【摘要】兩化融合發(fā)展整體處于由覆蓋滲透向集成整合加速過渡，促使人們對自動化與信息化融合有了清晰的理解。在“兩化融合”環(huán)境中的職業(yè)崗位內(nèi)涵發(fā)生了質(zhì)的變化，需要重構(gòu)單片機課程。重構(gòu)課程框架，要在人類認(rèn)識規(guī)律主線上進行�？蚣芊謫纹瑱C基礎(chǔ)技術(shù)和單片機應(yīng)用及接口技術(shù)兩個層次。各以項目及情境作為教學(xué)形式，完成基礎(chǔ)知識的認(rèn)知、基本技能的初步培訓(xùn)，實現(xiàn)知識深化技能強化，為兩化融合培養(yǎng)新型人才。

　　【關(guān)鍵詞】兩化融合,單片機課程,項目及情境

　　一、“兩化融合”現(xiàn)狀簡述

　　隨著新技術(shù)的迅速發(fā)展，工業(yè)自動化與信息化的兩化融合成為了國家推進建立新型工業(yè)化國家的重要保障。在各級政府重視下的兩化融合給活躍在國內(nèi)自動化市場中的各企業(yè)提供了無限的發(fā)展空間。兩化融合成為了企業(yè)由制造業(yè)向現(xiàn)代制造服務(wù)業(yè)轉(zhuǎn)型的重要手段。

　�。ㄒ唬�“兩化融合”的基本概念

　　什么是“兩化融合”？如何“兩化融合”，國家沒有一個明確的定義，簡單的說就是信息化與工業(yè)化融合（以下簡稱“兩化融合”）。如何理解這兩個問題，各行各業(yè)有不同的內(nèi)涵和要求。主要分為技術(shù)融合、產(chǎn)品融合、業(yè)務(wù)融合、產(chǎn)業(yè)衍生四個方面。[1]

　　技術(shù)融合是指工業(yè)技術(shù)與信息技術(shù)的融合，產(chǎn)生新的技術(shù)，推動技術(shù)創(chuàng)新。例如，工業(yè)生產(chǎn)和計算機控制技術(shù)融合產(chǎn)生的工業(yè)控制技術(shù)。

　　產(chǎn)品融合是指信息技術(shù)融合到產(chǎn)品中，增加產(chǎn)品的技術(shù)含量，提高產(chǎn)品的附加值。例如，傳感器制造技術(shù)和嵌入式控制技術(shù)融合產(chǎn)生新型傳感器，普通變電設(shè)備增加嵌入式控制系統(tǒng)之后就變成了智能變電設(shè)備。

　　業(yè)務(wù)融合是指信息技術(shù)應(yīng)用到人力資源管理、財務(wù)管理、原材料采購、產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計、生產(chǎn)制造、市場營銷等各個環(huán)節(jié)，促進業(yè)務(wù)創(chuàng)新和管理創(chuàng)新。例如，生產(chǎn)現(xiàn)場的專用設(shè)備可以對從原材料上線到成品入庫的生產(chǎn)過程進行實時數(shù)據(jù)采集、控制和監(jiān)控。

　　產(chǎn)業(yè)衍生是指信息化與工業(yè)化融合催生出新的產(chǎn)業(yè)。如電子信息產(chǎn)業(yè)以及新型服務(wù)業(yè)，如信息化與工業(yè)化融合下產(chǎn)生的物聯(lián)網(wǎng)軟件服務(wù)業(yè)等。

　�。ǘ�）“兩化融合”現(xiàn)狀與發(fā)展

　　目前兩化融合發(fā)展整體處于由覆蓋滲透向集成整合加速過渡。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展與應(yīng)用范圍的不斷擴大，國外自動化行業(yè)巨頭都進入中國市場，各行各業(yè)各區(qū)域兩化融合發(fā)展不均衡。但由于外資企業(yè)進入我國市場，帶來了最新的工業(yè)自動化與信息化產(chǎn)品、技術(shù)及全方位的解決方案，促使人們對自動化與信息化融合有了清晰的理解，行業(yè)企業(yè)在自動化與信息化領(lǐng)域逐步推出各種智能化的產(chǎn)品或系統(tǒng)，促使兩化融合的裝備及技術(shù)具備一定基礎(chǔ)，正向兩化深度和廣度融合推進。

