張秋云，郭秋梅

（西南科技大學(xué) 信息學(xué)院，四川 綿陽 621010）

0 引 言

物聯(lián)網(wǎng)是一門新型應(yīng)用型學(xué)科，由計算機科學(xué)與技術(shù)、通信工程等多學(xué)科相互交叉、滲透、融合發(fā)展而來，人才培養(yǎng)的過程中重點突出實踐能力和應(yīng)用創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[1-2]。物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)作為國家倡導(dǎo)的新興戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，被列入《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006—2020年）》和2050年國家信息產(chǎn)業(yè)路線圖，已成為就業(yè)前景廣闊的熱門領(lǐng)域[3]。隨著5G時代的到來，萬物互聯(lián)將成為現(xiàn)實，行業(yè)對物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)人才的需求將越來越大，同時對人才的要求也將不斷提高。物聯(lián)網(wǎng)可分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)處理層和應(yīng)用層，涉及傳感、通信、網(wǎng)絡(luò)以及RFID、嵌入式系統(tǒng)等多種技術(shù)[4]。由于本科階段的物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的學(xué)生難以深入全面掌握這類知識，因此對該階段學(xué)生的培養(yǎng)應(yīng)找準專業(yè)方向，以夯實基礎(chǔ)、增加實踐與應(yīng)用能力為主。

當前我國物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用已經(jīng)進入高速發(fā)展階段，各種物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品不斷投入市場，而作為物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵底層技術(shù)—單片機，更是迎來了又一次發(fā)展的機遇[5-6]。單片機是物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)實踐性較強的課程之一，是多門課程的綜合應(yīng)用，若課程實踐環(huán)節(jié)設(shè)置脫離專業(yè)背景以及行業(yè)需求，學(xué)生的培養(yǎng)將難以達到專業(yè)培養(yǎng)目標，滿足行業(yè)對學(xué)生能力的需求[7]。當前各高校物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的建設(shè)還屬于初期探索階段，專業(yè)性的教師比較欠缺，專業(yè)培養(yǎng)計劃、課程體系、知識架構(gòu)還不夠完善[8]。就單片機課程而言，我校物聯(lián)網(wǎng)單片機實驗課程與其他專業(yè)統(tǒng)一開展，實驗內(nèi)容尚未考慮物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)應(yīng)用特色，不利于物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)。

本文基于我校單片機課程現(xiàn)狀，通過對物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)單片機實驗的研究與設(shè)計，使得學(xué)生在實踐中學(xué)會思考，學(xué)會發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，鍛煉動手實踐能力，增強自信心，提高學(xué)習(xí)積極性。實驗設(shè)計結(jié)合教師項目，豐富實驗內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，改變實驗形式分層次進行實踐操作。通過引入教師科研項目提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的實際操作技能、綜合應(yīng)用能力和團隊精神，為學(xué)生就業(yè)奠定一定專業(yè)基礎(chǔ)。

1 實踐教學(xué)設(shè)計

單片機作為物聯(lián)網(wǎng)感知層的關(guān)鍵技術(shù)之一，被廣泛運用到各類感知層設(shè)備的開發(fā)設(shè)計以實現(xiàn)對現(xiàn)實物理世界信號的采集與匯聚，其地位在物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)不言而喻。單片機作為我校物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)一門專業(yè)核心課程，應(yīng)緊緊圍繞行業(yè)發(fā)展及需求展開教學(xué)。該課程具有較強的實踐性和應(yīng)用性，通過學(xué)習(xí)該課程學(xué)生可以熟悉單片機基礎(chǔ)資源，掌握單片機控制程序編寫方法，為后續(xù)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用課程學(xué)習(xí)以及未來工作打下堅實的基礎(chǔ)。本文基于物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)進行單片機實踐教學(xué)研究設(shè)計，重點突出培養(yǎng)學(xué)生運用所學(xué)知識和技能解決實際問題的綜合應(yīng)用能力，提升物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)學(xué)生在就業(yè)過程中的競爭力。緊跟物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展趨勢，結(jié)合社會企業(yè)對物聯(lián)網(wǎng)人才的需求進行單片機課程實驗設(shè)計。

1.1 研究思路

面向我校物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的單片機實驗教學(xué)采用層次化設(shè)計，主要由以下三個層次組成。

（1）基礎(chǔ)實驗

該層次實驗是三個層次的關(guān)鍵部分，不僅是后續(xù)實驗，更是其他相關(guān)課程的重要基礎(chǔ)。在該部分實驗中主要以熟悉單片機資源應(yīng)用的基礎(chǔ)性實驗為主，按單片機內(nèi)部資源進行實驗設(shè)計，重點加強我校物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)學(xué)生對單片機基礎(chǔ)知識和基本資源的理解與運用。

（2）綜合實驗

綜合實驗重在鍛煉學(xué)生分析問題、解決問題以及綜合運用能力，充分發(fā)揮學(xué)生主觀能動性，在該層次的實驗訓(xùn)練中主要基于單片機資源進行綜合設(shè)計與運用。

