基于項目式單元模塊的單片機實訓設備研究

浙江省鄞州市職業(yè)教育中心學校 王帆

基于項目式單元模塊的單片機實訓設備研究

浙江省鄞州市職業(yè)教育中心學校 王帆

目前國內(nèi)中等職業(yè)學校電類專業(yè)都將單片機課程作為重要的基礎課程，但單片機課程卻一直深受學生的厭惡。為了提升學生對于這門課程的興趣，就必須利用適合中職學生使用的教學設備和創(chuàng)新的教學方法。文章根據(jù)中職教育的培養(yǎng)目標，結合多年的開發(fā)與研究，設計了一套適合中職單片機教學的實訓設備，相信能有效地提高中職單片機教學的效益。

單元模塊創(chuàng)新教法實訓裝備有效教學

隨著社會的發(fā)展、科技的進步，單片機已經(jīng)滲透到我們的日常生活中。由于單片機有著廣泛的應用，與生活密切相關，所以單片機的教學不僅僅在大學的課堂中開展，在很多中職學校也陸續(xù)開設了單片機課程，“單片機控制裝置安裝與調(diào)試”項目也已成為全國中等職業(yè)技能大賽中電工電子類的常規(guī)比賽項目。但單片機涉及的知識面比較廣，內(nèi)容比較抽象，而中職學生又存在知識面窄、基礎比較差、抽象思維能力薄弱的特點。所以，在中職單片機教學中，如何能夠讓中職學生真正學會、掌握這門先進實用的技術，成為擺在中職教師面前的一個難題。

結合多年的單片機實踐教學經(jīng)驗，我對當前常見的單片機實訓裝置進行了分析和研究，最終開發(fā)設計了一套適合中職單片機教學的實訓設備，能有效地提高中職單片機教學的效率。

一、常見的單片機實訓裝置分類及分析

單片機是一門比較抽象，但實踐性又很強的課程，尤其在中職單片機課程的教學過程中，往往需要有相應的實訓設備進行輔助教學。目前市場上的單片機實訓裝置有很多，各個中職學校所使用的實訓裝置也不盡相同，我大致歸納了一下，主要有以下三大類。

第一類是實訓臺式。這是比較大型的實訓考核裝置，其優(yōu)點是功能多，多以模塊化結構，可根據(jù)需要進行搭配選擇，模塊之間可根據(jù)控制功能用電子連接線進行連接，使用比較靈活。其缺點是這類實訓裝置價格相對比較昂貴，體積相對比較大，占地面積較多，因此不太適合人數(shù)較多的大班教學，這類實訓裝置一般都用于考核或比賽，如全國技能大賽、技能考核等。

第二類是實驗箱式。這類實訓設備相對實訓臺來說體積較小，元器件比較密集。其優(yōu)點是體積小，各個功能模塊相互獨立，易于在機房中教學，目前在教學中比較常用。

第三類是實驗開發(fā)板式。這類實訓設備體積最小，易于攜帶，價格也是比較便宜，但它的功能相對較少。因此，這類實訓設備一般用于單片機愛好者自學和開發(fā)者做實驗用。

二、中職單片機教學實訓設備適用分析

在中職學生中開展單片機課程，由于學生的特殊性，如果一味地強調(diào)理論學習，那么就會大大偏離中職學校的培養(yǎng)目標，教學效果也得不到保障。那么，我們又應選擇哪種實訓設備來輔助教學呢？

首先，我們還是得從中職生的層面來分析。雖然中職學生的理論基礎相對較差，但他們比較喜歡動手，喜歡創(chuàng)新，然而他們又缺少自律；在教學過程中，教師得一直關注著他們。根據(jù)中職學生的這些特性，在選擇實訓設備時，應選擇帶有一定趣味性的設備，以提高學生的學習興趣；設備體積也不能太大，體積大也就意味著學生相對比較分散，不利于知識的傳遞與管理，教學效果也會因此會打折。

