全開放資源式電子實訓平臺的構建與應用研究

張 皓 / 遼寧石化職業技術學院

全開放資源式電子實訓平臺的構建與應用研究

張 皓 / 遼寧石化職業技術學院

在電子類課程體系中，以“電子技術、單片機技術、傳感器技術”等電子專業課程為代表，學生普遍反映這些電子類課程入門門檻較高，元器件種類繁多復雜，尤其是對于初學者來說無從下手，較難掌握這類課程的相關電路原理。為此本文構建出一套全開放資源式電子實訓教學平臺開展實訓教學，使學生敢于邁出學習電子的第一步，步入電子設計的大門，激發出學生的學習動力。實踐應用表明該平臺的實施取得了較好的教學效果。

全開放；電子課程；實訓平臺；教學

在電子類課程體系中，以“電子技術、單片機技術、傳感器技術”等電子專業課程為代表貫穿與于電子類課程，這些課程在具體教學、技術開發及應用中有眾多的相似之處，幾乎所有電子課程實訓都要經過方案制定、原理圖設計、電路搭建、調試、分析、測試，甚至編程。因此有必要對此類課程群構建出一套統一的實訓教學平臺。

一、電子課程群實訓平臺概述

通過在該平臺的實訓教學可以提高教學效率，加強教學交流，讓學生從橫向上掌握每門課程的理論基礎及快速開發電路設計，從縱向上讓學生在這些課程學習的過程中理解它們之間的關聯與區別，提升學生學習興趣，并借助工程的實踐項目培養學生從工程性角度，以工程性思維，發現問題、解決問題的能力，培養學生科技創新實踐意識，幫助學生在畢業前初步具備應用電子設計技術進行設備維護、電路改進及相關產品開發應用創新的能力。

二、全開放資源式電子實訓平臺的特點與使用

目前高職電子院校實訓教學平臺大致：萬用板、實驗箱、開發板、實驗柜、仿真軟件。雖然這些實訓教學平臺各有特色，若能夠合理利用可以達到不錯的學習效果，但是這些實訓平臺的弊端在教師實施教學的過程中也日益明顯。作為90后的大學生，針對他們共同的聲色犬馬的特點，我們非常有必要去研究一種既能夠提升學習興趣，讓學生從此喜歡上電子設計，又能讓學生快速入門掌握電子電路設計、分析、調試等企業所需要的電子技能的一種實訓教學平臺。這恰恰符合學校教學的根本目標:培養學生的優秀學習習慣，激發學生學習興趣和熱情，帶領學生進入知識的大門，為學生未來的進一步學習提供基礎保障。

(一)、全開放資源電子實訓平臺的結構

全開放資源電子實訓平臺包括硬件平臺和軟件平臺，硬件平臺設計與集成了適合各類電子課程的實訓平臺，其結構包括底座、電池盒接線端子、電源模塊、單片機模塊、電子元件與傳感器模塊插接平臺，軟件平臺設計了單片機課程相關程序模塊，其硬件平臺如圖所示:

圖1 全開放資源式實訓平臺結構

其中平臺上電源模塊輸入電壓為9V-12V直流電源，輸出為5V與12V，自帶電源開關，采用AMS1117轉5V穩壓芯片輸出5V電源為單片機模塊供電，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電源通過排針引出，并帶有反接保護二極管和短路保護自恢復保險。其原理圖如圖所示:

圖2 電源模塊電路

單片機模塊采用教學常用單片機芯片STC12C5A60S2，為了節省空間，控制器采用貼片式設計體積更小，集成了單片機最小系統與CH430USB轉串口驅動下載芯片，學生無需連接專用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。其驅動部分原理圖如圖3所示:

圖3 程序下載驅動模塊電路

(二) 實訓平臺的特點

該實訓平臺結構簡單，美觀大方，成本低廉，維護方便，電子元器件全程無需焊接，全部使用插接式元件，可重復使用性強，導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，示波器調試簡單可靠，非常適合高職院校學生初學者學習電路設計制作、實驗使用。對于大型電路實驗時，只需將多個平臺拼接即可實現平臺的擴展。平臺幾乎可以完成電子技術、模擬電子、數字電子、單片機技術、傳感器技術等相關電子類課程的理論教學、隨堂實驗、綜合實訓與平時考核等教學內容，具有極強的通用性。平臺體積小巧，學生也可在背包里隨身攜帶將實驗平臺帶出課堂隨時隨地學習使用，實現口袋式實驗，碎片化學習，進一步擴大了學生的學習空間。

