卿啟新　黃孝平

摘 要：本文把項目式教學方法應(yīng)用到傳感器實踐教學中。以單片機作操作平臺，與傳感器結(jié)合實踐教學，分項目模塊化電路操作。在該方法的指導下，學生分組獨立親自全程處理一個項目，把項目與實際應(yīng)用相聯(lián)系，從中發(fā)現(xiàn)問題，學習如何應(yīng)用技術(shù)來解決問題，如何處理新的想法和概念，鍛煉學生的思維創(chuàng)新能力。該方法在教學上的應(yīng)用獲得的效果比較好，真正使學生學有所成，學有所用。

關(guān)鍵詞：傳感器 單片機 項目式教學 模塊化

中圖分類號：G712 文獻標識碼：A

1.引言

傳感器技術(shù)課程是一門應(yīng)用性比較強的課程，綜合了電路，模擬電子，數(shù)字電子、電子工藝焊接、PCB制作、電路設(shè)計等知識，使用范圍廣，涉及的領(lǐng)域?qū)?，是大專院校涉電類教學的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程。當今日新月異的電子技術(shù)發(fā)展，給傳感器教學提出了更新更高的要求。根據(jù)常規(guī)的傳感器教學條件，一般可分為以下幾類：一是純粹的理論教學——“教師講，學生聽”的“填鴨式”[6]教育模式，這在一般的高校里普遍存在，這樣的理論教學讓學生只能憑空想象，很多迷惑，到底應(yīng)該怎么應(yīng)用，有沒有實物應(yīng)用。二是傳統(tǒng)的教學方法——理論加實驗教學，這樣的教學模式較經(jīng)典，分析一下常用的電路圖，通過幾個實驗演示，雖然學生既學習了理論，也動手做了實驗，但就這么簡單的插線接線，屬于機械性的操作教學，而且是脫離實際應(yīng)用的，起不到實際的效果。這造成學生自學能力較弱，創(chuàng)造能力低，影響了學生的學習興趣，嚴重束縛了學生智力的發(fā)展和能力的提高，

針對傳感器技術(shù)的教學，應(yīng)該與社會聯(lián)系，與本學校的教學應(yīng)用相結(jié)合。盡管如此，造成這樣的現(xiàn)象或問題有多方面的原因。集成電路的飛速發(fā)展，電子產(chǎn)品更新周期快，相應(yīng)教材也時刻在更新替換，教學上傳感器實驗設(shè)備更新慢，這就造成實驗設(shè)備落后，跟不上社會的發(fā)展，而且維修困難，以致部分高職院校只把它當一門理論課程開設(shè)。然而，社會希望培養(yǎng)的人才與社會實際接軌，對人才層次提出“更新更高更強”的復(fù)合型人才需求。針對這樣的教學模式培養(yǎng)的人才是無法滿足社會的需要。

為適應(yīng)社會的需求，改變當前以及針對當前傳感器教學的困難所在，本文提出把項目式教學的方法應(yīng)用到傳感器實踐教學當中。該方法在應(yīng)用中突出“以實踐項目為主線、教師為輔、學生為主”[1]，改變了以往“教師講，學生聽”被動的教學模式，強調(diào)學生的自主學習，主動參與。該方法基于單片機操作平臺，分項目分步驟模塊化操作。把單片機與傳感器教學結(jié)合，這是本學院傳感器課程實踐教學的特色。在教師的指導下分組獨立親自全程處理一個項目，幫助學生學會解決在處理項目中遇到的困難，使他們提高對學習的興趣，調(diào)動他們的學習積極性，培養(yǎng)學生的思想道德品質(zhì)和能力素質(zhì)。在制作過程中不斷吸納的新知識，又激發(fā)了他們的自學和創(chuàng)新能力，并使他們感覺到獲得一種成就——學有所成，學有所用的學習效果。

