单片机原理与接口技术课程思政思考与实践

张兰红，吴冬春，仓思雨，倪自银

摘  要：课程思政可使学生在学习专业知识的过程中潜移默化地接受思想政治教育，达到专业与思政协同育人的效果。单片机原理与接口技术是电类工科专业的核心课程，分析在该课程中进行课程思政的重点与难点，包括如何找到课程思政与学生学习兴趣的结合点、如何在课程教学中无缝融入思政元素、如何充分利用课程的特点进行思政教育，介绍课程思政的实施措施，包括思政元素多元化、思政教育实践化、思政手段多样化，列举课程思政实践的案例，可为工科类核心课程的课程思政建设提供借鉴。

关键词：课程思政;单片机;教学改革;实践

中图分类号：G641      文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2022）07-0162-04

Abstract： Curriculum ideological and political education can make students receive ideological and political education imperceptibly in the process of learning professional knowledge， so as to achieve the effect of collaborative education of specialty and ideological and political education. The course of Single Chip Microcomputer Principle and Interface Technology is the core course of electrical engineering majors. The key points and difficulties of ideological and political education in the course were analyzed， including the combination of ideological and political education and students' learning interest， integration ideological and political elements seamlessly into the course teaching， making full use of the characteristics of the course to carry out ideological and political education. The implementation measures of ideological and political education in the course were introduced ， including the diversification and practice of ideological and political elements， and the diversification of ideological and political means. Cases of curriculum ideological and political practice were listed. These cases can provide reference for the ideological and political construction of engineering core courses.

Keywords： curriculum ideological and political education; single chip computer; teaching reform; practice

2016年12月在全国高校思想政治工作会议上，习近平总书记指出，“要用好课堂教学这个主渠道……满足学生成长发展需求和期待，其他各门课都要守好一段渠、种好责任田，使各类课程与思想政治理论课同向同行，形成协同效应”[1]，在此背景下，各高校开始开展“课程思政”教育教学改革，在专业课教学过程中融入思想政治教育元素，使学生潜移默化地接受思想政治教育，形成专业与思政協同育人的效果。2020年5月28日，教育部印发《高等学校课程思政建设指导纲要》[2]，决定全面推进高校课程思政建设，课程思政因此成为高校意识形态工作的重要组成部分，在理工科核心课程中进行课程思政成为高校课程教改的重要任务[3]，专业课程思政建设与实施成为高校人才培养的核心与关键[4]。

单片机是集成在一块半导体芯片上的微型计算机，它是智能控制领域实现信息采集与处理的核心工具，广泛应用于智能仪器仪表、消费类电子产品、工业自动化和通信等领域，伴随着智能控制技术的发展及国家行动纲领“中国制造2025”的发展需求，单片机原理与接口技术课程的重要性越发彰显[5]，它已成为高校电气类、电子信息类、自动化类、计算机类、机电一体化类等所有与电有关的工科专业的核心课程。该课程内容抽象，关联知识点多，综合性、实践性与工程性强，教学难度大，在该课程的教学过程中，做好课程思政工作，将有利于激发学生学习热情，指导学生找到正确的学习方法，全面提升学生的思政素养[6-8]，使学生成为具有推动我国智能控制技术发展社会责任感和过硬专业能力的高级专业人才。

一、课程思政的重点与难点

（一）如何找到课程思政与学生学习兴趣的结合点

课程思政的目的之一是激发学生学习兴趣与专业报国志向，因此需要找到课程思政与学生学习兴趣的结合点，这就需要任课老师具有精湛的教学科研能力和高超的教书育人水平，能将思政元素与课程完美结合起来。课程思政要有广度，能涵盖与课程内容相关的形势与政策教育，让学生明白单片机及其应用技术在国内外的产业布局及行业发展前景，使学生既具有世界视野，又具有本土意识，让学生明晰课程专业知识所在的坐标位置及发展走向、竞争形势与创新态势;课程思政还要有深度，除了课堂讲解外，还需融入实践与设计、社会调研、专家报告等教学环节，让学生加深对国情、社情与行情等的感性认识和了解，激发学生的学习兴趣，培养学生敢于拼搏、勇于超越的竞争意识、攻坚克难的勇气与能力。

