以學科競賽為導向的物聯(lián)網(wǎng)工程應用基礎實訓課程改革

王啟明　王凱璇　周艷艷

摘 要

傳統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)工程應用基礎實訓課程采用分散或集中的授課模式，采用虛擬項目設計的方法，采用企業(yè)導師和學校老師“雙師”授課的模式，但這種授課體學生缺乏學習動力，效果不好，本文采用以學科競賽為導向的課程改革方法，鼓勵學生以用學科競賽的標準進行課程設計，用課程設計的作品參加學科競賽，使學生對該課程充滿學習興趣，收到了良好的教學效果。

關鍵詞

學科競賽;物聯(lián)網(wǎng)基礎應用;實訓;課程改革

中圖分類號： G712;TN929.5-4;TP391.44-4 ? 文獻標識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.04.40

0 引言

物聯(lián)網(wǎng)工程應用基礎實訓一門實踐性很強的課程，在學完單片機基礎上，掌握單片機體系結構與編程后，進入本實驗環(huán)節(jié)，有助于學生深入理解課程內容，有利于提高學生的實踐能力，提高分析和解決問題的能力，創(chuàng)造獨立思維的氛圍，培養(yǎng)創(chuàng)新能力，激發(fā)學習興趣。通過實驗，學生可以掌握單片機的基礎概念、基本原理、開發(fā)流程和步驟、工程設計的方法和解決技術問題的方法。為學生今后從事單片機、嵌入式系統(tǒng)研究與開發(fā)打下堅實的基礎。

1 現(xiàn)狀分析

1.1 采用項目教學法

結合實際應用，選取能夠綜合更多專業(yè)知識的實例，讓學生在實際開發(fā)中掌握知。比如在本門課前期教學中，指導學生共同完成一個音樂頻譜儀的設計（如圖1所示），該系統(tǒng)以STC8A4K60S2A12單片機為控制核心，利用其內部集成的一個12位15通道的高速ADC轉換器收集來自外界的音頻信號，并將音頻信號（電信號）轉化為數(shù)字信號。通過快速傅里葉變換（FFT）對離散后的數(shù)字信號進行處理和運算。FFT計算出頻譜值以后，由LED頻譜顯示電路負責在單片機的控制下把頻譜直觀地顯示出來。此外，本系統(tǒng)還包括按鍵控制的開關和開始動畫等其他功能。學生在學習過程中能夠以該項目為例，觸類旁通。

1.2 Proteus仿真平臺

在實際教學中，為了克服搭建真實硬件系統(tǒng)周期長、花費高的難題，同時進一步提高學生的動手能力，可以采用基于Proteus仿真平臺的模擬仿真實驗，使得學生能夠隨時隨地調試硬件程序并觀察實驗過程及實驗現(xiàn)象，提高了教學質量。比如在教學中為單片機甲、乙雙機串行通信，雙機RXD和TXD相互交叉相連，甲機P1口接8個開關，乙機P1口接8個發(fā)光二極管。甲機設置為只能發(fā)送不能接收的單工方式。要求甲機讀入P1口的8個開關的狀態(tài)后，通過串行口發(fā)送到乙機，乙機將接收到的甲機的8個開關的狀態(tài)數(shù)據(jù)送入P1口，由P1口的8個發(fā)光二極管來顯示8個開關的狀態(tài)。雙方晶振均采用11.0592MHz。可以采用圖2所示的方法，節(jié)省硬件資源，方便調試，縮短開發(fā)周期。

1.3 企業(yè)參與教學

校企聯(lián)合教學團隊授課模式，邀請實訓公司、行業(yè)專家、企業(yè)技術人員進行真實現(xiàn)場教學，同時選派教師和學生到公司進行實踐和實習，到現(xiàn)場考察觀摩、接受組織技能培訓、在培訓崗位上實習等形式為主，了解企業(yè)及學校的日常管理、教學要求、工作流程等基本情況，熟悉相關崗位職責、規(guī)范、用人標準及管理制度等具體內容，學習所教專業(yè)在實習中應用的新知識、新方法，形成了學生雙身份（學生、準員工）、校企雙師結構教學團隊、教學雙場地（校內教室實驗實訓基地、校外企業(yè)頂崗實習基地）、教學內容雙結合（理論和實踐）、考核雙方式（校內考試、校外崗位測試）和畢業(yè)雙證書（校內畢業(yè)證和校外職業(yè)資格證）的教學模式。

