单片机基于单片机实训教学工作过程项目化设计研究

1基于单片机实训教学工作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）摘要：为了更好地培养高职院校学生的实践动手能力，文章对现有的实训教学进行了设计研究，提出了工作过程项目化的实训过程，使教学的效率和质量得到了提高。文章以单片机实训教学项目为例，通过这一新的职业教育思想，学生的创新实践能力得到极大提高。关键词：实训；工作过程；单片机；温湿度中图分类号：TB51文献标识码：ADesignofWorkingProcessandProjectBasedonSingle-chipTrainingTeachingLiuXiaozhaoZhouWen(SuzhouInstituteofTrade&Commerce,MechanicalandElectricalDepartment,Suzhou215009)Abstract:Inordertotrainstudentsinvocationalcollegespracticalability,thispaperpresentsdesignandresearchofthetraining,accordingtoworkingprocessprojectsofatrainingcourse,makingtheteachingefficiencyandqualityhasimproved.Forexemplethispapertotrainingteachingofsinglechipmicrocomputer(SCM),anddevelopmentforinnovationandabilityofstudentsthroughthisnewprofessionideasofeducation.Keywords:Training;Workprocess;SingleChipMicrocomputer;Temperatureandhumidity引言大多数高等职业院校在开设单片机实训课程时，实训项目大部分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，线路大多在成品电路板中已经设计好了，从外部根本看不到电路是如何连接的，且生产商很少配备完整的电路原理图，学生在做实训时，要求连的线很少，很难参与到电路设计的细节中，动手能力也就很难在实训课程中得到训练和提高。而且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]。针对这一现象，本文将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。希望通过这一方法对现有实训教学内容进行探索与改革，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，硬件电路如图1和图2所示，其中图1是由单片机最小系统[2]、ISP下载电路和USB供电电路组成，学生通过学习ISP下载电路和HEX文件烧录到单片机的过程，可以让他们了解到整个调试过程，USB电路的设计让学生利用实验室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2中U2、U3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，当温度和湿度分别低于或高于设定值，其中Q1报警器进行报警，三个按键功能是SW1设置温度值，SW2设置湿度值，SW3进行功能转换。该项目硬件电路设计实际上并不复杂，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，最终让学生解决软件算法的问题。通过硬件和软件的设计和学习，该项目实施并不复杂，但涉及到学生学习过的课程门类还是比较多的，学生必须通过对ProtelDXP课程、2C语言课程、单片机课程与温湿度传感器等知识相结合，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了实际项目实施的工作过程，且学习的每一步骤是实实在在的工作过程，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]。C633PC5Y2CRYSTALR910KC410UVCCC1100UC2104CapacitorR81KR72001122J1CON2VCCVCCR1470SW0SWLED1LEDGND4D+3D-2VCC1G6G5USBUSB(F)12345678910JP2HEADER5X2MOSIRESTSCKMISOP1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78RST/VPD9P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.5/T115P3.6/WR16P3.7/RD17XTAL218XTAL119GND20P2.021P2.122P2.223P2.324P2.425P2.526P2.627P2.728PSEN29ALE/PROG30EA/VPP31P0.732P0.633P0.534P0.435P0.336P0.237P0.138P0.039VCC40U1AT89C51最小系统模块ISP下载模块USB电源模块RA31KC10104CapacitorGNDVCCP2.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2.5P2.6P2.7P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7MOSIMISOP1.1P1.2IRQSCKP3.0P3.1VCCP3.2INT1CPP3.5WRP1.0RD图1温湿度报警电路1部分LS1SPEAKERP2.1VCCR121KR1310KVCCQ19012VCCVCCSW1SWSW2SWSW3SWP2.4P2.3P2.2123U218B20P1.01234U3HTF3223VCCC_D1D2CP3S_D4Q5Q6GND7Q8Q9S_D10CP11D12C_D13VCC14U474LS74P3.1P3.2VCCC20104VCCVCCVCCLCM1602D07D18D29D310D411D512D613D714RS4R/W5E6VLCD3VBACK+15VBACK-16VDD2VSS1LCM-1602P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7P2.5P2.6P2.7报警电路模块温度采集模块湿度采集模块按键功能模块显示功能模块图2温湿度报警电路2部分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具体研究。2.1总步骤设计根据温湿度报警测试仪制作的工作顺序，对该实训项目进行总体分解，然后整理成与各个分解内容相适应的八个步骤，实训时间为一周，内容如表1所示。3表1实训步骤总体项目内容分解理论学时实训学时总学时步骤一：绘制温湿度报警测试仪原理图123步骤二：购买制板所需器材及元器件033步骤三：绘制印刷电路板图及电路板制板246步骤四：元件的检测及焊接246步骤五：Keilu3软件的使用及C语言编程257步骤六：Protus虚拟仿真软件使用235步骤七:ISP下载及硬件调试134步骤八：产品验收及答辩404合计1424382.2分步骤实现表1很详细的给出了总体设计，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，这样可以较大地调动学生学习单片机的兴趣。我们对一个班级进行分组，按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，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。如步骤三，教师设计时的主要内容有：1、学习目标2、工作内容3、教学设计4、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。且每一个步骤完成后可以在表2中进行评价。这八个步骤都必须与指导教师充分交流和探讨后方能进行下一步骤，虽然教师的辅导工作量比较大，但可以从过程中很好地把握学生的完成情况，也让大多数学生能够完成项目的任务得到保障。2.3验收设计验收成绩的权重设计方式如表2，它可以很好地评价过程项目化教学对每位同学成绩进行判断，也可以更好的与其它教学模式进行对比，从而体现出过程项目化教学的优势。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；小组互评内容在每次步骤完成后根据教师设计的每一步骤内容完成情况经由小组集体评价后的成绩填写，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，加深问题产品的映像；自评内容是每位同学自己在每次步骤完成后，根据教师设计的每一步骤内容完成情况进行打分，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%。表2综合评价权重班级组别姓名学号完成时间综合成绩步骤权重教师评定小组互评自评步骤一：绘制温湿度报警测试仪原理图15%步骤二：购买制板所需器材及元器件10%步骤三：绘制印刷电路板图及电路板制板15%步骤四：元件的检测及焊接5%步骤五：Keilu3软件的使用及C语言编程20%步骤六：Protus虚拟仿真软件使用10%步骤七:ISP下载及硬件调试10%步骤八：产品验收及答辩15%4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。形成了以学生为主体、教师为主导的教学课堂，以讲与练相结合、教与学互动的教学模式。教学效果非常明显，学生的知识体系在真实的工作过程中，在小组团结协作的过程中得以建立。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。参考文献[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).作者简介：刘孝赵（硕士研究生），主要研究领域为嵌入式开发。