2.傳感器項目式教學方法應(yīng)用

傳感器項目式教學方法注重理論與實踐相結(jié)合。要完成一個項目，必然涉及如何做的問題。這就要求學生從原理入手，結(jié)合原理分析項目并制定詳細方案。在整過教學的進程中，制定一個教學計劃：把傳感器課程分為十個典型的項目來實踐教學，這些項目是與生活實際應(yīng)用相聯(lián)系的，如紅外線探測在自動門上的應(yīng)用，在銀行取款等場所門上裝有應(yīng)用，并進行具體的模型演示；二氧化碳濃度檢測傳感器，在大棚溫室種植等農(nóng)業(yè)、一些工業(yè)化生產(chǎn)中應(yīng)用，還可拓展到其他環(huán)境氣體檢測，家庭煤氣檢測報警等設(shè)計應(yīng)用；溫度檢測傳感器，這比以往的溫度傳感器檢測有所不同，根據(jù)檢測的溫度，可以自動的進行調(diào)節(jié)，跟蹤，信息連續(xù)的輸入到電腦上進行顯示；光電傳感器在家居生活中的普遍應(yīng)用，如照明燈的自動開關(guān)控制，聲控燈等設(shè)計；超聲波傳感器探測，電子稱重計的設(shè)計。這樣，每個項目都是獨立出來的，根據(jù)基本原理來實施。整個項目從建立到實施完成，學生的收獲比較豐富，積累了經(jīng)驗，各知識間跨越性使用以及相互融合。在這種教學模式下，學生可以重復(fù)的進行操作，而且能起到舉一反三的教學效果。因為是以單片機為操作平臺，這個平臺是固定不變的，所以硬件電路的基本組成學生能很快熟悉，電路的設(shè)計模式學生經(jīng)過兩三次后，都能夠熟練進行處理并設(shè)計。項目實施步驟包括：硬件電路設(shè)計和程序設(shè)計兩部分。

2.1電路模塊化

傳感器項目的電路設(shè)計模塊化，即插即用，通過單片機微處理器作為控制平臺來實現(xiàn)。

（1）單片機控制操作平臺

單片機作為一個控制平臺，實現(xiàn)的功能為把傳感器探測信號經(jīng)信號處理后，通過A/D轉(zhuǎn)換，輸入到單片機內(nèi)，經(jīng)過單片機內(nèi)部下載的程序運行處理，轉(zhuǎn)換結(jié)果通過LED或LCD顯示屏輸出，并輸出控制信號進行過程控制處理如報警，啟動下一步調(diào)節(jié)等操作。因此，單片機控制操作平臺基本的組成應(yīng)有電源電路、單片機芯片、A/D與D/A轉(zhuǎn)換電路、LCD顯示、通信端口和信號控制輸出口等連接。最小單片機系統(tǒng)如圖1所示。

[TP5月-3.TIF，BP#][TS（][JZ]圖1 最小單片機系統(tǒng)[TS）]單片機作操作平臺存在的優(yōu)勢及特點：1.通用性比較廣，高職院校都有開設(shè)這門課，學生具有一定的基礎(chǔ)，使用較容易；2.重復(fù)性使用，開設(shè)單片機課程一般都具有實驗開發(fā)板，可節(jié)約實驗耗材，降低固有成本，且維護方便；3.增強學生對單片機和編程語言的進一步掌握和鞏固，學以致用，獨立開發(fā)或制作自己感興趣的小作品；4.各科知識交叉融會貫通，鍛煉學生的動手能力，如制作電路板，電路設(shè)計能力等，加強各方面的學習。

2.2傳感器電路模塊化

傳感器是把非電信號轉(zhuǎn)換為電信號的關(guān)鍵器件。傳感器模塊包含以下三部分：1.傳感器探測器件；2.信號處理放大電路；3.補償電路。電路設(shè)計制作步驟分為：繪制電路原理圖、測量元器件封裝尺寸、制作PCB板、焊接元器件、電路測試；這一環(huán)節(jié)需要學生提供設(shè)計方案，設(shè)計理論，設(shè)計預(yù)期實現(xiàn)目的，以及搜集整理信息和資料，同時要做一個預(yù)測，就是在設(shè)計制作過程中會出現(xiàn)的問題，如何采取應(yīng)對的方式。這是關(guān)鍵，因為設(shè)計電路制作出來，要能達到預(yù)期效果，否則就不成功。

