張 皓 / 遼寧石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院

全開(kāi)放資源式電子實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的構(gòu)建與應(yīng)用研究

張 皓 / 遼寧石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院

在電子類(lèi)課程體系中，以“電子技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)”等電子專業(yè)課程為代表，學(xué)生普遍反映這些電子類(lèi)課程入門(mén)門(mén)檻較高，元器件種類(lèi)繁多復(fù)雜，尤其是對(duì)于初學(xué)者來(lái)說(shuō)無(wú)從下手，較難掌握這類(lèi)課程的相關(guān)電路原理。為此本文構(gòu)建出一套全開(kāi)放資源式電子實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺(tái)開(kāi)展實(shí)訓(xùn)教學(xué)，使學(xué)生敢于邁出學(xué)習(xí)電子的第一步，步入電子設(shè)計(jì)的大門(mén)，激發(fā)出學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力。實(shí)踐應(yīng)用表明該平臺(tái)的實(shí)施取得了較好的教學(xué)效果。

全開(kāi)放；電子課程；實(shí)訓(xùn)平臺(tái)；教學(xué)

在電子類(lèi)課程體系中，以“電子技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)”等電子專業(yè)課程為代表貫穿與于電子類(lèi)課程，這些課程在具體教學(xué)、技術(shù)開(kāi)發(fā)及應(yīng)用中有眾多的相似之處，幾乎所有電子課程實(shí)訓(xùn)都要經(jīng)過(guò)方案制定、原理圖設(shè)計(jì)、電路搭建、調(diào)試、分析、測(cè)試，甚至編程。因此有必要對(duì)此類(lèi)課程群構(gòu)建出一套統(tǒng)一的實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺(tái)。

一、電子課程群實(shí)訓(xùn)平臺(tái)概述

通過(guò)在該平臺(tái)的實(shí)訓(xùn)教學(xué)可以提高教學(xué)效率，加強(qiáng)教學(xué)交流，讓學(xué)生從橫向上掌握每門(mén)課程的理論基礎(chǔ)及快速開(kāi)發(fā)電路設(shè)計(jì)，從縱向上讓學(xué)生在這些課程學(xué)習(xí)的過(guò)程中理解它們之間的關(guān)聯(lián)與區(qū)別，提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，并借助工程的實(shí)踐項(xiàng)目培養(yǎng)學(xué)生從工程性角度，以工程性思維，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，培養(yǎng)學(xué)生科技創(chuàng)新實(shí)踐意識(shí)，幫助學(xué)生在畢業(yè)前初步具備應(yīng)用電子設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行設(shè)備維護(hù)、電路改進(jìn)及相關(guān)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)應(yīng)用創(chuàng)新的能力。

二、全開(kāi)放資源式電子實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的特點(diǎn)與使用

目前高職電子院校實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺(tái)大致：萬(wàn)用板、實(shí)驗(yàn)箱、開(kāi)發(fā)板、實(shí)驗(yàn)柜、仿真軟件。雖然這些實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺(tái)各有特色，若能夠合理利用可以達(dá)到不錯(cuò)的學(xué)習(xí)效果，但是這些實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的弊端在教師實(shí)施教學(xué)的過(guò)程中也日益明顯。作為90后的大學(xué)生，針對(duì)他們共同的聲色犬馬的特點(diǎn)，我們非常有必要去研究一種既能夠提升學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生從此喜歡上電子設(shè)計(jì)，又能讓學(xué)生快速入門(mén)掌握電子電路設(shè)計(jì)、分析、調(diào)試等企業(yè)所需要的電子技能的一種實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺(tái)。這恰恰符合學(xué)校教學(xué)的根本目標(biāo):培養(yǎng)學(xué)生的優(yōu)秀學(xué)習(xí)習(xí)慣，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和熱情，帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)入知識(shí)的大門(mén)，為學(xué)生未來(lái)的進(jìn)一步學(xué)習(xí)提供基礎(chǔ)保障。

(一)、全開(kāi)放資源電子實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)

