電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽引導(dǎo)下的傳感器與單片機(jī)課程融合方法研究

1、    電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽引導(dǎo)下的傳感器與單片機(jī)課程融合方法研究    米曾真+陳鴻雁+邢德周【摘要】文章以傳感器課程為研究實(shí)例，結(jié)合電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽的經(jīng)驗(yàn)與體會(huì)，分析了傳感器與測(cè)試技術(shù)與單片機(jī)技術(shù)課程教學(xué)中存在的主要問(wèn)題，探索了將單片機(jī)技術(shù)的基本知識(shí)，以項(xiàng)目教學(xué)法的方式融入傳感器課程的新方法，整合學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力。【關(guān)鍵詞】傳感器與測(cè)試技術(shù)；單片機(jī)技術(shù)；雙課程融合；電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽一、引言全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽是教育部、工業(yè)和信息化部共同發(fā)起的大學(xué)生學(xué)科競(jìng)賽之一，在信息學(xué)科中有著很強(qiáng)的影響力。傳感器檢測(cè)在應(yīng)用過(guò)程中，急需解決傳感器的靈敏度

2、、線性度、穩(wěn)定性等問(wèn)題。而單片機(jī)技術(shù)的微控制芯片及邏輯電路使其具有很強(qiáng)的運(yùn)算和控制能力。如將單片機(jī)技術(shù)與傳感技術(shù)結(jié)合起來(lái)，通過(guò)終端的數(shù)字芯片和邏輯電路來(lái)處理這些問(wèn)題，則以上問(wèn)題就可迎刃而解。通過(guò)分析歷屆電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽題目可以看出，很多控制類(lèi)、數(shù)據(jù)采集類(lèi)和信號(hào)類(lèi)的題目在設(shè)計(jì)制作時(shí)，除了涉及單片機(jī)、arm等嵌入式知識(shí)之外，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)還需要傳感器檢測(cè)環(huán)節(jié)。如2016年給定的元器件清單光電傳感器、三維角度傳感器、彩色攝像機(jī)、無(wú)線收發(fā)模塊等都是常用的傳感器；儀器清單單片機(jī)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)、pld開(kāi)發(fā)系統(tǒng)等也都用到了單片機(jī)技術(shù)。因此，本文結(jié)合本校測(cè)控技術(shù)與儀器專(zhuān)業(yè)學(xué)生的參賽經(jīng)驗(yàn)，探索電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽對(duì)兩門(mén)課程的融合教學(xué)

3、改革的啟示和影響。二、存在的問(wèn)題傳感器與測(cè)試技術(shù)課程屬于信息科學(xué)范疇，許多專(zhuān)業(yè)都開(kāi)設(shè)有這門(mén)課程。特別是該課程屬于本校測(cè)控專(zhuān)業(yè)市級(jí)“核心課程建設(shè)項(xiàng)目”，是5門(mén)主干核心課程之一，總共40個(gè)學(xué)時(shí)。經(jīng)過(guò)10多年來(lái)的建設(shè)，在教學(xué)方式建設(shè)、試題庫(kù)建設(shè)、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目建設(shè)等方面取得了長(zhǎng)足進(jìn)步。但是課堂中主要講述傳感器原理及組成、典型電路等知識(shí)點(diǎn)，學(xué)生缺乏主觀能動(dòng)性，不利于學(xué)生能力的提高；同時(shí)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)利用浙江高聯(lián)教儀csy2000 sensor系統(tǒng)，主要是驗(yàn)證性、演示性的實(shí)驗(yàn)，比如電子秤的單臂橋、半橋、全橋性能實(shí)驗(yàn)，計(jì)算不同橋路的靈敏度和線性度，以觀察驗(yàn)證為主，這類(lèi)驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)缺少開(kāi)放新創(chuàng)新型環(huán)節(jié)，很難調(diào)動(dòng)學(xué)生的積

4、極性。而單片機(jī)技術(shù)課程教學(xué)主要面向?qū)W生，側(cè)重基礎(chǔ)。傳統(tǒng)教學(xué)中主要講述控制器內(nèi)部結(jié)構(gòu)及接口、最小系統(tǒng)、ct、模擬多路轉(zhuǎn)換器、a/d轉(zhuǎn)換器、編譯環(huán)境等內(nèi)容。表面上看，與學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)的順序一致，但教學(xué)效果不甚理想，學(xué)生對(duì)每個(gè)模塊的學(xué)習(xí)相互孤立，在代碼編寫(xiě)和硬件設(shè)計(jì)時(shí)就變得毫無(wú)頭緒。尤其是如今各個(gè)競(jìng)賽項(xiàng)目不僅考驗(yàn)學(xué)生的編程能力、電路設(shè)計(jì)能力，更注重對(duì)學(xué)生檢測(cè)、處理、分析信息的能力進(jìn)行考查，更注重學(xué)生整合知識(shí)、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。感興趣的物理量采集離不開(kāi)傳感器知識(shí)，電信號(hào)的處理基本可以由微控制器實(shí)現(xiàn)。因此，研究傳感技術(shù)與單片機(jī)技術(shù)的融會(huì)貫通式教學(xué)，是信息類(lèi)人才綜合實(shí)踐能力培養(yǎng)所面臨的共性問(wèn)題。本文擬討論將電

