林烨

【摘 要】 随着物联网技术的创新发展，对相关人才提出了新的要求。在职业学校的单片机教学中有必要融入物联网技术，以提高课程的职业性和应用性。本文主要分析了传统单片机教学中存在的主要问题，以及单片机课程中结合物联网技术的特点分析，重点阐述了融合物联网技术的单片机教学中的改革与实践，最后说明教学实践成效。

【关键词】 物联网技术  单片机教学  教学改革

物联网技术发展逐渐成熟，在生产生活各领域的应用也越来越广泛，社会对于物联网技术的人才需求量也逐渐加大。在职业学校的物联网专业课程体系中，单片机技术课程属于专业核心课，随着物联网技术的不断创新，传统的单片机课程教学观念和教学内容都已经无法满足社会发展需求，需要结合物联网技术发展现状，积极创新改革单片机课程教学。

一、传统单片机教学和融合物联网技术特点分析

当前，在职业学校的物联网相关专业中，单片机技术与应用教学活动的开展非常重要，教师必须对单片机的教学内容重新进行审视，引导学生在了解单片机的工作原理的基础上，能够基于它进行各种应用。然而，在传统的单片机教学中，教师一般先讲授一些晦涩难懂的理论知识，展示给学生标注有各类引脚的电路设计图，直接导致学生有畏难情绪，不利于后续的教学活动开展。在实践教学环节，一般通过各类实验进行基础编程和接口应用的演示，实验内容相对独立，忽视了实际构建单片机系统的需求，在学生学习完该课程后，依然无法理解单片机是如何在实际工作中进行应用的，导致其实际应用能力得不到有效培养。

物联网核心内容就是促进物与物的相连、人与物的信息交互，其具有智能传输和全面感知等特点。在物联网的构架中，传感技术与无线通信的应用是其核心的部分，而它们与单片机又有着千丝万缕的关系，因此结合物联网技术的应用，能够创新单片机教学观念和教学手段，丰富教学内容，为单片机教学提供更多的实践方式。把物联网技术和单片机教学相结合，把理论知识和实际应用相结合，培养学生动手操作能力，从根本上提升学生的职业技能水平，实现真正的“学以致用”。

二、融合物联网技术的单片机教学改革建议

1. 物联网技术融入单片机课程内容

传统的单片机课程内容，常常围绕单片机本身的知识点进行讲解，缺乏基于单片机进行实际应用的内容，学生通过学习只是停留在单片机本身的知识掌握和基本使用，例如流水灯、中断、定时器＼计数器应用和串口通信等，而在结合生产生活方面的应用上乏善可陈。而随着物联网技术的不断发展，其非常适合融入到单片机的教学中。因此，需要优化单片机课程教学内容，融入物联网技术，体现单片机技术的应用性。例如教师可以选择目前主流的STM32单片机来进行教学，在其基础之上增加物联网技术的应用，例如在无线通信技术的应用上，主要包括基于BasicRF的无线通信应用、NB-IOT联网通信和Lora通信;在传感器的应用上，主要包括模拟量采集和数字量采集。这些技术的教学应该在学生已掌握单片机技术基础知识的前提下，通过验证性实验观察如何实现以单片机为载体，实现无线通信和数据采集，使学生先有感官认知，然后在代码解析与编写环节，以“够用为度”为准则，讲解实现某个具体功能的应用代码为主，包括库文件的导入，功能函数的选取和调用，以及工程的调试等，让学生充分理解单片机技术和物联网技术是如何进行融合和应用的。

2. 搭建有效的实验教学平台

古话说的好，“工欲善其事，必先利其器”，部分职业学校在单片机的教学中采用仿真实验平台，由于目前大部分仿真平台的实现功能有限，若要融入物联网技术更是不可行的，而且实际设备的调试过程中会出现各种问题，需要学生探究解决，这也是仿真实验无法达到的。这种“器”忽视了学生的学习需求，学生的理论知识和实践能力相互脱离，导致学生的学习效率和学习质量无法得到有效的提升。因此需要在单片机课程教学中搭建出务实有效的实验平台，能够帮助完善单片机课程教学的实验项目，并具有可扩展性，真正培养学生的综合实践应用能力。

目前，市面上的单片机教学套件种类繁多，学校可以根据自己的实际情况，选购一款合适的产品进行单片机教学。例如，我校主要使用基于STM32单片机的实验箱，同时具有适合于物联网技术教学的无线模组套件、各类传感器套件以及物联网云平台，既兼顾演示验证性实验、又考虑到课程设计和创新研究性实验的需要，具有良好的可扩展性，同时使用目前主流的Keil/IAR 编程开发环境，尽可能实现与企业实际需求的衔接，体现职业教育紧密联系市场需求的特点。