全開(kāi)放資源電子實(shí)訓(xùn)平臺(tái)包括硬件平臺(tái)和軟件平臺(tái)，硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)與集成了適合各類(lèi)電子課程的實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，其結(jié)構(gòu)包括底座、電池盒接線端子、電源模塊、單片機(jī)模塊、電子元件與傳感器模塊插接平臺(tái)，軟件平臺(tái)設(shè)計(jì)了單片機(jī)課程相關(guān)程序模塊，其硬件平臺(tái)如圖所示:

圖1 全開(kāi)放資源式實(shí)訓(xùn)平臺(tái)結(jié)構(gòu)

其中平臺(tái)上電源模塊輸入電壓為9V-12V直流電源，輸出為5V與12V，自帶電源開(kāi)關(guān)，采用AMS1117轉(zhuǎn)5V穩(wěn)壓芯片輸出5V電源為單片機(jī)模塊供電，集成USB接口方便與電腦連接，可直接為外圍電路提供5V電源。模塊將5V與12V電源通過(guò)排針引出，并帶有反接保護(hù)二極管和短路保護(hù)自恢復(fù)保險(xiǎn)。其原理圖如圖所示:

圖2 電源模塊電路

單片機(jī)模塊采用教學(xué)常用單片機(jī)芯片STC12C5A60S2，為了節(jié)省空間，控制器采用貼片式設(shè)計(jì)體積更小，集成了單片機(jī)最小系統(tǒng)與CH430USB轉(zhuǎn)串口驅(qū)動(dòng)下載芯片，學(xué)生無(wú)需連接專用USB仿真下載器，直接將USB電源線插入筆記本即可完成程序下載。其驅(qū)動(dòng)部分原理圖如圖3所示:

圖3 程序下載驅(qū)動(dòng)模塊電路

(二) 實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的特點(diǎn)

該實(shí)訓(xùn)平臺(tái)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，美觀大方，成本低廉，維護(hù)方便，電子元器件全程無(wú)需焊接，全部使用插接式元件，可重復(fù)使用性強(qiáng)，導(dǎo)線全部為雙頭插針式彩虹線，電路連接安全方便，修改電路高效靈活，示波器調(diào)試簡(jiǎn)單可靠，非常適合高職院校學(xué)生初學(xué)者學(xué)習(xí)電路設(shè)計(jì)制作、實(shí)驗(yàn)使用。對(duì)于大型電路實(shí)驗(yàn)時(shí)，只需將多個(gè)平臺(tái)拼接即可實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的擴(kuò)展。平臺(tái)幾乎可以完成電子技術(shù)、模擬電子、數(shù)字電子、單片機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)等相關(guān)電子類(lèi)課程的理論教學(xué)、隨堂實(shí)驗(yàn)、綜合實(shí)訓(xùn)與平時(shí)考核等教學(xué)內(nèi)容，具有極強(qiáng)的通用性。平臺(tái)體積小巧，學(xué)生也可在背包里隨身攜帶將實(shí)驗(yàn)平臺(tái)帶出課堂隨時(shí)隨地學(xué)習(xí)使用，實(shí)現(xiàn)口袋式實(shí)驗(yàn)，碎片化學(xué)習(xí)，進(jìn)一步擴(kuò)大了學(xué)生的學(xué)習(xí)空間。

