徐 瑤

(山西機電職業(yè)技術學院 電氣工程系，山西 長治 046000)

1 單片機與傳感器技術融合項目化教學

目前，為了便于單片機課程更加深刻有效的教學，關于單片機技術的項目化教學方法層出不窮，包括但不限于流水燈的制作、電子時鐘的設計、數(shù)字電壓表的設計等等，單片機的實際應用離不開傳感器的數(shù)據(jù)感知，比如超聲波測距顯示，基于單片機的室內(nèi)空氣凈化方法，基于單片機的孵化環(huán)境溫濕度監(jiān)測等。

傳感器技術這門課作為專業(yè)基礎課，涉及面廣，涵蓋知識點多，造成課堂講授內(nèi)容分散，理論性強，與實際應用脫節(jié)，特別是職業(yè)院校的學生，因基礎薄弱，直接干澀的理解相關電路原理，不僅知識掌握困難，對將來職業(yè)應用也沒有整體的思路，所以將傳感技術融入單片機系統(tǒng)設計中，既符合單片機實際運用的復雜系統(tǒng)，也提高學生對于傳感技術實際應用的認知。設計合適的項目至關重要。

傳感器技術和單片機融合教學方法的主要思想是將理論與實踐相結(jié)合，即項目驅(qū)動教學模式，將課程的實踐教學部分劃分為幾個獨立而又有聯(lián)系的項目教學方法。具體實施步驟：首先根據(jù)實際項目需求，針對項目目標確定技能，從而確定教學目標；其次師生共同在剖析知識點和技能點的前提上，讓學生明白基礎的教學內(nèi)容，形成多個不同的教學項目；最后利用任務驅(qū)動法組織實施不同的教學模塊[1]。將傳感器的理論知識分解開，融合進單片機每一個具體的實際應用項目任務中[2]，結(jié)合項目實現(xiàn)來促進單片機和傳感技術原理的理解。

2 項目化融合教學設計

2.1 項目設計

根據(jù)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和需求，十九大報告提出，實施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略。要堅持農(nóng)業(yè)農(nóng)村優(yōu)先發(fā)展，加快推進農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化。項目依托某村蔬菜大棚為提升蔬菜產(chǎn)量，降低病蟲和天氣對產(chǎn)量的影響，提高管理水平和智能化自動化水平，降低人工成本，對傳統(tǒng)蔬菜大棚進行改造，要求完成大棚蔬菜稱重設施、大棚內(nèi)部溫濕度監(jiān)測控制、CO2濃度檢測控制、光照強度監(jiān)測控制、防盜報警。

在完成該系統(tǒng)過程中，可以完成稱重式傳感器(電阻式傳感器，電容式傳感器，壓電式傳感器等)，溫濕度傳感器(熱電阻式傳感器，電容式傳感器，熱電偶式傳感器，熱釋電式傳感器等)、CO2濃度(氣敏傳感器)、光電式傳感器、超聲波式等多種傳感器的選型分析計算，參數(shù)設置，安裝調(diào)試等過程。

在該系統(tǒng)中，相關的單片機技術有蜂鳴器警告，數(shù)碼管靜態(tài)動態(tài)顯示，定時計數(shù)器，鍵盤掃描，模數(shù)轉(zhuǎn)換等基礎知識點。通過搭建這樣一個可以實際應用的系統(tǒng)，可以讓學生完整完成單片機和傳感技術相關知識的學習。且采取項目式教學方式，以做促學，提高學生興趣和動手實踐能力。

2.2 項目實施過程

在大棚蔬菜生長環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)中，每項環(huán)境監(jiān)測指標，都需要傳感器作為電五官將外界環(huán)境變量轉(zhuǎn)換成電信號進行監(jiān)測顯示，進而通過單片機控制相應的執(zhí)行元件采取相應動作。

以“搭建大棚蔬菜重量監(jiān)測系統(tǒng)”為例，給學生布置任務要求是完成蔬菜重量監(jiān)測并能在顯示屏上顯示。首先學生需要識別選擇合適的重量監(jiān)測傳感器，能用于重量測量的傳感器有電阻應變片式傳感器[3]，電容式傳感器，壓電式傳感器等，而選型依據(jù)的傳感器特性如靈敏度，分辨率，量程，穩(wěn)定性等，作為理論知識點由老師講解，或者用微課形式在信息化教學平臺學生自學。然后在根據(jù)任務選定對應類型和型號的傳感器后，學生根據(jù)電路圖完成電路搭建和測試調(diào)試任務。最后經(jīng)過分析計算，將模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號后，由單片機數(shù)碼管顯示和鍵盤掃描系統(tǒng)，將測量結(jié)果顯示。在此調(diào)試過程中，學生鍛煉使用常用儀器儀表(萬用表、示波器、信號發(fā)生器、直流穩(wěn)壓電源、電壓表、電流表)進行信號檢測。在學生完成任務后，老師對項目過程進行考核：一是重量監(jiān)測顯示系統(tǒng)的連接調(diào)試過程；二是功能技術指標檢查；三是知識點掌握測評；四是任務報告。通過考核過程老師可以了解學生學習中遇到的困難，也能督促學生查資料自學和項目總結(jié)。

2.3 項目化實施效果

從上述大棚蔬菜重量監(jiān)測系統(tǒng)的搭建過程看，學生是主體，老師為主導。老師從整體把控，提出任務，理論知識點講解，過程監(jiān)督答疑，任務結(jié)果驗收。學生在老師提出任務后，設計整體方案，傳感器選型，系統(tǒng)搭建，調(diào)試顯示，結(jié)果展示。在整個過程中，學生是以一個完整的工作過程，實現(xiàn)了一個大棚蔬菜重量監(jiān)測小系統(tǒng)的設計，選型，安裝，調(diào)試，維護和顯示。在一個教學周期，如圖1所示，學生逐步完成大棚蔬菜重量監(jiān)測、溫濕度監(jiān)測、氣體濃度監(jiān)測、光照強度監(jiān)測及防盜報警監(jiān)測系統(tǒng)搭建后，學生相當于通過自己設計，自己調(diào)試搭建，完整的實現(xiàn)了一個大棚監(jiān)測系統(tǒng)的實現(xiàn)，有明確而具體的成果展示[3]。這個系統(tǒng)是學生通過老師引導下實現(xiàn)的，這個過程中融合了單片機和傳感器技術要求的知識點的掌握，并且學生在過程中鍛煉了分析解決問題的思想，團隊協(xié)作，文字總結(jié)及使用儀器儀表進行調(diào)試的能力。

圖1 單片機和傳感器技術知識點項目化融合示意圖

3 結(jié)束語

從上述項目實施過程可以看出單片機和傳感技術項目化融合的教學方法，有效實現(xiàn)了知識目標、能力目標和素質(zhì)目標融合統(tǒng)一，相對于傳統(tǒng)課堂講授，更加吸引學生興趣，充分鍛煉學生動手和協(xié)作能力，建立了課堂與社會生產(chǎn)的聯(lián)系，學生在學中做，做中學。老師合理運用信息化手段，對學生整個參與過程學情統(tǒng)計，有利于老師有針對性的輔導，對重難點掌握更到位，為學生今后職業(yè)發(fā)展奠定了基礎。