2.3程序設(shè)計

用程序來代替硬件電路信息轉(zhuǎn)換部分，數(shù)據(jù)的采集存儲等，既節(jié)省硬件資源，節(jié)約成本。在單片機內(nèi)裝載有完成相應(yīng)功能的程序，可重復(fù)性操作。從A/D轉(zhuǎn)換輸入數(shù)字信號與單片機程序進行對比轉(zhuǎn)換得到所需要的結(jié)果并輸出顯示。以二氧化碳濃度檢測為例，主程序中，首先是對所要應(yīng)用到的各部分寄存器，以及引腳的一些功能進行初始化設(shè)定。接著就是一個關(guān)于顯示、等待按鍵、調(diào)節(jié)輸出的大循環(huán)。系統(tǒng)主程序的程序流程圖如圖3所示。其他子程序，如數(shù)據(jù)的采集、處理與存儲程序的設(shè)計，使模擬的二氧化碳濃度信號進行A/D轉(zhuǎn)化，在等待轉(zhuǎn)化完畢后，調(diào)用儲存程序。儲存子程序主要是把之前所存儲的濃度值存入后一位寄存器中，以便按鍵調(diào)用顯示。最后，把讀取的數(shù)字信號經(jīng)行處理，轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的十進制二氧化碳濃度值，存入對應(yīng)寄存器中。具體流程如圖4所示。

[TP5月-5.TIF；X+2mm，BP][JZ]圖3 系統(tǒng)主程序流程框圖

[LL][TP5月-6.TIF；X+2mm，BP][JZ]圖4 數(shù)據(jù)的采集、處理與儲存程序框圖

3.教學反饋

在實踐教學中，總體來說，效果是良好的，學生積極學習，主動詢問和查找資料。同時，使教師和學生間發(fā)生角色換位，這對教師是一個激勵作用，激發(fā)教師的創(chuàng)造欲望。在實施這一教學方法中，教師應(yīng)該注意的一些事項：1.準備工作，教師在進行實踐前，必須要做好充分的工作準備，選取合適的項目，制作考核評價表等；2.管理制度，教師必須管理好實踐教學中的教學秩序，不能讓教學形成一個混亂的場面，建議采用雙師教學，進行有效管理；3.安全制度，教師必須嚴格執(zhí)行實驗室的規(guī)章制度，在實踐前，必須對學生進行安全培訓和了解實驗注意事項，尤其在制作電路板的過程中，必須確保學生實踐過程中的安全；4.注意合理的評價方式，讓學生體會到成功效應(yīng)，目的是讓學生更好的加強學習，強化能力，激發(fā)學生的主體能動作用。

因此，在此教學方法實行過程中，教師承擔的工作責任會增大，但學生的學習興趣，學習態(tài)度跟以前上課大有改觀。教學的一個目的是學生能學到知識，學有所用，項目式教學直觀的展示，帶動學生，吸引學生去做，并獲得成功，這讓學生有一種喜悅感，參與的存在感和成就感。

4.總結(jié)

基于單片機的項目式教學法使學生在學習傳感器技術(shù)應(yīng)用上有很大的幫助，獲得教學效果好。在教師有目的地引導下，通過兩到三個項目的操作，學生掌握其步驟，熟練其工作流程，有利于培養(yǎng)學生自學能力、創(chuàng)造能力，激發(fā)學生對四種能力（接受能力，理解能力，應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力）的展示和應(yīng)用到實際中，培養(yǎng)了學生合作、解決問題等綜合能力。項目教學來源于實踐，又發(fā)展于實踐，只要敢于創(chuàng)新、善于用心，充分發(fā)揮教師的輔導作用和學生的主體性，不斷推進項目教學方法，提升學生的學習興趣和應(yīng)用能力，必然能夠?qū)崿F(xiàn)培養(yǎng)更多、更好的技能型應(yīng)用人才的目標[7]。

參考文獻：

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