（3）創(chuàng)新實驗

創(chuàng)新實驗則注重學(xué)生運用知識進行實際工程設(shè)計開發(fā)、團隊協(xié)作、創(chuàng)新創(chuàng)意能力，該部分實驗以開放式項目為驅(qū)動，以小組為單位進行。在開發(fā)項目的過程中以學(xué)生為中心，在實踐中學(xué)習(xí)提高。該層次實驗緊跟企業(yè)項目和老師科研，適時進行調(diào)整，以適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的發(fā)展與變化。

1.2 研究內(nèi)容

本項目進行相關(guān)研究設(shè)計時，注重物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)與課程特點及實踐教學(xué)自身的規(guī)律，按照層次化、差異化設(shè)計思路，優(yōu)化設(shè)計物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)單片機實驗，使之符合我校物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)人才培養(yǎng)目標，滿足行業(yè)對物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)人才的基本需求。在進行實驗設(shè)計過程中緊密結(jié)合行業(yè)需求，培養(yǎng)應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力。主要的研究內(nèi)容如下。

（1）物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)單片機課程實驗結(jié)構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)單片機課程實驗的設(shè)計，一方面需要覆蓋課程基礎(chǔ)知識，強化學(xué)生對基本理論的認識與理解；另一方面更要體現(xiàn)層次化、多樣化，培養(yǎng)學(xué)生工程思維，提升學(xué)生分析解決問題、應(yīng)用創(chuàng)新等多維度能力?；谖倚，F(xiàn)有單片機實驗室與硬件資源，充分發(fā)揮實驗平臺優(yōu)勢，為學(xué)生提供更多的訓(xùn)練機會，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)意識。

（2）物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)特色單片機課程實驗形式

課程實驗是鍛煉學(xué)生實踐動手能力、分析解決問題能力、提高綜合能力的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。因此，課程實驗教學(xué)設(shè)計的關(guān)鍵在于如何提高學(xué)生對單片機的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生真正從實驗中提升能力。物聯(lián)網(wǎng)單片機實驗設(shè)計不僅要實現(xiàn)學(xué)生能力的提升，在實驗中更應(yīng)注重對學(xué)生的吸引，不能讓實驗成為學(xué)生的負擔(dān)，應(yīng)讓學(xué)生積極主動參與實驗。

（3）實驗教學(xué)內(nèi)容

專業(yè)的不同在教學(xué)內(nèi)容上的側(cè)重點也應(yīng)有所劃分和區(qū)別，物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)對學(xué)生培養(yǎng)的目標是使學(xué)生成為掌握傳感、通信、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，具備寬廣的專業(yè)知識的高級工程技術(shù)應(yīng)用人才。實驗教學(xué)作為培養(yǎng)學(xué)生掌握與運用物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)理論、方法和技能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其教學(xué)內(nèi)容應(yīng)緊跟行業(yè)發(fā)展適時變化。單片機作為物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)關(guān)鍵課程，其實驗內(nèi)容設(shè)計應(yīng)以上述目標為指導(dǎo)，通過實驗訓(xùn)練達到培養(yǎng)學(xué)生實踐能力、工程應(yīng)用能力以及創(chuàng)新能力，掌握相關(guān)理論知識的目的。

1.3 研究方法

本項目從單片機課程實驗結(jié)構(gòu)、形式、內(nèi)容等方面入手，充分結(jié)合教師科研項目資源，緊跟物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)發(fā)展，完成對具有物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)特色的單片機課程實踐教學(xué)研究與設(shè)計，以達到培養(yǎng)具備扎實技術(shù)基礎(chǔ)物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)人才的目標。物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)單片機課程實踐教學(xué)設(shè)計采取循序漸進原則，結(jié)合科研項目豐富實驗內(nèi)容，發(fā)揮學(xué)生創(chuàng)造性，改變實驗形式，從感性到理性、從基礎(chǔ)到提升，逐層遞進實現(xiàn)學(xué)生對理論知識的理解與運用的融會貫通。項目所設(shè)計課程實驗主要由基礎(chǔ)實驗、綜合實驗和創(chuàng)新實驗等三個層次構(gòu)成。

（1）基礎(chǔ)實驗

該層次主要加深學(xué)生對單片機原理及應(yīng)用課程基礎(chǔ)知識的認識和理解。按照單片機資源進行簡單實驗內(nèi)容設(shè)計，通過實驗掌握單片機資源的使用，熟悉開發(fā)環(huán)境，學(xué)習(xí)簡單的設(shè)計方法，同時建立學(xué)生學(xué)習(xí)單片機課程的自信心。

（2）綜合實驗

該層次實驗將重點培養(yǎng)學(xué)生對所學(xué)知識的綜合應(yīng)用和工程設(shè)計能力，將典型的實驗內(nèi)容進行綜合并適當?shù)丶右宰兓?。學(xué)生根據(jù)設(shè)計要求在任務(wù)書的指導(dǎo)下獨立設(shè)計并完成實驗內(nèi)容，使其獲得自豪感與成就感，進一步培養(yǎng)、提升學(xué)生對單片機課程的學(xué)習(xí)興趣。

