结合竞赛机器人开展高职单片机课改的实践与探索

徐 亮江苏信息职业技术学院机电工程学院 江苏无锡 214153



结合竞赛机器人开展高职单片机课改的实践与探索

徐 亮
江苏信息职业技术学院机电工程学院 江苏无锡 214153

摘 要：研究了将竞赛机器人元素融入高职单片机课改的可行性，并成功地实现了基于机器人的单片机课改，不仅改善了单片机课程的教学效果，也促使学生在竞赛中不断取得好成绩。

关键词：机器人大赛；高职；单片机课改

单片机是自动化专业的一门专业核心课程，同时也是一项实用性很高的技术，在玩具、各种家电、工农业测控自动化、军事、航空航天等领域有着广泛的应用，在个人计算机普及的今天，单片机的使用量甚至远超个人计算机几个数量级[1]。单片机如此重要，然而现状是，尽管各个院校对于单片机课程十分重视，但教学效果却事倍功半。有学者提出学生学不好单片机原因在于兴趣不高，而造成学生学习兴趣不高的原因则在于传统的单片机课程在教学方式上仍然是以教师为主体，以教材章节顺序为教学进程，由于与实践的脱节，就越听越糊涂，即便增加实验环节，并适当辅以多媒体进行教学以提高教学效率，依然收效甚微[2]。有学者发现学生在做毕业设计或参加单片机技能竞赛时，大多只是抄袭书本上现有的设计方法，很少有学生能灵活运用所学知识，更谈不上创新，这主要在于学生设计训练太少[3]。为了改善单片机课程的教学效果，培养学生的单片机实践应用能力，我们必须不断探索、改进教学方法。本文是笔者对任教的电气工程系电气自动化技术专业(以下简称“自动化专业”)进行的单片机课程教学改革工作所做的教学反思，权当抛砖引玉。

1 原先单片机教学模式的弊端

我院自动化专业的单片机课程在2010年以前采用了传统的教学模式，单片机选用了经典的AT89C51，编程语言为汇编语言，以单片机各知识点为主线开展理论教学，并安排了6次实验课供学生上机练习，总计80学时。传统的教学模式由于割裂了理论与实践的连贯性，学生在接受新知识的同时不能及时的验证所学知识，再加上单片机理论自身确实也十分枯燥，学生普遍反映单片机难学，教学效果不甚理想。2010年、2011年为了顺应时代的发展，引进了一部项目式教材，在原有实训设备的基础上重新作了调整，选择了教材中19个任务开展项目式教学，教学内容的组织形式以项目为主线，每次课安排4个学时完成一个项目，加上最后一次复习课，总计80学时。采用了项目式教学模式，促使学生在任务驱动之下，由被动学习转为主动学习，最终通过学习新知识并结合已掌握的知识，在教师的引导下灵活处理问题，解决当此任务，学生学习的效果有了一定程度的改善，但由于项目选择的课题与现实生活尚有距离，学生感觉比较无趣，因此学习热情一般。至此，课程组老师均认为，只有激发学生的学习兴趣，才能从根本上改善单片机教学的效果，然而如何激发学生的学习兴趣成为摆在课程组全体老师面前的一道难题。

2 组织指导学生参加机器人大赛

“中国机器人大赛暨RobCup公开赛”(以下简称“大赛”)自2006年开始，每年举办一次，是中国最具影响力、最权威的机器人技术大赛和博览盛会，以2013年大赛为例，共有206所高校的2000多支队伍参加。大赛设旅游机器人、机器人武术擂台赛、双足竞步机器人、机器人智能搬运等比赛项目，通常在赛前四个月左右组委会会在官方网站贴出报名通知与比赛规则，参赛队伍报名后根据规则事先准备好竞赛机器人，届时参加比赛即可。

大赛不仅考验参赛队员对所学知识的掌握程度，也考验参赛队员灵活运用所学知识的能力，所涉及的知识有模拟电路、数字电路、单片机、电机拖动技术、电子CAD、机械制图等等，同时也考验参赛队员分析问题解决问题的能力，以及团队协作的精神。

2011年我院首次组织学生参加大赛，备赛期间吸引了许多其他学生前来观看训练，而接着每年的参赛队员选拔过程中，每次报名参赛的学生也是远远超过了我们实际招收的参赛队员，由此可见机器人对学生来说具有一定的吸引力。

