一种单片机和传感器技术融合项目化教学方法

徐 瑶

(山西机电职业技术学院 电气工程系，山西 长治 046000)

1 单片机与传感器技术融合项目化教学

目前，为了便于单片机课程更加深刻有效的教学，关于单片机技术的项目化教学方法层出不穷，包括但不限于流水灯的制作、电子时钟的设计、数字电压表的设计等等，单片机的实际应用离不开传感器的数据感知，比如超声波测距显示，基于单片机的室内空气净化方法，基于单片机的孵化环境温湿度监测等。

传感器技术这门课作为专业基础课，涉及面广，涵盖知识点多，造成课堂讲授内容分散，理论性强，与实际应用脱节，特别是职业院校的学生，因基础薄弱，直接干涩的理解相关电路原理，不仅知识掌握困难，对将来职业应用也没有整体的思路，所以将传感技术融入单片机系统设计中，既符合单片机实际运用的复杂系统，也提高学生对于传感技术实际应用的认知。设计合适的项目至关重要。

传感器技术和单片机融合教学方法的主要思想是将理论与实践相结合，即项目驱动教学模式，将课程的实践教学部分划分为几个独立而又有联系的项目教学方法。具体实施步骤：首先根据实际项目需求，针对项目目标确定技能，从而确定教学目标；其次师生共同在剖析知识点和技能点的前提上，让学生明白基础的教学内容，形成多个不同的教学项目；最后利用任务驱动法组织实施不同的教学模块[1]。将传感器的理论知识分解开，融合进单片机每一个具体的实际应用项目任务中[2]，结合项目实现来促进单片机和传感技术原理的理解。

2 项目化融合教学设计

2.1 项目设计

根据现代农业生产的发展和需求，十九大报告提出，实施乡村振兴战略。要坚持农业农村优先发展，加快推进农业农村现代化。项目依托某村蔬菜大棚为提升蔬菜产量，降低病虫和天气对产量的影响，提高管理水平和智能化自动化水平，降低人工成本，对传统蔬菜大棚进行改造，要求完成大棚蔬菜称重设施、大棚内部温湿度监测控制、CO2浓度检测控制、光照强度监测控制、防盗报警。

在完成该系统过程中，可以完成称重式传感器(电阻式传感器，电容式传感器，压电式传感器等)，温湿度传感器(热电阻式传感器，电容式传感器，热电偶式传感器，热释电式传感器等)、CO2浓度(气敏传感器)、光电式传感器、超声波式等多种传感器的选型分析计算，参数设置，安装调试等过程。

在该系统中，相关的单片机技术有蜂鸣器警告，数码管静态动态显示，定时计数器，键盘扫描，模数转换等基础知识点。通过搭建这样一个可以实际应用的系统，可以让学生完整完成单片机和传感技术相关知识的学习。且采取项目式教学方式，以做促学，提高学生兴趣和动手实践能力。

2.2 项目实施过程

在大棚蔬菜生长环境监测系统中，每项环境监测指标，都需要传感器作为电五官将外界环境变量转换成电信号进行监测显示，进而通过单片机控制相应的执行元件采取相应动作。

以“搭建大棚蔬菜重量监测系统”为例，给学生布置任务要求是完成蔬菜重量监测并能在显示屏上显示。首先学生需要识别选择合适的重量监测传感器，能用于重量测量的传感器有电阻应变片式传感器[3]，电容式传感器，压电式传感器等，而选型依据的传感器特性如灵敏度，分辨率，量程，稳定性等，作为理论知识点由老师讲解，或者用微课形式在信息化教学平台学生自学。然后在根据任务选定对应类型和型号的传感器后，学生根据电路图完成电路搭建和测试调试任务。最后经过分析计算，将模拟信号转化为数字信号后，由单片机数码管显示和键盘扫描系统，将测量结果显示。在此调试过程中，学生锻炼使用常用仪器仪表(万用表、示波器、信号发生器、直流稳压电源、电压表、电流表)进行信号检测。在学生完成任务后，老师对项目过程进行考核：一是重量监测显示系统的连接调试过程；二是功能技术指标检查；三是知识点掌握测评；四是任务报告。通过考核过程老师可以了解学生学习中遇到的困难，也能督促学生查资料自学和项目总结。

2.3 项目化实施效果

从上述大棚蔬菜重量监测系统的搭建过程看，学生是主体，老师为主导。老师从整体把控，提出任务，理论知识点讲解，过程监督答疑，任务结果验收。学生在老师提出任务后，设计整体方案，传感器选型，系统搭建，调试显示，结果展示。在整个过程中，学生是以一个完整的工作过程，实现了一个大棚蔬菜重量监测小系统的设计，选型，安装，调试，维护和显示。在一个教学周期，如图1所示，学生逐步完成大棚蔬菜重量监测、温湿度监测、气体浓度监测、光照强度监测及防盗报警监测系统搭建后，学生相当于通过自己设计，自己调试搭建，完整的实现了一个大棚监测系统的实现，有明确而具体的成果展示[3]。这个系统是学生通过老师引导下实现的，这个过程中融合了单片机和传感器技术要求的知识点的掌握，并且学生在过程中锻炼了分析解决问题的思想，团队协作，文字总结及使用仪器仪表进行调试的能力。

图1 单片机和传感器技术知识点项目化融合示意图

3 结束语

从上述项目实施过程可以看出单片机和传感技术项目化融合的教学方法，有效实现了知识目标、能力目标和素质目标融合统一，相对于传统课堂讲授，更加吸引学生兴趣，充分锻炼学生动手和协作能力，建立了课堂与社会生产的联系，学生在学中做，做中学。老师合理运用信息化手段，对学生整个参与过程学情统计，有利于老师有针对性的辅导，对重难点掌握更到位，为学生今后职业发展奠定了基础。