其次，我們從教學目標的層面來分析。對中職生來說，學習單片機是有一定難度的，我們的教學目標不是要將每個學生培養(yǎng)成為單片機編程高手，這是不現(xiàn)實的。我們的培養(yǎng)目標是能夠引導學生入門，讓他們了解一些單片機的基礎知識和基本的編程技能，為后續(xù)更深層次的學習打好基礎。因此，我們的實訓設備功能不需要很復雜，只要夠用就行。

根據(jù)以上的兩點分析，再結合中職學生的特點，從教學效果的角度出發(fā)，實驗箱式的實訓設備比較合適；這類設備體積不大，可以與一般的機房配套使用，并且適于大班的教學與實驗。通過教學，探索《單片機應用技術基礎》、《自動控制原理》、《傳感器及其應用》等課程理實一體化的教學方法和培養(yǎng)企業(yè)需要的高素質(zhì)技能型人才的新途徑、新方法，推動職業(yè)教育專業(yè)建設和教學改革，展示職業(yè)教育教學改革的成果。

三、基于項目式單元模塊的單片機實訓設備設計思路

以上提及的三類實訓設備各有特點，不能絕對地說哪類設備優(yōu)于哪類設備，只是針對的人群不同。目前市場上的實驗箱式單片機實訓設備，基本上是采用模塊化的設計，這種設計的特點是使用能夠根據(jù)項目需要選擇相應的功能模塊，并且可以自定義I/O口的功能，運用比較靈活。但是在教學過程中發(fā)現(xiàn)，學生對學習單片機的興趣不濃，學習效率低下。針對這一問題，如果將實訓設備稍微地加以改進，讓學生能夠更直觀地了解單片機的控制功能，讓模擬的實訓項目更實際化一點，那么會不會激發(fā)學生學習的興趣？根據(jù)這點考慮，再結合筆者多年的單片機教學經(jīng)驗，將實驗箱式的實訓設備進行如下改進：以項目式單元為模塊，即一個完整的項目作為一個功能模塊。我將這種實訓設備稱為“基于項目式單元模塊的單片機實訓設備”。

四、基于項目式單元模塊的單片機實訓設備介紹

所謂項目式單元模塊，是指以項目為單元的基礎功能模塊，實訓設備中包含的項目單元有：LED流水燈控制單元、交通燈控制單元、計算器控制單元、萬年歷控制單元、智能搶答器控制單元、籃球計分控制單元、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LED發(fā)光二極管、一個鈕子開關和兩個輕觸按鈕組成。鈕子開關作為模式選擇開關使用；兩個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LED發(fā)光二極管上輸出相應的流水燈效果。

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

（3）計算器控制單元模塊。此模塊主要用于考察矩陣鍵盤和液晶顯示屏的使用及C運算符的運用。

（4）萬年歷控制單元模塊。

（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）籃球計分器控制單元模塊：該模塊由一個16×32點陣屏、七位數(shù)碼管、八個獨立按鈕和一個蜂鳴器組成。點陣屏用于顯示比分，數(shù)碼管用于顯示比賽節(jié)數(shù)、單節(jié)倒計時和進攻倒計時，八個獨立按鈕用于控制比分的加減、以及比分清零、比賽開始、進攻開始和進攻暫停等功能。此模塊主要用于考察點陣屏、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。該模塊由一個步進電機、一個直流電機、五個鈕子開關和五個LED燈組成，能模擬生產(chǎn)流水線的工作流程。直流電機用于水平方向的傳輸，且能夠控制方向和速度；步進電機用于垂直方向的傳輸；五個鈕子開關模擬五個工位的檢測傳感器，當鈕子開關置位時，相應工位的指示燈就會點亮。此模塊主要用于考察直流電機和步進電機的控制。

五、結束語

本實訓設備以項目為基礎單元，使模擬功能更具實際性。學生在使用時，目的性更強。在教學過程中，教師可以圍繞某一項目展開，按任務要求分步進行，最后再進行功能整合。通過實踐應用證明，本實訓設備能夠充分激發(fā)學生的學習興趣，在教學中取得了較好的教學效果。