“双创”背景下“MCU原理及应用”课程的教学改革研究

［摘 要］ 在创新创业教育背景下，针对物联网工程专业“MCU原理及应用”课程传统教学中存在的实际问题，结合实践教学经验，对“双创”背景下的“MCU原理及应用”课程进行教学改革探索，通过采用案例教学、课赛融合等教学模式对教学方式进行改革，提高学生的课程认知、问题分析、解决问题及创新实践等能力。通过这种教学改革，有效培养了学生的综合能力，使学生在课程学习中获得了更多的实践经验，提高了解决问题的能力。

［关键词］ “双创”背景；物联网专业；MCU；教学改革

［基金项目］ 2022年度甘肃省创新创业示范课程“Linux与嵌入式系统”；2021年度甘肃省青年科技基金计划“基于边缘计算的卫星物联网在祁连山野生动物监测中的应用研究”（21JR7RA248）

［作者简介］ 张明虎（1986—），男，甘肃白银人，博士，兰州理工大学计算机与通信学院副教授，硕士生导师，主要从事物联网应用研究；张恩展（1980—），男，山东单县人，博士，兰州理工大学计算机与通信学院副教授，主要从事无线传感器网络、物联网应用研究；张玺君（1980—），男，甘肃临洮人，博士，兰州理工大学计算机与通信学院副教授，硕士生导师，主要从事数据挖掘分析、嵌入式系统应用研究。

［中图分类号］ G643.2 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2024）32-0069-04 ［收稿日期］ 2023-04-19

引言

“双创”即“大众创业、万众创新”，旨在激发全社会创新创业的活力和潜力，实现经济增长方式的转型升级，促进经济由高速增长阶段向高质量发展阶段转变。近年来，我国高度重视“双创”教育，通过一系列政策措施和实践活动，不断推动大学开展创新创业教育和科技创新活动，以培养更多的具有创新精神和创业能力的人才，为国家的经济发展和社会进步做出贡献［1-2］。对于物联网工程专业而言，更注重与创新创业教育的深度融合，旨在培养能够熟练掌握物联网相关技术并紧跟高技术发展趋势、能进行前瞻性研究和创新的创新复合型技术人才。

“MCU原理及应用”课程是物联网工程专业的一门学科基础类课程，其发展可以追溯到20世纪80年代中期。当时，单片机作为一种新兴的计算机芯片，已经在很多领域得到了广泛的应用。在此背景下，学校和企业开始探索开设单片机相关课程，培养专门从事单片机研发和应用的人才。随着计算机技术和电子技术的不断发展，“MCU原理及应用”课程也不断丰富和完善，现在这门课程已成为电子信息、计算机科学、自动化等专业中不可或缺的一门基础课程。除了传统的理论讲授外，该课程还加入了实验操作和案例分析等教学方法，使学生能够更加深入地理解单片机的应用原理和开发技巧。同时，随着“物联网+”技术的快速发展，“MCU原理及应用”课程的应用领域不断扩展［3］。例如，在物联网设备开发、嵌入式系统设计、智能家居等领域，“MCU原理及应用”课程被广泛应用。

在“双创”教育理念背景下，“MCU原理及应用”课程迎来了更加广泛的应用和发展机遇。“MCU原理及应用”课程作为一门具有实践性和创新性的课程，如何在教学过程中更好地培养学生的创新精神和实践能力，推动其在物联网系统开发和应用方面的创新创业，是目前需要不断思考的问题。本文从“MCU原理及应用”课程的教学现状、教学内容和教学方法等方面进行改革思路的探讨。

一、课程现状分析

“MCU原理及应用”是一门针对单片机基本原理和应用方法进行讲解和实践的课程。在课程理论教学过程中，学生可以学习到单片机的基本原理、电路设计、编程语言和工具的使用方法；在实践教学中，学生可以通过实践操作和案例分析，将所学知识和技能应用到具体的项目中。理论与实践相结合的教学模式能够培养学生的创新精神和实践能力。在物联网技术快速发展的今天，“MCU原理及应用”教学需要得到进一步的扩充，不仅需要涵盖更多新型单片机的应用和开发方法，还要注重培养学生在物联网系统中的综合应用能力，包括传感器、通信、数据处理和应用开发等方面的内容［4］。同时，还需要加强对物联网系统的应用案例分析和实践操作，培养学生在实际应用场景中解决问题和创新的能力。

