全开放资源式电子实训平台的构建与应用研究

张皓

【摘 要】在电子类课程体系中，以“电子技术、单片机技术、传感器技术”等电子专业课程为代表，学生普遍反映这些电子类课程入门门槛较高，元器件种类繁多复杂，尤其是对于初学者来说无从下手，较难掌握这类课程的相关电路原理。为此本文构建出一套全开放资源式电子实训教学平台开展实训教学，使学生敢于迈出学习电子的第一步，步入电子设计的大门，激发出学生的学习动力。实践应用表明该平台的实施取得了较好的教学效果。

【关键词】全开放；电子课程；实训平台；教学

在电子类课程体系中，以“电子技术、单片机技术、传感器技术”等电子专业课程为代表贯穿与于电子类课程，这些课程在具体教学、技术开发及应用中有众多的相似之处，几乎所有电子课程实训都要经过方案制定、原理图设计、电路搭建、调试、分析、测试，甚至编程。因此有必要对此类课程群构建出一套统一的实训教学平台。

一、电子课程群实训平台概述

通过在该平台的实训教学可以提高教学效率，加强教学交流，让学生从横向上掌握每门课程的理论基础及快速开发电路设计，从纵向上让学生在这些课程学习的过程中理解它们之间的关联与区别，提升学生学习兴趣，并借助工程的实践项目培养学生从工程性角度，以工程性思维，发现问题、 解决问题的能力，培养学生科技创新实践意识，帮助学生在毕业前初步具备应用电子设计技术进行设备维护、 电路改进及相关产品开发应用创新的能力。

二、全开放资源式电子实训平台的特点与使用

目前高职电子院校实训教学平台大致：万用板、实验箱、开发板、实验柜、仿真软件。虽然这些实训教学平台各有特色，若能够合理利用可以达到不错的学习效果，但是这些实训平台的弊端在教师实施教学的过程中也日益明显。作为90后的大学生，针对他们共同的声色犬马的特点，我们非常有必要去研究一种既能够提升学习兴趣，让学生从此喜欢上电子设计，又能让学生快速入门掌握电子电路设计、分析、调试等企业所需要的电子技能的一种实训教学平台。这恰恰符合学校教学的根本目标：培养学生的优秀学习习惯，激发学生学习兴趣和热情，带领学生进入知识的大门，为学生未来的进一步学习提供基础保障。

（一）、全开放资源电子实训平台的结构

全开放资源电子实训平台包括硬件平台和软件平台，硬件平台设计与集成了适合各类电子课程的实训平台，其结构包括底座、电池盒接线端子、电源模块、单片机模块、电子元件与传感器模块插接平台，软件平台设计了单片机课程相关程序模块，其硬件平台如图所示：

其中平台上电源模块输入电压为9V-12V直流电源，输出为5V与12V，自带电源开关，采用AMS1117转5V稳压芯片输出5V电源为单片机模块供电，集成USB接口方便与电脑连接，可直接为外围电路提供5V电源。模块将5V与12V电源通过排针引出，并带有反接保护二极管和短路保护自恢复保险。其原理图如图所示：

单片机模块采用教学常用单片机芯片STC12C5A60S2，为了节省空间，控制器采用贴片式设计体积更小，集成了单片机最小系统与CH430USB转串口驱动下载芯片，学生无需连接专用USB仿真下载器，直接将USB电源线插入笔记本即可完成程序下载。其驱动部分原理图如图3所示：

（二） 实训平台的特点

该实训平台结构简单，美观大方，成本低廉，维护方便，电子元器件全程无需焊接，全部使用插接式元件，可重复使用性强，导线全部为双头插针式彩虹线，电路连接安全方便，修改电路高效灵活，示波器调试简单可靠，非常适合高职院校学生初学者学习电路设计制作、实验使用。对于大型电路实验时，只需将多个平台拼接即可实现平台的扩展。平台几乎可以完成电子技术、模拟电子、数字电子、单片机技术、传感器技术等相关电子类课程的理论教学、随堂实验、综合实训与平时考核等教学内容，具有极强的通用性。平台体积小巧，学生也可在背包里随身携带将实验平台带出课堂随时随地学习使用，实现口袋式实验，碎片化学习，进一步扩大了学生的学习空间。

