Arduino在高職單片機教學中的應用探索

遼寧建筑職業學院自動控制系　楊中興

Arduino在高職單片機教學中的應用探索

遼寧建筑職業學院自動控制系楊中興

高職單片機課程理論和實踐并重，運用傳統教學手段比較枯燥且難以到達教學效果。嘗試將Arduino電子積木引入單片機教學，設計靈活多樣的實驗環節，激發學生學習興趣，培養動手能力和創新能力，探討Arduino在單片機教學中應用的可行性。

單片機；Arduino；電子積木

1.前言

職業教育的立足點應是面向生產第一線，培養既有一定理論基礎，又有較強生產實踐技能的高素質技能型人才。單片機技術是高職院校電類專業的核心課程，了解單片機的工作原理，掌握單片機技術，特別是具備基本應用操作技能，成為當代相關專業大學生的重要任務。單片機技術與生產實際聯系緊密，具有很強的理論性和應用性，其課程內容既涵蓋硬件設計，又包括軟件編程，同時還要學習單片機常用外圍器件的使用方法，動手實踐環節相對較多，這使得單片機課程成為學生公認的比較難學、難理解的一門課程。傳統的基于單片機開發板教學模式僵化，不夠靈活，學生常掌握表層，卻未能領悟本質。針對這些情況，在單片機教學中引入Arduino電子積木，立足于對學生專業興趣的培養，增強學生開發項目和創新設計的信心。

2.Arduino介紹

Arduino是一款款便捷靈活、方便上手的開源電子原型平臺。它源自意大利的一個開源硬件平臺項目，該平臺基于AVR單片機構建，擁有簡單輸入/輸出（I/O）的電路板，并且沿用了Processing語言開發環境。Arduino可以用來開發獨立互動裝置，可以方便快速開發產品原型，快速編寫單片機固件程序，也可以方便的用來開發交互產品，比如它可以讀取大量的開關量和傳感器信號，并且可以控制各式各樣的電燈、電機和其他物理設備。Arduino項目中將主要依賴三種器件：（1）Arduino板卡本身；（2）外部硬件（包括擴展板和手工制作的電路）；（3）Arduino集成開發環境。

3.Arduino的教學應用

3.1現行教學法存在的問題

現行單片機教學存在一些問題，比如：

（1）實驗環節效率低。為了量測信號或者實現控制，可能需要清點元器件、制作電路板、安裝或者焊接元器件、調試電路等，實驗難度大、效率低、周期長、容易沖淡教學主題，學生容易產生畏懼心理。

（2）實驗模式固定，缺乏靈活性。傳統教學依賴的單片機開發板結構固定，不能更改。這就限制了教師選用電路的靈活性，也限制了學生的發散思維，學生實驗過程中往往不明就里，只要按照實驗步驟一步一步操作就可以完成，但其實理解并不深入，只知其然，不知其所以然，實驗效果并不理想。

3.2引入Arduino教學

針對傳統單片機教學現狀，嘗試在教學中引入Arduino電子積木套件，以一種新的教學方法和教學思路來組織進行課程設計和組織教學。單片機傳統的實訓環節往往從元器件級開始搭建電路，過程復雜繁瑣并且極易出錯，浪費大量課堂時間。而Arduino具有電子積木的特點，電子元件和導線已做好封裝，模塊之間只提供接口，很容易在一塊面板上插拔固定，自由組合，可以像搭建積木般靈活搭建電路，可以開發出花樣繁多的實驗項目，并可實踐相應的編程方法，從而讓學生能夠收獲良好的學習體驗，激發學生的學習興趣和創造力，極大地提高學生的動手能力。

比如在“數字輸入、輸出和脈寬調制”實驗中，使用Arduino的數字輸入、輸出功能，學習數字按鍵消抖動作；學習上拉和下拉電阻及如何控制數字輸出，以及如何通過脈寬調制技術來控制模擬輸出。通過簡單的積木式組合，就可以直觀領悟輸入輸出電路的基本原理。再比如在“讀取模擬傳感器”實驗中，可以設計添加光線傳感器來自動調節夜燈的亮度，學生可以理解模擬和數字信號的不同，掌握單片機AD轉換的概念和使用方法，學習如何將模擬數據利用USB轉串口從Arduino發送到計算機，這為學生以后開發更復雜的系統提供了巨大潛力。

3.3教學效果

通過引入Arduino課程，結合Arduino大量的傳感器套件，指導學生設計了豐富多彩的創新創業設計。學生在大學階段就開始接觸到實際工程應用，同時對模擬電路、數字電路、傳感器技術、控制裝置等課程內容有了更加深入形象的理解，為電子技術的綜合運用打下了良好基礎，同時豐富了學生的課余生活，激發了學生的學習興趣，取得了良好的教學反饋。

4.總結

本文探討Arduino電子積木在高職單片機課程教學中應用的可行性，電子積木的實驗模式方便易行、設計靈活，省略了查找原理圖與電路板上的對應過程，大大提高了實驗效率，能在有限的課時里完成更多的實驗環節，是一種全新的自頂向下的教學思路。總體來說，Arduino雖然不能完全取代傳統單片機教學，但是在單片機課程教學中引入Arduino，可以設計開發出新穎的教學內容，將傳統授課方式中的難點變成了生動靈活的呈現，會取得較好的教學效果。

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