浙江省鄞州市职业教育中心学校 王帆

基于项目式单元模块的单片机实训设备研究

浙江省鄞州市职业教育中心学校 王帆

目前国内中等职业学校电类专业都将单片机课程作为重要的基础课程，但单片机课程却一直深受学生的厌恶。为了提升学生对于这门课程的兴趣，就必须利用适合中职学生使用的教学设备和创新的教学方法。文章根据中职教育的培养目标，结合多年的开发与研究，设计了一套适合中职单片机教学的实训设备，相信能有效地提高中职单片机教学的效益。

单元模块创新教法实训装备有效教学

随着社会的发展、科技的进步，单片机已经渗透到我们的日常生活中。由于单片机有着广泛的应用，与生活密切相关，所以单片机的教学不仅仅在大学的课堂中开展，在很多中职学校也陆续开设了单片机课程，“单片机控制装置安装与调试”项目也已成为全国中等职业技能大赛中电工电子类的常规比赛项目。但单片机涉及的知识面比较广，内容比较抽象，而中职学生又存在知识面窄、基础比较差、抽象思维能力薄弱的特点。所以，在中职单片机教学中，如何能够让中职学生真正学会、掌握这门先进实用的技术，成为摆在中职教师面前的一个难题。

结合多年的单片机实践教学经验，我对当前常见的单片机实训装置进行了分析和研究，最终开发设计了一套适合中职单片机教学的实训设备，能有效地提高中职单片机教学的效率。

一、常见的单片机实训装置分类及分析

单片机是一门比较抽象，但实践性又很强的课程，尤其在中职单片机课程的教学过程中，往往需要有相应的实训设备进行辅助教学。目前市场上的单片机实训装置有很多，各个中职学校所使用的实训装置也不尽相同，我大致归纳了一下，主要有以下三大类。

第一类是实训台式。这是比较大型的实训考核装置，其优点是功能多，多以模块化结构，可根据需要进行搭配选择，模块之间可根据控制功能用电子连接线进行连接，使用比较灵活。其缺点是这类实训装置价格相对比较昂贵，体积相对比较大，占地面积较多，因此不太适合人数较多的大班教学，这类实训装置一般都用于考核或比赛，如全国技能大赛、技能考核等。

第二类是实验箱式。这类实训设备相对实训台来说体积较小，元器件比较密集。其优点是体积小，各个功能模块相互独立，易于在机房中教学，目前在教学中比较常用。

第三类是实验开发板式。这类实训设备体积最小，易于携带，价格也是比较便宜，但它的功能相对较少。因此，这类实训设备一般用于单片机爱好者自学和开发者做实验用。

二、中职单片机教学实训设备适用分析

在中职学生中开展单片机课程，由于学生的特殊性，如果一味地强调理论学习，那么就会大大偏离中职学校的培养目标，教学效果也得不到保障。那么，我们又应选择哪种实训设备来辅助教学呢？

首先，我们还是得从中职生的层面来分析。虽然中职学生的理论基础相对较差，但他们比较喜欢动手，喜欢创新，然而他们又缺少自律；在教学过程中，教师得一直关注着他们。根据中职学生的这些特性，在选择实训设备时，应选择带有一定趣味性的设备，以提高学生的学习兴趣；设备体积也不能太大，体积大也就意味着学生相对比较分散，不利于知识的传递与管理，教学效果也会因此会打折。

其次，我们从教学目标的层面来分析。对中职生来说，学习单片机是有一定难度的，我们的教学目标不是要将每个学生培养成为单片机编程高手，这是不现实的。我们的培养目标是能够引导学生入门，让他们了解一些单片机的基础知识和基本的编程技能，为后续更深层次的学习打好基础。因此，我们的实训设备功能不需要很复杂，只要够用就行。

根据以上的两点分析，再结合中职学生的特点，从教学效果的角度出发，实验箱式的实训设备比较合适；这类设备体积不大，可以与一般的机房配套使用，并且适于大班的教学与实验。通过教学，探索《单片机应用技术基础》、《自动控制原理》、《传感器及其应用》等课程理实一体化的教学方法和培养企业需要的高素质技能型人才的新途径、新方法，推动职业教育专业建设和教学改革，展示职业教育教学改革的成果。

三、基于项目式单元模块的单片机实训设备设计思路

以上提及的三类实训设备各有特点，不能绝对地说哪类设备优于哪类设备，只是针对的人群不同。目前市场上的实验箱式单片机实训设备，基本上是采用模块化的设计，这种设计的特点是使用能够根据项目需要选择相应的功能模块，并且可以自定义I/O口的功能，运用比较灵活。但是在教学过程中发现，学生对学习单片机的兴趣不浓，学习效率低下。针对这一问题，如果将实训设备稍微地加以改进，让学生能够更直观地了解单片机的控制功能，让模拟的实训项目更实际化一点，那么会不会激发学生学习的兴趣？根据这点考虑，再结合笔者多年的单片机教学经验，将实验箱式的实训设备进行如下改进：以项目式单元为模块，即一个完整的项目作为一个功能模块。我将这种实训设备称为“基于项目式单元模块的单片机实训设备”。

四、基于项目式单元模块的单片机实训设备介绍

所谓项目式单元模块，是指以项目为单元的基础功能模块，实训设备中包含的项目单元有：LED流水灯控制单元、交通灯控制单元、计算器控制单元、万年历控制单元、智能抢答器控制单元、篮球计分控制单元、智能温度控制单元、生产流水线控制单元等。

（1）LED流水灯控制单元模块。该模块由八个LED发光二极管、一个钮子开关和两个轻触按钮组成。钮子开关作为模式选择开关使用；两个轻触按钮用于方式或功能选择，根据选择的模式和功能，在八个LED发光二极管上输出相应的流水灯效果。

（2）交通灯控制单元模块：该模块由二十个LED发光二极管组成，这些LED分别放置于东、南、西、北四个方向的路口，每个路口都有红、黄、绿三个交通信号灯和红（停）、绿（行）两个人行道信号灯。

（3）计算器控制单元模块。此模块主要用于考察矩阵键盘和液晶显示屏的使用及C运算符的运用。

（4）万年历控制单元模块。

（5）智能抢答器控制单元模块。此模块主要用于考察数码管、LED输出和按钮输入的综合控制能力与逻辑分析能力。

（6）篮球计分器控制单元模块：该模块由一个16×32点阵屏、七位数码管、八个独立按钮和一个蜂鸣器组成。点阵屏用于显示比分，数码管用于显示比赛节数、单节倒计时和进攻倒计时，八个独立按钮用于控制比分的加减、以及比分清零、比赛开始、进攻开始和进攻暂停等功能。此模块主要用于考察点阵屏、数码管和按钮输入的综合控制能力与逻辑分析能力。

（7）智能温度控制单元模块。

（8）生产流水线控制单元模块。该模块由一个步进电机、一个直流电机、五个钮子开关和五个LED灯组成，能模拟生产流水线的工作流程。直流电机用于水平方向的传输，且能够控制方向和速度；步进电机用于垂直方向的传输；五个钮子开关模拟五个工位的检测传感器，当钮子开关置位时，相应工位的指示灯就会点亮。此模块主要用于考察直流电机和步进电机的控制。

五、结束语

本实训设备以项目为基础单元，使模拟功能更具实际性。学生在使用时，目的性更强。在教学过程中，教师可以围绕某一项目展开，按任务要求分步进行，最后再进行功能整合。通过实践应用证明，本实训设备能够充分激发学生的学习兴趣，在教学中取得了较好的教学效果。