(三) 實訓平臺的使用

全資源開放實訓平臺全程無需焊接，在進行相關電子類課程實驗時，通過實訓平臺本身的5連孔連通電氣連接特點，按照實驗電路原理圖，準備好實驗所需電子元器件，然后盡量按照原理圖元件的布局，自行將電阻、電容、電感、LED、各類芯片或傳感器模塊插入平臺上的標準2.54mm間距插孔，再利用雙頭插針式彩紅線或者硬質面包線連接好相關電子元器件，在學生連線的過程中即可完成相關電子元器件的使用和整個電路結構的學習。其中單片機課程實驗時，由于平臺已集成了單片機模塊和CH430驅動模塊，而且4組IO口所有引腳已通過4種不同顏色的硬質面包線引出并固定于開發平臺上以方便學生快速區分引腳，因此學生無需焊接單片機最小系統和連接USB程序下載器，實驗時只要將需要連接的引腳或外圍電路按照硬質面包線顏色利用軟質雙頭插針彩虹線或硬質面包線飛線接入元器件，再以軟件平臺的程序模塊為基礎修改相關參數后，將一條USB數據線接入電腦即可完成整個電路的接線與程序的下載，簡單而實用。經筆者實驗即使是較為龐大復雜的電路，如果認真熟練的話1個小時足可以完成整個電路的實驗。

三、全開放資源實訓教學平臺的應用

全開放資源實訓平臺課程覆蓋性強，幾乎可以涵蓋高職院校所有電子類課程，在教學中有著廣泛的應用，是學生學習電子課程入門的有效輔助工具。

(一) 理論教學的應用

借助全開放資源實訓平臺小巧可隨身攜帶特點，在進行電子類理論課程教學時，可將實訓平臺帶入課堂，教師在理論知識傳授過程中可隨時搭建實驗電路，邊講邊做，邊做邊教，實現“學中做，做中學”理實一體化教學，及時將抽象問題具體化、將枯燥的理論趣味化，使學生學以致用實時將理性知識上升為感性認識，加深學生對理論知識的理解與鞏固。筆者曾將該平臺應用于機械、自動化等班級電工電子課程的理論教學中，實踐發現大部分學生表示對這種實訓平臺的相關實驗產生了濃厚的興趣，積極參與課堂教學，自主思考問題，充分調動了學生的學習興趣和動力，實踐證明這種平臺在理論課教學中取得了較好的教學效果。

(二) 實踐教學的應用

以往的電子類課程實訓教學多以焊接電路板、實驗箱開發板、仿真軟件這三種實訓教學平臺為主，這些平臺固然有著各自的優點，但其缺陷也比較明顯，在長期的實踐教學過程中筆者發現學生在焊接電路板過程中，普遍有較大的心理負擔，生怕電烙鐵加熱時間長過熱導致電阻式絲短路，有較大的安全隱患；實驗箱開發板硬件固化嚴重、接線過于簡單，幾乎沒有過多的接線就可以輕松完成實驗，學生普遍感覺“吃不飽”，大多只能驗證實驗現象導致學生無法真正的對底層驅動電路加以分析理解；仿真軟件盡管接線便捷元件齊全，但仿真程度過強，與實際應用脫節嚴重，不能完全代替實物。對此，全開放資源式電子實訓平臺在實踐教學應用中很好的解決了以上電子實訓平臺的問題。學生不必擔心電烙鐵燒毀短路、維修、元件拆卸麻煩、燙手等問題，學生可利用彩虹線按照原理圖或自己的思路自由搭接電路，為學生提供了全開放資源式實驗環境，開拓了學生的思維空間，提升了學生的創新意識。學生通過自己或團隊的努力成功的完成了實驗元件的選擇、檢測、原理圖的識圖、實驗電路的搭建、調試、運行等一系列工作，極大的增強了學生進一步學習的自信心，這種心理上的慰藉對于初學者來說是非常重要的。不僅如此這種平臺對學生良好的電子實訓習慣的養成也具有一定的促進作用，盡管平臺可實現無焊接實驗，但其缺陷是元件接觸不良，劇烈振動容易造成元件松動斷路，因此最終的電路元件要落實焊接在PCB板上，以固定元器件。實驗電路首先通過在該平臺的驗證、實驗得到正確的現象后，學生即可進一步放心大膽的完成PCB板的制作和焊接了，使學生逐步養成先在平臺上實驗-PCB板制作-焊接元件-調試-運行這種優良的電子實訓習慣，不僅培養了學生認真嚴謹的工作作風，同時有助于培養學生的工程思維結構和能力。

四、結束語

全開發資源實訓平臺融合了當前各類電子開發平臺的優點，取長補短，具有體積小、無需焊接、全部使用軟質或硬質插針式彩虹線自由連接電路，學生可快速開發電路周期短。通過精心設計對應開發平臺學生感興趣的實訓內容，使學生每完成一個實訓項目都能獲得一定的成就感，增強學生學習的自信心。學生在連接電路的同時了解硬件電路的底層設計，加深學生對電路的原理理解和編寫驅動程序的能力。進一步激發學生學習興趣，讓更多的學生喜歡電子，勇于創新，實現社會、企業對電子行業創新人才的需求。并為學生畢業設計、電子設計大賽提供實用創新性設計平臺以及實訓環境。

[1]寧武.全國大學生電子設計競賽基本技能指導[M].北京：電子工業出版社.2009.

[2]楊欣.電子設計從零開始[M].北京:清華大學出版社.2005.

[3]金國華.單片機課程實踐教學模式的改革與構建[J].實驗科學與技術.2015.