劉娜

（遼寧機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧 丹東 118009）

單片機(jī)實(shí)訓(xùn)課中實(shí)施教學(xué)合一的探索

劉娜

（遼寧機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧 丹東 118009）

單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用廣泛，該類課程是工科院校的核心課。其中單片機(jī)實(shí)訓(xùn)是綜合訓(xùn)練課程，將單片機(jī)程序設(shè)計(jì)和接口技術(shù)有機(jī)融合。多數(shù)學(xué)校的單片機(jī)實(shí)訓(xùn)課是使用計(jì)算機(jī)+實(shí)驗(yàn)板,存在很多弊端，電路固定，教學(xué)內(nèi)容單一，學(xué)生很難參與電路設(shè)計(jì)，教學(xué)內(nèi)容與實(shí)際工程脫節(jié)。為解決問題，對(duì)實(shí)訓(xùn)課進(jìn)行了探索和改革。在課程開發(fā)過程中,結(jié)合單片機(jī)崗位和典型工作任務(wù)，通過仿真與產(chǎn)品項(xiàng)目相結(jié)合，任務(wù)驅(qū)動(dòng)、教學(xué)做合一完成該實(shí)訓(xùn)課程。

教學(xué)做合一；單片機(jī)實(shí)訓(xùn)；Proteus仿真；實(shí)物制作

0 引言

傳統(tǒng)的單片機(jī)教學(xué)模式受制于技術(shù)手段，形式單一、抽象，對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)，學(xué)習(xí)和掌握單片機(jī)是比較枯燥和困難的。固定的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)板，學(xué)生無(wú)法親手構(gòu)建硬件電路，實(shí)訓(xùn)教學(xué)效果一直不理想。

近年來(lái)，隨著電路仿真軟件Proteus的發(fā)展，利用它可以仿真企業(yè)的產(chǎn)品開發(fā)流程，學(xué)生完成從單片機(jī)產(chǎn)品硬件電路設(shè)計(jì)，到配套軟件開發(fā)全部流程，在課堂上完整再現(xiàn)企業(yè)單片機(jī)崗位的工作過程。仿真軟件可以達(dá)到形象直觀、設(shè)備零耗材。另外，為了進(jìn)一步鍛煉學(xué)生的實(shí)戰(zhàn)能力，抽出單片機(jī)產(chǎn)品中典型仿真案例，讓學(xué)生從設(shè)計(jì)電路、焊接產(chǎn)品、測(cè)試硬件電路板，一直到最終在產(chǎn)品上完成軟件調(diào)試，形成智能電子產(chǎn)品。因此實(shí)訓(xùn)改革不僅提高了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)了學(xué)生實(shí)踐能力，同時(shí)也改變了傳統(tǒng)的教學(xué)模式，教學(xué)做合一完成多個(gè)仿真產(chǎn)品案例，最終再完成一個(gè)實(shí)物產(chǎn)品制作。這種實(shí)訓(xùn)方式不僅解決了資金、場(chǎng)地和設(shè)備的限制，還充分發(fā)揮了學(xué)生作為學(xué)習(xí)過程主體的能動(dòng)性、積極性與創(chuàng)造性。

1 單片機(jī)崗位分析

由于很多電子產(chǎn)品都是采用單片機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的多功能與智能化，因此單片機(jī)相關(guān)崗位非常多。單片機(jī)崗位可分為三個(gè)層次：一是產(chǎn)品生產(chǎn)、操作、維護(hù)崗位，主要從事單片機(jī)產(chǎn)品的生產(chǎn)、設(shè)備的使用與維護(hù)等，適合中職畢業(yè)生；二是高技能型崗位，主要有高級(jí)技工、技師和高級(jí)技師，這類崗位也適合高職生定位，崗位要求熟悉單片機(jī)的一般工作原理、軟件編程、硬件的選擇與使用，具有單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案的擬定、試制、現(xiàn)場(chǎng)安裝與調(diào)試、故障處理等能力，并取得單片機(jī)應(yīng)用高級(jí)技工職業(yè)資格證書；三是單片機(jī)知識(shí)、技術(shù)創(chuàng)新人才，主要面向本科畢業(yè)生和研究生等。

2 課程設(shè)計(jì)思路

我院嵌入式技術(shù)與應(yīng)用（物聯(lián)網(wǎng)方面）專業(yè)培養(yǎng)面向傳感器應(yīng)用、無(wú)線傳輸、監(jiān)控系統(tǒng)和安全系統(tǒng)、信息處理等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，信息家電、工業(yè)控制、智能儀器儀表設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等領(lǐng)域相關(guān)行業(yè)，從事物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)開發(fā)、程序設(shè)計(jì)、文檔編寫、產(chǎn)品測(cè)試、維護(hù)、銷售、服務(wù)、軟件開發(fā)項(xiàng)目技術(shù)管理等工作崗位的人才。