　　就拿工業(yè)生產(chǎn)業(yè)務(wù)的兩化融合來看，有“85%以上的行業(yè)企業(yè)應(yīng)用計算機輔助工藝設(shè)計、排產(chǎn)計劃、車間物料管理、車間設(shè)備管理等業(yè)務(wù)系統(tǒng)，”[2]在個性化業(yè)務(wù)上也有了人們期望的發(fā)展。面向用戶的產(chǎn)品全程追溯的需求日益強烈，成為兩化融合發(fā)展的重要方向。

　　目前，信息化與研發(fā)設(shè)計融合已經(jīng)成為提升企業(yè)自主創(chuàng)新能力的重要手段。產(chǎn)品中“嵌入”了信息技術(shù)，使產(chǎn)品提高了兩化融合的附加值，促進了產(chǎn)品升級和更新?lián)Q代。信息技術(shù)融入研發(fā)設(shè)計的各個環(huán)節(jié)，縮短了研發(fā)設(shè)計周期，降低了研發(fā)設(shè)計成本。部分機械制造企業(yè)已經(jīng)實現(xiàn)了產(chǎn)品設(shè)計、工藝流程和ERP的集成應(yīng)用。

　�。ㄈ�）職校教育與“兩化融合”

　　產(chǎn)品的智能化、生產(chǎn)管理、設(shè)備管理等的智能化、供應(yīng)鏈的信息化這一新型生產(chǎn)與管理模式，讓企業(yè)產(chǎn)生儲備具有兩化種專業(yè)知識技能類型的人才。在“兩化融合”環(huán)境中的職業(yè)崗位，已摒棄了很多單一性的傳統(tǒng)職業(yè)崗位，由此崗位的內(nèi)涵也已發(fā)生了質(zhì)的變化。如機修工，不再是只修機械不修電氣，而是機械電氣都要修理、甚至信息化機電產(chǎn)品部件也要修理；操作工，不再是單純撳撳按鈕、搬搬工件、對對刀具、裝裝夾具等等，而是要從計算機調(diào)出程序、核對程序、按規(guī)定要求從刀庫，通過計算機選取刀具，定位操作等信息步驟，實現(xiàn)操作工藝流程。

　　就業(yè)崗位的變更，迫使就業(yè)的人員，在知識與技能方面要適應(yīng)智能生產(chǎn)和智慧管理的需求，否則就會“OUT”。

　　作為人力資源主要提供者——職技學(xué)校，不論屬于哪種層次職崗人力提供的學(xué)校，必須迅速作出應(yīng)對。這不僅關(guān)于經(jīng)濟社會和人類社會的發(fā)展，也決定了職技類學(xué)校自身的生存與發(fā)展。眼前最敏感的兩個點：一是畢業(yè)生的就業(yè)渠道和持崗能力；二是生源的多少和優(yōu)劣。

　　職業(yè)院校面對兩化融合的大背景，要做大做強，既有搶眼的近景，又有清晰的遠景。筆者認(rèn)為，其焦點在課程上。把每一門課與兩化融合去考量，再作出對現(xiàn)有課程應(yīng)有的定位，加以修正，使學(xué)校整體教育教學(xué)轉(zhuǎn)型，實行軟著落。也就是要遵循：大處著眼，小處著手的實事求是和科學(xué)發(fā)展的改革原則。所以筆者用單片機課程的重構(gòu)教學(xué)框架為重點，意在使課程與兩化融合能有機的結(jié)合。

