遙控車設計在高職嵌入式教學中的應用研究

[摘 要] 遙控車設計內容能夠有效涵蓋高職嵌入式專業大部分專業基礎知識，同時對鍛煉學生實踐能力也是比較好的實驗平臺，結合教學中采用的遙控車設計項目，對如何有效地在高職嵌入式專業學生中開展專業基礎知識教學進行了分析和探討。

[關 鍵 詞] 遙控車設計；嵌入式；專業基礎知識教學

[中圖分類號] TP317.4 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2017）19-0118-02

一、引言

眾所周知，嵌入式專業基礎知識涉及軟件和硬件兩方面的內容，對于剛剛放下語數外等基本認知知識的學生，專業性較強的知識無疑是他們難以想象和理解的“天外來客”。如何把學生最初的好奇心轉化為持久的學習動力和興趣，是在全面展開專業基礎知識教學之前應著重考慮的一項非常重要的內容。

一般情況下，采用學生喜聞樂見的、實用性和知識性結合較緊密的教學項目是很好的選擇。依據嵌入式專業知識結構特點，結合學生實際學習狀況、學習心理特征等方面的因素[1]，對教學項目從實用性、可操作性、知識性、趣味性[2]等多個方面入手，進行構建、分析、比對并通過帶領往屆學生參加國內、省內機器人大賽進行實踐驗證和分析總結。通過多方論證和分析，最終的結論是遙控車項目[3]對于嵌入式專業基礎知識教學是比較好的入門式教學項目之一。

二、遙控車設計知識點分解

在教學設計階段，依據設計遙控車的目標功能，把項目涵蓋的知識點進行梳理[4][5]，其主要分為三個模塊：動力驅動模塊、通信模塊和操作界面模塊。

其中動力驅動模塊主要圍繞電子技術基礎、單片機應用等課程展開。該模塊的主要結構如圖1所示：

圖1中的測速機構采用簡易的光電傳感器和感應齒進行設計，調速機構采用NE555和74ls160計數器為主要元器件構建，主驅單元采用L297和L298組合成步進電機驅動器。

動力驅動模塊的知識點結構如下表所示：

通信模塊主要完成下位機動力驅動單元和上位機操作界面之間的信息交互，這些信息主要包括用戶遙控指令（如前進、后退、停止等），小車運轉速度、小車當前狀態等信息。通過簡單、合適的編碼，將小車的動作、狀態信息附加到編碼信息中，在上下位機之間傳輸，分別由上下位相應程序進行解析、執行，上下位機之間的通信采用Zigbee模塊實現。Zigbee模塊具有自組網、串口透傳、通信安全度高、配置簡單等很多優點，在教學過程中，可以輔助學生充分理解單片機串口通信學習內容中的通信協議配置、收發程序設計方式等內容。

上位機通信程序采用QT語言進行開發設計，QT把對物理串口的操作和訪問封裝到QserialPort類中，通過該類可以很簡單地完成上位機串口通信相關程序設計。

通信模塊知識點劃分如下表所示：

操作界面模塊圍繞C++面向對象程序設計有關內容進行設計，其主要結構如圖2所示：

操作界面模塊涉及的知識點劃分如下表所示：

三、遙控車設計教學實施

依據以上知識點劃分情況以及高職學生認知特點和知識掌握規律[6][7]，實施過程采用如下步驟：

（一）功能感知

該步驟實施過程中采用已經設計好的遙控車，讓學生實際操作，分析討論遙控車的各項功能，并對實際操作過程中出現的問題、優缺點和改進意見進行總結、探討。

（二）結構組裝

通過分析功能并參照實物，對遙控車基本框架進行裝配，初步熟悉主要零部件，如電機、Zigbee模塊、控制器模塊、電源模塊等的作用及特點，并在安裝過程中思考遙控車的基本功能組成。

（三）功能單元教學及實踐

依據知識點分布，對遙控車各個基本功能單元展開教學，在實施過程中結合實驗對基本單元進行調試。

（四）功能單元講評與分析

組織學生通過PPT、實驗報告書、階段成果展示等形式開展階段性總結匯報，并在學生匯報過程中適當對知識點的理論基礎、相互聯系進行分析和講解。

（五）作品競賽

該階段作為考試考核的主要階段，組織學生對作品的實用性、涉及的知識點、開發過程中存在的問題、如何拓展等多個方面進行總結和分析，提交分析報告，并對預定功能進行展示、評比、完善，最終完成考核、打分。

本實施過程不建議采用筆試、上機考試等形式對學生成績進行考核和評定，教師的主要任務就是把知識點封裝成結構合適、層次合理的包裹[8]，并在組織學生“拆包”的時候適當地把需要的知識和技能點跟進、補充。

四、結論

通過在連續兩屆嵌入式專業學生中圍繞遙控車設計項目開展專業基礎知識教學任務，總體效果明顯，能有效調動學生的學習熱情和提高他們的學習主動性、自覺性。同時對提高學生實踐能力、總結分析能力、自主分析和解決問題的能力都有較好的效果。

參考文獻：

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[8]趙楓朝，王勇.從《物聯網導論》的教學實踐到物聯網工程專業的專業建設[J].教育教學論壇，2013（15）.

Research on the application of remote control car design in embedded teaching of Higher Vocational Education

Yang Li-zhi，Wu Mao-gang

Abstract：Remote control car design can effectively cover most professional vocational embedded professional knowledge， and experimental platform for training students practical ability is relatively good， combining with the design project of remote control car employed in the teaching of professional basic knowledge on how to carry out effective teaching in Higher Vocational Students Majoring in embedded system are analyzed and discussed

Keywords：Remote control car design；embedded；teaching of professional basic knowledge