3. 优化课堂教学方法方式

物联网技术和单片机课程教学的融合，需要教师使用多样化的教学方法方式，营造良好的教学氛围，才能起到良好的教学效果。在课堂教学中教师要重视发挥学生的主观能动性，提升教学趣味性，同时尽可能将复杂、抽象的知识概念简单化、形象化，让学生最大限度的理解和掌握。例如，定时器的学习是单片机的重要组成部分，而计数器则是定时器学习中的重难点，对于它的理解直接决定是否能够很好的应用单片机的定时器功能。教师可以首先为学生创设教学情境，以網线长度测量为例，把网线绕在周长为1米的轮子上，以此计算轮子转动的圈数，从而算出网线的长度，而单片机的计数器运行功能大致上相同，不过并不是网线长度测量中计算轮子的圈数，而是在单片机的计数器中计算出特定引脚进入的脉冲个数。同时，单片机一般提供几种类型的计数器，教师可以将计数器以坐标轴的方式呈现，通过图形对比，让学生理解不同计数器是如何计数的，其峰值的区别在哪里？在什么场合应用哪种计数器比较合适？这种通过类比、图形说明的方式充分考虑了职业教育中学生的认知特点，让学生更加直观的理解相关知识和概念。

4. 实践性教学改革

在单片机的实践性教学环节，要努力创设结合物联网技术应用，面向实际工作领域的应用项目，提升技能的实际应用水平。我们以NB-IOT数据传输为例，它是物联网技术以单片机为载体实现的一种无线通信技术，我们在实际教学中，创设一个“采集智能路灯数据”的项目，使用NB-IOT无线通信模块（笔者使用利尔达NB86系列模块）将采集到的光照数据传输至物联网云平台。为了让学生能够完成该项目，需要由浅入深拆解成若干个小任务，而且这些小任务是既相互独立，难度又逐级递增的，分别是使用AT指令调试NB-IOT模块、烧写“智能路灯”程序、NB-IOT接入物联网云平台和关键代码解析。每一个任务都是基于前面一个任务的基础之上完成的，在此过程中先让学生自己观看操作视频，再动手实际操作，充分发挥他们的主观能动性，教师在此过程中要起到引导和辅助的关键作用，及时帮助学生解决遇到的各种问题，以便后期教学反思，对教学过程进行优化。学生以实现在物联网云平台看到智能路灯传递过来的光照数据为实验成功的标志。然后，教师在学生完成实验的基础上，结合实验现象再对关键代码进行讲解。通过教学实践证明，这种在项目实施过程中以拆解的各个小任务为驱动，同时配合信息化手段（如微课视频），以学生动手为主，教师引导、辅助的教学手段能够在实践性教学中发挥良好的作用，提升了课堂效率，提高了学生的实际动手能力。

5. 构建合理的学习成效评价

目前，比较合理的学习成效评价应该充分考虑不同层次学生对知识和技能的掌握情况。鉴于融合了物联网技术的单片机课程，笔者认为其评价内容可以这样设计，例如，我们在讲授模拟量数据采集的内容时，会设计这样一个实践项目，即利用单片机上的接口获取某个传感器（例如光照传感器）的值，并设置一个临界值，当光照值低于这个临界值时，实现单片机板上自带LED灯的流水效果，高于这个临界值时，停止当前流水效果并熄灭所有LED灯。在评价这样一个实践性教学内容时，应该把实现通过单片机采集到传感器的数据值作为每个学生必须掌握的内容，而对于临界值判断的反馈，如果能够实现对板上所有LED灯的全亮或全灭则评为合格，如果能够实现板上不同LED灯的有规律亮灭（例如4个LED灯每隔0.5秒从左到右依次亮起/熄灭）则评为优良。也就是说，根据实现效果的难易程度分为基本要求和进阶要求，实现對不同层次学生的差异化要求，让每个学生学有所得。

6. 教学实践成效

笔者所在学校在物联网技术应用专业试点改革《单片机技术与应用》课程一年有余，通过整合教学内容、实验平台，改进优化教学方法，实施实践性教学改革，进行差异化的教学成效评价等，学生能够在实践周活动中，以小组合作的方式，利用STM32开发板和相关的物联网技术套件进行集成和开发，虽然都是一些小物件的制作，但让学生体会到了成就感，培养了学生的团队合作精神和创新意识，总体成效良好。

三、小结

综上所述，随着物联网技术的不断发展，如果职业学校的物联网相关专业要紧跟时代步伐，培养合格的技能应用型人才，在单片机的教学中必须融入物联网技术应用相关内容，重点培养学生的综合应用和创新能力，这样才能使学生在激烈的市场竞争中立于不败之地。

参考文献

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