李波　屈原　董志敏

[摘? ? ? ? ? ?要]? 提出將 Arduino工程的可視化設計應用在職業(yè)院校單片機教學中，分析傳統(tǒng)單片機教學的現(xiàn)狀，指出Arduino工程可視化設計在單片機教學中的優(yōu)勢。教學實踐表明，應用可視化設計后單片機教學能有效地提高學生的學習興趣及分析解決實際問題的能力。

[關? ? 鍵? ?詞]? Arduino工程;可視化設計;教學

[中圖分類號]? G712? ? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻標志碼]? A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? [文章編號]? 2096-0603（2019）09-0070-02

一、引言

Arduino平臺在國內外廣泛應用于電子設計行業(yè)。在國外，印度研究學者論證并分析了將Arduino作為一門高中生學習課程的可行性[1]，Michael McRoberts的著作Beginning Arduino對Arduino的應用涉及工科類多個領域[2]。在國內，對Arduino平臺的應用也越來越廣泛。王勝研究[3]將Arduino平臺應用到無線通訊上，張麗芳將Arduino控制板與教育機器人的內置系統(tǒng)進行整合，不僅優(yōu)化了系統(tǒng)的性能，也降低了成本[4]。上海交通大學繆璐璐老師使用Arduino平臺開發(fā)交互式產品[5]。

隨著科學技術的不斷發(fā)展，社會對“雙創(chuàng)”人才的需求越來越多，職業(yè)院校需要培養(yǎng)“能下去、用得上”的技能型人才。教育部部長陳寶生提出“堅持內涵發(fā)展，掀起‘課堂革命”的號召，開啟了以課堂教學改革為核心的教育改革新思路。在教學改革中，根據(jù)“實際、實用、實踐、實效”的原則設置課程內容，進行課程設計。Arduino工程的可視化設計，因其能夠很好地激發(fā)學生的創(chuàng)造性，因此在教育界備受追捧，成為教育界關注的熱點。

二、傳統(tǒng)單片機教學的現(xiàn)狀

職業(yè)院校學生普遍存在文化底蘊較低、基礎知識薄弱、學習興趣不高、學習主動性較差、家庭條件一般、幸福指數(shù)較低等問題，導致“歷史欠賬”越來越多的出現(xiàn)。在進行單片機項目化教學時，由于目前采用的是傳統(tǒng)單片機工程開發(fā)，學生需要大量的軟件和硬件方面的知識儲備，使教學難度越來越大，這是職業(yè)教育進行教學改革亟待解決的問題。

我院最初單片機課程的教學過程是：先講單片機的硬件知識，然后是軟件知識，最后介紹單片機的簡單應用，這個過程中在實驗箱上做一些驗證性的實驗，實驗電路是固定的，學生只需完成接線、編寫較為簡單的程序，學生學習的狀態(tài)是“知其然卻不知其所以然”，學習興趣越來越不濃厚。后來為了教學更加形象直觀，在單片機課程前讓學生學習Proteus和Keil軟件，提出基于“Proteus+Keil”虛擬仿真技術的實驗教學設計，該教學方法能激發(fā)學生的學習興趣，但是學生對Proteus和Keil軟件的學習耗時較長，基礎差的學生不能很好地應用這兩個軟件。

8位單片機有著非常繁瑣和復雜控制邏輯，對32位單片機的開發(fā)周期更是漫長，工作量也是很大的。關于目前單片機的教學方法，學生需要一定的單片機相關的硬件和軟件知識。經過半學期的學習，硬件知識基本掌握，通過一學期語言的學習掌握了編程語言后，學生又會遇到一個困擾就是發(fā)現(xiàn)軟件和硬件的結合依舊是一個難點，這使學生越來越沒有成就感。

三、Arduino工程可視化設計的教學優(yōu)勢

現(xiàn)代職業(yè)教育以就業(yè)為導向，以實用為原則，以崗位需求為目標。貫徹這一理念，將Arduino工程可視化設計應用在單片機教學中，使學生在嘗試使用這個工具完成教學任務、設計出實用系統(tǒng)的過程中，學生每完成一個任務就會有成就感，他們直接感受到該課程的用途，他們由外部需要向內部動機轉化，從而改變學生單片機課程學習的消極局面。

單片機課程采用項目教學方法，每次課教師布置任務，然后和學生分析任務，對任務需要的單片機相關知識進行講解，對照實物給學生講解微控制器的基本架構，讓學生進行技能訓練實現(xiàn)任務，通過在流程圖中，編寫任何應用程序來進行可視化設計。應用可視化教學設計，學生在完成任務過程中不僅不需要了解單片機內部工作原理，也不需要熟練掌握一門編程語言。設計過程中，軟件能將流程設計轉換為源代碼命令，學生可以看到他們的流程圖是如何在代碼中表示的，提前完成任務的學生和基礎較好的學生可以繼續(xù)在Proteus VSM工作環(huán)境下用“C++”或匯編語言對同一個硬件進行編程，這樣對語言的應用學習起來也快了很多。

以基于Arduino工程的可視化設計方法設計LED路燈為例來說明該方法的優(yōu)勢。LED路燈的設計包括硬件設計、軟件設計。LED路燈硬件有亮度傳感器模塊和LED模塊，原理圖如圖1所示。

當白天亮度傳感器讀取的光的亮度大于300時，LED熄滅，當晚上亮度傳感器讀取的光的亮度小于等于300時，LED變亮，流程圖如圖2所示。

四、結論

本文提出的基于Arduino可視化設計，使單片機課程學生學習起來非常簡單、直觀、交互性很強。教學實踐表明，學生在學習單片機課課上效率高了很多，“低頭族”現(xiàn)象越來越少，學生思考問題和解決問題的能力得到提高。這樣單片機課程依托調動學生學習積極性推進教學改革，花費最小的教育成本，獲得最大的教育教學質量效益，符合能力本位、以學生職業(yè)實踐技能培養(yǎng)為第一要務的現(xiàn)代職業(yè)教育的要求。

參考文獻：

[1]Nourbakhsh，I.，Crowley，K.，etal. The Robotic Autonomy Mobile Robotics Course： Robot Design，Curriculum Design and Educational Assement[J].Autonomous Robots，2005，18（1）：103-127.

[2]Michael McRoberts. Beginning Ardino[M].楊繼志，郭敬，譯.北京：電子工業(yè)出版社，2013.

[3]王勝.基于Android平臺家庭數(shù)控系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)[D].南京郵電大學，2013.

[4]張麗芳.基于STEM的Arduino機器人教學項目設計研究[D].南京師范大學，2015.

[5]繆璐璐.基于Arduino平臺開發(fā)交互式產品原型的研究[D].上海交通大學，2013.