(三) 實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的使用

全資源開(kāi)放實(shí)訓(xùn)平臺(tái)全程無(wú)需焊接，在進(jìn)行相關(guān)電子類(lèi)課程實(shí)驗(yàn)時(shí)，通過(guò)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)本身的5連孔連通電氣連接特點(diǎn)，按照實(shí)驗(yàn)電路原理圖，準(zhǔn)備好實(shí)驗(yàn)所需電子元器件，然后盡量按照原理圖元件的布局，自行將電阻、電容、電感、LED、各類(lèi)芯片或傳感器模塊插入平臺(tái)上的標(biāo)準(zhǔn)2.54mm間距插孔，再利用雙頭插針式彩紅線或者硬質(zhì)面包線連接好相關(guān)電子元器件，在學(xué)生連線的過(guò)程中即可完成相關(guān)電子元器件的使用和整個(gè)電路結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)。其中單片機(jī)課程實(shí)驗(yàn)時(shí)，由于平臺(tái)已集成了單片機(jī)模塊和CH430驅(qū)動(dòng)模塊，而且4組IO口所有引腳已通過(guò)4種不同顏色的硬質(zhì)面包線引出并固定于開(kāi)發(fā)平臺(tái)上以方便學(xué)生快速區(qū)分引腳，因此學(xué)生無(wú)需焊接單片機(jī)最小系統(tǒng)和連接USB程序下載器，實(shí)驗(yàn)時(shí)只要將需要連接的引腳或外圍電路按照硬質(zhì)面包線顏色利用軟質(zhì)雙頭插針彩虹線或硬質(zhì)面包線飛線接入元器件，再以軟件平臺(tái)的程序模塊為基礎(chǔ)修改相關(guān)參數(shù)后，將一條USB數(shù)據(jù)線接入電腦即可完成整個(gè)電路的接線與程序的下載，簡(jiǎn)單而實(shí)用。經(jīng)筆者實(shí)驗(yàn)即使是較為龐大復(fù)雜的電路，如果認(rèn)真熟練的話1個(gè)小時(shí)足可以完成整個(gè)電路的實(shí)驗(yàn)。

三、全開(kāi)放資源實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺(tái)的應(yīng)用

全開(kāi)放資源實(shí)訓(xùn)平臺(tái)課程覆蓋性強(qiáng)，幾乎可以涵蓋高職院校所有電子類(lèi)課程，在教學(xué)中有著廣泛的應(yīng)用，是學(xué)生學(xué)習(xí)電子課程入門(mén)的有效輔助工具。

(一) 理論教學(xué)的應(yīng)用

借助全開(kāi)放資源實(shí)訓(xùn)平臺(tái)小巧可隨身攜帶特點(diǎn)，在進(jìn)行電子類(lèi)理論課程教學(xué)時(shí)，可將實(shí)訓(xùn)平臺(tái)帶入課堂，教師在理論知識(shí)傳授過(guò)程中可隨時(shí)搭建實(shí)驗(yàn)電路，邊講邊做，邊做邊教，實(shí)現(xiàn)“學(xué)中做，做中學(xué)”理實(shí)一體化教學(xué)，及時(shí)將抽象問(wèn)題具體化、將枯燥的理論趣味化，使學(xué)生學(xué)以致用實(shí)時(shí)將理性知識(shí)上升為感性認(rèn)識(shí)，加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解與鞏固。筆者曾將該平臺(tái)應(yīng)用于機(jī)械、自動(dòng)化等班級(jí)電工電子課程的理論教學(xué)中，實(shí)踐發(fā)現(xiàn)大部分學(xué)生表示對(duì)這種實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的相關(guān)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生了濃厚的興趣，積極參與課堂教學(xué)，自主思考問(wèn)題，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)力，實(shí)踐證明這種平臺(tái)在理論課教學(xué)中取得了較好的教學(xué)效果。

