浙江省鄞州市職業(yè)教育中心學(xué)校 王帆

基于項(xiàng)目式單元模塊的單片機(jī)實(shí)訓(xùn)設(shè)備研究

浙江省鄞州市職業(yè)教育中心學(xué)校 王帆

目前國(guó)內(nèi)中等職業(yè)學(xué)校電類(lèi)專(zhuān)業(yè)都將單片機(jī)課程作為重要的基礎(chǔ)課程，但單片機(jī)課程卻一直深受學(xué)生的厭惡。為了提升學(xué)生對(duì)于這門(mén)課程的興趣，就必須利用適合中職學(xué)生使用的教學(xué)設(shè)備和創(chuàng)新的教學(xué)方法。文章根據(jù)中職教育的培養(yǎng)目標(biāo)，結(jié)合多年的開(kāi)發(fā)與研究，設(shè)計(jì)了一套適合中職單片機(jī)教學(xué)的實(shí)訓(xùn)設(shè)備，相信能有效地提高中職單片機(jī)教學(xué)的效益。

單元模塊創(chuàng)新教法實(shí)訓(xùn)裝備有效教學(xué)

隨著社會(huì)的發(fā)展、科技的進(jìn)步，單片機(jī)已經(jīng)滲透到我們的日常生活中。由于單片機(jī)有著廣泛的應(yīng)用，與生活密切相關(guān)，所以單片機(jī)的教學(xué)不僅僅在大學(xué)的課堂中開(kāi)展，在很多中職學(xué)校也陸續(xù)開(kāi)設(shè)了單片機(jī)課程，“單片機(jī)控制裝置安裝與調(diào)試”項(xiàng)目也已成為全國(guó)中等職業(yè)技能大賽中電工電子類(lèi)的常規(guī)比賽項(xiàng)目。但單片機(jī)涉及的知識(shí)面比較廣，內(nèi)容比較抽象，而中職學(xué)生又存在知識(shí)面窄、基礎(chǔ)比較差、抽象思維能力薄弱的特點(diǎn)。所以，在中職單片機(jī)教學(xué)中，如何能夠讓中職學(xué)生真正學(xué)會(huì)、掌握這門(mén)先進(jìn)實(shí)用的技術(shù)，成為擺在中職教師面前的一個(gè)難題。

結(jié)合多年的單片機(jī)實(shí)踐教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，我對(duì)當(dāng)前常見(jiàn)的單片機(jī)實(shí)訓(xùn)裝置進(jìn)行了分析和研究，最終開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)了一套適合中職單片機(jī)教學(xué)的實(shí)訓(xùn)設(shè)備，能有效地提高中職單片機(jī)教學(xué)的效率。

一、常見(jiàn)的單片機(jī)實(shí)訓(xùn)裝置分類(lèi)及分析

單片機(jī)是一門(mén)比較抽象，但實(shí)踐性又很強(qiáng)的課程，尤其在中職單片機(jī)課程的教學(xué)過(guò)程中，往往需要有相應(yīng)的實(shí)訓(xùn)設(shè)備進(jìn)行輔助教學(xué)。目前市場(chǎng)上的單片機(jī)實(shí)訓(xùn)裝置有很多，各個(gè)中職學(xué)校所使用的實(shí)訓(xùn)裝置也不盡相同，我大致歸納了一下，主要有以下三大類(lèi)。

第一類(lèi)是實(shí)訓(xùn)臺(tái)式。這是比較大型的實(shí)訓(xùn)考核裝置，其優(yōu)點(diǎn)是功能多，多以模塊化結(jié)構(gòu)，可根據(jù)需要進(jìn)行搭配選擇，模塊之間可根據(jù)控制功能用電子連接線進(jìn)行連接，使用比較靈活。其缺點(diǎn)是這類(lèi)實(shí)訓(xùn)裝置價(jià)格相對(duì)比較昂貴，體積相對(duì)比較大，占地面積較多，因此不太適合人數(shù)較多的大班教學(xué)，這類(lèi)實(shí)訓(xùn)裝置一般都用于考核或比賽，如全國(guó)技能大賽、技能考核等。

第二類(lèi)是實(shí)驗(yàn)箱式。這類(lèi)實(shí)訓(xùn)設(shè)備相對(duì)實(shí)訓(xùn)臺(tái)來(lái)說(shuō)體積較小，元器件比較密集。其優(yōu)點(diǎn)是體積小，各個(gè)功能模塊相互獨(dú)立，易于在機(jī)房中教學(xué)，目前在教學(xué)中比較常用。

