医学院校中单片机课程设计的思考论文
【摘要】通过《单片机》课程内容及形式的一些探索，探讨如何使该门课程更具专业趋向性，提高同学们的学习兴趣，并形成专业知识的系统化概念。
【关键词】单片机；医学；课程
【中图分类号】G642
【文献标志码】A
【文章编号】1004-6763（2016）03-0041-02
随着嵌入式系统软硬件的发展，“智能化设备”、“可穿戴设备”等概念渐渐被人们所熟悉。单片机作为嵌入式系统的核心芯片，其相关技术伴随着广泛的应用取得了飞速的发展。在各大工科院校中，《单片机》都是一门重要的专业基础课程，目的是使同学们掌握单片机的系统开发知识，熟悉嵌入式系统的测量和控制原理，为以后的产品设计等打下基础[1-2]。然而，在部分特色院校，比如医学院校的生物医学工程专业，我们希望使单片机课程更有专业趋向性、趣味性，引导同学们从理论走向专业实践[3]。从高中到大学，从多年学习几门课程到一学期十几门新课，且同时都是从基础理论开始，大学的课程容易让同学们感到繁杂，考一门丢一门的现象十分普遍。因此，我们在各阶段授课中都注意相关课程的系统性，让理论知识形象化，易于学生接受，同时把各知识点跟专业实际应用相联系，让同学们切实认识到其实用性[4]。
比如，在概述性质的第一次课，将“智能化设备”以人体来做类比，五官对应传感器，大脑对应中控核心（超级计算机、PC以及单片机等），神经对应通讯系统。这样简单形象的类比一是让同学们立即了解到虽然之前没有接触过单片机这个名词，但实际就是计算机的一个分支，并不是一个全然陌生的新设备；另外，也形象地跟《传感器》、《通信原理》等课程建立了联系，传感器、通信技术和计算机技术是现代化信息技术的三大支柱产业，基本上各工科专业都会开设相关课程，也是嵌入式系统产品设计会涉及到的必不可少的知识体系。通过形象化的介绍，同学们可以了解各门课程的应用方向，在开始学习这些相关课程时，能更快地抓住重点，有目的性地去掌握知识并系统应用。《单片机》是一门软硬件相结合的课程，在软件部分，跟其他任何计算机语言一样，会介绍指令及常用程序。这些程序除了改用汇编等指令来完成之外，本质上都很类似，而且单片机采用精简指令集，指令本身相对来说非常少且容易掌握，因此，我们将重点放在指令实例的情景化，方便同学们举一反三，增强实用性。
比如在练习循环语句时的一个例题：从一个指定的起始位置，查找一个指定的字符，查询结束条件为找到指定的字符或者查询完规定的字符长度。这样一个例题，我们常规的讲解完示例程序代码以后，再简单介绍一下可能的应用，这其实就跟大家在登录各种网页时要做的工作类似，我们输入登录信息（用户名和密码等），网站一般会规定这些字符信息的最长限制，用户不一定会使用到最长的字符串，同时往往以“ENTER”键结束输入，进行登录操作，因此我们可以设定查询“ENTER”的ASCII码，以查询到“ENTER”或规定的字符长度为循环结束条件，将“ENTER”之前的字符串或规定的最长字符串作为用户输入的登录信息并进入下一步操作。所以这段示例代码，其实就可以作为大家已经很熟悉的日常登录界面的判断代码。通过这样的一些联系，把理论知识跟日常相结合，让大家用到的'时候就能想到，加深理解和记忆。作为医科院校的生物医学工程专业课程，更多的时候，我们会列举在医学方面的应用。比如，在讲解单片机对外部设备操作时，通常会介绍一个实例，即通过P1口的某一个管脚送出固定频率的方波，这本质上是一个定时翻转P1口状态的操作，非常简单，但实际上这就是单片机控制外部设备的通用模式。单片机整个芯片封装，跟外部设备通信只能通过管脚，作为一个数字化芯片，输出的就是高低两种电平，而高低电平可以控制电机的启停，高低电平的不同持续时间（占空比）可以控制马达的转速，通过单片机自带的定时器设置高低电平的持续时间或者通过循环语句来进行定时，基本上就完成了这个例题的代码讲解。但我们在介绍完代码以后，以一个自动化输液监控器为例，进一步完善教学。以往人工方式调节是由护士在一定时间（10秒）计数滴落的液滴，手动调节速度阀门，这种调节有很大的误差，而且在对输液中途的状态并没有监控，输液结束以后需要病人主动联系护士拔针，容易出意外。自动化输液监控器在液滴的滴落口一侧放置一个发光二极管，另一侧放置一个光电管，速度阀门的电机跟单片机的P1口管脚相连。通电以后发光二极管发光，照射到对应的光电管产生电流，当有液滴滴落的时候，隔断光线，光电管无输出，这样，液滴滴落就形成对应的下降沿脉冲，滴落的速度即脉冲间隔。将其跟设置好的速度相比，若不合适则增减对应P1口管脚的高低持续时间（占空比），调节速度阀门的电机，直到达到合适的输液速度，并且在输液过程中可以一直监控及调节，输液故障或结束后（超过设定时间无滴落）还可以自动报警或提示。
通过这样一个实际的示例，可以让同学们将理论和应用直接联系起来，明白这些平实而基础的理论知识就是身边各种设备的原理，并不是那么复杂而遥不可及；也可以开拓大家的思维，将其它所见到的“智能化设备”功能分解还原，或者利用单片机去做一些小改动；同时，也将单片机跟传感器联系了起来，让同学们对二者的联合应用有一个直观的认识。不断通过这些形象化的类比，在大家对单片机在医学设备上的应用有了直观认识以后，我们会通过综合性设计实验让同学们进一步的提升。这些实验的选题跟在研医学课题相关，也可以由同学们提自己感兴趣的题目，并根据实验状况进一步申请创新课题，或者延伸至毕业设计题目。单片机作为嵌入式控制系统，这样的课题往往还涉及到《电路原理》、《传感器》等其他相关科目，间接地提升了大家对相关课程的关注度，对各科知识能系统性地掌握，也不会考完就遗忘。医工专业的学生很多会进入公司做医疗产品的研发，或者在医院的设备科工作，这些简单的医疗小设备小产品的开发经验，也为以后从事相关工作打下了基础。《单片机》是工科专业的一门基础专业课，我们努力将其与专业发展相联系，培养同学们将单片机运用到医疗器械设计的兴趣，增强了大家对相关专业课程的系统性掌握，加强了理论知识与实际应用的联系，提升动手能力，为社会培养更多合格的专业人才。
参考文献
[1]李丹.单片机的教育教学改革[J].科技风，2015（10）：215.
[2]吴国贤.单片机课程改革探索[J].电子制作，2015（7）：107.
[3]陈玉发.高职单片机教学的探讨与实验[J].时代教育，2015（13）：229.
[4]高昀.单片机教学实践改革探索[J].科教导刊（电子版），2015（18）：81.
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