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【關(guān)鍵詞】單片機(jī)原理及應(yīng)用;課程教學(xué);教學(xué)質(zhì)量
1.引言
單片機(jī)原理及應(yīng)用以51單片機(jī)為藍(lán)本,講述了單片機(jī)的工作原理及如何在各行各業(yè)和現(xiàn)實(shí)生活中應(yīng)用好單片機(jī),講原理是為了應(yīng)用,關(guān)鍵點(diǎn)是在我們?nèi)绾斡煤糜没顔纹瑱C(jī)這塊芯片,掌握單片機(jī)與其功能芯片的協(xié)同工作原理。使單片機(jī)更好地為我們服務(wù)。
單片機(jī)原理及應(yīng)用電子電氣類專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程,必須有電子技術(shù)和C語言方面的基礎(chǔ)。這些基礎(chǔ)可以說并不是很重要,在你有某些概念原理不明白時再翻閱相關(guān)書籍也是可行的,單片機(jī)的學(xué)習(xí)不象數(shù)學(xué)有嚴(yán)密的相關(guān)性,但其教學(xué)有其獨(dú)特性,是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程,只在課堂上聽老師講課掌握原理,然后考試是學(xué)不好單片機(jī)的,必須親自動手實(shí)驗(yàn)或經(jīng)過單片機(jī)實(shí)物的制作,有不明白的地方再翻書,這是一個反復(fù)的過程,只有經(jīng)過這樣多次的反復(fù),每次都有新發(fā)現(xiàn)和收獲,才能真正意義上掌握了單片機(jī)的開發(fā)應(yīng)用。
下面從單片機(jī)的課堂教學(xué)、課程實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)及計算機(jī)仿真等幾個方面談?wù)剢纹瑱C(jī)原理及應(yīng)用的教學(xué)工作。
2.單片機(jī)原理課堂教學(xué)
單片機(jī)原理及應(yīng)用這門課所涉及的主要內(nèi)容有單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、單片機(jī)匯編指令、單片機(jī)IO接口、定時/計數(shù)器、中斷使用、I2C總線、AD及DA等,C語言編程,內(nèi)容很多,若僅僅是老師在課堂上講述會非??菰?,鎖碎難理解,不能激發(fā)大部分學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。教學(xué)方法要做適當(dāng)調(diào)整,比如可以用項(xiàng)目教學(xué)法,單片機(jī)教學(xué)著重點(diǎn)不是在講原理,而是要應(yīng)用,但不懂原理又難以應(yīng)用,處于兩難境地,學(xué)習(xí)單片機(jī)的精髓是知道如何配置內(nèi)部寄存器使其具有一定的功能并發(fā)揮其特有的作用,最高境界是僅需單片機(jī)公司提供的技術(shù)文檔就能完成單片機(jī)程序的編程,而不僅僅是只教會學(xué)生使用單一類型的單片機(jī),而是觸類旁通通過學(xué)習(xí)51單片機(jī),同時別的類型的單片機(jī)也能靈活應(yīng)用。因此在教學(xué)中我們可以用電子時鐘作為一個項(xiàng)目主線貫穿于整個單片機(jī)教學(xué)中,因?yàn)殡娮訒r鐘可簡單可復(fù)雜,又貼近生活實(shí)用,比如,在講單片機(jī)端口時,就可以結(jié)合電子時鐘的調(diào)整按鍵,數(shù)碼管的驅(qū)動來說明,講中斷和定時器時,就可以結(jié)合到數(shù)字電子時鐘的時鐘源的產(chǎn)生來說明,I2C總線可以結(jié)合串行時鐘芯片DS1302來講,環(huán)境溫度的測量可以結(jié)合DS18B20串行芯片來說明,再復(fù)雜一些的,電子時鐘顯示可以用1602或12864液晶來完成,可以配上調(diào)頻收音模塊做電子鬧鐘,增加SD接口卡及MP3模塊實(shí)現(xiàn)音樂播放功能。這樣把單片機(jī)的知識串起來講,既生動又聯(lián)系實(shí)際,大大激發(fā)了學(xué)生們的學(xué)習(xí)興趣,也有助于學(xué)生自主學(xué)習(xí),探索單片機(jī)方面的奧秘所在。在學(xué)單片機(jī)過程中,匯編指令的學(xué)習(xí)是難點(diǎn),需要學(xué)生花很大的精力去掌握它。需要學(xué)生充分利用課余時間多讀匯編程序及指令,從而熟能生巧地掌握它。