（二）如何在课程教学中无缝融入思政元素

课程思政建设的目标是消除专业教育与思政教育“两张皮”的现象，寓价值引导于知识传授和能力培养之中，帮助学生塑造正确的世界观、人生观和价值观。单片机这类工科类核心课程以科学原理阐释、工程技术应用等自然科学知识与技能传授为主，任课教师可通过挖掘课程内容与社会事务处理中具有共性特征的思政教育元素，将其无缝融入教学过程，引导学生在理解专业知识的同时，实现价值塑造;还可通过对我国新旧社会技术发展的对比，引导学生认识到我们国家的发展离不开中国共产党的领导，认识到中国特色社会主义制度的优势;通过今昔对比，激发学生的民族自豪感、历史使命感和奋发进取心，教育学生要勇担时代使命，学好专业知识，提升综合素养，努力成为德智体美劳全面发展的社会主义建设者和接班人。

（三）如何充分利用课程的特点进行思政教育

充分利用课程的教学特点，抓住思政素材的关键点和闪光点，从平时教学过程的细微处入手训练和培养学生，进行润物无声的课程思政教育，才能达到较好的育人效果。单片机是涉及计算机硬件技术与软件技术的综合性课程，只有硬件与软件相互配合才能发挥作用，没有软件的单片机不能完成任何任务，软件也只有通过硬件平台才能实现各种控制功能，因此单片机课程有别于其他单独涉及硬件或者软件的课程，具有综合性、实践性与工程性强的特点，学生只有不断实践，反复训练，才能掌握学习方法和课程内容，而一旦掌握了单片机技术，学生就可以进行技术研发，做出科技成果，因此本课程既可以对学生进行国之重器研发的爱国情怀培养，又可以进行学做一体、知行合一的人文情怀培养，更能够通过反复的实践训练对学生进行科学素养、创新能力与工匠精神培养，这些思政元素的开发是课程思政建设的难点。

二、课程思政的实施措施

（一）课程思政元素多元化

本课程从讲好单片机与微机发展的课程故事、进行单片机与现实社会信息处理类比、仿真与实践平台构建、教学实例设计等多方面入手，充分挖掘课程蕴含的思政教育资源，寻找各种契机，结合教材、教学内容及学生的具体表现，用课程故事演讲、课程应用技术报告、课程设计作品比赛等多种生动活泼的形式来开展思想政治教育[9-10]，在家国情怀方面培养学生的责任与担当，在个人品格方面培养学生如何做人，在科学技术观方面培养学生如何做事。

（二）课程思政教育实践化

利用单片机技术实践性强的特点，采用仿真软件、实物作品设计等多种手段，对学生进行单片机应用技术的不断训练与反复实践，培养学生的科学素养、创新能力与工匠精神。从提高学生单片机应用技术水平出发，将课程思政教育实践化，在课堂、实验与课程设计教学全过程中加强实践教学，使学生从实践中学到知识和真本领，从内心认同并喜爱课程思政。

（三）课程思政手段多样化

一般专业课思政教育大多采用让学生听与课程相关的思政故事来进行教育，但对学生来说，这只是一个“输入”的教育过程，本课程不满足于“输入”的思政教育手段，还采用请学生写研究报告与文献综述、进行课堂演讲与课程设计作品比赛等让学生“输出”的形式，使学生在课程思政教育中能够沉浸其中，真正从课程思政中吸收养分，成人成才。如学习CPU时，针对中国CPU芯片的发展状况，请学生写一份调研报告，让学生明了我国芯片的发展状况;再如请学生对古今中外、国内国外有趣的控制发明进行演讲比赛，激发学生的学习兴趣和学习动力，对课程设计作品进行比赛，培养学生精益求精的工匠精神，提高学习效果。

三、课程思政的实践案例

（一）通过对应用技术的调研使学生坚定社会主义道路自信

在学习完绪论课之后，即布置学生书写一篇单片机应用技术调研报告并进行交流，通过这一环节，使学生充分认识到单片机作为智能控制器的一种，已经广泛应用于生产与生活的各个领域，并且技术含量和技术普适性还在不断提高，与国民经济生产和人民生活息息相关的各种电气产品正向以单片机为控制核心的智能化时代转变，我们都是受益者，这一切均得益于我们国家的繁荣和穩定发展，根本原因在于我们坚持了正确的中国特色社会主义道路，推动了单片机控制技术的迅速发展，带来了社会的快速进步。

