基于“物聯網電子技術”的教學設計—以溫控電機為例

李 平，許若波，劉天泉

（江蘇信息職業技術學院 物聯網工程學院，江蘇 無錫 214153）

0 引 言

物聯網是通過信息傳感設備實現人與人、人與物、物與物之間的有效互聯，其主要特征是借助傳感器以及射頻識別等方式接收信息數據，借助智能技術對信息數據予以處理分析，提高對物質的感知功能，從而實現智能化的決策及控制。將電工電子技術融入物聯網領域，是電工電子技術課程的新突破，同時也帶動了物聯網技術的發展。因此，在對物聯網專業的學生授課時，巧妙將電工電子相關知識融入對應的物聯網項目，通過理論與實踐模塊來提高學生的學習效率，從而達到良好的授課效果。

1 教學理念

結合初中物理知識，重構課程內容，完成“物聯網電子技術”的教學資源制作。在授課過程項目導入時，通過當前電工電子在物聯網行業的發展現狀入手，結合學校黨代會目標“以物聯網技術融合現代制造業和現代服務業的發展，信息特色鮮明、一流企業認可、人民滿意的高水平高職名?！币鰧W生責任，強調通過自身專業技能，為集成電路產業、物聯網產業發展和學校發展貢獻力量，從而激發學生的愛國情懷與強烈的責任感。

課程設計圍繞技術思維能力培養開展，圍繞過程組織實施，保障教學效果。教師通過多種信息化手段記錄學生在學習過程中各階段的表現，實時把控學生的學習效果，及時對學生的薄弱之處施加引導與幫助。同時，教師團隊對課程設計、課程實施進行定期研討，促進教學質量的持續改進。

2 教學內容分析

對接職業技能等級標準，依據人才培養方案、課程標準，結合人才培養目標和定位，校企合作，適時融入“新技術、新工藝、新規范”，將“物聯網電子技術”課程內容劃分為9個教學模塊：直流電路模塊、正弦交流電路模塊、放大電路模塊、直流穩壓電源模塊、組合邏輯電路模塊、時序邏輯電路模塊、傳感器技術及應用模塊、RFID原理及技術模塊、EDA技術模塊。

以課程組配套教材《物聯網電子技術》中的“傳感器技術及應用模塊”為例，結合當前新技術新亮點，全面融入溫控電機的工作狀態。主要有STM32開發板、電機電路分析、Keil-STM32開發工具、串口調試工具等。

3 實施內容

教學目的重在培養學生自主學習、體驗探究、總結反思的能力。以職業需求為導向，以實踐能力培養為重點，以培養“基礎實、知識新、能力強、素質高”的復合型技術技能人才為目標，本次教學設計結合物聯網集成電路系統技術，采用任務驅動教學法，靈活運用超星在線學習平臺、物聯網仿真軟件、云平臺虛擬系統等信息化工具，依據專業教學標準、人才培養方案、課程標準及崗位工作任務設計本項目，充分體現“學生主體，教師主導”的教學理念。

在溫控電機項目實施過程中，首先分析其需要達到的效果：當溫度上升時，電機會自動斷開，溫度下降到閾值范圍內時，電機會自動復位。

（1）本次教學設計采用的開發板為SmartKIT-ESP，它是一款兼容Arduino UNO R3引腳的STM32，如圖1所示。在SmartKIT-ESP上加擴展板，如圖2所示。擴展板包括各外設的驅動芯片、RGB燈、紅外對射管、電機、溫濕度傳感器、按鍵等。

圖1 STM32開發板

圖2 擴展板

（2）本項目選用L9110為電機驅動芯片，其寬電壓范圍為2.5～12 V，每通道具有800 mA電流的連續驅動輸出能力。通過D4和D5產生PWM脈沖波控制轉速。電機電路如圖3所示，管腳定義如圖4所示。

圖3 電機電路

圖4 管腳定義

圖5中，器件管腳圖的IB輸出高低電平，OB輸出的波形與IB相同，唯一區別是OB處的電流可以很大。電機的正轉與反轉需通過圖3中PWM/D4和PWM/D5驅動，OA和OB擁有相反的輸入波形。在實踐項目環節，通過電工電子技能訓練，培養學生的動手能力及分析問題、解決問題的能力，進一步激發學生的學習動機，喚起學生的求知欲望。

圖5 器件管腳

通過觀察、分析圖6發現，PWM/D4和PWM/D5分別對應引腳PB4和PB5，打開STM32開發工具，電機使用PB4和PB5引腳驅動。再根據數據手冊，分別設置對應定時器3的CH1和CH2通道，設置完成后，生成相應文件。

圖6 電路原理

（3）在生成的文件里添加控制電機代碼，此處需要新建電機的2個文件，然后修改對應代碼，最后在主函數中添加溫控電機的代碼，如圖7所示。

圖7 主要代碼

（4）在溫控電機項目順利完成后，為提高項目的實用性，可以擴展模塊功能：將溫度信息上傳到云平臺，利用云平臺實時觀察溫度的變化，同時也可以在云平臺中控制溫度，進而實現對電機的控制。

在教學過程中，根據學生個人知識的掌握情況分級完成任務。要注重教學過程，將課程知識點以項目化形式展示給學生，讓學生從學習、理解到熟練運用的過程中，體驗自我設計帶來的滿足感，從中獲得學習的樂趣。

4 結 語

溫控電機的難點在于對電機電路的理解，了解電機電路中引腳的作用，才能在設置中將硬件與軟件對應，實現良好銜接。通過引導學生分組討論，即可實現溫控電機功能。

通過將電工電子技術引入物聯網項目，極大增強了學生學習電工電子的興趣。實驗項目的最終目標是服務于學生，在教學設計時應充分考慮學生的感受，讓學生融入課程設計不僅利于培養學生的職業能力、實際動手能力及思維能力，更調動了學生學習的積極性。本次教學設計以活動為導向，引導學生在活動、協作中學習，全面提高學生探討問題的能力、解決問題的能力等，進一步深化高職院校的教育改革。