在課堂教學(xué)過程中,最好是能夠結(jié)合單片機(jī)仿真軟件PROTEUS來講述,PROTEUS是一款非常好的單片機(jī)仿真軟件,可以仿真多款單片機(jī)芯片,能夠仿真實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的絕大部分功能,學(xué)生們在沒有單片機(jī)開發(fā)板的情況下能通過軟件仿真方式實(shí)現(xiàn)單片機(jī)開發(fā),這對調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和學(xué)好單片機(jī)是很有幫助的。條件允許的情況下可以動員學(xué)生買一些單片機(jī)開發(fā)板以及相關(guān)的視頻教程,開發(fā)板在學(xué)生學(xué)習(xí)單片機(jī)之初是非常有用的,每一塊小的開發(fā)板其發(fā)揮的作用就象實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)箱,而且能隨時隨地不受限制地學(xué)習(xí)和使用,同時認(rèn)真觀看視頻教程,視頻教程就象一名不厭其煩的家庭教師,指導(dǎo)學(xué)生一步步進(jìn)入單片機(jī)世界的神奇領(lǐng)域。有著課上課下的這些手段,學(xué)生的單片機(jī)應(yīng)用能力一定能夠大大加強(qiáng)。
3.單片機(jī)原理課程實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)是培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際、動手能力,嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和科學(xué)方法的重要手段,因此要精選典型的最具實(shí)用價值的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,我們選擇的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目有:(1)單片機(jī)I/O輸出控制。(2)單片機(jī)I/O口輸入控制。(3)外部中斷。(4)定時器實(shí)驗(yàn)。(5)串口通信實(shí)驗(yàn)。(6)液晶驅(qū)動實(shí)驗(yàn)。(7)串行總線實(shí)驗(yàn)。(8)AD及DA實(shí)驗(yàn)。不同的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊膊幌嗤?,通過這樣基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn),鍛煉了學(xué)生的單片機(jī)應(yīng)用編程能力,為以后的綜合性實(shí)驗(yàn)打下基礎(chǔ)。每次實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生對實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目做認(rèn)真的預(yù)習(xí),并完成預(yù)習(xí)報告,上實(shí)驗(yàn)課前老師檢查。做實(shí)驗(yàn)時力爭每人一個實(shí)驗(yàn)箱,每位學(xué)生都有親自動手實(shí)踐的機(jī)會,對于學(xué)得較好的學(xué)生還可以額外增加一些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目或自選一些自已感興趣的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,也可組織學(xué)得好的學(xué)生指導(dǎo)后進(jìn)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn),提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)的整體水平。在實(shí)驗(yàn)過程中,要求學(xué)生養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)細(xì)致的作風(fēng),認(rèn)真完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,實(shí)驗(yàn)完成后,要求每位學(xué)生獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)報告,深入分析實(shí)驗(yàn)中遇到的現(xiàn)象和問題,不留疑點(diǎn),總結(jié)實(shí)驗(yàn)心得。
