点放在熟悉单片机的寄存器及操作接口上[4]。而在物联网技术体系中，低功耗、高性能、具备网络通信、支持OS等功能的单片机及其他高端嵌入式处理器成为应用主流。因此，物联网专业不宜再选择MCS-51单片机作为学习平台，可选择TI公司的CC2530、CC2650，或者意法半导体的STM32L、STM32F等系列处理器，其性能远超MCS-51系列处理器，并支持TinyOS、Z-STACK、uCos-II等嵌入式操作系统，具备直接支持或扩展支持ZigBee、蓝牙、TCP/IP等网络通信能力，更能体现物联网所需求的“联网”特性。
（二）教学模式突出“混合”特性
传统MCS-51系列单片机的板载资源有限，学习入门难度较低，采用“理论讲授+课内实验+综合实训”或者“网络学习+实验验证”等方法，均能达到较好的学习效果。但是，当选择CC2530、STM32系列单片机后，由于板载资源的增加及网络通信、OS等的植入，学习内容大幅度增多、入门难度大幅度提高、对创新能力的培养需求也大幅度提高，使得在有限的课堂教学时间难以保障学生实现预期学习目标，教学中必须积极创造条件和创设情境，引导学生综合利用课前学习和课后巩固。因此，物联网专业单片机课程的教学应尽可能引入混合式教学，借助MOOC、SPOC、微课、翻转课堂、创新工作室等平台，采用不同的资源、教学活动、评价方法开展教与学活动，实现在开放学习环境中的自主学习、交流讨论中知识技能的内化，以及实践探索中创新能力的培养[5]。
二、高职物联网专业单片机课程教学改革的主要思路
根据前述物联网专业单片机课程的特点，将课程教学改革的着力点定位在重构教学内容、改革教学模式及教学评价方式等三个方面。
（一）重构教学内容
综合考量高职物联网专业的定位、物联网技术体系的发展需求，以及全国高职院校物联网技术应用赛项的赛点，可选择CC2530无线SOC作为教学平台（具体可选全国高职院校物联网技术应用赛项竞赛平台的CC2530模块）。
在物联网工程项目中，对CC2530的使用一般分为表1所示的单片机基础应用、BasicRF无线通信、Z-STACK组网通信三个层面，它们从简单到复杂、由单一到综合，表现了CC2530单片机的主流应用领域和技术发展历程，是选取和序化教学内容的主要参考点。
根据高职学生“喜实操、厌理论”的学习特点，采用“项目导向，任務驱动”开发理念[6]，将课程的教学内容划分为3个项目14个教学任务，详见表2。其中，“CC2530基础开发”项目的重点是引导学生搭建单片机开发环境，学习CC2530的I/O口配置、中断、定时/计数器及PWM控制、A/D转换、串口通信；“BasicRF无线通信”项目的重点是学习BasicRF协议栈的运行机制，熟悉射频收发、串口收发、传感器驱动等相关函数的使用方法，熟练开发传感器与执行器综合应用项目；“Z-STACK组网通信”项目的重点是学习Z-STACK协议栈的工作流程，熟悉事件驱动机制及处理函数，完成传感器与执行器的综合应用项目的开发，熟练优化网络路由、监控网络拓扑。
（二）重构教学模式
重构教学模式的目的是引导学生课前自主学习、课中内化知识培养技能、课后巩固提升培养创新能力。为了实现上述目标，课题组以表2所示项目中的每个具体任务为载体，建立“SPOC+微课”、翻转课堂、创新工作室等三个学习平台，构建下页图1所示教学运行关系图，实现课程的混合式教学[7]。
1.借助“SPOC+微课”平台实现自主学习
