趣味电子制作在嵌入式电路基础课程中的应用

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  摘 要:嵌入式专业是目前各大高校的热门专业。嵌入式专业开设的层次各异,研究生、本科生及大专高职院校都有开设这门课程的。针对于不同的层次学生的人才培养目标,各大院校嵌入式专业所开设的课程也不尽相同,但都开始了电子基础类课程。本文结合高职院校嵌入式专业人才的培养方向和目标,以高职层次学生应掌握的电子基础知识为出发点讨论如何将趣味性电子制作项目或案例引入到高职嵌入式电子课程的教学中;怎样将晦涩枯燥的知识点融入案例或项目中已达到学生牢固掌握并活学活用的效果;怎样在第二课堂中进行辅助教学;以及列举几个学生构想开发的产品,能够将课堂中的成果转化为市场中的商品销售,从而增加实验经费、提高学习热情。
  关键词:趣味性;电子制作;嵌入式
  中图分类号:TN0-4;G712
  何谓嵌入式,简单来说就是软件加值硬件。在各种教科书和百科中有很多关于嵌入式的具体定义,但最终的落脚点都是软硬件的关系。因为嵌入式的这种特殊特性,所以嵌入式专业的人才培养中,关于学生硬件知识具体来说就是关于电路的识别、分析、设计能力的培养变得尤为重要。现在嵌入式专业开设高校的多层次,研究生的专业或方向中能看到它的名字,科研型本科或应用型本科能看到它的身影,高职院校也有很多开设了嵌入式专业。作为高职院校嵌入式系统工程专业的一名近年来都战斗在嵌入式硬件基础教学以现在教师,根据自身的教学经验和学生的反馈在本文中主要讨论趣味性电子制作实践项目或案例在嵌入式电路基础课程中的应用。
  1 一场面试引发的思考
  嵌入式专业是一门新型学科,各高校开设这个专业的时间都在五年左右,一些名校开设这个专业或方向的时间可能会更久一点。笔者所在的是高等职业院校,嵌入式专业在今年迎来第二届毕业生。作为专业教师在不久前陪同学生一起参加了一次集体面试,这次面试也是我写这篇文章想和同行们一起分享心得,讨论基础课程教学方法的原因。参加面试的学生是专业课老师根据近两年来学生在课堂上的表现以及专业课成绩精心挑选的优质学生,面试的主考官也在面试当天营造了轻松的面试氛围。面试主考官和参与面试的工作人员主要倾向于对学生的综合素质、性格和与专业相关的基础知識的考察。引发思考的正式基础知识考察这一关。因为是集体面试所以当时包括我在内的几名专业课老师在一边旁听,当面试人员问道我们认为成绩不错的某些同学一些类似于二级管导通原理,三极管放大条件等非常基础的问题时学生竟然憋红了脸没有答上来,这让我这个主要讲授电路基础课程的老师陷入反思。去除电路基础课程开始在大一下学期,同学们面试时会很紧张这些因素,这么基础的问题学生答不上来还是说明在基础课程教授时我没有做到这些应该牢牢掌握的基础知识学生没有做到真正掌握,只是应付了考试,而所有教育学家和同行们都证明,要让一个人牢牢掌握住某些东西或在某学科、专业的学习过程中做到不用督促不断学习,唯一方法就是兴趣的培养。兴趣是最好的老师,枯燥的公式和定理自然无益于兴趣的培养。
  2 高职院校嵌入式专业学生应该掌握哪些电路知识
  嵌入式系统工程专业的人才培养是培养具备嵌入式系统的开发与设计能力、嵌入式系统测试与维护能力的嵌入式系统开发、产品测试、技术支持等方面的高素质技能型专门人才。对于高职类院校的嵌入式专业学生就行应该掌握哪些电路知识和技能每个学校的要求不尽相同,根据近几年教学经验和用人单位对于本专业学生的要求笔者认为高职嵌入式学生应该掌握的技能主要有以下几个方面:掌握基本的电路分析方法;掌握模拟电子常用元件的特性、参数识别、使用环境和经典电路;掌握常用芯片的型号、功能、引脚排列方式、应用场合、经典电路以及生产厂家;能够组装数模混合电路;能够对电路进行简单的故障排查;了解综合布线的规则和注意事项;熟练应用焊接技术;掌握一种电路原理图和PCB图绘制工具软件。以上所列出的这些没有涉及到一般电子专业中都会有的单片机课程,只是纯粹的电路基础知识,没有编程知识,所涉及的电路也不能编程控制。