（三） 实训平台的使用

全资源开放实训平台全程无需焊接，在进行相关电子类课程实验时，通过实训平台本身的5连孔连通电气连接特点，按照实验电路原理图，准备好实验所需电子元器件，然后尽量按照原理图元件的布局，自行将电阻、电容、电感、LED、各类芯片或传感器模块插入平台上的标准2.54mm间距插孔，再利用双头插针式彩红线或者硬质面包线连接好相关电子元器件，在学生连线的过程中即可完成相关电子元器件的使用和整个电路结构的学习。其中单片机课程实验时，由于平台已集成了单片机模块和CH430驱动模块，而且4组IO口所有引脚已通过4种不同颜色的硬質面包线引出并固定于开发平台上以方便学生快速区分引脚，因此学生无需焊接单片机最小系统和连接USB程序下载器，实验时只要将需要连接的引脚或外围电路按照硬质面包线颜色利用软质双头插针彩虹线或硬质面包线飞线接入元器件，再以软件平台的程序模块为基础修改相关参数后，将一条USB数据线接入电脑即可完成整个电路的接线与程序的下载，简单而实用。经笔者实验即使是较为庞大复杂的电路，如果认真熟练的话1个小时足可以完成整个电路的实验。

三、全开放资源实训教学平台的应用

全开放资源实训平台课程覆盖性强，几乎可以涵盖高职院校所有电子类课程，在教学中有着广泛的应用，是学生学习电子课程入门的有效辅助工具。

（一） 理论教学的应用

借助全开放资源实训平台小巧可随身携带特点，在进行电子类理论课程教学时，可将实训平台带入课堂，教师在理论知识传授过程中可随时搭建实验电路，边讲边做，边做边教，实现“学中做，做中学”理实一体化教学，及时将抽象问题具体化、将枯燥的理论趣味化，使学生学以致用实时将理性知识上升为感性认识，加深学生对理论知识的理解与巩固。笔者曾将该平台应用于机械、自动化等班级电工电子课程的理论教学中，实践发现大部分学生表示对这种实训平台的相关实验产生了浓厚的兴趣，积极参与课堂教学，自主思考问题，充分调动了学生的学习兴趣和动力，实践证明这种平台在理论课教学中取得了较好的教学效果。endprint

（二） 实践教学的应用

以往的电子类课程实训教学多以焊接电路板、实验箱开发板、仿真软件这三种实训教学平台为主，这些平台固然有着各自的优点，但其缺陷也比较明显，在长期的实践教学过程中笔者发现学生在焊接电路板过程中，普遍有较大的心理负担，生怕电烙铁加热时间长过热导致电阻式丝短路，有较大的安全隐患；实验箱开发板硬件固化严重、接线过于简单，几乎没有过多的接线就可以轻松完成实验，学生普遍感觉“吃不饱”，大多只能验证实验现象导致学生无法真正的对底层驱动电路加以分析理解；仿真软件尽管接线便捷元件齐全，但仿真程度过强，与实际应用脱节严重，不能完全代替实物。对此，全开放资源式电子实训平台在实践教学应用中很好的解决了以上电子实训平台的问题。学生不必担心电烙铁烧毁短路、维修、元件拆卸麻烦、烫手等问题，学生可利用彩虹线按照原理图或自己的思路自由搭接电路，为学生提供了全开放资源式实验环境，开拓了学生的思维空间，提升了学生的创新意识。学生通过自己或团队的努力成功的完成了实验元件的选择、检测、原理图的识图、实验电路的搭建、调试、运行等一系列工作，极大的增强了学生进一步学习的自信心，这种心理上的慰藉对于初学者来说是非常重要的。不仅如此这种平台对学生良好的电子实训习惯的养成也具有一定的促进作用，尽管平台可实现无焊接实验，但其缺陷是元件接触不良，剧烈振动容易造成元件松动断路，因此最终的电路元件要落实焊接在PCB板上，以固定元器件。实验电路首先通过在该平台的验证、实验得到正确的现象后，学生即可进一步放心大胆的完成PCB板的制作和焊接了，使学生逐步养成先在平台上实验-PCB板制作-焊接元件-调试-运行这种优良的电子实训习惯，不仅培养了学生认真严谨的工作作风，同时有助于培养学生的工程思维结构和能力。

四、结束语

全开发资源实训平台融合了当前各类电子开发平台的优点，取长补短，具有体积小、无需焊接、全部使用软质或硬质插针式彩虹线自由连接电路，学生可快速开发电路周期短。通过精心设计对应开发平台学生感兴趣的实训内容，使学生每完成一个实训项目都能获得一定的成就感，增强学生学习的自信心。学生在连接電路的同时了解硬件电路的底层设计，加深学生对电路的原理理解和编写驱动程序的能力。进一步激发学生学习兴趣，让更多的学生喜欢电子，勇于创新，实现社会、企业对电子行业创新人才的需求。并为学生毕业设计、电子设计大赛提供实用创新性设计平台以及实训环境。

参考文献：

[1]宁武.全国大学生电子设计竞赛基本技能指导[M].北京：电子工业出版社.2009.

[2]杨欣.电子设计从零开始[M].北京：清华大学出版社.2005.

[3]金国华.单片机课程实践教学模式的改革与构建[J].实验科学与技术.2015.endprint