4.單片機(jī)原理課程設(shè)計
課程設(shè)計是實(shí)踐教學(xué)的重組成部分,在課程結(jié)束前安排兩周時間進(jìn)行課程設(shè)計,目的是通過設(shè)計使學(xué)生掌握運(yùn)用單片機(jī)知識進(jìn)行實(shí)際綜合應(yīng)用的能力,初步建立正確的設(shè)計思想,掌握單片機(jī)電子電路和程序設(shè)計的基本方法與技能,培養(yǎng)分析問題解決問題和團(tuán)隊協(xié)作能力以及創(chuàng)新能力。
課程設(shè)計首先是任務(wù)書的下達(dá),課程設(shè)計一般是在課程結(jié)束前兩周進(jìn)行,時間比較緊迫,我們選擇在開課時就把任務(wù)書發(fā)下去,讓學(xué)生有充分的時間了解自已所做項(xiàng)目的相關(guān)知識,查閱相關(guān)資料,為項(xiàng)目的順利展開提供了充分的時間,同時也使學(xué)生在上單片機(jī)課程時關(guān)注知識點(diǎn),激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。項(xiàng)目選擇以貼近生活、貼近實(shí)際為原則,如洗衣機(jī)控制板、交通燈控制、語音電子時鐘等等,對于比較復(fù)雜的大型項(xiàng)目,兩周時間學(xué)生難以完成,我們可以把它拆分為一個個小項(xiàng)目分給不同的組也完成,這樣既完成了項(xiàng)目,同時也培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)作精神,為將來畢業(yè)走上工作崗位融入社會做好了積極準(zhǔn)備。
在兩周的課程設(shè)計過程中教師要查看學(xué)生項(xiàng)目實(shí)施的進(jìn)度,適當(dāng)?shù)臅r間安排時間進(jìn)行綜合討論與答疑,指導(dǎo)學(xué)生會使用DXP2004電子繪圖軟件設(shè)計單片機(jī)線路板以及用PROTEUS仿真軟件進(jìn)行單片機(jī)的系統(tǒng)仿真,做好平時成績的評定工作。
在項(xiàng)目實(shí)施后期要求學(xué)生完成實(shí)物的組裝和調(diào)試以及課程設(shè)計報告的撰寫,最后二天要對學(xué)生進(jìn)行獨(dú)立答辯。答辯環(huán)節(jié)是檢查學(xué)生對單片機(jī)相關(guān)內(nèi)容掌握情況的最有效的方法,答辯對教師也提出較高要求,只有教師對每個項(xiàng)目都有充分的了解才能提出有一定水準(zhǔn)的問題,答辯內(nèi)容才能真實(shí)反映學(xué)生對些項(xiàng)目用到的單片機(jī)知識情況,最后根據(jù)學(xué)生的平時情況,作品完成情況、答辯情況和報告的撰寫情況對成績進(jìn)行綜合的評定,對項(xiàng)目難度較大的,開發(fā)過程中有獨(dú)特見解及創(chuàng)新的要適當(dāng)加分,以鼓勵學(xué)生在產(chǎn)品開發(fā)過程中充分發(fā)揮創(chuàng)新精神。
5.單片機(jī)原理計算機(jī)仿真
計算機(jī)仿真是使用計算機(jī)對已存在或正在設(shè)計的對象的模型進(jìn)行研究,具有直觀、易于觀察、靈活可變、重復(fù)性好的特點(diǎn),有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和對科學(xué)技能的掌握。通過單片機(jī)的計算機(jī)軟件仿真,能讓學(xué)生系統(tǒng)地掌握單片機(jī)開發(fā)的一整套技術(shù),為將來走上工作崗位從事單片機(jī)方面的工作打下良好基礎(chǔ)。
單片機(jī)的計算機(jī)仿真要貫穿于課堂教學(xué)、課外作業(yè)、課程實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計各個環(huán)節(jié)中,使學(xué)生們通過反復(fù)練習(xí)逐步到熟煉掌握單片機(jī)的開發(fā),PROTEUS單片機(jī)仿真軟件不僅僅是只能仿真51單片機(jī),象AVR系列、PIC系列、ARM系列等等單片機(jī)均能進(jìn)行仿真,擴(kuò)大了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和視野。
6.單片機(jī)的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)