（二）在单片机原理学习中引导学生树立主流价值观

单片机结构示意图如图1所示，包含中央处理单元（Central Processing Unit，CPU）、只读存储器（Read-Only Memory，ROM）、随机存取存储器（Random Access Memory，RAM）、并行I/O口P0口～P3口，还有定时器/计数器、中断系统与串行通信口等功能模块，各模块之间通过内部总线相连接。

CPU是单片机的控制核心，它由运算器和控制器组成，主要完成运算和控制功能;存储器是存储程序和数据的部件，它使计算机具备记忆功能;并行I/O接口是沟通CPU与外部设备的桥梁，要进行外部存储器扩展或者功能部件的扩展需要经过并行接口，另外单片机工作时还要用到定时器/计数器、串行通信接口与中断系统等功能部件。通过对单片机组成原理的学习，引导学生领悟如下道理，树立主流价值观。

1. 学习CPU控制，理解坚持党的核心领导地位的重要性

在单片机中CPU起核心控制作用，内存ROM和RAM的存取、外设通过并口与单片机进行的数据交换、外设的扩展、定时器/计数器、中断系统与串行口的启停以及工作模式选择等，都处于CPU的控制之下。CPU对各部件的绝对控制，是单片机有条不紊进行控制的基础，单片机的工作机制可与我国的特殊国情类比，我国地域广阔、民族众多、区域发展不均衡，需要有凝聚力的领导者——中国共产党，党的核心领导地位非常重要，只有中国共产党才能领导全国各族人民，进行中国特色社会主义建设，使我们的国家走向繁荣富强。

2. 学习单片机时序，理解团队合作的重要性

由图1可知，内存访问、并行I/O接口操作、定时器/计数器、中断系统与串行口的工作都是在CPU控制下通过内部总线完成的，由于内部总线只有一组，因此各部件需要按照一定的时序，相互配合协调一致地工作，如果某一部件没有按照时序完成预定的操作，就会导致单片机控制出错。单片机时序配合很好地体现了各部件之间相互协作和配合的团队精神。在教学过程中，我们引导学生将单片机时序配合与团队合作项目进行类比，强调只要有一个地方出错就可能导致整个团队合作的失败，而项目的成功则需要所有环节配合得当，由此使学生深刻理解团队合作的重要性。

3. 学习单片机中断技术，合理规划人生

单片机的各种信息处理技术都可以与人们日常事务处理的方法进行类比，由此引导学生利用单片机处理信息的先进方法来处理日常事务。如中断技术中包含中断响应、中断屏蔽与中断优先权处理等，CPU在执行程序时，可以屏蔽不太紧急的任务引起的中断，中断屏蔽技术可以类比我们在专心学习时，屏蔽外界的干扰和诱惑;单片机将不同的中断设置了优先级，优先级越高，中断的事情就越紧急和重要，因此单片机总是处理优先级最高的事情。日常生活中我们也要同时面对很多事情，如学习、运动与娱乐等，我们应当学习单片机中的中断处理技术，设置优先级，先完成最重要的事情，然后再完成不太紧急的事情，如在大学期间，学习最重要，学习之余，再去从事其他活动。只有合理的设置任务优先级，才能规划好人生，学好本领，实现人生价值。

（三）在作品设计中融入爱国与人文情怀教育元素

单片机教学过程中，我们通过Keil与Proteus等仿真软件，再指导学生购买电烙铁与万用表等常用电工工具，做出单片机仿真与实物设计作品，鼓励并指导学生设计各种带有思政元素的单片机作品，培养学生的爱国与人文情怀。以并行口和定时器/计数器应用的设计作品为例，说明如下：

学习并行口时，要求学生设计一件LED点阵显示屏作品。LED点阵显示屏相比于简单的LED显示器，显示信息更为丰富，是应用较为广泛的信息传播媒介，适合于各种服务信息和主题宣传的显示。指导学生在显示屏上滚动显示励志与爱国标语，有的学生设计了如图2所示的“好好学习、天天向上”标语，有的学生设计了“祖国你好”标语，这一设计使学生既掌握了单片机并口与点阵显示器原理、并口与点阵显示器的电路连接方式以及程序设计方法，又感受到所学知识的实用性，培养了学生的爱国与人文情怀。

