電子技術(shù)課程設(shè)計實訓(xùn)教學(xué)案例及分析

潘金福

摘要：為了滿足新工科人才培養(yǎng)要求，在學(xué)校工科做實思想的指導(dǎo)下，本文以電子技術(shù)課程設(shè)計的實訓(xùn)作品訓(xùn)練過程為例，討論和分析了教學(xué)安排、作品設(shè)計要求、設(shè)計方案、設(shè)計電路分析、作品調(diào)試以及作品的測試等過程，突出了學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)的教學(xué)特色，踐行了理論知識與實際應(yīng)用緊密結(jié)合的教學(xué)理念，取得非常好的教學(xué)效果，啟發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新思維和工程思維，促進(jìn)了學(xué)生實踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：電子技術(shù)課程設(shè)計;教學(xué)案例;實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)

為了滿足新工科人才培養(yǎng)要求，各大高校都在進(jìn)行著教學(xué)改革，圍繞以學(xué)生為中心，以學(xué)生實踐創(chuàng)新能力和工程應(yīng)用能力培養(yǎng)為目標(biāo)，從人才培養(yǎng)模式、實驗教學(xué)平臺構(gòu)建、課程教學(xué)和課堂教學(xué)設(shè)計等方面都制定了相關(guān)措施，為新工科人才培養(yǎng)提供保障[1-3]。

電子技術(shù)課程設(shè)計作為凱里學(xué)院物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的一門集中實踐類課程，對培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用分析能力、知識融合能力以及實踐創(chuàng)新能力具有極其重要的作用。課程教學(xué)的主要目的是訓(xùn)練學(xué)生將所學(xué)電子類課程知識在生產(chǎn)實際中的應(yīng)用設(shè)計能力，增強學(xué)生的專業(yè)實踐技能，培養(yǎng)學(xué)生的實踐創(chuàng)新能力，提升學(xué)生的職業(yè)能力和就業(yè)水平。

1電子技術(shù)課程設(shè)計教學(xué)安排

1.1先修課程

電路分析、模擬電路與數(shù)字電路、C語言程序設(shè)計、單片機原理及應(yīng)用。

1.2實訓(xùn)內(nèi)容與進(jìn)度安排

電子技術(shù)課程設(shè)計集中實訓(xùn)時間為期1周，共5天，第1天，學(xué)生完成選題和項目的初步方案設(shè)計;第2-4天，進(jìn)行實訓(xùn)項目作品的設(shè)計、制作與調(diào)試;第5天，完成實訓(xùn)報告的撰寫和實訓(xùn)作品的展示與答辯。實訓(xùn)小組分組采取2-3人為一組，小組成員之間相互配合完成一個實訓(xùn)項目的設(shè)計與制作訓(xùn)練。實訓(xùn)項目的選題可以由指導(dǎo)教師出題，也可以由學(xué)生自主選題。

2電子技術(shù)課程設(shè)計教學(xué)訓(xùn)練案例與分析

以2019級物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的學(xué)生實訓(xùn)作品“手機APP遙控小車的設(shè)計與實現(xiàn)”為例。

2.1設(shè)計要求

（1）實現(xiàn)小車前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)和停止的運動功能;

（2）實現(xiàn)手機APP控制小車的運動功能。

2.2方案設(shè)計

本實訓(xùn)項目方案主要由藍(lán)芽模塊、單片機控制芯片和電機驅(qū)動模塊組成，藍(lán)芽模塊采用HC-05;單片機芯片采用AT89S51;電機驅(qū)動模塊采用L298N雙橋電機驅(qū)動電路。方案設(shè)計框圖如圖2-1所示。

主控芯片AT89S51通過接收到藍(lán)牙模塊的信號，由軟件編程設(shè)計，控制電機驅(qū)動模塊工作而驅(qū)動小車電機的轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)小車的運動功能。其軟件設(shè)計程序流程圖如圖2-2所示。