　　二、重構(gòu)單片機課程框架

　�。ㄒ唬﹩纹瑱C課程發(fā)展歷史與現(xiàn)狀

　　職業(yè)學(xué)校的單片機課程早的是從二十世紀(jì)90年代開設(shè)，當(dāng)時使用匯編語言，用286無硬盤電腦做實驗，后來改用實驗箱，進行理論實驗教學(xué)；到2005年有的學(xué)校開始邊做單片機實訓(xùn)板、邊教學(xué)、邊編程、調(diào)試，當(dāng)時還是使用匯編語言；2008年隨著嵌入式技術(shù)在企業(yè)的廣泛應(yīng)用，好多學(xué)校開始改用C語言作為單片機應(yīng)用技術(shù)課程的語言；到現(xiàn)在的用學(xué)生做的實訓(xùn)板邊教邊學(xué)邊調(diào)試，教學(xué)效果在逐步提高。但是，由于理實一體化教學(xué)形式，重點放在了單片機的應(yīng)用上，雖然單片機基礎(chǔ)知識在教學(xué)中有體現(xiàn)，但因教學(xué)時間有限，知識與技能的鞏固率，不盡如人意，這也就是為什么要重構(gòu)的原因。

　�。ǘ�）單片機課程的地位與作用

　　國家信息化專家周宏仁形象地稱，“抓住了嵌入式系統(tǒng)（單片機屬于嵌入式系統(tǒng)中的一種類型）和工業(yè)軟件，也就抓住了信息化創(chuàng)新的‘牛鼻子’。在許多產(chǎn)品或系統(tǒng)中，有或者沒有嵌入式系統(tǒng)就成為兩化融合有無的標(biāo)志，甚至是兩化是否深度融合的標(biāo)志”[3]當(dāng)下兩化融合，主要在信息化一頭，因為兩化融合，要達到生產(chǎn)自動化、產(chǎn)品智能化、管理精細(xì)化、產(chǎn)業(yè)先進化，即時和互聯(lián)。依靠的是傳感器、微處理器和計算機，終端裝備。它們之間的協(xié)調(diào)互動，是要通過嵌入式系統(tǒng)和工業(yè)軟件，經(jīng)過信息采集、信息處理和信息通信來完成的。當(dāng)然也離不開會操作這些系統(tǒng)的技術(shù)人才。

　　由于單片機有許多優(yōu)點，因此其應(yīng)用領(lǐng)域之廣，幾乎到了無孔不入的地步，用一個實例來說明，可見一斑。筆者在社會調(diào)研中得知，兩化融合推進到了生產(chǎn)制造過程的各個環(huán)節(jié)，好多由手工和腦力工作的勞動，由單片機或微處理器控制的裝置來代替，機器人、PLC觸摸屏、數(shù)控機床、條碼采集器、傳感器、無線射頻識別等軟硬件的綜合智能化系統(tǒng)離不開單片機系統(tǒng)，操作、維修這些系統(tǒng)離不開懂點單片機的技術(shù)人員。

　　顯而易見，職技校里的單片機應(yīng)用課程，它的地位和作用，是那么重要，用教育領(lǐng)域或科技領(lǐng)域里的說法來說，單片機應(yīng)用課程是某些學(xué)科間的交叉學(xué)科。如單片機控制電動機的例子涉及到單片機、電子、電機調(diào)速、PID控制、傳感器與檢測技術(shù)等。其地位和作用是可想而知了。

　�。ㄈ�）重構(gòu)框架的論據(jù)

　　國家教育部在十二五規(guī)劃中，把單片機課程，明確地列入了專業(yè)基礎(chǔ)課，這充分表明了單片機課程是一切技術(shù)人員都必須具備的基礎(chǔ)知識與技能，是技術(shù)人員必具的素養(yǎng)。這也應(yīng)順了兩化融合的需求。是國家經(jīng)濟轉(zhuǎn)型對工程技術(shù)人才的起碼要求，是國家邁接第三次工業(yè)革命的決心。職業(yè)院校必須認(rèn)識到這一點，并以此作為教改的依據(jù)。