(二) 實(shí)踐教學(xué)的應(yīng)用

以往的電子類(lèi)課程實(shí)訓(xùn)教學(xué)多以焊接電路板、實(shí)驗(yàn)箱開(kāi)發(fā)板、仿真軟件這三種實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺(tái)為主，這些平臺(tái)固然有著各自的優(yōu)點(diǎn)，但其缺陷也比較明顯，在長(zhǎng)期的實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中筆者發(fā)現(xiàn)學(xué)生在焊接電路板過(guò)程中，普遍有較大的心理負(fù)擔(dān)，生怕電烙鐵加熱時(shí)間長(zhǎng)過(guò)熱導(dǎo)致電阻式絲短路，有較大的安全隱患；實(shí)驗(yàn)箱開(kāi)發(fā)板硬件固化嚴(yán)重、接線過(guò)于簡(jiǎn)單，幾乎沒(méi)有過(guò)多的接線就可以輕松完成實(shí)驗(yàn)，學(xué)生普遍感覺(jué)“吃不飽”，大多只能驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象導(dǎo)致學(xué)生無(wú)法真正的對(duì)底層驅(qū)動(dòng)電路加以分析理解；仿真軟件盡管接線便捷元件齊全，但仿真程度過(guò)強(qiáng)，與實(shí)際應(yīng)用脫節(jié)嚴(yán)重，不能完全代替實(shí)物。對(duì)此，全開(kāi)放資源式電子實(shí)訓(xùn)平臺(tái)在實(shí)踐教學(xué)應(yīng)用中很好的解決了以上電子實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的問(wèn)題。學(xué)生不必?fù)?dān)心電烙鐵燒毀短路、維修、元件拆卸麻煩、燙手等問(wèn)題，學(xué)生可利用彩虹線按照原理圖或自己的思路自由搭接電路，為學(xué)生提供了全開(kāi)放資源式實(shí)驗(yàn)環(huán)境，開(kāi)拓了學(xué)生的思維空間，提升了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。學(xué)生通過(guò)自己或團(tuán)隊(duì)的努力成功的完成了實(shí)驗(yàn)元件的選擇、檢測(cè)、原理圖的識(shí)圖、實(shí)驗(yàn)電路的搭建、調(diào)試、運(yùn)行等一系列工作，極大的增強(qiáng)了學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)的自信心，這種心理上的慰藉對(duì)于初學(xué)者來(lái)說(shuō)是非常重要的。不僅如此這種平臺(tái)對(duì)學(xué)生良好的電子實(shí)訓(xùn)習(xí)慣的養(yǎng)成也具有一定的促進(jìn)作用，盡管平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)無(wú)焊接實(shí)驗(yàn)，但其缺陷是元件接觸不良，劇烈振動(dòng)容易造成元件松動(dòng)斷路，因此最終的電路元件要落實(shí)焊接在PCB板上，以固定元器件。實(shí)驗(yàn)電路首先通過(guò)在該平臺(tái)的驗(yàn)證、實(shí)驗(yàn)得到正確的現(xiàn)象后，學(xué)生即可進(jìn)一步放心大膽的完成PCB板的制作和焊接了，使學(xué)生逐步養(yǎng)成先在平臺(tái)上實(shí)驗(yàn)-PCB板制作-焊接元件-調(diào)試-運(yùn)行這種優(yōu)良的電子實(shí)訓(xùn)習(xí)慣，不僅培養(yǎng)了學(xué)生認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)，同時(shí)有助于培養(yǎng)學(xué)生的工程思維結(jié)構(gòu)和能力。

四、結(jié)束語(yǔ)

全開(kāi)發(fā)資源實(shí)訓(xùn)平臺(tái)融合了當(dāng)前各類(lèi)電子開(kāi)發(fā)平臺(tái)的優(yōu)點(diǎn)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，具有體積小、無(wú)需焊接、全部使用軟質(zhì)或硬質(zhì)插針式彩虹線自由連接電路，學(xué)生可快速開(kāi)發(fā)電路周期短。通過(guò)精心設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)學(xué)生感興趣的實(shí)訓(xùn)內(nèi)容，使學(xué)生每完成一個(gè)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目都能獲得一定的成就感，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的自信心。學(xué)生在連接電路的同時(shí)了解硬件電路的底層設(shè)計(jì)，加深學(xué)生對(duì)電路的原理理解和編寫(xiě)驅(qū)動(dòng)程序的能力。進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，讓更多的學(xué)生喜歡電子，勇于創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)社會(huì)、企業(yè)對(duì)電子行業(yè)創(chuàng)新人才的需求。并為學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)、電子設(shè)計(jì)大賽提供實(shí)用創(chuàng)新性設(shè)計(jì)平臺(tái)以及實(shí)訓(xùn)環(huán)境。

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