2.3設(shè)計電路分析

整體電路原理圖如圖2-3所示，主要由L298N、AT89S51和藍(lán)牙模塊電路等組成。L298N為小車左右輪直流電機驅(qū)動電路，VS端接+12V電源，VCC端接+5V電源，L298N的IN1～I(xiàn)N4引腳為小車左右輪直流電機轉(zhuǎn)動控制端，分別連接到主控芯片AT89S51的P0.0～P0.3引腳。當(dāng)IN2、IN4為高電平，IN1、IN3為低電平時，電機帶動小車向前運動;當(dāng)IN2、IN4為高電平，IN1、IN3為低電平時，電機帶動小車向前運動;當(dāng)IN2、IN4為低電平，IN1、IN3為高電平時，電機帶動小車向后運動;當(dāng)IN1、IN4為高電平，IN2、IN3為低電平時，電機帶動小車向左轉(zhuǎn);當(dāng)IN1、IN4為低電平，IN2、IN3為高電平時，電機帶動小車向右轉(zhuǎn);當(dāng)IN1、IN2、 IN3、IN4為低電平時，小車停止運動[4]。

藍(lán)牙模塊的數(shù)據(jù)輸出端TXD與單片機AT89S51的P3.0（串口中斷數(shù)據(jù)接收端RXD）相連接，藍(lán)牙模塊的數(shù)據(jù)接收端RXD與單片機AT89S51的P3.1（串口數(shù)據(jù)發(fā)送端TXD）相連接。當(dāng)按下手機APP藍(lán)牙調(diào)試器上不同控制按鍵時，藍(lán)牙模塊的數(shù)據(jù)輸出端TXD將輸出不同的數(shù)據(jù)信號，主控芯片AT89S51通過接收到不同的數(shù)據(jù)信號，再通過軟件編程，控制小車電機轉(zhuǎn)動而實現(xiàn)不同的運動功能。

2.4設(shè)計作品調(diào)試

實訓(xùn)作品的實物設(shè)計制作完成后，作品的調(diào)試過程采用先分后總的方法進(jìn)行：先調(diào)試單個組成模塊電路，當(dāng)單個模塊電路都調(diào)試正常后，再將所有正常工作的單個電路模塊組裝起來進(jìn)行統(tǒng)調(diào)。

（1）藍(lán)牙模塊的調(diào)試

將藍(lán)牙模塊數(shù)據(jù)輸出端接入電腦，電腦上安裝串口助手軟件，接通藍(lán)牙模塊電源，打開手機端藍(lán)牙功能，搜尋到藍(lán)牙模塊的型號并聯(lián)接上。打開手機端的藍(lán)牙調(diào)試器，當(dāng)按下藍(lán)牙調(diào)試器中的按鍵時，觀察電腦上串口助手中是否接收到按鍵的數(shù)據(jù)。如果能正常收到按鍵數(shù)據(jù)，則藍(lán)牙模塊能正常工作。且當(dāng)按下藍(lán)牙調(diào)試器中的不同按鍵時，則電腦上串口助手中能接收到相應(yīng)按鍵的數(shù)據(jù)。

（2）電機驅(qū)動模塊的調(diào)試

將電機驅(qū)動模塊接上電源，在L298N的IN1～I(xiàn)N4引腳端輸入相應(yīng)的高低電平，使小車能實現(xiàn)前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)和停止的運動功能，則電機驅(qū)動模塊工作正常。

（3）單片機的調(diào)試

接通AT89S51單片機主控系統(tǒng)電源，將相應(yīng)的電機運動程序下載到單片機中，測試P0.0～P0.3引腳電平的變化情況，如果P0.0～P0.3引腳電平的變化情況正常，則單片機系統(tǒng)能正常工作。

（4）統(tǒng)調(diào)

將調(diào)試正常的單片機系統(tǒng)、電機驅(qū)動模塊電路和藍(lán)牙模塊電路按電路原理圖連線接好，接通各模塊電路的電源，將事先編譯好的軟件程序下載到單片機中，打開手機端的藍(lán)牙調(diào)試器，按下相應(yīng)的功能按鍵，觀察小車的運動情況。如果小車所有的運動功能都能正常操作，達(dá)到預(yù)計的設(shè)計要求，則作品統(tǒng)調(diào)成功。