　　重構(gòu)單片機課程框架，要在人類認(rèn)識規(guī)律主線上進行。人的認(rèn)知規(guī)律，都無非就是，由簡到繁，由易到難，由淺入深，由此及彼，十六個字。除了這條規(guī)律線；還要知道人的認(rèn)知是按螺旋形逐漸推進的，知識需要反復(fù)地被認(rèn)知，才能內(nèi)化為潛意識。即所謂被牢牢地記住，并成為呼之欲出的理性工具。特別是離生活較遠的那些知識，即使傳授時注意了加強感性認(rèn)識，一旦長時期脫離，這些知識不會在大腦皮層中刻下印痕。所以，必須重視知識的重復(fù)率，和初始認(rèn)知的可接受性。

　　單片機知識及技能，是兩化融合環(huán)境中的橋板。因此它具有廣泛的應(yīng)用性，是工程技術(shù)人員和一線技術(shù)工人的一門實用學(xué)科。例如：千家萬戶家庭中的各種電表，水表，煤氣表內(nèi)的單片機，通過各種網(wǎng)絡(luò)，和供電公司等與能源控制者保持著網(wǎng)絡(luò)實時聯(lián)系；都市林立的商業(yè)大樓內(nèi)部，數(shù)以萬計的傳感器，包括安防、溫度、濕度、煙霧報警等等，全部采用單片機為核心的節(jié)點進行自動連接，由計算機中心控制，根據(jù)這些傳感器的獲取的大量信息，調(diào)節(jié)空調(diào)系統(tǒng)，監(jiān)控大樓安全；智能化物流倉庫，大型貨車、鏟車，來來往往，每件貨物上，都安裝了具有定位功能的單片機芯片，通過倉庫內(nèi)布設(shè)的網(wǎng)絡(luò)，每件貨物都可以精確的定位，也可以容易獲得貨物的詳細(xì)信息，實現(xiàn)產(chǎn)品跟蹤直到銷售等等。這種種都離不開單片機，所以說單片機是兩化融合環(huán)境中的橋板。因而，單片機應(yīng)用課程又是一門專業(yè)核心課程。

　　以上是重構(gòu)單片機課程的理論依據(jù)，同時也是單片機課程重構(gòu)的頂層設(shè)計思想。

　　（四）重構(gòu)的單片機課程框架

　　單片機課程，是一個兩層建筑。下層是基礎(chǔ)課程，上層是應(yīng)用課程。

　　基礎(chǔ)課程是針對各技術(shù)專業(yè)所有一線技術(shù)操作工、檢測工，維修工等崗位給予的單片機基礎(chǔ)知識和基本技能訓(xùn)練。只要知道兩化融合中嵌入式系統(tǒng)基本原理，信號采集、調(diào)試基本技能，記錄（電腦軟件記錄與手工書面記錄）下采集的數(shù)據(jù)，做好數(shù)據(jù)的匯總。所以基礎(chǔ)課程應(yīng)包括單片機應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理、類型、應(yīng)用場合，簡單的I/O口控制、定時器與中斷、串行口的簡單使用與調(diào)試。還要求內(nèi)容要廣泛和淺顯。

　　通過項目來完成，深度和難度可以淺一點，把學(xué)習(xí)者帶入單片機領(lǐng)域。

　　基礎(chǔ)課程部分從生活中的例子引出講解單片機的概述部分，以引起學(xué)生的注意，以實物講單片機的最小系統(tǒng)和動手調(diào)試簡單燈亮程序提起學(xué)生的興趣，在加單片機并口知識，用調(diào)試信號燈程序提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，然后加內(nèi)部存儲資源知識和C語言中的編程如循環(huán)語句、數(shù)組，用信號燈效果再次加深。接著定時中斷簡單使用、外部中斷與報警、定時控制與頻率脈沖、計數(shù)控制與顯示等等，一步步把知識與技能融合在一起，達到把單片機的基礎(chǔ)知識學(xué)完。