  3 如何将知识点穿插到趣味电子制作项目或案例中
  根据技能要求确定教学要点是很多高校都在使用的教学内容设计方法。但教学内容的确立除了参照行业和企业所需技能外还应当充分了解学生。高职的学生在高考升入大学的时候一般数学和物理的成绩都不好,理科基础相对比较薄弱,所以大多数人对纯理科理论课和授课过程中的定理计算、公式推导有些畏难和抵触心理。学生的另一个特点就是上课集中注意力保持清醒的时间短,大概在15-20分钟之间,过了这段时间就有很多同学不和老师保持同步。虽然同学们有这样那样的小毛病,但大多数人渴望能在课程中学到实用的,对他们有帮助的知识。当完成老师给布置的任务时喜悦和成就感溢于言表。针对于以上的分析,高职嵌入式电路基础课程在确定教学内容的时候一定秉承增加课程实用性与趣味性的原则,争取做到每节理论内容的知识点都能穿插到电子制作案例和项目中。下面列出在电路基础课程中重要的知识点穿插到了哪些案例中,理论中的一些定理是如何在实践中的到验证的。
  对于模拟电路中一些基本元器件的认识和使用可以通过小案例完成。如二极管和三极管以及电容电阻等可以根据各元件特性搭建基本放大电路;搭建基于振荡电路的变调电子门铃;搭建光控LED灯电路;搭建基于多级放大电路的触摸延时LED灯电路;搭建基于多级放大电路的3只LED循环灯电路;搭建和焊接声控LED闪烁灯电路等。对于数字电路中一些常用芯片的掌握可以通过搭建基于非门的LED闪烁电路;搭建基于非门的逻辑状态检测电路;搭建基于非门的交替闪烁信号灯电路;搭建数码管显示电路;搭建基于D触发器的模拟按钮自锁开关电路;搭建基于计数器的三闪信号灯电路等去学习和联系。除了这些小的案例外还在课程后期开展一些综合类的项目如制作呼吸灯,制作光控灯,制作趣味摇摇棒等。
  4 第二课堂应如何开展,怎样引导学生利用课余时间
  无论教师怎样高效的利用时刻时间,课堂时间和课时数毕竟是有限的。这样有限的学时想让学生很好的掌握必须技能有困难,所以在我所在的专业大力推行了第二课堂。第二课堂推行的范围并不是全体学生,而是班级里学习主动性和接受能力在前30%的学生,这些学生在学校提供的开放实验室里学习与实验。第二课堂的主要内容包括对于课堂上所讲知识的扩展和提升,也包括带领学生参假的各种比赛的比赛项目。第二课堂比正常课上时间更加突出学生的主体作用,教师的作用是布置尽可能细致的任务和指导答疑。目前本专业学生在第二课堂中完成的电子制作有:水箱水位自动控制器、感应式电子迎宾器、手机万能充电器、光控自动节能LED灯、红外线感应开关等。学生第二课堂之外就是课余时间,这些时间引导学生学习的方法就是让同学们参与大学生介入计划和考取专业相关认证,截至目前来看引导效果对于有主动学习欲望的同学来说较好。
  5 如何将成果市场化以增加学生的动力
  为了更好的激发学生的学习兴趣,将课上和第二课堂中的作品转化为产品也是不错的方法。在上一届毕业生中有一组同学实现了自己购买原器件自己焊接简易移动电源,虽然只是在寝室楼内部进行销售,但这给同学们带来的动力确实不同凡响的,也为其他同学带去了灵感。现在第二课堂中学生们正在制作七彩光控小夜灯,希望能够在电路完成后批量生产。虽然只是简单的电路,市面上也可能有类似的产品存在,但我们都不能否定,趣味性带给教学的诸多影响,我们也一直致力于枯燥课程趣味性的开发。
  参考文献:
  [1]刘祖明.50个趣味电子小制作[M].北京:化学工业出版社,2013.
  [2]王晓鹏.面包板电子制作[M].北京:化学工业出版社,2013.
  作者简介:王爽(1984.05.19-),吉林长春人,工学硕士,助教,研究方向:嵌入式系统工程专业。
  作者单位:长春职业技术学院,长春 130033
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