第三類(lèi)是實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)板式。這類(lèi)實(shí)訓(xùn)設(shè)備體積最小，易于攜帶，價(jià)格也是比較便宜，但它的功能相對(duì)較少。因此，這類(lèi)實(shí)訓(xùn)設(shè)備一般用于單片機(jī)愛(ài)好者自學(xué)和開(kāi)發(fā)者做實(shí)驗(yàn)用。

二、中職單片機(jī)教學(xué)實(shí)訓(xùn)設(shè)備適用分析

在中職學(xué)生中開(kāi)展單片機(jī)課程，由于學(xué)生的特殊性，如果一味地強(qiáng)調(diào)理論學(xué)習(xí)，那么就會(huì)大大偏離中職學(xué)校的培養(yǎng)目標(biāo)，教學(xué)效果也得不到保障。那么，我們又應(yīng)選擇哪種實(shí)訓(xùn)設(shè)備來(lái)輔助教學(xué)呢？

首先，我們還是得從中職生的層面來(lái)分析。雖然中職學(xué)生的理論基礎(chǔ)相對(duì)較差，但他們比較喜歡動(dòng)手，喜歡創(chuàng)新，然而他們又缺少自律；在教學(xué)過(guò)程中，教師得一直關(guān)注著他們。根據(jù)中職學(xué)生的這些特性，在選擇實(shí)訓(xùn)設(shè)備時(shí)，應(yīng)選擇帶有一定趣味性的設(shè)備，以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；設(shè)備體積也不能太大，體積大也就意味著學(xué)生相對(duì)比較分散，不利于知識(shí)的傳遞與管理，教學(xué)效果也會(huì)因此會(huì)打折。

其次，我們從教學(xué)目標(biāo)的層面來(lái)分析。對(duì)中職生來(lái)說(shuō)，學(xué)習(xí)單片機(jī)是有一定難度的，我們的教學(xué)目標(biāo)不是要將每個(gè)學(xué)生培養(yǎng)成為單片機(jī)編程高手，這是不現(xiàn)實(shí)的。我們的培養(yǎng)目標(biāo)是能夠引導(dǎo)學(xué)生入門(mén)，讓他們了解一些單片機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)和基本的編程技能，為后續(xù)更深層次的學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)。因此，我們的實(shí)訓(xùn)設(shè)備功能不需要很復(fù)雜，只要夠用就行。

根據(jù)以上的兩點(diǎn)分析，再結(jié)合中職學(xué)生的特點(diǎn)，從教學(xué)效果的角度出發(fā)，實(shí)驗(yàn)箱式的實(shí)訓(xùn)設(shè)備比較合適；這類(lèi)設(shè)備體積不大，可以與一般的機(jī)房配套使用，并且適于大班的教學(xué)與實(shí)驗(yàn)。通過(guò)教學(xué)，探索《單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)》、《自動(dòng)控制原理》、《傳感器及其應(yīng)用》等課程理實(shí)一體化的教學(xué)方法和培養(yǎng)企業(yè)需要的高素質(zhì)技能型人才的新途徑、新方法，推動(dòng)職業(yè)教育專(zhuān)業(yè)建設(shè)和教學(xué)改革，展示職業(yè)教育教學(xué)改革的成果。

三、基于項(xiàng)目式單元模塊的單片機(jī)實(shí)訓(xùn)設(shè)備設(shè)計(jì)思路

以上提及的三類(lèi)實(shí)訓(xùn)設(shè)備各有特點(diǎn)，不能絕對(duì)地說(shuō)哪類(lèi)設(shè)備優(yōu)于哪類(lèi)設(shè)備，只是針對(duì)的人群不同。目前市場(chǎng)上的實(shí)驗(yàn)箱式單片機(jī)實(shí)訓(xùn)設(shè)備，基本上是采用模塊化的設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是使用能夠根據(jù)項(xiàng)目需要選擇相應(yīng)的功能模塊，并且可以自定義I/O口的功能，運(yùn)用比較靈活。但是在教學(xué)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)單片機(jī)的興趣不濃，學(xué)習(xí)效率低下。針對(duì)這一問(wèn)題，如果將實(shí)訓(xùn)設(shè)備稍微地加以改進(jìn)，讓學(xué)生能夠更直觀地了解單片機(jī)的控制功能，讓模擬的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目更實(shí)際化一點(diǎn)，那么會(huì)不會(huì)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣？根據(jù)這點(diǎn)考慮，再結(jié)合筆者多年的單片機(jī)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，將實(shí)驗(yàn)箱式的實(shí)訓(xùn)設(shè)備進(jìn)行如下改進(jìn)：以項(xiàng)目式單元為模塊，即一個(gè)完整的項(xiàng)目作為一個(gè)功能模塊。我將這種實(shí)訓(xùn)設(shè)備稱(chēng)為“基于項(xiàng)目式單元模塊的單片機(jī)實(shí)訓(xùn)設(shè)備”。

