王懷

摘要：高職院校的精品資源共享課的建設(shè)，一方面提高了教師的教學(xué)技能，豐富了信息化教學(xué)手段；另一方面給學(xué)生提供了多方位學(xué)習(xí)、自主學(xué)習(xí)、探究式學(xué)習(xí)的平臺。以河南輕工職業(yè)學(xué)院“嵌入式電子產(chǎn)品開發(fā)”精品資源共享課的建設(shè)為例，以項(xiàng)目化教學(xué)為藍(lán)本，結(jié)合課程思政，實(shí)現(xiàn)資源共享，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

關(guān)鍵詞：嵌入式電子產(chǎn)品開發(fā)；精品資源共享課；項(xiàng)目化教學(xué)；課程思政

一、課程建設(shè)背景及意義

（一）建設(shè)背景

“嵌入式電子產(chǎn)品開發(fā)”作為電子信息類的核心課程之一，具有綜合性強(qiáng)、實(shí)踐性強(qiáng)、承前啟后等特點(diǎn)。由于該課程需要運(yùn)用大量的數(shù)字電路、模擬電路、C語言等知識作為鋪墊，所以學(xué)生學(xué)習(xí)起來往往感到吃力。另一方面，對于高職學(xué)生而言，嵌入式的學(xué)習(xí)主要就是軟件編程的學(xué)習(xí)，學(xué)生迫切需要能夠?qū)崟r(shí)的對代碼進(jìn)行查看，以便于分析綜合。因此，需要配套建設(shè)具有移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)屬性、實(shí)時(shí)互動(dòng)性的網(wǎng)絡(luò)課程，那么精品資源共享課的建設(shè)就成為必然[1][3]。

（二）建設(shè)意義

嵌入式課程具有較強(qiáng)的實(shí)用性。學(xué)生在系統(tǒng)學(xué)習(xí)相關(guān)單片機(jī)知識與技能之后，可以上手一些較為簡單的應(yīng)用項(xiàng)目，比如數(shù)字鐘、秒表、密碼鎖、搶答器等生活中常見的中低端應(yīng)用場景。對后續(xù)的Linux課程的學(xué)習(xí)也有較大的幫助。但隨著時(shí)代的發(fā)展，應(yīng)用場景復(fù)雜度的提升，傳統(tǒng)的8051單片機(jī)受制于本身的硬件資源，其市場占有率在逐步下滑，取而代之的是在高端應(yīng)用場景下備受推崇的STM32系列單片機(jī)。但STM32在應(yīng)對中低端應(yīng)用場景下，其硬件資源存在極大的浪費(fèi)，并且綜合成本較高。不僅如此，STM32的學(xué)習(xí)難度較大，對于學(xué)習(xí)能力普遍一般的高職生而言，學(xué)習(xí)成本較高。

在綜合上述因素后，本校教學(xué)團(tuán)隊(duì)經(jīng)過充分的市場調(diào)研，反復(fù)比對論證，決定采用STC公司最新一代的STC8A8K64S4A12（以下簡稱STC8A）芯片作為嵌入式單片機(jī)的教學(xué)芯片，該芯片可以看成傳統(tǒng)8051的升級版，代碼完全兼容C51，但硬件資源非常豐富，并且不需要外部晶振與復(fù)位電路，執(zhí)行速度比傳統(tǒng)的8051快約12倍。但目前市面上關(guān)于STC8A的相關(guān)教學(xué)與輔導(dǎo)教材極少，亟須通過實(shí)際項(xiàng)目的建設(shè)來豐富配套的教學(xué)資源。同時(shí)對于學(xué)生而言，STC8A完全滿足現(xiàn)有的中低端應(yīng)用場景，甚至一些對通信速率要求不高的復(fù)雜場景。學(xué)生在學(xué)習(xí)完后，能完全滿足市場需求，并且為后續(xù)的學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。傳統(tǒng)8051的代表AT89C51與STC8A的引腳如圖1所示。

二、課程建設(shè)具體實(shí)施方案

（一）教學(xué)團(tuán)隊(duì)組建

考慮到所使用的STC8A芯片功能復(fù)雜，且參考資料較少。因此教學(xué)團(tuán)隊(duì)的組建應(yīng)包括教學(xué)技術(shù)骨干，且主要以中青年教師為主，職稱結(jié)構(gòu)合理，教學(xué)能力突出[2]。申請人為我校電子信息教研室主任，課題參與人包括在電子信息方面具有多年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，且年富力強(qiáng)的骨干教師。另外，考慮到與生產(chǎn)實(shí)際緊密結(jié)合，參與人還邀請到了來自企業(yè)一線的工程師，以工程師的角度給與課題切合實(shí)際的建議與意見[3]。團(tuán)隊(duì)整體呈現(xiàn)出年輕化、專業(yè)化等特點(diǎn)，并且差異化的學(xué)科方向可以從不同角度為課程建設(shè)提供不同的思路[4]，為接下來的課程建設(shè)提供了重要保障。

