单片机实训教学的过程项目化设计研究

刘孝赵,周文

(苏州经贸职业技术学院机电系,苏州215009)

引 言

大多数高等职业院校在开设单片机实训课程时,实训项目是利用现有的实验教学设备进行训练。由于教学设备是成品,而且生产商很少配备完整的电路原理图,学生在做实训时很难参与到电路设计的细节中,动手能力也就很难得到训练和提高。另外,传统教学过程中未引入工程项目实践设计,导致学生缺乏整体设计能力,动手能力普遍较差[1]。针对上述问题,本文通过过程项目化教学法开展实训,使学生直接参与到项目过程中,以真实的工作过程及工作步骤为依据,“教、学、做”相结合,理论与实践一体化。通过这一方法对现有实训教学内容进行探索与改革,旨在提升教学效果。

1 项目任务及描述

该项目任务设计一个实用的温湿度报警测试仪。核心部分由单片机最小系统[2]、ISP下载模块和USB电源模块组成,如图1所示。AT 89C51是Atmel公司的低电压、高性能8位单片机。通过ISP下载模块将HEX文件烧录到单片机的过程,可以让学生对整个调试过程有进一步的了解。借助USB电源模块的设计,学生利用实验室PC机资源就可以解决电源问题,拓展了学生在设计电路时的思路。

图1 温湿度报警系统核心部分

外围电路如图2所示。DS18B20和H TF3223分别为温度传感器和湿度传感器,利用它们可以采集环境温度和湿度。采集到的数据送到单片机中通过算法处理,并利用LCM-1602进行数值显示,当温度和湿度低于或高于设定值时,由Q1报警器进行报警。按键功能模块中,SW1设置温度值,SW2设置湿度值,SW3进行功能转换。

软件编程主要是处理采集到的数据,教师可以通过两个传感器的器件手册进行讲解,让学生掌握数据采集的处理方法,帮助学生解决软件算法的问题。该项目软硬件设计实际上并不复杂,但涉及到学生学习过的课程门类比较多。学生必须学习Protel DXP、C语言、单片机课程与温湿度传感器等知识,把单门课程动手实训转换为以实际工作环境为导向的顺序工作过程,按照步骤学习的过程就变成实际项目实施的工作过程;同时,学习的每一个步骤是实实在在的工作过程,可有效地将学生的理论知识、实践知识、职业态度和情感等内容整合成相对完整的有机系统[3]。

2 项目实训步骤

通过项目的内容描述,我们更加清楚地了解实训目的,学生知道该做什么。结合实训,我们将对过程项目化进行具体研究。

2.1 总体设计

根据温湿度报警测试仪制作的工作顺序,对该实训项目进行分解,然后整理成与各个分解内容相适应的8个步骤,实训时间为一周,内容如表1所列。

表1 实训步骤

2.2 具体实施

表1很详细地给出了总体设计,这就要求我们教师必须对每一个工作步骤进行认真设计,让学生有明确的目标,引导学生对每个步骤进行思考和实践,这样可以较好地调动学生学习单片机的兴趣。对一个班级进行分组,3到5人为一指定小组,不允许自由组合。这样对以后就业是有利的,在企业的岗位上是没有资格挑选同事的,同时也能培养学生的团队协作能力。

以步骤3为例,教师设计时的主要内容有:学习目标、工作内容、教学设计、教学材料。学生在这一步骤结束时,可以掌握元件的封装、PCB板的生成、PCB打印到热转印纸的设置和电路板生成的后期处理等实际内容。实训过程中,学生必须与指导教师充分交流和探讨后方能进行下一步骤。教师可以在整个过程中很好地掌握学生的完成情况,同时保障大多数学生能够很好地完成项目任务。

2.3 验收设计

验收成绩的权重设计方式如表2所列。对每位同学在各个步骤中的表现进行评价并得出综合成绩,可以很好地体现出过程项目化教学的优势,也便于与其他教学模式进行对比。以小组为单位,检查每个学生制作的产品是否满足设计要求,温湿度显示的数值是否正常,超出设定值是否报警。以答辩方式进行考核时,要求每位同学回答2至3个有关该项目的硬件、软件、仿真、制作、操作、实训体会等方面的问题,根据这些内容的完成情况由教师填写教师评定成绩。在每次步骤完成后,根据教师设计的内容完成情况由小组集体进行小组互评,且增加了互评的权重,这样有利于对同一水平的产品发现问题和解决问题,让同学之间进行对比,加深问题产品的印象。自评内容是每位同学根据教师设计的每一步骤内容完成情况进行自我打分,并给出各个步骤的说明。每位同学的最终综合成绩=教师评定成绩×30%+小组互评×40%+自评×30%。

结 语

基于工作过程的项目实训课具有开放、灵活和综合的特点,极大地调动了学生的学习积极性,形成了学生为主体、教师为主导的教学课堂,以及讲与练相结合、教与学互动的教学模式。教学效果非常明显,学生的知识体系在小组团结协作的实际工作过程中得以建立。这不仅培养了学生的专业能力、社交能力、团队精神,同时也增强了学生的自信心。

[1]刘燎原,孙秋波.Proteus软件在单片机项目教学中的应用[J].徐州建筑职业技术学院学报,2009(2):63-65.

[2]马忠梅,籍顺心,等.单片机的C语言应用程序设计[M].北京:北京航空航天大学出版社,2006:10-12.

[3]苏姜.职业教育学基本问题的思考[J].职业技术教育:教科版,2006(3).