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职高教学

基于单片机的智能加湿器教学设计

时间:2020/2/14 16:12:41   作者:admin   来源:www.jiaoyulw.com   阅读:351   评论:0
内容摘要:智能加湿器系统是单片机可实现的典型应用项目。在该项目的课堂教学之前,通过超星云平台中的信息化教学资源,引导学生进行课前知识准备。通过理论知识、实物操作的过程,深化认知。    关键词:单片机;加湿器;教学设计。
  摘要:智能加湿器系统是单片机可实现的典型应用项目。在该项目的课堂教学之前,通过超星云平台中的信息化教学资源,引导学生进行课前知识准备。通过理论知识、实物操作的过程,深化认知。
  
  关键词:单片机;加湿器;教学设计。
  
  1.引言
  
  本教学项目的理论知识是单片机原理及应用技术中 A/D 转换与 D/A 转换部分的内容[1-5]。在此之前学生已经学习了单片机硬件结构和基于单片机的程序设计语言以及单片机最小系统的构成等基础,这些为本项目的学习起着铺垫作用。
  
  智能加湿器是通过传感器采样空气环境中的温度和湿度信息,经过 A/D 模块将采样后的模拟信号转换为数字信号,交由单片机显示,并根据设定条件发出指令,从而控制加湿器在无人干预情况下做出是否工作的响应。
  
  2.背景分析
  
  本次教学对象是电气自动化技术专业大三学生,在此教学项目之前已经学习了基于 8051 的单片机的原理及应用课程的理论知识,对单片机的硬件组成、软件系统有相应的基础。已经进行了Proteus 和 Keil C51 等开发工具使用的培训, 会使用电烙铁、示波器、万用表,以及 3D PCB 板和打印机等工具完成相关的电路开发与调试。
  
  这些学生大都喜欢合作学习和体验式学习, 动手能力较好,学习兴趣及主动性尚可,理论基础一般。
  
  3.教学目标的制定
  
  本项目的教学核心是通过信息化教学资源和仪器,让学生可以完成书本理论知识到 EDA 仿真软件实现电路功能仿真再到实物产品生成的完整、快速实现过程。因此根据上述学情分析,考虑到学生已有的认知结构心理特征,为了完成理论到仿真再到产品的转换。制定如下教学目标。
  
  (1)知识目标:掌握智能加湿器从电路原理到系统功能仿真再到实际硬件产品的生产和安装调试过程; 熟悉智能加湿器的控制程序编写及调试。
  
  (2)能力目标:培养学生用单片机生成应用产品的能力; 初步培养学生利用开发设计软件、仿真软件和调试生产工具,完成理论知识到实际产品的转化能力。
  
  (3)素质目标:结合所学专业知识培养学生分析和解决实际问题的能力;激发学生学习兴趣,培养学生团队协作意识和创新意识。
  
  4.教学方法
  
  在教学方法上,主要围绕完成智能加湿器的功能仿真和软硬件开发这一任务为中心,并结合讲授法、演示法和练习法展开教学。
  
  (1)讲授法:在电路原理的讲解和软件程序的解析中,主要采用教师讲授法,向学生描绘情境、解释概念、论证原理和阐明任务。
  
  (2)演示法:在教学软件 Proteus、Keil C51 的使用及 3D PCB 打印机的使用的介绍过程中主要采用演示法,边演示操作边介绍,重点阐述软件及工具使用过程的注意事项。
  
  Proteus 是英国著名的 EDA 工具(仿真软件), 是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB 设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台,可以用于单片机系统软件的教学与实验、创新实验与毕业设计、项目设计与产品开发等。
  
  Keil 是一款单片机的软件开发系统,学生在该系统下可以编写、调试源程序,并生成可下载的目标程序。
  
  3D PCB 打印机,可以快速制作出电路板成品,像打印照片一样将电路走线打印到 PCB 基板上去,制成过程快速,让学生了解一种创新的电路板制作工艺。
  
  (3)练习法:在学生的任务实施过程中,学生用练习法巩固知识,教师引导学生把知识应用于实际, 启发学生从书本知识回到社会实践,充分调动学生的学习积极性,激发来自学生主体的最有力的动力。
  
