醫學院校中單片機課程設計的思考論文

　　【摘要】通過《單片機》課程內容及形式的一些探索，探討如何使該門課程更具專業趨向性，提高同學們的學習興趣，并形成專業知識的系統化概念。

　　【關鍵詞】單片機；醫學；課程

　　【中圖分類號】G642

　　【文獻標志碼】A

　　【文章編號】1004-6763（2016）03-0041-02

　　隨著嵌入式系統軟硬件的發展，“智能化設備”、“可穿戴設備”等概念漸漸被人們所熟悉。單片機作為嵌入式系統的核心芯片，其相關技術伴隨著廣泛的應用取得了飛速的發展。在各大工科院校中，《單片機》都是一門重要的專業基礎課程，目的是使同學們掌握單片機的系統開發知識，熟悉嵌入式系統的測量和控制原理，為以后的產品設計等打下基礎[1-2]。然而，在部分特色院校，比如醫學院校的生物醫學工程專業，我們希望使單片機課程更有專業趨向性、趣味性，引導同學們從理論走向專業實踐[3]。從高中到大學，從多年學習幾門課程到一學期十幾門新課，且同時都是從基礎理論開始，大學的課程容易讓同學們感到繁雜，考一門丟一門的現象十分普遍。因此，我們在各階段授課中都注意相關課程的系統性，讓理論知識形象化，易于學生接受，同時把各知識點跟專業實際應用相聯系，讓同學們切實認識到其實用性[4]。

　　比如，在概述性質的第一次課，將“智能化設備”以人體來做類比，五官對應傳感器，大腦對應中控核心（超級計算機、PC以及單片機等），神經對應通訊系統。這樣簡單形象的類比一是讓同學們立即了解到雖然之前沒有接觸過單片機這個名詞，但實際就是計算機的一個分支，并不是一個全然陌生的新設備；另外，也形象地跟《傳感器》、《通信原理》等課程建立了聯系，傳感器、通信技術和計算機技術是現代化信息技術的三大支柱產業，基本上各工科專業都會開設相關課程，也是嵌入式系統產品設計會涉及到的必不可少的知識體系。通過形象化的介紹，同學們可以了解各門課程的應用方向，在開始學習這些相關課程時，能更快地抓住重點，有目的性地去掌握知識并系統應用。《單片機》是一門軟硬件相結合的課程，在軟件部分，跟其他任何計算機語言一樣，會介紹指令及常用程序。這些程序除了改用匯編等指令來完成之外，本質上都很類似，而且單片機采用精簡指令集，指令本身相對來說非常少且容易掌握，因此，我們將重點放在指令實例的情景化，方便同學們舉一反三，增強實用性。

　　比如在練習循環語句時的一個例題：從一個指定的起始位置，查找一個指定的字符，查詢結束條件為找到指定的字符或者查詢完規定的字符長度。這樣一個例題，我們常規的講解完示例程序代碼以后，再簡單介紹一下可能的應用，這其實就跟大家在登錄各種網頁時要做的工作類似，我們輸入登錄信息（用戶名和密碼等），網站一般會規定這些字符信息的最長限制，用戶不一定會使用到最長的字符串，同時往往以“ENTER”鍵結束輸入，進行登錄操作，因此我們可以設定查詢“ENTER”的ASCII碼，以查詢到“ENTER”或規定的字符長度為循環結束條件，將“ENTER”之前的字符串或規定的最長字符串作為用戶輸入的登錄信息并進入下一步操作。所以這段示例代碼，其實就可以作為大家已經很熟悉的日常登錄界面的判斷代碼。通過這樣的一些聯系，把理論知識跟日常相結合，讓大家用到的時候就能想到，加深理解和記憶。作為醫科院校的生物醫學工程專業課程，更多的時候，我們會列舉在醫學方面的應用。比如，在講解單片機對外部設備操作時，通常會介紹一個實例，即通過P1口的某一個管腳送出固定頻率的方波，這本質上是一個定時翻轉P1口狀態的操作，非常簡單，但實際上這就是單片機控制外部設備的通用模式。單片機整個芯片封裝，跟外部設備通信只能通過管腳，作為一個數字化芯片，輸出的就是高低兩種電平，而高低電平可以控制電機的啟停，高低電平的不同持續時間（占空比）可以控制馬達的轉速，通過單片機自帶的定時器設置高低電平的持續時間或者通過循環語句來進行定時，基本上就完成了這個例題的代碼講解。但我們在介紹完代碼以后，以一個自動化輸液監控器為例，進一步完善教學。以往人工方式調節是由護士在一定時間（10秒）計數滴落的液滴，手動調節速度閥門，這種調節有很大的誤差，而且在對輸液中途的狀態并沒有監控，輸液結束以后需要病人主動聯系護士拔針，容易出意外。自動化輸液監控器在液滴的滴落口一側放置一個發光二極管，另一側放置一個光電管，速度閥門的電機跟單片機的P1口管腳相連。通電以后發光二極管發光，照射到對應的光電管產生電流，當有液滴滴落的時候，隔斷光線，光電管無輸出，這樣，液滴滴落就形成對應的下降沿脈沖，滴落的速度即脈沖間隔。將其跟設置好的速度相比，若不合適則增減對應P1口管腳的高低持續時間（占空比），調節速度閥門的電機，直到達到合適的輸液速度，并且在輸液過程中可以一直監控及調節，輸液故障或結束后（超過設定時間無滴落）還可以自動報警或提示。

　　通過這樣一個實際的示例，可以讓同學們將理論和應用直接聯系起來，明白這些平實而基礎的理論知識就是身邊各種設備的原理，并不是那么復雜而遙不可及；也可以開拓大家的思維，將其它所見到的“智能化設備”功能分解還原，或者利用單片機去做一些小改動；同時，也將單片機跟傳感器聯系了起來，讓同學們對二者的聯合應用有一個直觀的認識。不斷通過這些形象化的類比，在大家對單片機在醫學設備上的應用有了直觀認識以后，我們會通過綜合性設計實驗讓同學們進一步的提升。這些實驗的選題跟在研醫學課題相關，也可以由同學們提自己感興趣的題目，并根據實驗狀況進一步申請創新課題，或者延伸至畢業設計題目。單片機作為嵌入式控制系統，這樣的課題往往還涉及到《電路原理》、《傳感器》等其他相關科目，間接地提升了大家對相關課程的關注度，對各科知識能系統性地掌握，也不會考完就遺忘。醫工專業的學生很多會進入公司做醫療產品的研發，或者在醫院的設備科工作，這些簡單的醫療小設備小產品的開發經驗，也為以后從事相關工作打下了基礎。《單片機》是工科專業的一門基礎專業課，我們努力將其與專業發展相聯系，培養同學們將單片機運用到醫療器械設計的興趣，增強了大家對相關專業課程的系統性掌握，加強了理論知識與實際應用的聯系，提升動手能力，為社會培養更多合格的專業人才。

　　參考文獻

　　[1]李丹.單片機的教育教學改革[J].科技風，2015（10）：215.

　　[2]吳國賢.單片機課程改革探索[J].電子制作，2015（7）：107.

　　[3]陳玉發.高職單片機教學的探討與實驗[J].時代教育，2015（13）：229.

　　[4]高昀.單片機教學實踐改革探索[J].科教導刊（電子版），2015（18）：81.

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