通过“SPOC+微课”平台的师生互动，建构由情境体验、交互反思共融的深度学习场景，引导和学生自学、互学，具体分两个阶段。第一阶段是确定目标、优化方案、建设资源。在课堂教学开展之前，首先根据学生特点及教学内容来制定具体的教学目标。其中，对学生的关注点是已经具备的知识、能力、素质基础及学习价值取向，一般通过调查问卷、互动交流方式获取；对教学内容的关注点是学习内容与学生基础之间是否无缝衔接，主要通过大数据分析功能实现。其次，通过综合考量学生基础及学习价值取向、教学内容，优化设计教学方案。为强化学生自主学习积极性、引导学生弘扬契约精神并因材施教，课题组采用工程化理念将每个学习任务转换为模拟招投标项目，进行工程化改造，并利用信息化手段建设在线教学视频、微课、课件、技术文档等引导文材料。第二阶段是学生线上自主学习。教师借助SPOC在线学习平台及“蓝墨云班课”移动辅助教学软件，发布工程项目引导文材料（含学习视频、微课、课件、技术文档等）并开展指导；学生通过线上学习知识、记录学习日志、通过自测开展自我诊断与改进。
2.借助“翻转课堂”平台实现知识内化和技能培养
学生借助“SPOC+微课”平台开展自主学习对关键知识点有了一定掌握后，课堂教学环节的主要任务演变为知识的内化和技能的培养。为充分发挥教师的主导性和学生的主体性，课题组通过“翻转课堂”实践了互动混合式教学。其中，教师运用头脑风暴、设问引疑、仿真演示等方法开展教学，学生通过合作探究、仿真实践、角色扮演等方式参与学习。通过教师与学生的角色翻转、课前课中的知识技能培养翻转，让学生在自主、合作、探究的互动中内化知识、培养技能。
3.借助“创新工作室”巩固提升，培养创新能力
如前所述，由于学时限制，课中很难完成单片机课程各任务的精讲精练，必须引导学生充分利用课后时间完成有关实操、总结工作。为此，建立专门的单片机创新工作室，配备示波器、万用表等必要的实验仪器设备及单片机模块、电子元器件等专用耗材，为学生完成作品、项目交付、汇报答辩，以及开发单片机创意产品、创新作品、参加物联网相关竞赛等创造条件，实现知识技能的巩固、融合，提升创新能力。
（三）重构教学评价方式
在混合式教学模式下，图1所示各教学平台的教学组织及学习行为、学习成果都可被记录、保存、追溯，有利于过程性、个性化评价。课题组充分考虑传统评价方式的优点及SPOC在线开放课程平台与蓝墨云班课平台的管理及数据分析优势，根据过程性考核与终结性考核相结合、定性评价与定量评价相结合原则，创设了下页表3所示多元化、动态化、层次化教学评价体系[8]，既关注学习者的成长过程及学习价值取向，注重培养学生的学习成就感，又关注学生的工程实践能力，以便为学生学习后续课程及就业做好支撑。
三、结语
根据西方教育教学有效性理论，课题组以成都工业职业技术学院物联网专业2016—2017届学生为对象，对单片机课程教学改革的成效进行了评估。实践表明，推行课程改革的直接成效有三点：一是单片机课程的学习内容适应了物联网技术体系的发展需求，对后续“典型无线通信技术”“RFID技术及应用”“物联网综合实训”等课程的支撑力度更大。二是通过落实“SPOC+微课”、翻转课堂、创新工作室等三个平台的学习任务，教师能对学生学习过程进行动态跟踪和多元评价；学生在课前预习、课中互动交流、课后巩固提升的参与度大幅度提升，自主学习、内化知识、培养创新能力的课程目标达成度也大幅度提升。学生在四川省高职院校技能大赛“物联网技术应用”赛项中连夺两年省赛冠军，在全国比赛中也屡获殊荣。单片机课程教学从传统知识传授向关注学生全面发展转变成效明显。
参考文献：
[1]郭昕.“互联网+”时代的混合式教学模式研究[J].中国职业技术教育，2017（26）：18-22.
[2][4]陈奎，黄为勇，田传耕.物聯网时代单片机教学的思考与改革[J].福建电脑，2012（6）：173-186.
[3]张杰.具有新型接口的MCS-51单片机实验系统设计[D].呼和浩特：内蒙古大学，2015.
[5][7][8]汤勃，孔建益，曾良才，等.“互联网+”混合式教学研究[J].高教发展与评估，2018（5）：90-99.
[6]林雪燕，潘菊素.基于翻转课堂的混合式教学模式设计与实现[J].中国职业技术教育，2016（2）：15-20.
（责任编辑：张维佳）