　　基礎(chǔ)課程部分為專業(yè)基礎(chǔ)課程。課程框架為：項目一單片機概述、項目二單片機并口及內(nèi)部資源簡單使用、項目三定時與計數(shù)控制信號燈、項目四中斷控制與報警燈、項目五顯示接口的控制信號燈、項目六串行口概述應(yīng)用課程涉及的知識點和技能點是重復(fù)的出現(xiàn)的，但在深度和難度上與下層是有所區(qū)別的。因為，兩者所要達到的教學(xué)目的和水平是不同的。

　　應(yīng)用課程作為專業(yè)核心課程，要圍繞崗位來構(gòu)思，不同的行業(yè)不同的崗位所需要的知識與技能是不同的，各有所側(cè)重。針對電氣設(shè)備安裝、設(shè)備維修、設(shè)計輔助、售后服務(wù)人員來設(shè)置。不僅要求熟練掌握基礎(chǔ)課的內(nèi)容，及前導(dǎo)課程（電子技術(shù)訓(xùn)練、常用電機控制與調(diào)速、氣動液壓、傳感器及檢測技術(shù)），還要在這些基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)單片機應(yīng)用及接口技術(shù)課程。單片機應(yīng)用及接口技術(shù)課程要根據(jù)兩化融合涉及到的工業(yè)機電設(shè)備的基本功能：人機接口、電機控制、閥門控制；機電設(shè)備的各種狀態(tài)檢測：溫度、水位、壓力、油量、速率等參數(shù)的檢測；體現(xiàn)崗位要求與智能特性，并結(jié)合單片機的接口技術(shù)來重組知識點與技術(shù)點。它包括：檢測和調(diào)試鍵盤接口、顯示器接口、AD/DA接口及外圍電路。能判斷故障，能維護設(shè)備（設(shè)備接口包括RS-232、RS485、UART等接口）的正常運行，熟悉單片機控制直流電機、步進電機、顯示器等輸出設(shè)備的控制方法。

　　單片機應(yīng)用與接口技術(shù)課程框架為：

　　情境1：單片機最小系統(tǒng)的制作調(diào)試、情境2：單片機并口與報警電路制作與調(diào)試、情境3：定時器/計數(shù)中斷與電機控制、情境4：顯示接口制作與檢測、情境5：定時計數(shù)中斷與電機控制、情境6：串行口的制作與檢測、情境7：A/D與D/A轉(zhuǎn)換接口的仿真與調(diào)試。（五）重組課程內(nèi)容