在“双创”教育背景下，“MCU原理及应用”课程作为物联网工程专业的核心课程，对培养学生的创新精神和实践能力具有重要作用。然而，受学时的限制，如何提高学生对该课程的掌握度和加强基本技能的培养是一个实际问题。因此，在实践教学中，需要采用更加灵活多样的教学方式，如增加实验课、项目实践和竞赛等教学活动，提高学生的参与度，增加实践机会。同时，注重课程的前瞻性和实用性，与产业紧密结合，培养学生的创新能力和实际应用能力，为学生的创业和就业打下坚实的基础。

二、“双创”背景下课程教学内容和教学模式设计

基于“双创”背景下的课程教学内容和教学模式设计需要关注当前物联网行业的发展趋势和需求，注重理论与实践相结合，培养学生的创新能力和实践能力，并借助信息化技术提供在线学习资源和平台，以适应时代的要求，为学生的综合素质培养打下坚实基础。基于实践教学经验，针对物联网工程专业“MCU原理及应用”课程的人才培养目标和“双创”教育模式，以及“物联网+”技术发展的背景，对该课程的教学内容和教学模式进行系统研究。

（一）教学内容设计

“MCU原理及应用”课程具有很强的实践特性，作为一种应用技术为人们提供了解决物联网应用的工具和思路，对于物联网工程专业的学生来说，“MCU原理及应用”课程的工具性体现得更为明显［5］。“MCU原理及应用”课程侧重于让学生掌握单片机的基本原理、应用技术和开发方法，培养学生的系统设计和编程能力，增强学生在物联网系统开发和应用方面的实践能力和创新精神。具体来说，该课程的教学内容包括：单片机的基本原理、开发环境的搭建、程序设计语言、输入/输出口的控制、定时器和计数器的应用、中断技术、串行通信接口、模拟量采集和控制等。通过实际的实验操作，学生可以掌握单片机系统的各种应用技术，了解物联网系统的应用领域，并在实践中提高自己的创新能力和解决问题的能力。

“MCU原理及应用”课程需进一步加强相关案例的综合运用，如生态环境保护是各国面临的共同挑战，物联网技术为解决这一问题提供了有效手段。具体来说，“MCU原理及应用”课程包括单片机原理、应用开发、调试和应用案例分析等内容［6-7］。其中，单片机原理包括单片机的基本概念、结构与工作原理、各种外设模块的应用方法等；应用开发包括单片机软硬件开发环境的搭建、单片机程序设计的方法、外设模块的驱动与应用开发等；调试包括单片机程序的编译、下载、调试和修改等；应用案例分析包括基于单片机的智慧生态系统设计、环境数据的获取与处理、实时数据传输、数据存储与分析等。

在教学过程中，应加强实践教学环节，让学生能够亲手进行硬件和软件的设计与实现，并通过实际案例分析加深学生对MCU原理及应用的理解。此外，还应注重培养学生的创新能力和团队合作精神，鼓励学生提出新的物联网应用方案，实现物联网应用在生态环境保护、监测和管理等领域的应用。这样，在培养学生掌握MCU原理及应用技术的同时，能够培养出更加具有实践能力和创新精神的物联网工程专业人才。

（二）教学模式设计

在“双创”背景下，“MCU原理及应用”课程的教学模式设计应紧密结合实践，注重学生主体性和创新思维的培养。首先，可以采用项目驱动教学模式，通过团队合作，让学生参与到具体的物联网应用开发项目中，培养他们的团队协作能力和解决问题的能力。其次，注重实验教学环节的设计和开展，引导学生在实践中理解和掌握MCU原理及应用的基本概念和技能。此外，可以借鉴“双师课堂”模式，引入产业界的专业人才和企业家，让学生与教师一同进行课程设计和教学，为学生提供更加实践性和前沿性的知识与经验。最后，可以开设一些选修课程和实践课程，为学生提供更加多元化和个性化的学习与实践机会，激发他们的创新潜能和创业精神。