3 参加机器人大赛促进了我院单片机课程改革

为了更好地开展单片机课程教学，同时也是为了培养后续参赛队员，我院单片机课程组决定将自主研发的一种竞赛机器人——“智能搬运机器人”简化设计后应用于单片机教学。图1所示为竞赛用机器人，该机器人结构较为复杂不利于维护，而且成本也过高，显然不能直接用于教学。在竞赛机器人的基础上，课程组简化设计并制作了一批教学用循迹机器人小车，小车不仅能适应教学的需要，同时兼顾成本低廉、结构简单、维护方便的特点。简化的循迹小车如图2所示，由一块主板、两个微型直流电机、一对玩具车轮、一个牛眼轮和两只灰度传感器组成，单片机选择了AT89C52的国产替代产品STC89C52RC。

图1 智能搬运竞赛机器人

图2 教学用循迹机器人小车

以教学用循迹小车为平台，可开展的教学项目如表1所示。

表1 可开展教学项目

单片机程序开发语言没有选择传统的汇编语言，而是选择了C语言。所有教学项目除了可在实物小车上实现，也可通过单片机仿真软件Proteus模拟，车体部分仿真电路如图3所示，硬件实物与软件仿真双平台的实验手段灵活，方便学生在课余没有实物平台的时候也能开展自主学习。所有的教学内容均以项目式教学模式开展，教学场所并非设在普通教室而是配备了多媒体的单片机实训室，课堂教学不是围绕知识点而是围绕项目开展，学生边听边动手，完成项目的同时也学习了相应的知识点，并且为了培养学生分析解决问题的能力，每次课都会安排至少1个课时提出一个新的小项目，我们称之为技能训练项目，要求学生在理解并掌握本次课项目的基础上解决技能训练项目并打分。

图3 车体部分Proteus仿真电路

4 单片机课改的效果

自2012年以来，我院采用了自主设计的循迹小车为实物平台，辅以Proteus仿真模拟平台，配合我院单片机课程组自主编写的教材开展单片机课程教学。经过四年的实践证实，结合机器人开展的单片机课程项目式改革取得了显著的成效，学生普遍反映围绕循迹小车开展的教学项目比较有趣，正如爱因斯坦所说：“兴趣是最好的老师”，学生在兴趣的作用下学习主动性明显增强，考试成绩较以往也有所提高。

同时，单片机课程的改革也为参加大赛培养了大量的优秀学生，促使我院在大赛中不断取得好成绩。以“智能搬运机器人”项目为例，2011年我院代表队取得国赛二等奖、三等奖各一项，2012年取得国赛亚军一项、一等奖一项，2013年取得国赛冠军一项、一等奖三项，2014年取得国赛一等奖两项、省赛高职组冠军一项的好成绩。

5 结束语

职业教育的目标是培养高级技能型人才，通过企业顶岗实习或者组织学生参加技能大赛均能给予学生更多的实践机会。但由于单片机相关产品开发的复杂性决定了企业不可能将重要的研发岗位大量地提供给在校生进行顶岗实习，因此不妨通过组织学生参加全国机器人大赛为学生提供锻炼机会，同时也能为学校争得荣誉。为了让更多的同学通过大赛获得锻炼，可先组织校内比赛以选拔优秀选手，同时结合单片机等相关课程开展单片机与机器人教学，实现“以赛促教、以赛促学”，竞赛与教学相互促进、共同发展！

参考文献

[1] 杨明欣,郑郁正,赵建.结合电子设计竞赛进行单片机课程改革[J].实验科学与技术,2007,5(4):94-97.

[2] 黄净晴.单片机原理应用课程改革探讨[ J ] .科教导刊,2009(25):46,52.

[3] 李雪峰,陈晓军.单片机课程教学改革[ J ] .电子世界,2014(5):180-181.

Practice and Exploration of Higher Vocational College MCU Course Reform Combined with Contest Robot

Xu Liang
School of Mechanical and Electrical Engineering, Jiangsu College of Information Technology, Wuxi, 214153, China

Abstract:The feasibility of higher vocational college MCU course reform combined with contest robot elements is researched in this paper, and MCU course reform based on robotics is realized. Not only the teaching effectiveness of MCU course is improved, but also students achieve good results continually in robotics competition.

Key words:robotics competition; higher vocational college; MCU course reform

收稿日期：2015-05-07

作者简介：徐亮，硕士，讲师。