5、子設(shè)計(jì)競(jìng)賽項(xiàng)目引入傳感器課堂，讓學(xué)生能夠通過(guò)項(xiàng)目教學(xué)法，將抽象的傳感器原理實(shí)例化為具體的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。三、“雙課程融合”教學(xué)方法實(shí)施（一）理論教學(xué)優(yōu)化內(nèi)容，整合學(xué)時(shí)兩門(mén)課程的孤立式教學(xué)使學(xué)生不能形成系統(tǒng)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)技能。需要完成傳感器理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)、傳感器課程與單片機(jī)課教學(xué)的融會(huì)貫通，重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容，將理論內(nèi)容適當(dāng)壓縮調(diào)整，增加實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。常用的光敏、紅外、壓力、超聲、無(wú)線收發(fā)、溫濕度等類(lèi)型的傳感器，側(cè)重于如何將被測(cè)量轉(zhuǎn)換成模擬電信號(hào)或標(biāo)準(zhǔn)的io數(shù)字信號(hào)，涉及單片機(jī)課程里的運(yùn)放補(bǔ)償、采樣保持、a/d轉(zhuǎn)換、c51微處理器及數(shù)字芯片選型等知識(shí)。測(cè)控專(zhuān)業(yè)學(xué)生對(duì)傳感器課程的掌握，不單純是

6、熟悉傳感器的基本原理，更是體現(xiàn)在檢測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用與設(shè)計(jì)。因此，教師在優(yōu)化課程內(nèi)容方面，考慮將proteus仿真軟件融入傳感器的教學(xué)中來(lái)，讓教師在講授理論的同時(shí)，可以利用設(shè)計(jì)好的電路圖來(lái)進(jìn)行效果演示，針對(duì)系統(tǒng)的各功能模塊細(xì)化單獨(dú)講解，增強(qiáng)教學(xué)的直觀性；在整合課程學(xué)時(shí)方面，考慮到傳統(tǒng)類(lèi)型的傳感器原理知識(shí)結(jié)構(gòu)類(lèi)似，原理性強(qiáng)，綜合將其合并成18學(xué)時(shí)的課堂教學(xué)模塊，增加的學(xué)時(shí)主要分析電子秤、光控電路、測(cè)溫電路等典型傳感器電路設(shè)計(jì)，并讓學(xué)生參與其中，達(dá)到學(xué)以致用的目的。（二）實(shí)踐教學(xué)引案例，促創(chuàng)新引入電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽項(xiàng)目，形成實(shí)驗(yàn)課堂大眾化教學(xué)、創(chuàng)新基地精英化培養(yǎng)的實(shí)踐教學(xué)模式。一方面可開(kāi)設(shè)電容傳感器及光纖傳感

7、器的位移特性、電阻應(yīng)變片橋式電路、轉(zhuǎn)速測(cè)量、溫度檢測(cè)等實(shí)驗(yàn)強(qiáng)化學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的理解，另一方面注重與電子競(jìng)賽的聯(lián)系，深入分析近年來(lái)的電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽內(nèi)容中的理論知識(shí)和實(shí)際制作，使學(xué)生可以對(duì)電子設(shè)計(jì)大賽項(xiàng)目中的基本模塊進(jìn)行針對(duì)性的練習(xí)，另外也可以通過(guò)電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽項(xiàng)目促進(jìn)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育。結(jié)合教學(xué)內(nèi)容，同時(shí)定期組織學(xué)生參加各種規(guī)模的電子設(shè)計(jì)比賽，比如全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽、重慶市“合泰杯”單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)競(jìng)賽、飛思卡爾智能車(chē)大賽等。教師依據(jù)往屆的典型競(jìng)賽題目訓(xùn)練學(xué)生，促進(jìn)學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育，拓展學(xué)校在行業(yè)內(nèi)的知名度。四、結(jié)語(yǔ)研究“雙課程融合”教學(xué)方法使全體學(xué)生熟練地運(yùn)用了傳感器和單片機(jī)課程知識(shí)，部分優(yōu)秀學(xué)生進(jìn)

8、入了學(xué)校的，電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽實(shí)踐基地。依據(jù)電子設(shè)計(jì)大賽的模式，按3人一組的方式自由組合，通過(guò)傳感器與單片機(jī)之間的深度融合，使更多有興趣的、潛在的學(xué)生加入進(jìn)來(lái)。近5年來(lái)，本專(zhuān)業(yè)學(xué)生在各類(lèi)學(xué)術(shù)、學(xué)科競(jìng)賽上獲得國(guó)家級(jí)一等獎(jiǎng)8項(xiàng)、二等獎(jiǎng)23項(xiàng)，省部級(jí)一等獎(jiǎng)34項(xiàng)、二等獎(jiǎng)53項(xiàng)。由此可見(jiàn)，以電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽為導(dǎo)向的課程改革，在教學(xué)方法、實(shí)踐條件等方面都取得了長(zhǎng)足的發(fā)展。也正因?yàn)榇?，電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽得到了越來(lái)越多教師和學(xué)生的認(rèn)可，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和工程實(shí)踐能力具有重要的現(xiàn)實(shí)意義?！緟⒖嘉墨I(xiàn)】1鄧鵬.大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽促進(jìn)科技創(chuàng)新能力培養(yǎng)的研究j.輕工科技，2016（03）：160-161.2廖哲勛.構(gòu)建新的知識(shí)觀，深化課程改革j.課程·教材·教法，2016（06）：12-19.3劉坤，李繼懷.基于知識(shí)整體化的高等工程教育課程改革j.現(xiàn)代教育管理，2016（07）：104-109.4孫丹兒，韋斯林.國(guó)外科學(xué)教育中傳感器技術(shù)教學(xué)研究及啟示j.遠(yuǎn)程教育雜志，2012（05）：50-55.5鄒慧明，劉要悟，武曉宙.新課程改革教師培訓(xùn)中專(zhuān)業(yè)引領(lǐng)不力之表現(xiàn)、原因及改進(jìn)策略j.教育理論與實(shí)踐，2015（23）：33-36.6周冠玲，馮占英，李戰(zhàn).“單片機(jī)原理及應(yīng)用”課程教學(xué)改革的探討j.中國(guó)電化教育，2012（06）：105-107.endprint教育