“MCU原理及应用”课程的教学模式还可以采用“实践—反思—再实践”的循环式教学，通过不断的实践、反思和再实践，逐渐提高学生的实践能力和创新思维。例如，在教学中可以引导学生使用MCU进行一系列小实验，让学生根据实验结果进行反思和总结，再结合实际需求进行再实践。通过这样的循环式教学，不断强化学生的实践能力和创新意识，培养学生的创新创业精神。同时，采用产学研合作的方式，将课程设置为“双创”实践课程，将企业实际项目作为课程的实践项目，组织学生参与其中。具体来说，可以将课程设计为以实践项目为主线，通过与企业合作，结合实际需求开展项目研究与开发。例如，可以与农业科技企业合作，设计开发一套可实现精准农业生长环境监测系统，利用MCU实现其数据采集和处理功能。

三、课程教学方法研究

“MCU原理及应用”课程在物联网工程专业人才培养方案中扮演着重要的角色，为了适应创新创业教育的发展需求，需要对“MCU原理及应用”课程的教学方法进行研究，以提供更有效的教学方式和策略，培养学生的实践能力和创新思维。本文通过引入案例教学、推广实践教学、课赛融合式教学、课程设计式教学、阶段评估式教学和经验总结式教学等多种教学方法，以更好地培养学生的实践能力、创新思维和问题解决能力，适应物联网行业的快速发展和创新创业教育的需求。

（一）引入案例教学

案例教学是通过实际案例引导学生学习，加强学生对知识的理解和应用。在教学开始时，教师会向学生介绍一些与MCU原理及应用相关的实际案例，引导学生思考案例中的问题和解决方法。

例如，在智慧城市建设方面，可以引入“智慧路灯”的案例。通过学习和实践，学生可以了解到智慧路灯的工作原理和设计，掌握相关的MCU编程技术和传感器的应用，如光敏电阻、红外线传感器等，实现路灯的自动开关和亮度控制，以达到节能减排和智能化管理的目的。通过学习这个案例，学生不仅能够掌握MCU的使用和应用，还能够了解物联网技术在智慧城市建设中的应用和意义。

（二）推广实践教学

推广实践教学是指在课程中增加实践环节，让学生亲身参与实际操作和解决问题，以提高学生的实践能力和解决问题的能力。在“MCU原理及应用”课程中，可以通过推广实践教学提高学生对MCU的掌握程度和实际运用能力。

例如，可以在课程中设置实践环节，让学生亲手搭建一个基于MCU的物联网应用系统，涉及MCU的编程、电路搭建、传感器应用等方面的知识。学生需要自行设计、实现和调试系统，并进行实地测试和优化，从而深入理解MCU的原理和应用，培养实际操作能力。通过推广实践教学，“MCU原理及应用”课程不仅能够提高学生的学习兴趣和参与度，还能够更好地培养学生的实践能力，为其日后从事物联网行业打下坚实的基础。

（三）课赛融合式教学

课赛融合式教学是指将课程教学与竞赛活动相结合，以提高学生的学习积极性、创新能力和实践能力。该方法可以帮助学生将课堂中学习到的知识应用到实践中，增强学习效果，同时能够激发学生的学习兴趣和学科热情。

在课程教学中，可以采用讲解+实验的方式，将理论知识与实践操作相结合，让学生在实践中巩固理论知识，增强学习效果。同时，可以组织学生参加一些竞赛活动，如全国大学生电子设计竞赛、“互联网+”大学生创新创业大赛、“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛、“博创杯”全国大学生嵌入式设计大赛等，让学生在竞赛中发挥自己的创新能力和实践能力，同时提高MCU应用技能。

（四）课程设计式教学

课程设计是指针对教学目标和学生需求，通过设计教学内容、方法、评估等，提供一系列可操作的教学方案。通过课程设计，既保证了基本理论知识的传授，又注重实践能力和团队协作能力的培养。例如，在第二个教学目标中，除了讲授相关理论知识外，还设计了实验和实践指导，让学生通过实际操作掌握MCU的开发方法；在第三个教学目标中，采用了课赛融合式教学和互动式教学，让学生在团队合作中完成实际项目开发任务，培养实践能力和团队协作精神。