基于教育機器人的單片機技術(shù)教學(xué)改革與實踐

劉修泉，程院蓮

（廣州番禺職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣.廣.511483）

基于教育機器人的單片機技術(shù)教學(xué)改革與實踐

劉修泉，程院蓮

（廣州番禺職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣.廣.511483）

. 要：單片機技術(shù)是電子和自動化類專業(yè)的一門核心課程。在基于工作過程的項目課程與教學(xué)改革現(xiàn)狀分析基礎(chǔ)上，針對實訓(xùn)設(shè)備封閉、課程載體模糊、創(chuàng)新能力不足等問題，提出以教育機器人為單片機教學(xué)平臺，與企業(yè)合作，進行單片機技術(shù)課程總體設(shè)計與改革，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力。

單片機；教育機器人；工作過程；創(chuàng)新

（國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）明確提出大力發(fā)展職業(yè)教育，把提高教育教學(xué)質(zhì)量作為重點。其中，課程建設(shè)與改革是高職院校質(zhì)量建設(shè)的核心任務(wù)。近年來，高職院校以借鑒德國實踐導(dǎo)向的職教課程模式為重點，以“工學(xué)結(jié)合理念”構(gòu)建高職課程體系。

一、單片機技術(shù)課程與教學(xué)現(xiàn)狀

單片機技術(shù)是電子和自動化類專業(yè)核心課程，各高職院校大力推行基于工作過程的單片機項目課程與教學(xué)改革，在這方面做了大量工作和許多有益探索，建設(shè)一批項目化課程教學(xué)資源，如教材、實訓(xùn)室等。但是各院校在單片機課程開發(fā)和建設(shè)過程中還存在不少問題。

一是C語言與單片機教學(xué)分割。C語言與單片機教學(xué)是分開的。兩門課程單獨講授。C語言在國內(nèi)外使用廣泛，是單片機開發(fā)的主流語言，一般是課堂講授和上機實驗，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高，效果也不是很理想，不能很好地應(yīng)用于實踐項目。

二是實訓(xùn)設(shè)備封閉。單片機教學(xué)實驗環(huán)境通常采用教學(xué)實驗箱或者單片機教學(xué)板，只有單片機端口是開放的，其他部分硬件電路如傳感器、發(fā)光二極管、鍵盤、LCD等都是封閉的，只能插線，不能理解相應(yīng)的電路原理，不利于熟悉和掌握整個單片機硬件系統(tǒng)。

三是以學(xué)科性知識為取向還是以工作過程知識為取向不明確，課程核心載體（項目或典型工作任務(wù)）模糊。課程改革生搬硬套，借鑒德國“雙元制”模式或者新加坡的“教學(xué)工廠”模式，沒有進行消化和創(chuàng)新，推廣無法深入。

四是課程開發(fā)過程封閉，沒有建立校企深度合作的課程開發(fā)機制。目前課程開發(fā)的主體仍然是學(xué)校專任教師。

五是對學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)不足?，F(xiàn)有單片機實訓(xùn)室主要是驗證性單一基本技能訓(xùn)練，而且無法改變教學(xué)環(huán)境硬件，教學(xué)內(nèi)容和技能培訓(xùn)水平受到制約，拓展性和綜合性程度不夠，無法進行創(chuàng)新訓(xùn)練，約束了學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

二、單片機技術(shù)課程改革與措施

（一）課程整合

針對C語言與單片機教學(xué)分割問題，將C語言引入單片機教學(xué)中，將兩門課程融為一體化課程，以項目化實踐教學(xué)提高學(xué)習(xí)興趣，強化單片機和C語言綜合應(yīng)用能力。

（二）選取教學(xué)機器人作為實訓(xùn)設(shè)備

機器人技術(shù)是集光機電信息自動化于一身的高新技術(shù)，涉及機電、控制、傳感器與計算機編程等，教育機器人具有趣味性和開放性，是鍛煉學(xué)生實踐能力和培養(yǎng)創(chuàng)新能力的最佳平臺。單片機教育機器人以C51單片機與C語言程序設(shè)計為基礎(chǔ)，主要提供單片機控制器學(xué)習(xí)平臺，包括輸入輸出接口特性、外圍電路搭建和控制軟件編寫等。以單片機最小系統(tǒng)+面包版為基礎(chǔ)，利用擴展板，可以搭配不同的模塊，如數(shù)碼管模塊、LCD液晶顯示模塊、獨立按鍵與4×4鍵盤、紅外測距傳感器、傳感器及AD/DA等。由以上不同模塊，通過搭積木的方式可以組建不同功能的機器人。通過這些項目的編程與實踐可以更深入地學(xué)習(xí)C語言與單片機核心技術(shù)和技能，為以后項目開發(fā)奠定扎實的基礎(chǔ)。