学习定时器/计数器时，布置了音乐演奏器设计，通过按键控制，实现单片机内置红歌播放功能。歌曲的音调由扬声器发出的高低音时间长短来控制，用定时器控制定时时长，对需要演奏的乐曲，事先将乐曲的旋律和间隔节拍的时间计数初值用列表的方式存放在存储器中，按下相应的键时，调用旋律和节拍列表时间计数初值，控制所接扬声器发声时间的长短，就可以播放出动听的红歌音乐。这一设计既使学生充分掌握了定时器与计数器的使用方法，掌握了按键、蜂鸣器的使用方法，又使学生受到红歌熏陶。为了鼓励学生学好单片机，学校还设置了单片机竞赛项目——机器人大赛，在每年的11月份举行，竞赛内容是用单片机控制的机器人小车实现“游盐城”“游江苏”“游中国”，机器人小车按照地图路线，通过标志性地点与障碍物，按照顺利到达终点的时间长短决定获奖名次，这个竞赛是一个团队项目，包括了单片机、电机、电力电子、模电、数电、自动控制方面的知识，学生以团队形式参加，竞赛训练了学生的单片机综合应用能力、团队合作能力，更加深了学生对祖国山水的情感。

（四）在实践中培养学生工匠精神与创新能力，提升科学素养

单片机课程实践性极强，若实践不够，将极大地影响学生对课程内容的掌握。因此我们在教学过程中，开发了大量仿真与实物制作相结合的应用实例[9-10]，实现理论、仿真和实践相结合，学生根据理论建立仿真模型，经过不断调试获得仿真结果，再用仿真来指导实物作品设计与制作，做出高质量的实物作品，作者编写的单片机教材[9]提供了从最简单的流水灯到具有实际应用价值的数字电压表、温度测试仪、步进电机控制器等几十个应用实例的仿真和实物作品全套设计资料，可供学生用仿真软件反复搭建调试，在学习板上实现或者自己制作实物实现，课后布置了大量的需用仿真软件调试完成的小型实验作业。单片机课程设计采用每人一题，真题真做，将课程设计与具体的行业相结合，如单片机在光伏发电、风力发电及物联网中的应用[10]，其中学生设计的风速风向测试仪如图3所示，由此对学生进行全面的单片机应用设计训练，使整个学习过程是一个不断培养学生工匠精神与实践创新能力的过程，以此来全面提升学生的科学素养。

四、结束语

课程思政遵循了教育教学规律和学生成长成才规律，将专业教育与思政教育有机结合，使思政教育贯穿于专业课教学全过程，这样可以更好地为国家培养担当社会主义建设重任的接班人。

本文以单片机原理与接口技术课程为例，分析了进行课程思政的重点与难点，介绍了课程思政的实施措施，本文的研究内容旨在探索工科类核心课程进行课程思政的方法，实现在专业课教学中，以思政元素为引领，形成一套全学科、全方位、全功效的思政与专业课相结合的育人体系，实现专业与思政协同育人的效果。

参考文献：

[1]习近平.习近平在全国高校思想政治工作会议上强调：把思想政治工作贯穿教育教学全过程开创我国高等教育事业发展新局面[N].人民日报，2016-12-09.

[2]中华人民共和国教育部.高等学校课程思政建设指导纲要[EB/OL].http：//www.moe.gov.cn/.

[3]于歆杰.理工科核心课中的课程思政——为什么做与怎么做[J].中国大学教学，2019（9）：56-60.

[4]刘玉斌.物理学类专业课程思政的思考与实践——以理论力学课程为例[J].中国大学教学，2020（8）：55-58.

[5]姜忠愛，蔡卫国，牛春亮.单片机原理与应用教学模式与课程思政改革研究[J].高教学刊，2020（9）：129-131.

[6]王博，黄永红，贾好来.“嵌入式系统及应用”课程思政教学实践[J].电气电子教学学报，2020，42（6）：25-29.

[7]张琦，孟俊焕，吴延霞，等.《单片机原理及应用》融入课程思政的实践与探索[J].汽车实用技术，2020，45（22）：192-193.

[8]韩清华，孟洪兵，施明登.思政教育与高校工科专业实践教学结合的研究[J].教育现代化，2020，3（24）：186-188.

[9]张兰红，邹华.单片机原理及应用（第2版）[M].北京：机械工业出版社，2017：6.

[10]张兰红，陆广平，仓思雨.单片机课程设计仿真与实践指导[M].北京：机械工业出版社，2018：11.