單片機(jī)實(shí)訓(xùn)課程是本專業(yè)的核心課程，屬于崗位專業(yè)綜合能力訓(xùn)練層次課程，是基于單片機(jī)電子產(chǎn)品生產(chǎn)線調(diào)試與維護(hù)崗位能力分析，以工廠的實(shí)際項(xiàng)目為載體，將電工技術(shù)、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子與單片機(jī)原理與接口技術(shù)等技術(shù)相融合的理實(shí)一體的課程。本課程主要培養(yǎng)進(jìn)行單片機(jī)電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)、軟件編程，熟練使用單片機(jī)電子產(chǎn)品仿真軟件進(jìn)行軟件調(diào)試，完成項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、編程、調(diào)試、運(yùn)行的相關(guān)人才。該課程要求學(xué)生具備一定電子基礎(chǔ)、軟件知識(shí)與編程能力。

經(jīng)過多年實(shí)訓(xùn)教學(xué)摸索，實(shí)現(xiàn)了對(duì)課程培養(yǎng)目標(biāo)進(jìn)行準(zhǔn)確定位。并到企業(yè)調(diào)研或邀請(qǐng)企業(yè)專家座談，詳細(xì)分析相關(guān)崗位需要。精確定位課程培養(yǎng)目標(biāo)，修改課程內(nèi)容，使實(shí)訓(xùn)內(nèi)容全部來(lái)自于企業(yè)產(chǎn)品。確定了以項(xiàng)目為載體，以任務(wù)為驅(qū)動(dòng)，教、學(xué)、做一體化教學(xué)，真實(shí)再現(xiàn)企業(yè)工作過程的教學(xué)，讓學(xué)生“做中學(xué)、學(xué)中做”。

3 教學(xué)軟件選擇

實(shí)訓(xùn)使用Proteus軟件仿真電路，使用keil uvision4在線設(shè)計(jì)、調(diào)試系統(tǒng)軟件。在Keil程序運(yùn)行時(shí)，就能看到硬件仿真電路的變化情況。

Proteus是英國(guó)Lab Center Electronics公司出版的著名EDA軟件，單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)，是唯一支持電路仿真設(shè)計(jì)、PCB板設(shè)計(jì)和虛擬模型仿真設(shè)計(jì)三合一的軟件。支持 8051、AVR、ARM、8086、MSP430、Cortex和DSP系列等處理器，并陸續(xù)增加新的處理器型號(hào)。Proteus建立了完備的電子設(shè)計(jì)開發(fā)環(huán)境，該軟件仿真電路支持IAR、Keil和MPLAB等多種軟件在線調(diào)試程序。

keil uvision4是一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境（uVision），提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫(kù)管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案。與proteus聯(lián)合，支持在線仿真調(diào)試單片機(jī)程序，除了單片機(jī)系列，它也完全支持 Cortex-R4，ARM7，ARM9等微處理器。

4 教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

實(shí)訓(xùn)分三個(gè)階段，實(shí)訓(xùn)課開始的前兩個(gè)階段是進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)，在單片機(jī)實(shí)訓(xùn)室開展仿真教學(xué)，配有40臺(tái)計(jì)算機(jī)，都安裝Proteus軟件和keil uvision4軟件；第三個(gè)階段先進(jìn)行產(chǎn)品實(shí)物制作，在電子實(shí)訓(xùn)室焊接產(chǎn)品，然后在實(shí)物產(chǎn)品上開發(fā)產(chǎn)品軟件，該階段學(xué)生要在仿真電路和實(shí)物上完成產(chǎn)品系統(tǒng)軟件的對(duì)比測(cè)試。

第一個(gè)階段仿真設(shè)計(jì)萬(wàn)年歷。時(shí)鐘芯片可以多選一，教師將項(xiàng)目分解成多個(gè)小任務(wù)，學(xué)生自己開始產(chǎn)品仿真開發(fā)，并在自己設(shè)計(jì)的仿真電路上調(diào)試軟件。實(shí)訓(xùn)室有萬(wàn)年歷樣品，學(xué)生可以將程序分寫在仿真和實(shí)物上進(jìn)行對(duì)照。萬(wàn)年歷的仿真電路如圖1所示，實(shí)物樣品如圖2所示。

圖1 萬(wàn)年歷仿真電路

圖2 萬(wàn)年歷實(shí)物樣品

圖3 智能溫度器仿真電路

第二階段是智能溫控器仿真設(shè)計(jì)。這個(gè)階段的設(shè)計(jì)任務(wù)難度加大，增加控制部分。通過傳感器采集當(dāng)前環(huán)境溫度，送到1602液晶屏顯示出來(lái)，并與用戶設(shè)置的溫度值進(jìn)行比較，通過電機(jī)控制室內(nèi)溫度，達(dá)到恒溫控制。智能溫控器仿真電路圖如3所示，實(shí)物樣品如圖4所示。

圖4 智能溫控器樣品

第三階段是智能電子產(chǎn)品開發(fā)。該階段需要學(xué)生進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)后，再進(jìn)行實(shí)物焊接和制作。項(xiàng)目要求設(shè)計(jì)開發(fā)包含多個(gè)獨(dú)立模塊的智能電子產(chǎn)品，分別包括電源部分、USB轉(zhuǎn)串口、蜂鳴器、直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)、LCD1602顯示接口、ISP下載座、復(fù)位電路、4*4矩陣鍵盤、1*4獨(dú)立按鍵、紅外發(fā)射、紅外接收、DS18B20接口、流水燈、4位數(shù)碼管等。仿真電路圖如圖5所示，實(shí)物如圖6所示。