（二）課程建設(shè)基礎(chǔ)

在課程建設(shè)過程中，必要的硬件支持能最大限度發(fā)揮教學(xué)效果。課程教學(xué)相關(guān)的資源有“嵌入式電子產(chǎn)品開發(fā)”的課程標(biāo)準(zhǔn)，教學(xué)大綱，相關(guān)的人才培養(yǎng)方案，STC8A產(chǎn)品手冊，百科榮創(chuàng)（北京）科技發(fā)展有限公司編寫的嵌入式單片機(jī)通用實(shí)驗(yàn)開發(fā)系統(tǒng)——STC8A版實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書。支撐學(xué)生實(shí)踐學(xué)習(xí)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備有計(jì)算機(jī)40臺、嵌入式綜合實(shí)驗(yàn)箱20臺。

（三）課程建設(shè)內(nèi)容

針對電子信息工程技術(shù)專業(yè)對嵌入式電子產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)的實(shí)際要求，并結(jié)合行業(yè)企業(yè)相關(guān)技術(shù)人員的建議來設(shè)計(jì)課程相關(guān)內(nèi)容。以適應(yīng)學(xué)生學(xué)習(xí)，教師教研，行業(yè)技術(shù)人員參考的需要。對于課程內(nèi)容，團(tuán)隊(duì)以STC8A嵌入式單片機(jī)綜合試驗(yàn)箱為載體，以項(xiàng)目化教學(xué)為根本的教學(xué)思路，著眼于培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際應(yīng)用能力，以期在做中學(xué)習(xí)，在做中解決實(shí)際問題。將理論和實(shí)踐有機(jī)結(jié)合，由淺入深、循序漸進(jìn)，并讓學(xué)生在基本任務(wù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展和提升，能夠做到舉一反三。團(tuán)隊(duì)經(jīng)過反復(fù)研磨，結(jié)合嵌入式課程的知識點(diǎn)，將建設(shè)內(nèi)容主要分為以下6個(gè)項(xiàng)目。

項(xiàng)目1：學(xué)習(xí)STC8A單片機(jī)硬件系統(tǒng)。項(xiàng)目要求熟悉STC8A單片機(jī)的基本I/O引腳，基本指令系統(tǒng)以及相關(guān)硬件電路，掌握STC8A核心板基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)。核心板的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)均無須接線，相關(guān)接線已經(jīng)在制作時(shí)通過PCB走好，所以項(xiàng)目1對于學(xué)生而言是幾乎沒有難度的，基本上就是在51單片機(jī)的基礎(chǔ)上熟悉新的編程架構(gòu)，并熟悉Keilμvision5以及STC-ISP的使用方法。具體安排了5個(gè)小任務(wù)，包括流水燈實(shí)驗(yàn)、蜂鳴器實(shí)驗(yàn)、按鍵檢測實(shí)驗(yàn)、外部中斷實(shí)驗(yàn)、定時(shí)器實(shí)驗(yàn)。

項(xiàng)目2：數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)。項(xiàng)目要求制作一個(gè)高精度的數(shù)字鐘，不能使用單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)計(jì)數(shù)器。因此給定時(shí)鐘芯片PCF8563，需要簡要學(xué)習(xí)PCF8563的引腳結(jié)構(gòu)以及編程架構(gòu)，同時(shí)需要了解IIC時(shí)序的相關(guān)知識。最終在LCD12864上顯示出當(dāng)前的年月日時(shí)分秒，并且經(jīng)過實(shí)測，日誤差控制在2s以內(nèi)。學(xué)生在該任務(wù)中需要弄懂使用PCF8563與使用單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)計(jì)數(shù)器的區(qū)別，并且弄清楚為何系統(tǒng)斷電后還可以繼續(xù)計(jì)時(shí)。其擴(kuò)展要求為：增加顯示變量，能夠顯示出當(dāng)天在本年度中的第幾星期。

