如何改革物联网时代的单片机课程教学和实践教学

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1、如何改革物联网时代的单片机课程教学和实践教学------物联网专业教育改革系列研讨一作者：高级工程师吴线时间：2013年6月2日摘要：微控制器和微处理器，即单片机，是最典型、最广泛、最简单的嵌入式系统，它是多数高校和职业学校电类专业的广泛开设的骨干课程和基本技术课程，同时，也是目前物联网专业普遍开设的基本基础课程，在课程设计、毕业设计和各种电子类竞赛等实践教学环节，也都得到广泛地使用。随着集成电路技术和物联网技术的发展和系统在芯片（SOC）技术的高速发展，目前单片机已经逐步从4位，八位向32位过渡，以ARM为核心的单片机不断扩大，同时已经开始实现将80

2、51和ARM内核控制器和无线收发器，包括ZIGBEE，蓝牙，WIFI等收发器整合，以无线单片机的新形式，获得愈来愈广泛的应用。在今天的物联网时代，目前高校和职业学校对改革传统的以8051系列MCU为主的相关教学体系有了新的、紧迫的要求，目前高校和职业学校多年积累的传统的MCU教学在教学内容、教学方法上与当今技术的发展状况严重脱节，缺乏时效性，一方面无法与物联网技术整合，另外一方面也无法有效衔接物联网专业课程体系。本文以扩展传感器网络、无线单片机及嵌入式技术和相关射频微波技术和高频技术为基础，讨论如何利用现有微处理器教学体系，淘汰老旧实验设备，换装最新仪

3、器化教学设备，以无线单片机为技术切入点和硬件平台，结合最新的频域仪器和协议分析仪器，探讨单片机教学在内容上、方法上改进与与时俱进的全新思路。同时提出在原来教学体系上融合面向物联的无线单片机、嵌入式无线技术，低功耗技术，射频电路，天线技术等内容，旨在提高单片机教学内容的时效性和对物联网时代的单片机课程教学和实践教学实现改革、改善学生的知识结构，培养物联网时代的卓越工程师。一、目前单片机教学现状国内不仅仅是物联网专业设有单片机类课程，而是几乎所有的工科院校和信息电子类职业学校都开设了单片机课程，涉及电子、通信、机电、自动化、电气等专业。几十年来，单片机教学

4、的内容没有大的改变，仍然以单片机结构、指令、汇编等出发，辅以几个简单的单片机应用。这种以单片机结构和指令为主线展开的，不符合本该学科的认知规律，也不符合当前系统在芯片技术发展趋势，目前这样的传统成熟和教学体长期以来系亘古不变，已经无法提供多少技术问题可供学生们去分析，并且已经从教学理念和技术发展两方面落后，必须改变。从教学方法和实验手段看，目前的单片机教学方法陈旧，采用传统的灌输式课堂教学方法、过多的理论课时抑制了学生学习的积极性，特别是对实践教学重视度不够，缺乏大量直观化实验手段，仅仅利用老旧的8051单片机实验箱进行实验。只能起到演示的作用，无法培

5、养学生动手、动脑解决问题的能力，而且目前物联网技术强调各种通讯手段，特别是无线通讯手段，目前陈旧的的单片机实验设备完全不能满足这样新的技术要求，同时，当前较少的实验课时又使本门课程的理论和实践脱节，学生缺乏在单片机方面动手和创新能力。二、单片机教学改革的必要性物联网时代对单片机或嵌入式教学改革提供了机遇与挑战。物联网时代对单片机教学在教学内容、教学方法和课程体系设置上都提出新的迫切的要求。对于已经开设单片机课程的高校和职业学校，如何在单片机课程中，体现物联网相关技术？对于物联网专业的单片机基础课程，如何和物联网专业其他课程接口和贯通？如何采用新的教学设

6、备和教学手段，提升教学质量？如何使用物联网及其相关技术，为单片机教学改革提供了丰富的教学资源、内容和实现方法？这些问题的回答本身也就说明了单片机课程改革的必要性。从必要性方面而言，从我国的单片机教学的现状可以看出，目前的单片机教学无论从内容到方法都需要改变。学生的反映、学习态度和学习效果也在一定程度上促使尽早变革是必要的。物联网发展的国家战略也要求高校尽早地培养掌握物联网相关技术、理念和应用设计人才。因此，必须在高校和职业学校基础课程教学中提前开展SOC单片机及物联网关联的学习，牢固掌握相关基础知识和技术。从课程设置上可行上而言，物联网时代的单片机教学

7、涉及嵌入式，现代通讯，数字电路，网络基础，微机原理和接口，单片机，传感器和采集，操作系统等基础课程和软、硬件知识及其相关课程，分为基础课程、核心课程和实践教学中的应用开发，很多课程都是已经开设的课程。这是单片机教学改革改革的基础，这样，不需要对现有的课程体系做较大的调整。核心课程中，SOC单片机可以选择以MSC-51为内的无线单片机，也可以选择更加高级ARMCortex™-A8/M3/M4等先进的32为SOC无线单片机，这样可以将传统的单片机教学顺延、加强。嵌入式微处理器和RTOS操作系统也是高校课程之一，这里只需将单片机用作物联网网关，也可以作为物联

8、网的路由器、节点、控制中心、网络终端。授课时强调其在物联网体系中不同的作用。改革后，单片机课程