单片机课程思政的实践探索

李晓佳

（广州工程技术职业学院，广东广州 510725）

职业教育肩负着为国家培养高素质技术技能人才、能工巧匠、大国工匠的重要使命，承担着培养学生的专业技术和爱国思想的双重任务。2016 年，习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上强调，“要坚持把立德树人作为中心环节，把思想政治工作贯穿教育教学全过程，实现全程育人、全方位育人”。因此，课程思政对于现代职业教育具有深远的意义，是职业教育立德树人工作实现创新的一项重要举措。

一、单片机课程思政的意义

（一）单片机课程概述

单片机在化工自动化行业智能仪表中的应用十分广泛。在工业自动化现场随处可见单片机的应用，比如，各种智能化的仪器仪表、DCS系统的前端控制器、数据采集系统的现场采集单元等都有单片机的影子。学生学习单片机的开发和设计，能深入理解智能仪表中所采用的设计方法和控制原理，有助于学生更好地使用和维护化工仪表。

单片机课程的知识点比较抽象，并且具有很强的实践性，教师要采用项目驱动的方式开展单片机教学。项目中的知识点由易到难，任务由简单到复杂，做到由浅入深、循序渐进，更有利于理论与实践的结合，有利于提高学生的自学能力和学习兴趣[1]。

（二）单片机课程思政的元素及意义

教师应深入挖掘单片机课程中所蕴含的思政元素，并通过分析、梳理这些思政元素，选择恰当的切入点，使这些思政元素发挥其应有的教育作用。

教师在给学生讲解单片机基础知识、介绍国产单片机的发展历程和制造工艺演变时，要让学生了解我国的芯片技术虽然已经取得了很大的进步，但很多核心技术仍然掌握在欧美发达国家手里，让学生知道科技是第一生产力。新时代，大学生应当树立强国意识，承担起科技报国的使命与责任。

教师在给学生讲授程序编写的方法时，要引导学生仔细斟酌相关指令，并认真书写每一条语句，能根据设计的要求独立分析、思考和解决问题。同时，教师要鼓励学生在此设计的基础上进行创新，让学生认识到科学研究不能有半点马虎，要有勇于探索的科学精神。

在讲解定时器/计数器的应用时，教师要培养学生的时间观念和职业素养。在给学生讲解单片机串行通信技术时，教师要以网络时代给我们的工作和生活带来的巨大变革和影响为切入点，引导学生列举生活中串行通信技术的应用，思考串行通信的优缺点，培养学生要学以致用，并学会运用辩证的思维方法，学会具体问题具体分析，从而找到最优的解决方案。

教师只有在课程教学中通过系统设计教学内容、教学形式和教学方法，在知识讲授、实验实践环节巧妙融入这些思政元素，才会产生潜移默化、润物无声的效果[2]。

二、单片机课程思政案例——“点亮奥运五环”

（一）课程内容

“点亮奥运五环”模块选自单片机课程的项目2。学生通过项目1的入门任务“点亮一盏LED灯”和综合任务“汽车车灯控制”的学习，认识了单片机，了解了什么是单片机的最小系统以及单片机应用系统的硬件设计和软件开发的基本过程，掌握了如何通过单片机控制LED发光二极管常亮和闪烁，了解了运用Proteus软件进行虚拟仿真的方法。项目2的任务为学生在项目1的基础上，运用Proteus仿真软件实现花样点亮奥运五环彩灯[3]。

（二）思政元素

教师要以教学项目为着力点，注重技能和德育相结合，在单片机控制电路的设计与仿真、制作的过程中融入课程思政元素，加强学生的思想政治教育[4]。

1.培养不断探索的创新精神

教师要结合2008年北京奥运会开幕式上，璀璨的奥运五环被“飞天”缓缓带上半空的经典画面，引导学生要发扬创新精神，探索如何实现“花样点亮”以及有哪些更好的控制方式。

2.培养精益求精的职业素养

单片机程序的编写是个很枯燥的过程，有时候可能只是一个字母的大写或小写，就会导致整个程序编译不成功。因此，教师要注意提醒学生在编写单片机程序的过程中要一丝不苟，严谨、踏实地写好每一条语句，不求快，而求精。

