以学科竞赛为导向的物联网工程应用基础实训课程改革

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　　摘 要
　　传统的物联网工程应用基础实训课程采用分散或集中的授课模式，采用虚拟项目设计的方法，采用企业导师和学校老师“双师”授课的模式，但这种授课体学生缺乏学习动力，效果不好，本文采用以学科竞赛为导向的课程改革方法，鼓励学生以用学科竞赛的标准进行课程设计，用课程设计的作品参加学科竞赛，使学生对该课程充满学习兴趣，收到了良好的教学效果。
　　关键词
　　学科竞赛;物联网基础应用;实训;课程改革
　　中图分类号： G712;TN929.5-4;TP391.44-4   文献标识码： A
　　DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.04.40
　　0 引言
　　物联网工程应用基础实训一门实践性很强的课程，在学完单片机基础上，掌握单片机体系结构与编程后，进入本实验环节，有助于学生深入理解课程内容，有利于提高学生的实践能力，提高分析和解决问题的能力，创造独立思维的氛围，培养创新能力，激发学习兴趣。通过实验，学生可以掌握单片机的基础概念、基本原理、开发流程和步骤、工程设计的方法和解决技术问题的方法。为学生今后从事单片机、嵌入式系统研究与开发打下坚实的基础。
　　1 现状分析
　　1.1 采用项目教学法
　　结合实际应用，选取能够综合更多专业知识的实例，让学生在实际开发中掌握知。比如在本门课前期教学中，指导学生共同完成一个音乐频谱仪的设计（如图1所示），该系统以STC8A4K60S2A12单片机为控制核心，利用其内部集成的一个12位15通道的高速ADC转换器收集来自外界的音频信号，并将音频信号（电信号）转化为数字信号。通过快速傅里叶变换（FFT）对离散后的数字信号进行处理和运算。FFT计算出频谱值以后，由LED频谱显示电路负责在单片机的控制下把频谱直观地显示出来。此外，本系统还包括按键控制的开关和开始动画等其他功能。学生在学习过程中能够以该项目为例，触类旁通。
　　1.2 Proteus仿真平台
　　在实际教学中，为了克服搭建真实硬件系统周期长、花费高的难题，同时进一步提高学生的动手能力，可以采用基于Proteus仿真平台的模拟仿真实验，使得学生能够随时随地调试硬件程序并观察实验过程及实验现象，提高了教学质量。比如在教学中为单片机甲、乙双机串行通信，双机RXD和TXD相互交叉相连，甲机P1口接8个开关，乙机P1口接8个发光二极管。甲机设置为只能发送不能接收的单工方式。要求甲机读入P1口的8个开关的状态后，通过串行口发送到乙机，乙机将接收到的甲机的8个开关的状态数据送入P1口，由P1口的8个发光二极管来显示8个开关的状态。双方晶振均采用11.0592MHz。可以采用图2所示的方法，节省硬件资源，方便调试，缩短开发周期。
　　1.3 企业参与教学
　　校企联合教学团队授课模式，邀请实训公司、行业专家、企业技术人员进行真实现场教学，同时选派教师和学生到公司进行实践和实习，到现场考察观摩、接受组织技能培训、在培训岗位上实习等形式为主，了解企业及学校的日常管理、教学要求、工作流程等基本情况，熟悉相关岗位职责、规范、用人标准及管理制度等具体内容，学习所教专业在实习中应用的新知识、新方法，形成了学生双身份（学生、准员工）、校企双师结构教学团队、教学双场地（校内教室实验实训基地、校外企业顶岗实习基地）、教学内容双结合（理论和实践）、考核双方式（校内考试、校外岗位测试）和毕业双证书（校内毕业证和校外职业资格证）的教学模式。
　　这些方法在实际教学中取得一定的教学效果，但是总体来说缺少创新性，学生缺乏学习动力，学习兴趣不高，教学效果不明显。
　　2 以学科竞赛构建教学体系
　　本文通过对历年互联网+大赛、物联网设计大赛、机器人大赛蓝桥杯单片机大赛题目的分析，发现竞赛重点考查的是学生对单片机专业知识的理解与掌握及其综合能力的应用，题目的实质就是一个小型的工程项目。基于此，笔者意识到，以职业技能竞赛为导向设计单片机实践项目应由易到难、循序渐进，同时需要兼顾到实践项目的趣味性、实用性、系统性。同时鼓励学生积极参与比赛，以比赛的成绩取代考核。
　　实例1：LCM1602的操作实例设计
　　以STC89C52单片机为主控制芯片，利用单片机的P2口、P3口与液晶LCM1602的端口相连接，编程实现字符的显示，掌握1602的初始化方式。具体要求如下：
　　（1）单个字符在指定的位置显示;
　　（2）在液晶LCM1602上显示两行字符串;
　　（3）在液晶LCM1602上动态向左循环显示两行字符串;
　　（4）在液晶LCM1602上动态向右循环显示两行字符串。
　　实例2：简易数字电压表的设计
　　以51系列单片机最小系统为控制核心，利用单片机STC89LE52和A/D转换芯片ADC0809为核心芯片，设计一个数字电压表，能够测量0～5V之间的电压值，并用四位数码管显示。具体要求如下：
　　（1）ADC0809选择通道0作为模拟信号的输入端，将通过可变电位器产生的电压值模拟信号变成数字信号进行输入。
　　（2）将采集到的數字信号输出在数码管上并显示出来。
　　实例3：PC机与单片机的通信设计
　　将ZXDP-1实验板通过串行口与PC机相连，利用串口调试助手完成PC机与单片机之间的串行通信。要求如下：
　　（1）由PC机控制单片机通信端口，将PC上利用串口调试助手送出的数以十六进制形式显示在数码管上;
　　（2）PC机向单片机发送一个字符，单片机收到字符后返回给PC机一句字符串，并在串口调试助手接收区显示该字符串。
　　（3）PC机向单片机发送数字并以十六进制形式在第1位数码管上显示;然后按下ZXDP-1实验板上的第一个按键KEY1，串口调试助手接收区上会显示一行字符串。
　　实例4：LED数码管与点阵显示设计实现
　　（1）数码管静态显示的设计。
　　（2）数码管动态显示的设计。
　　（3）LED数码管显示的简易秒表设计。
　　（4）点阵式LED电子广告牌设计。
　　从学校举行的物联网设计大赛入手，分析大赛的规则、要求，按照要求设计作品。
　　把不同层次的参赛内容形成课程，讲授基础知识、基础操作、创新方法，解答学生在设计中遇到的问题主要看学生是否参与、参与的级别，以作品涵盖的知识面进行考核，以获奖情况进行。
　　3 结束语
　　以学科竞赛为导向的物联网基础应用实训教学改革，有效地激发了学生的学习兴趣，通过实施，学生的课业水平有不同程度的提高。在教革的过程中还有效地锻炼教师，让教师的专业技能水平和教学水平都得到了提高，真正做到“以赛促教、以赛促学”。
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