电子设计竞赛引导下的传感器与单片机课程融合方法研究

米曾真+陈鸿雁+邢德周

【摘要】文章以传感器课程为研究实例，结合电子设计竞赛的经验与体会，分析了《传感器与测试技术》与《单片机技术》课程教学中存在的主要问题，探索了将单片机技术的基本知识，以项目教学法的方式融入传感器课程的新方法，整合学生的知识结构，提高学生的创新能力和实践能力。

【关键词】《传感器与测试技术》；《单片机技术》；双课程融合；电子设计竞赛

一、引言

全国大学生电子设计竞赛是教育部、工业和信息化部共同发起的大学生学科竞赛之一，在信息学科中有着很强的影响力。传感器检测在应用过程中，急需解决传感器的灵敏度、线性度、稳定性等问题。而单片机技术的微控制芯片及逻辑电路使其具有很强的运算和控制能力。如将单片机技术与传感技术结合起来，通过终端的数字芯片和逻辑电路来处理这些问题，则以上问题就可迎刃而解。通过分析历届电子设计竞赛题目可以看出，很多控制类、数据采集类和信号类的题目在设计制作时，除了涉及单片机、ARM等嵌入式知识之外，系统的设计还需要传感器检测环节。如2016年给定的元器件清单光电传感器、三维角度传感器、彩色摄像机、无线收发模块等都是常用的传感器；仪器清单单片机开发系统、PLD开发系统等也都用到了单片机技术。

因此，本文结合本校测控技术与仪器专业学生的参赛经验，探索电子设计竞赛对两门课程的融合教学改革的启示和影响。

二、存在的问题

《传感器与测试技术》课程属于信息科学范畴，许多专业都开设有这门课程。特别是该课程属于本校测控专业市级“核心课程建设项目”，是5门主干核心课程之一，总共40个学时。经过10多年来的建设，在教学方式建设、试题库建设、实验项目建设等方面取得了长足进步。但是课堂中主要讲述传感器原理及组成、典型电路等知识点，学生缺乏主观能动性，不利于学生能力的提高；同时实验环节利用浙江高联教仪CSY2000 Sensor系統，主要是验证性、演示性的实验，比如电子秤的单臂桥、半桥、全桥性能实验，计算不同桥路的灵敏度和线性度，以观察验证为主，这类验证性的实验缺少开放新创新型环节，很难调动学生的积极性。

而《单片机技术》课程教学主要面向学生，侧重基础。传统教学中主要讲述控制器内部结构及接口、最小系统、C＼T、模拟多路转换器、A/D转换器、编译环境等内容。表面上看，与学生学习知识的顺序一致，但教学效果不甚理想，学生对每个模块的学习相互孤立，在代码编写和硬件设计时就变得毫无头绪。尤其是如今各个竞赛项目不仅考验学生的编程能力、电路设计能力，更注重对学生检测、处理、分析信息的能力进行考查，更注重学生整合知识、创新能力的培养。

感兴趣的物理量采集离不开传感器知识，电信号的处理基本可以由微控制器实现。因此，研究传感技术与单片机技术的融会贯通式教学，是信息类人才综合实践能力培养所面临的共性问题。本文拟讨论将电子设计竞赛项目引入传感器课堂，让学生能够通过项目教学法，将抽象的传感器原理实例化为具体的系统设计。

三、“双课程融合”教学方法实施

（一）理论教学——优化内容，整合学时

两门课程的孤立式教学使学生不能形成系统的专业知识技能。需要完成传感器理论教学和实验教学、传感器课程与单片机课教学的融会贯通，重构教学内容，将理论内容适当压缩调整，增加实训项目，激发学生的学习兴趣。常用的光敏、红外、压力、超声、无线收发、温湿度等类型的传感器，侧重于如何将被测量转换成模拟电信号或标准的IO数字信号，涉及单片机课程里的运放补偿、采样保持、A/D转换、C51微处理器及数字芯片选型等知识。测控专业学生对传感器课程的掌握，不单纯是熟悉传感器的基本原理，更是体现在检测系统的应用与设计。因此，教师在优化课程内容方面，考虑将Proteus仿真软件融入传感器的教学中来，让教师在讲授理论的同时，可以利用设计好的电路图来进行效果演示，针对系统的各功能模块细化单独讲解，增强教学的直观性；在整合课程学时方面，考虑到传统类型的传感器原理知识结构类似，原理性强，综合将其合并成18学时的课堂教学模块，增加的学时主要分析电子秤、光控电路、测温电路等典型传感器电路设计，并让学生参与其中，达到学以致用的目的。

（二）实践教学——引案例，促创新

引入电子设计竞赛项目，形成实验课堂大众化教学、创新基地精英化培养的实践教学模式。一方面可开设电容传感器及光纤传感器的位移特性、电阻应变片桥式电路、转速测量、温度检测等实验强化学生对基础知识的理解，另一方面注重与电子竞赛的联系，深入分析近年来的电子设计竞赛内容中的理论知识和实际制作，使学生可以对电子设计大赛项目中的基本模块进行针对性的练习，另外也可以通过电子设计竞赛项目促进创新创业教育。结合教学内容，同时定期组织学生参加各种规模的电子设计比赛，比如全国大学生电子设计竞赛、重庆市“合泰杯”单片机应用设计竞赛、飞思卡尔智能车大赛等。教师依据往届的典型竞赛题目训练学生，促进学生的创新创业教育，拓展学校在行业内的知名度。

四、结语

研究“双课程融合”教学方法使全体学生熟练地运用了传感器和单片机课程知识，部分优秀学生进入了学校的，电子设计竞赛实践基地。依据电子设计大赛的模式，按3人一组的方式自由组合，通过传感器与单片机之间的深度融合，使更多有兴趣的、潜在的学生加入进来。近5年来，本专业学生在各类学术、学科竞赛上获得国家级一等奖8项、二等奖23项，省部级一等奖34项、二等奖53项。由此可见，以电子设计竞赛为导向的课程改革，在教学方法、实践条件等方面都取得了长足的发展。也正因为此，电子设计竞赛得到了越来越多教师和学生的认可，对于培养学生创新精神和工程实践能力具有重要的现实意义。

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