3.培养自信心和民族自豪感

举办奥运会是和平时代一个国家屹立于世界强国之林的重要象征和标志。北京奥运会向世界提供了了解中国的机会，向世界展现了一个快速发展、开放自信的中国，展示了改革开放后各项事业取得的辉煌成就。北京奥运会也成为中华民族从屈辱走向站起来、富起来的一个时代标志。教师要通过思政教育增强学生的自信心，培养学生的民族自豪感。

（三）教学设计

1.教学目标

知识目标：学生通过本项目的学习，熟悉单片机扩展I/O口的方法、串并移位寄存器传送数据的程序设计方法，掌握循环语句和自定义函数的使用，掌握软件仿真调试的方法以及Keil与Proteus的联调方法。

能力目标：学生能够识读单片机硬件电路图，能够完成“点亮奥运五环”的控制程序设计，能够按照设计需求设计程序流程图，能够运用Keil和Proteus集成开发软件编写、编译和调试程序，能够具有查找并排除故障的能力。

素养目标：教师要培养学生勤于思考、不断探索、敢于创新的精神，培养学生严谨、认真的学习态度和专注、精益求精的工匠精神以及良好的职业素养，培养学生的责任感、使命感和爱国情怀。

2.用思政元素引出课程内容

在课堂导学环节，教师通过播放2008年北京奥运会开幕式的现场视频，让学生再次感受气势磅礴的开幕式现场，讨论其中运用到的现代化科技手段。教师要将理论自信、文化自信融入专业教育之中，鼓励学生在学习中发扬奥运健儿吃苦耐劳、流血流汗的拼搏精神，鼓励学生知难而勇、无所畏惧、不负韶华。同时，教师还要引导学生挖掘开幕式中与本节课的任务相关的元素，对比本次项目设计的要求，思考如何通过单片机编程和仿真满足项目要求，实现课程与思政的有机结合。

3.教学重点、难点及处理

教学重点：理解奥运五环彩灯的点亮原理，掌握单片机扩展I/O口的方法，掌握循环语句及自定义函数的使用以及单片机常用开发工具和软件的应用。

教学难点：多个串并移位寄存器发送数据的程序设计方法。

重点、难点的处理：教师鼓励学生采用合作探究式学习方法，主动利用多种学习平台和资源进行学习。教师可以采用教师引导、师生互动、提问和结果分析等教学方法，提高学生的学习积极性，引导学生逐步突破重点、难点。

（四）教学过程

教师以单片机为载体，以单片机编程和Proteus仿真点亮奥运五环彩灯为教学任务，采用“教—学—做”合一的教学模式，通过课前、课中和课后的教学组织，打造理实一体化课堂，使学生掌握程序设计、调试和软件仿真的技能。

1.课前预习

教师发布课前任务，学生自主学习。教师要求学生通过预习完成“点亮一环彩灯”的控制程序编写和仿真。学生预习移位寄存器74LS164的工作原理，思考如何利用循环语句和74LS164分别实现“花样点亮一环彩灯”的程序设计及硬件电路设计，为完成“点亮五环彩灯”的项目任务做好知识准备。教师鼓励学生按照自己的思路设计“花样”点亮方式，激发学生的积极性。

本专业开设的单片机课程只有36学时。教师要想在9周内完成4～5个综合项目的学习，就要更好地利用课前预习环节，培养学生的自主学习能力。教师针对学生的预习情况，讲授重点、难点内容，并结合学生在编程和仿真过程中存在的问题进行有针对性的讲解，构建课内与课外、线上与线下等多场景学习模式，实现学中做、做中学，提高课堂教学效率和教学质量。

2.课中导学

（1）预习情况总结

教师要根据学生课前预习的反馈，总结学生预习任务的完成情况。教师要从学生提交的预习作业中选择完成度比较好的作业进行课前展示，并针对存在的问题进行分析和讲解。

（2）课程导入及任务发布

首先，教师播放北京奥运会开幕式视频，导入教学任务——点亮奥运五环，并发布本次项目的设计要求，包括程序设计和仿真设计两个部分。教师结合预习知识点，引导学生思考设计要求中比较关键的“如何实现重复2次逐个点亮五环”和“如何实现重复3次同时逐个顺时针点亮五个环的LED”两个问题，鼓励学生使用多种设计思路解决问题，引导学生不断思考，培养学生的创新精神。