項(xiàng)目3：電子密碼鎖的設(shè)計(jì)。項(xiàng)目要求設(shè)計(jì)出一個(gè)與實(shí)際應(yīng)用場景完全一致的電子密碼鎖，該密碼鎖采用了6位數(shù)字的組合，初始密碼已在任務(wù)書中告知。具體使用則包括了通過矩陣鍵盤進(jìn)行密碼的隱藏式輸入，密碼輸入正確則指示燈亮起，并在屏幕上顯示出密碼正確的字符串，若密碼輸入錯(cuò)誤則指示燈熄滅，并且在屏幕上顯示出密碼錯(cuò)誤的字符串，經(jīng)過一段短暫時(shí)間，系統(tǒng)會(huì)恢復(fù)到輸入密碼的界面。如果連續(xù)三次密碼輸入錯(cuò)誤，則密碼鎖會(huì)自動(dòng)鎖死并且在屏幕上會(huì)有警告提示，此時(shí)只能將系統(tǒng)掉電重啟，才可以繼續(xù)輸入。密碼的重置功能則必須要輸入初始密碼才可以進(jìn)入。其擴(kuò)展要求為：修改程序，使得密碼位數(shù)達(dá)到8位數(shù)。

項(xiàng)目4：圖形液晶顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。項(xiàng)目要求在液晶顯示器上顯示出要求顯示或者自編的內(nèi)容。主要涉及LCD1602、LCD12864、TFT3.0彩屏等大屏幕顯示器，要求學(xué)生由表及里、由淺入深地掌握各個(gè)顯示器的構(gòu)造原理、顯示原理、命令字控制字等等內(nèi)容。對于最簡單的LCD1602，要求學(xué)生使用字符發(fā)生器進(jìn)行簡單漢字的自編并且在指定位置顯示。對于使用最頻繁的LCD12864，則要求學(xué)生使用取字模軟件顯示各種類型的漢字諸如宋體楷體等，明白其中的建模原理。對于TFT3.0彩屏，要求學(xué)生通過圖形建模軟件，將自己的證件照顯示在大屏幕上，并且能夠聯(lián)合顯示出院校學(xué)歷信息等綜合文字。其擴(kuò)展要求為：實(shí)現(xiàn)多個(gè)圖片的交叉顯示。

項(xiàng)目5：溫度檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。項(xiàng)目要求通過單總線搜索算法一次性讀取兩個(gè)DS18B20所測得的溫度值。要完成本項(xiàng)目具有一定的難度，學(xué)生要學(xué)習(xí)數(shù)字式溫度傳感器DS18B20的構(gòu)造，傳感器的測量范圍以及轉(zhuǎn)換精度，以及簡單的數(shù)模模數(shù)轉(zhuǎn)換知識。另外，由于包含了兩個(gè)溫度傳感器，因此還需要對單總線搜索算法有一定的了解，但學(xué)生不需要對其進(jìn)行深究，只需要知道每一個(gè)DS18B20有一個(gè)唯一的64位ROM注冊碼即可。至于拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)則不作為課程建設(shè)內(nèi)容。擴(kuò)展要求是根據(jù)溫度檢測系統(tǒng)加入報(bào)警裝置，報(bào)警器可以用蜂鳴器代替。

項(xiàng)目6：超聲波測距儀的設(shè)計(jì)。項(xiàng)目要求通過學(xué)習(xí)超聲波發(fā)射和接收裝置，來學(xué)習(xí)超聲波測距儀的設(shè)計(jì)以及工作原理。首先講解什么是超聲波，根據(jù)聲波在空氣中傳播的速度，通過公式求得距離，先給學(xué)生以感性認(rèn)識，并且舉例說明生活當(dāng)中的例子比如汽車倒車?yán)走_(dá)、水下聲納探測儀等。而后講解超聲波的發(fā)射探頭與接收探頭，由于單片機(jī)可以直接產(chǎn)生40KHz的信號，因此只需要對接收電路CX20106A進(jìn)行簡要介紹。擴(kuò)展要求是修改報(bào)警范圍，以便測試傳感器靈敏度。

（四）課程教學(xué)模式設(shè)計(jì)

本課程的教學(xué)模式是以大項(xiàng)目、小任務(wù)的方式展開。首先教師發(fā)布任務(wù)，由師生共同討論、分析任務(wù)要求，提出解決硬件電路和程序問題的相關(guān)知識點(diǎn)，教師借助實(shí)物展示和PPT文稿進(jìn)行講解。其次，小組同學(xué)中分工協(xié)作，進(jìn)行電路連接和程序編寫。最后進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，經(jīng)由教師驗(yàn)收合格后，積累相應(yīng)的分值。每個(gè)項(xiàng)目結(jié)束時(shí)，由教師做小結(jié)，小組借助網(wǎng)絡(luò)查找、撰寫并提交本項(xiàng)目小論文，作為過程考核的資料。