圖5 智能電子產(chǎn)品仿真電路

圖6 智能電子產(chǎn)品實(shí)物

5 教學(xué)方法及考核

教學(xué)中為了提高教的效果，實(shí)訓(xùn)課中應(yīng)運(yùn)用“教學(xué)做合一”的教學(xué)方法。教學(xué)做是一件事，強(qiáng)調(diào)單片機(jī)產(chǎn)品做中教理論，做中學(xué)實(shí)踐技能，盡一切努力發(fā)揮“做中教和學(xué)”的作用，使學(xué)生增強(qiáng)感性認(rèn)識(shí)。在實(shí)訓(xùn)過程中充分發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用和學(xué)生的主體作用，教師掌控組織實(shí)訓(xùn)進(jìn)度，引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)制作。實(shí)訓(xùn)課中“教學(xué)做合一”的核心是學(xué)生“做”，通過企業(yè)項(xiàng)目做載體，任務(wù)驅(qū)動(dòng)做線索，完成全部實(shí)訓(xùn)課程。

實(shí)訓(xùn)教學(xué)內(nèi)容層次從入門到精通，從仿真到硬件實(shí)物，模仿與創(chuàng)新相結(jié)合，教學(xué)內(nèi)容相輔相成。最終過程考核與期末考試相結(jié)合，各占40%和60%。強(qiáng)調(diào)實(shí)踐操作能力的過程考核。制作實(shí)踐考核題庫(kù)，考試前先到實(shí)訓(xùn)室進(jìn)行實(shí)踐練習(xí)，考核時(shí)抽題測(cè)試實(shí)踐操作能力。

6 結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)企業(yè)相關(guān)崗位進(jìn)行調(diào)研，在參考兄弟院校單片機(jī)實(shí)訓(xùn)教學(xué)的基礎(chǔ)上，對(duì)單片機(jī)實(shí)訓(xùn)的教學(xué)提出了一些教學(xué)改革。在該實(shí)訓(xùn)中，將企業(yè)開發(fā)的項(xiàng)目拿來(lái)作為學(xué)生的實(shí)訓(xùn)教學(xué)內(nèi)容，每個(gè)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目都有參考方案。學(xué)生也可以在此基礎(chǔ)上，自己設(shè)計(jì)發(fā)揮，形成新的技術(shù)方案。在實(shí)訓(xùn)過程中，結(jié)合仿真軟件和企業(yè)產(chǎn)品，學(xué)生通過每個(gè)項(xiàng)目的做中學(xué)，教師在每個(gè)項(xiàng)目中的做中教，實(shí)現(xiàn)教學(xué)做合一。教師主導(dǎo)課堂，充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，提高了學(xué)生的工程實(shí)踐能力，為學(xué)生今后在企業(yè)工作打下良好的基礎(chǔ)。

［1］高皚瓊.基于工作過程項(xiàng)目化的單片機(jī)實(shí)訓(xùn)教學(xué)設(shè)計(jì)與研究［J］.中國(guó)包裝，2016，36（5）:82-84.

［2］劉敏.基于Proteus的ARM虛擬實(shí)驗(yàn)室建設(shè)［J］.中國(guó)教育信息化，2009，（3）:28-30.

［3］楊博，羅俊.單片機(jī)實(shí)訓(xùn)教學(xué)改革［J］.科技展望，2016，（12）:321-322.

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［5］浦靈敏.基于自制實(shí)訓(xùn)平臺(tái)開發(fā)的高職單片機(jī)課程教學(xué)改革實(shí)踐［J］.九江職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2015，（3）:29-30.

Exploration of the Implementation of Teaching-Learning-Doing in SCM Training Course

LIU Na
(Liaoning Mechatronics College，Dandong 118009，China)

SCM technology is widely used and these courses are the core courses in Engineering Colleges.Among them SCMtraining is the comprehensive training，it combines microcontroller program design and interface technology organically.The majorityofthe schools’SCMtraining course is the use ofcomputer and experimental box.There are many disadvantages，the circuit is fixed and the teaching content is single，students are difficult to take part in circuit design and the teaching content is out of line with the actual project.In order to solve these problems，the training course has been explored and improved.In the course development process，the training course is completed by relating the course to SCMjobs and typical tasks，combiningsimulation and product projects，adoptingtask-driven ideas and integratingteaching-learning-doing.

integration ofteaching-learning-doing；SCMtraining；Proteus simulation；physical production

TP273

A

1674-3229（2017）03-0122-04

2017-05-12

遼寧機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院2017度院級(jí)教研課題（JYLX2017029）

劉娜（1967-），女，碩士，遼寧機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程系教授，研究方向：計(jì)算機(jī)、單片機(jī)、嵌入式技術(shù)研究及教學(xué)。