四、基于項(xiàng)目式單元模塊的單片機(jī)實(shí)訓(xùn)設(shè)備介紹

所謂項(xiàng)目式單元模塊，是指以項(xiàng)目為單元的基礎(chǔ)功能模塊，實(shí)訓(xùn)設(shè)備中包含的項(xiàng)目單元有：LED流水燈控制單元、交通燈控制單元、計(jì)算器控制單元、萬(wàn)年歷控制單元、智能搶答器控制單元、籃球計(jì)分控制單元、智能溫度控制單元、生產(chǎn)流水線控制單元等。

（1）LED流水燈控制單元模塊。該模塊由八個(gè)LED發(fā)光二極管、一個(gè)鈕子開(kāi)關(guān)和兩個(gè)輕觸按鈕組成。鈕子開(kāi)關(guān)作為模式選擇開(kāi)關(guān)使用；兩個(gè)輕觸按鈕用于方式或功能選擇，根據(jù)選擇的模式和功能，在八個(gè)LED發(fā)光二極管上輸出相應(yīng)的流水燈效果。

（2）交通燈控制單元模塊：該模塊由二十個(gè)LED發(fā)光二極管組成，這些LED分別放置于東、南、西、北四個(gè)方向的路口，每個(gè)路口都有紅、黃、綠三個(gè)交通信號(hào)燈和紅（停）、綠（行）兩個(gè)人行道信號(hào)燈。

（3）計(jì)算器控制單元模塊。此模塊主要用于考察矩陣鍵盤(pán)和液晶顯示屏的使用及C運(yùn)算符的運(yùn)用。

（4）萬(wàn)年歷控制單元模塊。

（5）智能搶答器控制單元模塊。此模塊主要用于考察數(shù)碼管、LED輸出和按鈕輸入的綜合控制能力與邏輯分析能力。

（6）籃球計(jì)分器控制單元模塊：該模塊由一個(gè)16×32點(diǎn)陣屏、七位數(shù)碼管、八個(gè)獨(dú)立按鈕和一個(gè)蜂鳴器組成。點(diǎn)陣屏用于顯示比分，數(shù)碼管用于顯示比賽節(jié)數(shù)、單節(jié)倒計(jì)時(shí)和進(jìn)攻倒計(jì)時(shí)，八個(gè)獨(dú)立按鈕用于控制比分的加減、以及比分清零、比賽開(kāi)始、進(jìn)攻開(kāi)始和進(jìn)攻暫停等功能。此模塊主要用于考察點(diǎn)陣屏、數(shù)碼管和按鈕輸入的綜合控制能力與邏輯分析能力。

（7）智能溫度控制單元模塊。

（8）生產(chǎn)流水線控制單元模塊。該模塊由一個(gè)步進(jìn)電機(jī)、一個(gè)直流電機(jī)、五個(gè)鈕子開(kāi)關(guān)和五個(gè)LED燈組成，能模擬生產(chǎn)流水線的工作流程。直流電機(jī)用于水平方向的傳輸，且能夠控制方向和速度；步進(jìn)電機(jī)用于垂直方向的傳輸；五個(gè)鈕子開(kāi)關(guān)模擬五個(gè)工位的檢測(cè)傳感器，當(dāng)鈕子開(kāi)關(guān)置位時(shí)，相應(yīng)工位的指示燈就會(huì)點(diǎn)亮。此模塊主要用于考察直流電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)的控制。

五、結(jié)束語(yǔ)

本實(shí)訓(xùn)設(shè)備以項(xiàng)目為基礎(chǔ)單元，使模擬功能更具實(shí)際性。學(xué)生在使用時(shí)，目的性更強(qiáng)。在教學(xué)過(guò)程中，教師可以圍繞某一項(xiàng)目展開(kāi)，按任務(wù)要求分步進(jìn)行，最后再進(jìn)行功能整合。通過(guò)實(shí)踐應(yīng)用證明，本實(shí)訓(xùn)設(shè)備能夠充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，在教學(xué)中取得了較好的教學(xué)效果。