這些方法在實際教學中取得一定的教學效果，但是總體來說缺少創(chuàng)新性，學生缺乏學習動力，學習興趣不高，教學效果不明顯。

2 以學科競賽構建教學體系

本文通過對歷年互聯(lián)網(wǎng)+大賽、物聯(lián)網(wǎng)設計大賽、機器人大賽藍橋杯單片機大賽題目的分析，發(fā)現(xiàn)競賽重點考查的是學生對單片機專業(yè)知識的理解與掌握及其綜合能力的應用，題目的實質就是一個小型的工程項目。基于此，筆者意識到，以職業(yè)技能競賽為導向設計單片機實踐項目應由易到難、循序漸進，同時需要兼顧到實踐項目的趣味性、實用性、系統(tǒng)性。同時鼓勵學生積極參與比賽，以比賽的成績取代考核。

實例1：LCM1602的操作實例設計

以STC89C52單片機為主控制芯片，利用單片機的P2口、P3口與液晶LCM1602的端口相連接，編程實現(xiàn)字符的顯示，掌握1602的初始化方式。具體要求如下：

（1）單個字符在指定的位置顯示;

（2）在液晶LCM1602上顯示兩行字符串;

（3）在液晶LCM1602上動態(tài)向左循環(huán)顯示兩行字符串;

（4）在液晶LCM1602上動態(tài)向右循環(huán)顯示兩行字符串。

實例2：簡易數(shù)字電壓表的設計

以51系列單片機最小系統(tǒng)為控制核心，利用單片機STC89LE52和A/D轉換芯片ADC0809為核心芯片，設計一個數(shù)字電壓表，能夠測量0～5V之間的電壓值，并用四位數(shù)碼管顯示。具體要求如下：

（1）ADC0809選擇通道0作為模擬信號的輸入端，將通過可變電位器產(chǎn)生的電壓值模擬信號變成數(shù)字信號進行輸入。

（2）將采集到的數(shù)字信號輸出在數(shù)碼管上并顯示出來。

實例3：PC機與單片機的通信設計

將ZXDP-1實驗板通過串行口與PC機相連，利用串口調試助手完成PC機與單片機之間的串行通信。要求如下：

（1）由PC機控制單片機通信端口，將PC上利用串口調試助手送出的數(shù)以十六進制形式顯示在數(shù)碼管上;

（2）PC機向單片機發(fā)送一個字符，單片機收到字符后返回給PC機一句字符串，并在串口調試助手接收區(qū)顯示該字符串。

（3）PC機向單片機發(fā)送數(shù)字并以十六進制形式在第1位數(shù)碼管上顯示;然后按下ZXDP-1實驗板上的第一個按鍵KEY1，串口調試助手接收區(qū)上會顯示一行字符串。

實例4：LED數(shù)碼管與點陣顯示設計實現(xiàn)

（1）數(shù)碼管靜態(tài)顯示的設計。

（2）數(shù)碼管動態(tài)顯示的設計。

（3）LED數(shù)碼管顯示的簡易秒表設計。

（4）點陣式LED電子廣告牌設計。

從學校舉行的物聯(lián)網(wǎng)設計大賽入手，分析大賽的規(guī)則、要求，按照要求設計作品。

把不同層次的參賽內容形成課程，講授基礎知識、基礎操作、創(chuàng)新方法，解答學生在設計中遇到的問題主要看學生是否參與、參與的級別，以作品涵蓋的知識面進行考核，以獲獎情況進行。

3 結束語

以學科競賽為導向的物聯(lián)網(wǎng)基礎應用實訓教學改革，有效地激發(fā)了學生的學習興趣，通過實施，學生的課業(yè)水平有不同程度的提高。在教革的過程中還有效地鍛煉教師，讓教師的專業(yè)技能水平和教學水平都得到了提高，真正做到“以賽促教、以賽促學”。