（五）課程思政融入

在課程思政融入方面，教學(xué)團(tuán)隊(duì)也下了大功夫[5][6]。以項(xiàng)目4為例，學(xué)生最先使用的顯示芯片LCD1602只能顯示兩行內(nèi)容，并且沒有中文字庫，在這里就結(jié)合學(xué)生們小時(shí)候使用的卡西歐計(jì)算器，該計(jì)算器的顯示屏就是典型的1602類型。接著項(xiàng)目推進(jìn)到了LCD12864，對于這種顯示屏，可以結(jié)合學(xué)生們小時(shí)候玩的俄羅斯方塊游戲機(jī)，該游戲機(jī)顯示屏就是典型的12864模式，最后在最先進(jìn)的TFT彩色顯示屏，基本已經(jīng)過渡到學(xué)生們中學(xué)時(shí)代使用的手機(jī)屏幕。通過屏幕的變遷，讓學(xué)生懂得技術(shù)的發(fā)展給生活帶來的巨大便利，同時(shí)也結(jié)合了學(xué)生們真實(shí)的成長背景，達(dá)到了全員育人的目的。

三、課程特色與創(chuàng)新

（一）課程資源的先進(jìn)性

課程內(nèi)容相關(guān)的項(xiàng)目來自生產(chǎn)、生活，緊跟企業(yè)實(shí)際需求和技術(shù)發(fā)展。課程資源的建設(shè)有企業(yè)技術(shù)人員的參與，制作完成的課程資源同時(shí)也可作為企業(yè)新老員工的培訓(xùn)素材，供企業(yè)人員培訓(xùn)使用。

（二）課程資源的獨(dú)創(chuàng)性

每一個(gè)課程資源在制作時(shí)都要經(jīng)過課程團(tuán)隊(duì)的集體討論，確定資源的最佳展現(xiàn)方式，確保每一個(gè)資源的獨(dú)創(chuàng)性。針對單片機(jī)硬件系統(tǒng)理論知識晦澀難懂，微課的制作上更注重趣味性設(shè)計(jì)，采用生活化和場景化教學(xué)，讓學(xué)生容易學(xué)，繼而喜歡學(xué)。

（三）課程資源的多樣性

資源力求做到多樣化的實(shí)現(xiàn)方式。課程資源包含課程簡介、課程標(biāo)準(zhǔn)、教學(xué)大綱、授課計(jì)劃、教學(xué)PPT、電子教案、知識難點(diǎn)的微課，知識點(diǎn)的練習(xí)題，項(xiàng)目的電路原理圖、源程序、電路連接圖、任務(wù)操作過程的錄像視頻資料以及仿真實(shí)驗(yàn)例程及實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，使學(xué)習(xí)者能夠從不同角度加深對資源內(nèi)容理解。

（四）課程資源的廣泛性

課程資源的建設(shè)，項(xiàng)目設(shè)置從簡單到復(fù)雜，目的既適合在電子信息工程技術(shù)專業(yè)的在校生使用，也適合開放大學(xué)、成人教育、自學(xué)及培訓(xùn)班相關(guān)學(xué)習(xí)者。同時(shí)也可作為工程項(xiàng)目人員的參考資源。

四、課程建設(shè)使用情況

在課程建設(shè)完畢之后，首先使用該課程的是我校20級電子信息工程技術(shù)三個(gè)班共計(jì)91位學(xué)生。課程上線僅十余日后，點(diǎn)擊量已經(jīng)突破2000人次，目前課程點(diǎn)擊量已經(jīng)超過5000人次，共有8位同學(xué)給出了五星級好評。在課堂上，學(xué)生們紛紛反映該課程建設(shè)的十分優(yōu)秀，與自己的需求不謀而合。并且有不少學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，大量參考了課程建設(shè)的資源，表示學(xué)到了很多知識，同時(shí)也對嵌入式課程真正產(chǎn)生了興趣。

五、結(jié)語

本文通過對“嵌入式電子產(chǎn)品開發(fā)”精品資源共享課的建設(shè)，探討了課程建設(shè)的意義，研究了課程建設(shè)的方法與策略。課程以項(xiàng)目化教學(xué)為導(dǎo)向，創(chuàng)新性地將產(chǎn)品制造與課程思政相結(jié)合，對高職院校電子信息類的精品資源共享課建設(shè)，是一次很好的借鑒與參考。同時(shí)，在課程建設(shè)過程中出現(xiàn)的問題，諸如如何處理仿真與實(shí)驗(yàn)的區(qū)別等，在今后的修訂中仍需要進(jìn)一步的研討。

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作者單位：河南輕工職業(yè)學(xué)院