（3）程序设计与调试

学生以小组讨论的方式制订控制方案，列出所需元件清单，确定实现的方法。教师进行巡回指导，并针对程序设计中的重点、难点问题予以适当说明，指导学生检查和解决Keil编译中出现的问题。在使用Proteus软件设计仿真电路的过程中，教师要提醒学生注意在设计中容易出现的错误，比如单片机I/O口的选择要与程序对应、LED阳极和阴极的连接、限流电阻的选用等。程序的书写和电路的设计要注意每一个细节功能的处理。在此过程中，教师要鼓励学生要有严谨、踏实的态度，要有精益求精、耐心执着的工匠精神，踏踏实实地写好每一条语句，直至程序编译结果出现“（0）Errors，（0）Warnings”为止。

完成程序和电路设计后，教师指导学生将Keil软件生成的hex文件加载到Proteus电路中进行仿真。程序往往需要反复地修改和调试。在仿真过程中，很多学生会出现LED灯不亮、奥运五环彩灯没有按照任务要求点亮等问题。教师要引导学生针对不同的故障现象查找原因，到底是程序设计错误、硬件接线错误，还是加载文件错误等，培养学生分析问题、解决问题的能力。教师应号召学生向奥运健儿学习，培养学生不畏困难、不屈不挠的科学精神。同时，教师要鼓励学生之间相互纠错、取长补短、相互协作和互帮互助。

学生完成仿真后，教师总结本项目“点亮奥运五环”设计所运用到的理论知识，以及在程序设计、调试过程中存在的共性问题和解决方法，并分小组进行展示，由师生共同对各小组的设计成果进行评价。

3.课后复习

课后复习是学习过程中的重要一环，也是很多学生尤其是大学阶段的学生容易忽略的环节。完成课堂教学后，教师根据学生在程序编写中反馈的难点，布置相应的课后练习，增加奥运五环的点亮花样，要求学生以小组作业的方式在规定的时间内将作业提交到学习系统。通过布置课后作业，教师可以督促学生的课后学习，也可以促使学生在掌握基础知识的基础上对所学内容有进一步了解。最后，教师布置下节课的预习任务——奥运比赛倒计时牌的设计。

（五）教学效果及反思

本次课程的教学任务是实现“点亮奥运五环”的设计与仿真，在教学过程中，教师巧妙地融入了“奥运”这一思政元素。教师通过北京成功举办冬夏两季奥运会这个难忘的历史性事件，让学生深刻感受到我们的国家是一个友好和谐、重诺守信、尊重国际规则、有责任担当的大国，增强学生的民族自豪感。

在课程教学过程中，很多学生会出现程序编译多次都无法排除错误或警告的现象，导致他们的情绪有很大波动，甚至想要放弃本次设计任务。教师可以通过不断的鼓励和积极的引导，提高学生分析问题、发现问题、解决问题的能力，培养学生精益求精的职业素养。同时，通过本次项目教学，学生也理解了奥运精神、五环精神，能用奥运健儿的顽强拼搏精神和进取精神作为鞭策自己在学习路上前进的动力。

三、结束语

高职院校的专业教育以“理论 + 实践”为核心内容，旨在使学生掌握更多的理论知识和专业实践，提升学生解决实际问题的能力[5]。本文以“点亮奥运五环”为例，探讨了教师将思政理念融入单片机课程的教学方法。单片机课程与思政元素的融合，使教师在培养学生的专业能力和职业素养的同时，也加深了学生对单片机课程内容的了解。通过这种教学方式，学生能更容易接受所学知识，也会对所学知识有更加深刻的理解。教师将课程思政教育融入单片机课程的教学中，能激发学生学习单片机的兴趣，培养学生精益求精的工匠精神，实现了学生的专业素养和思想政治教育实效性的双重提高。