　　根據(jù)課程性質(zhì)，其內(nèi)容進行如下重組：

　　單片機基礎(chǔ)技術(shù)課程內(nèi)容：（三年級下半年開設(shè)）

　　項目一：單片機概述

　　知識點1：單片機概述、知識點2：認(rèn)識單片機最小、技能點：單片機最小系統(tǒng)檢測。

　　項目二：單片機并口及內(nèi)部資源簡單使用

　　知識點1：單片機并口、知識點2：內(nèi)部存儲資源與信號燈延時控制、技能點：單片機控制流水燈檢測。

　　項目三：定時與計數(shù)控制信號燈

　　知識點1：定時器及定時控制產(chǎn)生脈沖、知識點2：計數(shù)器及計數(shù)控制與顯示、技能點：定時、計數(shù)簡單使用。

　　項目四：中斷控制與報警燈

　　知識點1：定時中斷及簡單使用、知識點2：外部中斷與報警、技能點：定時與中斷控制報警燈

　　項目五：顯示接口的控制信號燈

　　知識點1：LED顯示接口類型及動態(tài)顯示原理、知識點2：數(shù)碼LED顯示4位數(shù)、技能點：數(shù)碼管顯示實驗。

　　項目六：串行口概述

　　知識點1：串行口擴展I/O口、技能點：串行口擴展I/O口仿真實驗、知識點2：單片機與PC機通信。

　　單片機應(yīng)用及接口技術(shù)課程內(nèi)容：（四年級上半年開設(shè)6周）

　　情境1：單片機最小系統(tǒng)的制作與調(diào)試

　　任務(wù)1：單片機最小系統(tǒng)制作、任務(wù)2單片機最小系統(tǒng)硬件檢測任務(wù)3單片機最小系統(tǒng)調(diào)試。

　　情境2：單片機并口與報警電路制作檢測

　　任務(wù)1：單片機控制報警器電路制作檢測與調(diào)試、任務(wù)2單片機報警信號電路制作檢測與調(diào)試、任務(wù)3單片機數(shù)碼信號電路制作檢測與調(diào)試。

　　情境3：C51定時器/計數(shù)器與檢測控制

　　任務(wù)1：定時控制產(chǎn)生聲音、任務(wù)2計數(shù)控制與光電傳感器信號檢測、任務(wù)3定時控制繼電器制作檢測與調(diào)試、任務(wù)4電機正反轉(zhuǎn)時的中斷控制。

　　情境4：顯示接口制作與檢測

　　任務(wù)1：數(shù)碼管顯示器顯示計數(shù)值、任務(wù)2：點陣顯示器顯示計數(shù)值的制作與檢測調(diào)試、任務(wù)3：漢字的點陣顯示、任務(wù)4溫度檢測數(shù)據(jù)的液晶顯示。

　　情境5：鍵盤接口制作與步進電機控制

　　任務(wù)1：獨立鍵盤控制步進電機運行的制作與檢測調(diào)試、任務(wù)2：4×4鍵盤控制步進電機運行的制作與檢測調(diào)試、任務(wù)3：按鍵值移位控制編程與調(diào)試、任務(wù)4：單片機控制步進電機正反轉(zhuǎn)編程與調(diào)試、任務(wù)5：單片機控制步進電機調(diào)速編程與調(diào)試。

　　情境6：串行口的制作與檢測

　　任務(wù)1：PC與單片機通信的制作與檢測調(diào)試、任務(wù)2：單片機雙機通信與RS-485接口的制作與檢測調(diào)試、任務(wù)3：單片機下載線與USB口的制作與檢測調(diào)試（擴展）、任務(wù)4：PC機遠程控制電機編程與調(diào)試（擴展）。

　　情境7：A/D與D/A轉(zhuǎn)換接口的仿真與調(diào)試

　　任務(wù)1：A/D轉(zhuǎn)換接口ADC0809、任務(wù)2：ADC0832接口制作與調(diào)試、任務(wù)3：D/A轉(zhuǎn)換接口DAC0832的使用、任務(wù)4：串行D/A轉(zhuǎn)換接口LC5615的使用、任務(wù)5：溫度傳感器與閉環(huán)控制系統(tǒng)（擴展）。

　�。�六）授課形式

　　單片機基礎(chǔ)技術(shù)課程以理論講解、實驗驗證為主要授課形式。知識深度淺，以項目單元講解知識點，實訓(xùn)技能點。在講解理論時可例舉自動控制中的例子，以提高學(xué)生的興趣，實驗時以驗證原理為重點。單片機應(yīng)用與接口技術(shù)課程采用在教學(xué)工場中授課的形式。按技術(shù)要求以情境為單元，以一個檢測或控制現(xiàn)象作為任務(wù)，深化知識提升技能�？梢园褑纹瑱C知識與接口技術(shù)及外圍電路聯(lián)合起來，注意特出兩化融合內(nèi)容，重點把單片機知識與傳感器知識及自動控制技術(shù)知識融合起來，強化單片機系統(tǒng)及外圍電路制作、檢測、調(diào)試和維修等技能。

　　參考文獻

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