（3）創(chuàng)新實驗

該層次實驗將以教師相關(guān)科研項目為依托，以實際工程項目為實驗內(nèi)容，發(fā)揮學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)造意識，讓學(xué)生以單片機為平臺，以團隊協(xié)作的方式進行相應(yīng)方案的設(shè)計并解決項目問題，完成實驗內(nèi)容。在此過程中，以學(xué)生為主體，教師為輔助，充分發(fā)揮實際項目可參與性和真實感的優(yōu)勢，鍛煉學(xué)生項目管理能力，培養(yǎng)團隊協(xié)作的精神。

1.4 創(chuàng)新點

（1）分層次實驗設(shè)計

進行物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)單片機實驗設(shè)計時應(yīng)遵循由易到難、由淺入深的原則，逐步建立學(xué)生學(xué)習(xí)掌握單片機課程知識、運用單片機進行設(shè)計開發(fā)的持續(xù)自信心。通過三個層次實驗的優(yōu)化設(shè)計，讓學(xué)生完成從基礎(chǔ)實驗到綜合實驗再到創(chuàng)新實驗等三個不同深度的訓(xùn)練，加強知識理解與運用，鍛煉學(xué)生單片機應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)能力，穩(wěn)步實現(xiàn)學(xué)生全方位能力的提升。

（2）突破傳統(tǒng)的實驗形式

傳統(tǒng)實驗對每次實驗內(nèi)容做了嚴格的規(guī)定，目前我校單片機實驗并未按專業(yè)劃分，不具有專業(yè)特色，且所有實驗都拘泥于實驗室。本項目突破上述實驗形式，根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)特點進行實驗內(nèi)容設(shè)計，同時實驗內(nèi)容的完成在不同階段要求也不完全相同，相比我?，F(xiàn)有實驗形式更加靈活多變，可以發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)造意識，發(fā)展創(chuàng)新應(yīng)用能力。

（3）豐富實驗內(nèi)容

伴隨著社會與技術(shù)不斷變革與發(fā)展，對人才的需求也隨之改變。目前我校物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)正處于探索階段，根據(jù)社會對物聯(lián)網(wǎng)人才的要求，在人才培養(yǎng)過程中同樣需要進行變革。項目成員均具有豐富的項目經(jīng)驗，與部分從事物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)企業(yè)保持合作關(guān)系。本項目依托這些資源不斷豐富實驗內(nèi)容，讓實驗內(nèi)容更貼近實際需求，調(diào)動學(xué)生積極性，提高學(xué)習(xí)興趣。

2 結(jié) 語

本項目以我校物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)單片機原理與應(yīng)用課程實驗為研究設(shè)計對象，結(jié)合社會對物聯(lián)網(wǎng)人才的要求進行層次化實驗設(shè)計，擬解決以下關(guān)鍵問題。

（1）創(chuàng)新實驗內(nèi)容，培養(yǎng)并提高物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)學(xué)生對單片機課程的學(xué)習(xí)興趣。興趣是學(xué)習(xí)最好的動力，本項目在實驗設(shè)計中，突破傳統(tǒng)實驗內(nèi)容設(shè)計，在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上結(jié)合企業(yè)和教師的項目，提出一些新的設(shè)計任務(wù)要求，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)和設(shè)計熱情。在條件允許的情況下放開實驗內(nèi)容，由學(xué)生結(jié)合自身情況自主設(shè)計并完成實驗。

（2）豐富實驗內(nèi)容，提升物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)學(xué)生專業(yè)技能。傳統(tǒng)單片機實驗主要集中對單片機資源使用部分，物聯(lián)網(wǎng)更多需要解決理論聯(lián)系實際的問題。單片機實驗教學(xué)過程中順應(yīng)時代發(fā)展，跟蹤新的設(shè)計方法、新的開發(fā)手段，注重學(xué)生專業(yè)技能的培養(yǎng)。本項目根據(jù)社會發(fā)展、企業(yè)需求，豐富具有物聯(lián)網(wǎng)特色的實驗內(nèi)容，讓學(xué)生能夠通過實驗在工程應(yīng)用能力上得到訓(xùn)練和培養(yǎng)，進而提高學(xué)生專業(yè)技能。

（3）改變實驗形式，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力。項目成員通過承擔(dān)科研項目，積累豐富的工程實踐經(jīng)驗，并注重將科研成果和經(jīng)驗融于教學(xué)，部分成果已轉(zhuǎn)化為教學(xué)資源，促進了教學(xué)水平的提高。充分發(fā)揮教師科研項目資源，使學(xué)生深入了解社會需求、體驗工程項目研究設(shè)計過程，樹立一定工程意識，發(fā)揮學(xué)生創(chuàng)新意識，提高創(chuàng)新能力。