2.5設(shè)計作品測試

當(dāng)作品統(tǒng)調(diào)成功后，將電路連接線固定好，再將作品外觀美化一下，就可以進(jìn)行作品測試了。作品測試過程如圖2-4所示。

經(jīng)過測試，作品實現(xiàn)了手機端APP控制小車的前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)和停止等功能，達(dá)到了預(yù)期設(shè)計要求。

3實訓(xùn)教學(xué)效果分析

針對本選題，學(xué)生經(jīng)過實訓(xùn)后，達(dá)到了如下教學(xué)效果：

（1）理解了理論知識學(xué)習(xí)對實踐指導(dǎo)的重要性，進(jìn)一步鞏固了相關(guān)基礎(chǔ)課程理論知識。

（2）培養(yǎng)了學(xué)生運用所學(xué)知識解決實際問題的實踐創(chuàng)新能力，啟發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新思維和工程思維，同時也提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。

（3）學(xué)生深刻理解了電機驅(qū)動模塊、單片機系統(tǒng)和藍(lán)牙模塊的工作原理及調(diào)試方法。

（4）學(xué)生對軟件與硬件的有效結(jié)合有了非常好的理解。

（5）在答辯過程中，通過指導(dǎo)教師的點評，學(xué)生發(fā)現(xiàn)了自己的不足，以及作品的改進(jìn)方向，為提升實訓(xùn)作品的質(zhì)量與水平指明了方向。

（6）進(jìn)一步促進(jìn)了學(xué)生實驗實踐技能和專業(yè)能力的提升，增強了學(xué)生對后續(xù)課程的學(xué)習(xí)興趣。

（7）通過本組成員之間的相互配合，讓學(xué)生深刻體會和理解團(tuán)隊協(xié)作的重要性，培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊精神。

4.結(jié)語

電子技術(shù)課程設(shè)計作為一門集中實踐類課程，課程的教學(xué)效果，對學(xué)生職業(yè)能力的培養(yǎng)有極大的促進(jìn)作用。這門課程通常在大二下學(xué)期開課，學(xué)生已經(jīng)具備了一定的專業(yè)學(xué)科基礎(chǔ)知識，同時也進(jìn)行了一些專業(yè)基礎(chǔ)實驗技能訓(xùn)練，可以在一定程度上保證了本門課程的實訓(xùn)教學(xué)效果。在選題與設(shè)計要求上，指導(dǎo)教師需要加強指導(dǎo)，選題設(shè)計難度不能過大或過小，如果設(shè)計難度過大，學(xué)生不能在規(guī)定的時間內(nèi)完成作品，會打擊學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性;如果難度太小，會影響學(xué)生對自己能力的錯誤判斷，不利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。同時，本門課程還要緊跟時代發(fā)展的步伐，不斷將新技術(shù)和新技術(shù)模塊電路引入到學(xué)生實訓(xùn)作品設(shè)計中，使學(xué)生在完成實訓(xùn)作品的同時，也學(xué)習(xí)和應(yīng)用到了新技術(shù)和新知識，促進(jìn)了學(xué)生專業(yè)能力的全面發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]張爽，赫海靈.基于“新工科”背景下應(yīng)用型高校專業(yè)實踐教學(xué)平臺的建設(shè)[J].黑龍江教育（理論與實踐），2021（01）：80-81.

[2]王華，吳桂清，劉紅霞，曹琳琳.“新工科”理念下的電氣信息類專業(yè)實驗教學(xué)體系建設(shè)[J].實驗技術(shù)與管理，2020，37（12）：13-16.

[3]齊振超，田威，王珉.智慧教育理念驅(qū)動的“新工科”專業(yè)課程教學(xué)模式探索與實踐[J].工業(yè)和信息化教育，2021（01）：20-27.

[4]張毅剛.單片機原理及接口技術(shù)（第3版）[M].北京：人民郵電出版社，2020.