以學科競賽為導向的物聯網工程應用基礎實訓課程改革

王啟明　王凱璇　周艷艷

摘 要

傳統的物聯網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;物聯網基礎應用;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

物聯網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，進入本實驗環節，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，創造獨立思維的氛圍，培養創新能力，激發學習興趣。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、嵌入式系統研究與開發打下堅實的基礎。

1 現狀分析

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知識的實例，讓學生在實際開發中掌握知。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）轉化為數字信號。通過快速傅里葉變換（FFT）對離散后的數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個發光二極管。甲機設置為只能發送不能接收的單工方式。要求甲機讀入P1口的8個開關的狀態后，通過串行口發送到乙機，乙機將接收到的甲機的8個開關的狀態數據送入P1口，由P1口的8個發光二極管來顯示8個開關的狀態。雙方晶振均采用11.0592MHz。可以采用圖2所示的方法，節省硬件資源，方便調試，縮短開發周期。

1.3 企業參與教學

校企聯合教學團隊授課模式，邀請實訓公司、行業專家、企業技術人員進行真實現場教學，同時選派教師和學生到公司進行實踐和實習，到現場考察觀摩、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、規范、用人標準及管理制度等具體內容，學習所教專業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）和畢業雙證書（校內畢業證和校外職業資格證）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網+大賽、物聯網設計大賽、機器人大賽藍橋杯單片機大賽題目的分析，發現競賽重點考查的是學生對單片機專業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上動態向左循環顯示兩行字符串;

（4）在液晶LCM1602上動態向右循環顯示兩行字符串。

實例2：簡易數字電壓表的設計

以51系列單片機最小系統為控制核心，利用單片機STC89LE52和A/D轉換芯片ADC0809為核心芯片，設計一個數字電壓表，能夠測量0～5V之間的電壓值，并用四位數碼管顯示。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生的電壓值模擬信號變成數字信號進行輸入。

（2）將采集到的數字信號輸出在數碼管上并顯示出來。

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以十六進制形式顯示在數碼管上;

（2）PC機向單片機發送一個字符，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顯示該字符串。

（3）PC機向單片機發送數字并以十六進制形式在第1位數碼管上顯示;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上會顯示一行字符串。

實例4：LED數碼管與點陣顯示設計實現

（1）數碼管靜態顯示的設計。

（2）數碼管動態顯示的設計。

（3）LED數碼管顯示的簡易秒表設計。

（4）點陣式LED電子廣告牌設計。

從學校舉行的物聯網設計大賽入手，分析大賽的規則、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網基礎應用實訓教學改革，有效地激發了學生的學習興趣，通過實施，學生的課業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”。