  5 教学流程
  
  本课题的教学过程按照以下 4 个环节进行。
  
  (1)翻转课堂,课前准备环节(课前完成)。课堂教学之前教师将智能加湿器的准备知识上传到云平台,学生预习教学项目中的理论知识,并进一步熟悉授课过程中会使用到的工具、软件等。唤醒学生养成预习习惯的同时,节省课上教学时间。
  
  (2)课堂教学,示范操作环节(计划 1 学时)。课堂教学分云平台考勤、安全生产教育和理论知识讲解三个部分。借助于超星云平台的手机端完成考勤,不需要增加额外设备,即可高效轻松完成考勤,为教学管理提供有效支撑。学习实训教学中的安全操作规范,指导学生进行正规操作,避免违规操作带来的安全隐患,确保人身安全和设备安全。理论知识讲解过程中,教师首先掌握学生的知识准备情况, 通过课堂互动提问,小组积分的方式激发学生学习的主动性;再将该教学项目中重要的知识点进行解析, 解答学生预习过程中的困惑。讲解过程按照图 1 流程进行。
  基于单片机的智能加湿器教学设计
  图 1 知识点的教学流程
  
  通过教师的示范操作为学生提供观察学习的机会。缩短理论与实践的距离。教师和学生可同时进行言语交流和视觉呈现。主要演示内容为各种教学软件和教学工具的使用:① 示范操作一:Proteus下加湿器系统仿真及 PCB 文件的生成。② 示范操作二:3D PCB 板打印机下的印制板打印过程。③ 示范操作三: Keil 软件下的程序开发和调试过程。④ 示范操作四:程序下载后的软硬件联合开发调试过程。
  
  (3)实操练习,巡回指导环节(计划 6 学时)。学生是教师组织教学的主体,学生通过做中体验,做中感悟,达到做中学的学习目的。所以学生的实际操作练习是教学过程的中心环节,教师划分子任务、组织、指导、帮助学生学习;评定各小组每个分任务的积分,计入积分统计表。学生以小组为单位自主尝试各分任务的操作,独立完成从理论知识到实用产品的转化过程。① 分任务1:Proteus下的电路仿真及绘图布板。② 分任务2:通过 Voltera 3D 打印机打印电路板。③ 分任务3:实训台上电路元器件焊接和硬件调试。④ 分任务4:Keil C51 软件下程序开发和调试。⑤ 分任务5:程序下载, 软硬件联合开发和调试。
  
  (4)故障分析,归纳总结环节(计划 1 学时)。常见故障分析见表 1。学生的产品生产和调试经验不足,所以在该教学项目中遇到了各种故障,且有些无法自己解决,这是教学的一个难点。教师分类总结各组学生操作过程中的常见故障,帮助分析故障产生的原因,并引导学生独立解决故障。最后学生通过填写故障排除表和撰写实习报告,积累理论知识到实用产品转换过程的常见故障的解决办法,为以后的学习和工作打下基础。
  基于单片机的智能加湿器教学设计
  表 1 常见故障分析
  
  6 结语
  
  对课堂的设计,要努力贯彻以教师为主导, 以学生为主体的教学方式,主要围绕完成智能加湿器的功能仿真、软硬件开发这一任务为中心,以能力、方法为主线,以应用理论知识创造实用产品为指导思想,有计划得培养学生的自学能力、观察实践能力和思维能力[6]。可以使学生系统地掌握单片机应用产品开发体系,为后续课程的学习打下基础,也为学生走上应用产品设计、开发、调试、维修等工作岗位奠定根基。
  
  参考文献
  
  [1]王静霞,单片机基础与应用[M].北京:高等教育出版社,2016.
  
  [2]何哲荣,MCS-51系列单片机实用编程88例[M]. 北京:中国电力出版社,2011.
  
  [3]杨欣.案例解读51单片机完全学习与应用[M]. 北京:电子工业出版社,2014.
  
  [4]林爱琴.单片机原理与应用项目化教程[M].辽宁:东北大学出版社,2015.
  
  [5]胡长胜,单片机原理及应用[M].北京:高等教育出版社,2015.
  
  [6]王成安. 建设具有仿真职业氛围的电子产品工艺实训室[J].机械职业教育,2008(01): 38+43.

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