Arduino在高职单片机教学中的应用探索

辽宁建筑职业学院自动控制系　杨中兴

Arduino在高职单片机教学中的应用探索

辽宁建筑职业学院自动控制系杨中兴

高职单片机课程理论和实践并重，运用传统教学手段比较枯燥且难以到达教学效果。尝试将Arduino电子积木引入单片机教学，设计灵活多样的实验环节，激发学生学习兴趣，培养动手能力和创新能力，探讨Arduino在单片机教学中应用的可行性。

单片机；Arduino；电子积木

1.前言

职业教育的立足点应是面向生产第一线，培养既有一定理论基础，又有较强生产实践技能的高素质技能型人才。单片机技术是高职院校电类专业的核心课程，了解单片机的工作原理，掌握单片机技术，特别是具备基本应用操作技能，成为当代相关专业大学生的重要任务。单片机技术与生产实际联系紧密，具有很强的理论性和应用性，其课程内容既涵盖硬件设计，又包括软件编程，同时还要学习单片机常用外围器件的使用方法，动手实践环节相对较多，这使得单片机课程成为学生公认的比较难学、难理解的一门课程。传统的基于单片机开发板教学模式僵化，不够灵活，学生常掌握表层，却未能领悟本质。针对这些情况，在单片机教学中引入Arduino电子积木，立足于对学生专业兴趣的培养，增强学生开发项目和创新设计的信心。

2.Arduino介绍

Arduino是一款款便捷灵活、方便上手的开源电子原型平台。它源自意大利的一个开源硬件平台项目，该平台基于AVR单片机构建，拥有简单输入/输出（I/O）的电路板，并且沿用了Processing语言开发环境。Arduino可以用来开发独立互动装置，可以方便快速开发产品原型，快速编写单片机固件程序，也可以方便的用来开发交互产品，比如它可以读取大量的开关量和传感器信号，并且可以控制各式各样的电灯、电机和其他物理设备。Arduino项目中将主要依赖三种器件：（1）Arduino板卡本身；（2）外部硬件（包括扩展板和手工制作的电路）；（3）Arduino集成开发环境。

3.Arduino的教学应用

3.1现行教学法存在的问题

现行单片机教学存在一些问题，比如：

（1）实验环节效率低。为了量测信号或者实现控制，可能需要清点元器件、制作电路板、安装或者焊接元器件、调试电路等，实验难度大、效率低、周期长、容易冲淡教学主题，学生容易产生畏惧心理。

（2）实验模式固定，缺乏灵活性。传统教学依赖的单片机开发板结构固定，不能更改。这就限制了教师选用电路的灵活性，也限制了学生的发散思维，学生实验过程中往往不明就里，只要按照实验步骤一步一步操作就可以完成，但其实理解并不深入，只知其然，不知其所以然，实验效果并不理想。

3.2引入Arduino教学

针对传统单片机教学现状，尝试在教学中引入Arduino电子积木套件，以一种新的教学方法和教学思路来组织进行课程设计和组织教学。单片机传统的实训环节往往从元器件级开始搭建电路，过程复杂繁琐并且极易出错，浪费大量课堂时间。而Arduino具有电子积木的特点，电子元件和导线已做好封装，模块之间只提供接口，很容易在一块面板上插拔固定，自由组合，可以像搭建积木般灵活搭建电路，可以开发出花样繁多的实验项目，并可实践相应的编程方法，从而让学生能够收获良好的学习体验，激发学生的学习兴趣和创造力，极大地提高学生的动手能力。

比如在“数字输入、输出和脉宽调制”实验中，使用Arduino的数字输入、输出功能，学习数字按键消抖动作；学习上拉和下拉电阻及如何控制数字输出，以及如何通过脉宽调制技术来控制模拟输出。通过简单的积木式组合，就可以直观领悟输入输出电路的基本原理。再比如在“读取模拟传感器”实验中，可以设计添加光线传感器来自动调节夜灯的亮度，学生可以理解模拟和数字信号的不同，掌握单片机AD转换的概念和使用方法，学习如何将模拟数据利用USB转串口从Arduino发送到计算机，这为学生以后开发更复杂的系统提供了巨大潜力。

3.3教学效果

通过引入Arduino课程，结合Arduino大量的传感器套件，指导学生设计了丰富多彩的创新创业设计。学生在大学阶段就开始接触到实际工程应用，同时对模拟电路、数字电路、传感器技术、控制装置等课程内容有了更加深入形象的理解，为电子技术的综合运用打下了良好基础，同时丰富了学生的课余生活，激发了学生的学习兴趣，取得了良好的教学反馈。

4.总结

本文探讨Arduino电子积木在高职单片机课程教学中应用的可行性，电子积木的实验模式方便易行、设计灵活，省略了查找原理图与电路板上的对应过程，大大提高了实验效率，能在有限的课时里完成更多的实验环节，是一种全新的自顶向下的教学思路。总体来说，Arduino虽然不能完全取代传统单片机教学，但是在单片机课程教学中引入Arduino，可以设计开发出新颖的教学内容，将传统授课方式中的难点变成了生动灵活的呈现，会取得较好的教学效果。

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