針對通常單片機設(shè)備不開放的問題，采用教育機器人作為單片機實訓(xùn)設(shè)備，51單片機最小系統(tǒng)+面包版，在面包版里可以搭建電路，更清晰準(zhǔn)確地掌握單片機系統(tǒng)硬件聯(lián)接。

（三）課程總體設(shè)計與改革

與深圳市中科鷗鵬智能科技有限公司合作，一起探討單片機技術(shù)課程與教學(xué)改革，將教育機器人引入單片機技術(shù)課程，基于工作過程的項目驅(qū)動進行課程與教學(xué)方式改革，在整個課程中，將單片機技術(shù)的基本知識和技能融入到不同項目任務(wù)中，從簡單到復(fù)雜，從單一到綜合，使學(xué)生掌握單片機編程與控制能力。以課程LF1單片機應(yīng)用技術(shù)為學(xué)習(xí)領(lǐng)域，參考總學(xué)時為64，具體如表1所示。

（四）學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)

單片機技術(shù)涉及電子、傳感器、電機驅(qū)動、編程與系統(tǒng)集成，僅依靠課堂項目是不夠的，還要推行基于項目的課外創(chuàng)新教育，以教育機器人作為平臺，推行學(xué)生人才優(yōu)才計劃培養(yǎng)，主要措施如下：

1. 機器人創(chuàng)新項目訓(xùn)練。開設(shè)機器人創(chuàng)新項目有滅火機器人、機器人游中國、搬運機器人等，鼓勵有興趣的學(xué)生根據(jù)以上提供的機器人創(chuàng)新項目內(nèi)容，自主選擇時間、方法和手段完成，強化單片機技術(shù)與技能的深化訓(xùn)練。

2. 構(gòu)建技能競賽的創(chuàng)新能力培養(yǎng)平臺。將技能競賽作為教學(xué)的一部分，建立技能競賽創(chuàng)新平臺，作為課外的有益補充。讓有興趣、能力較強的學(xué)生加入該平臺，以真實的技能競賽項目為載體對他們進行訓(xùn)練，包括方案設(shè)計、元器件選取、電路設(shè)計與制作、程序編寫與調(diào)試等。在這個過程中，各種技術(shù)綜合應(yīng)用，團隊合理分工與合作，較好培養(yǎng)了學(xué)生面向就業(yè)的實踐能力。

表1 《單片機應(yīng)用技術(shù)》課程總體設(shè)計

[1] 牛軍,張宏偉.單片機技術(shù)課程項目驅(qū)動法教學(xué)的改革與實踐[J]. 教育教學(xué)論壇,2016(3):90-91.

[2] 謝輝,陳強,陳立,萬賴,于樹.單片機實訓(xùn)課程改革與工程應(yīng)用型人才培養(yǎng)[J].職業(yè)教育研究,2016 (2):60-63.

[3] 賴兆磬.高職“單片機技術(shù)及應(yīng)用” 課程的教學(xué)改革與實踐[J].柳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報,2015,15(1):97-99.

[4] 單片機教學(xué)機器人完整套件.http://www.szopen.cn/product_view_417_378.html [EB/OL].2016-4.

[5] 王坤,李新輝. 高職電氣類專業(yè)C 語言課程改革與實踐[J].遼寧高職學(xué)報,2016, 18(2):53-54.

（責(zé)任編輯：.旻）

Teaching Reform on SCM Technology Based on Educating Robots

LIU Xiu-quan，CHENG Yuan-lian
(Guangzhou Panyu Polytechnic, Guangzhou, 511483 China )

Single Chip Micyoco (SCM) technology is a key course in electronic and robotization specialties. The paper analyzes the status of the teaching reform based on project-oriented teaching model, points out the problems in the teaching reform and proposes some measures --- constructing SCM teaching platform of educating robots and cooperating with enterprises to make an innovation on the curriculum design to improve students’ creative ability.

educating robots.working process.innovation

G71...

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1674-8689（2016）02-0055-02

2016-04-11

劉修泉（1973-），男，湖北陽新人，廣州番禺職業(yè)技術(shù)學(xué)院副教授，博士，研究方向：智能控制。

廣東省智能裝備制造高技術(shù)高技能人才協(xié)同育人平臺、廣州智能裝備制造特色學(xué)院建設(shè)項目、廣州市高等學(xué)校教育教學(xué)改革研究項目“基于項目驅(qū)動下的高職學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)探索與研究”成果。