學(xué)院電子信息與控制工程系設(shè)置有創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室,是開放式的實(shí)驗(yàn)室,為全國挑戰(zhàn)杯賽、全國或全區(qū)性的各種競賽提供了實(shí)踐基地?,F(xiàn)在很多的電子競賽項(xiàng)目都用到了單片機(jī),參加比賽熟煉掌握單片機(jī)尤其重要,我們充分利用這個實(shí)踐基地為廣大學(xué)生服務(wù),讓廣大學(xué)生充分參與到與單片機(jī)相關(guān)的電子制作,加強(qiáng)他們的實(shí)際動手操作能力,通過教師的指導(dǎo)及各年級各層次學(xué)生的傳幫帶,培養(yǎng)了一大批單片機(jī)應(yīng)用能手,為各種比賽輸送了大批種子隊員,創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室深受學(xué)生歡迎。
7.結(jié)束語
單片機(jī)原理及應(yīng)用對于電子相關(guān)類學(xué)生來說是一門重要的基礎(chǔ)課程,單片機(jī)應(yīng)用能力的高低直接影響著學(xué)生將來的就業(yè),所以要非常重視單片機(jī)教學(xué)這方面的工作,我們不僅要抓好單片機(jī)的理論方面的教學(xué)工作,把基礎(chǔ)打牢,同時實(shí)踐教學(xué)也在加強(qiáng),通過不同層次的實(shí)踐教學(xué),充分鍛煉了學(xué)生的單片機(jī)應(yīng)用能力,提高了單片機(jī)的知識水平,取得了較好的結(jié)果。
參考文獻(xiàn)
[1]王東.單片機(jī)原理及應(yīng)用教學(xué)改革初探[J].安順學(xué)院學(xué)報,2008(3):95-96.
[2]曾智星.關(guān)于單片機(jī)虛擬教學(xué)課開發(fā)的控索[J].黑龍江科技信息,2006:148.
關(guān)鍵詞:單片機(jī)類課程 實(shí)踐教學(xué) 教學(xué)改革
中圖分類號:G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1674-098X(2014)11(a)-0127-01
隨著人民生活水平的提高和相關(guān)技術(shù)的發(fā)展,單片機(jī)技術(shù)在工業(yè)控制領(lǐng)域和消費(fèi)電子領(lǐng)域等方面得到了廣泛的應(yīng)用。作為高校相關(guān)學(xué)科的專業(yè)基礎(chǔ)課,“單片機(jī)原理應(yīng)用”課程也得到了越來越多的重視,本課程的理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)[1-2]。要使學(xué)生真正學(xué)好本課程,不僅要讓學(xué)生深刻理解單片機(jī)的相關(guān)理論知識,重點(diǎn)在于要讓學(xué)生學(xué)會怎么用好單片機(jī),因此在高校的教學(xué)中,必須做到理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)并重,通過實(shí)踐教學(xué)帶動和促進(jìn)理論教學(xué),不斷提高學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新能力[3]。
1 當(dāng)前實(shí)踐教學(xué)現(xiàn)狀
當(dāng)前的實(shí)踐教學(xué)中存在的問題可以從以下三方面分析。
1.1 試驗(yàn)課時和試驗(yàn)設(shè)備不足
以我校電氣工程及其自動化專業(yè)本科生的培養(yǎng)方案為例,單片機(jī)原理與應(yīng)用理論教學(xué)共76課時,其中含有60個理論學(xué)時和16個實(shí)驗(yàn)學(xué)時,另外設(shè)有一周單片機(jī)原理與應(yīng)用課程設(shè)計。從學(xué)時分配上,實(shí)驗(yàn)課時占總課時的21.05%,比例偏低。為了在有限的實(shí)驗(yàn)學(xué)時內(nèi)完成教學(xué)任務(wù),試驗(yàn)指導(dǎo)教師只能安排一些基礎(chǔ)性或驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),學(xué)生缺乏足夠的鍛煉,達(dá)不到實(shí)驗(yàn)教學(xué)的最終目的。另外,受實(shí)驗(yàn)室中設(shè)備數(shù)量限制,實(shí)踐教學(xué)中出現(xiàn)“抱大腿”現(xiàn)象,即一部分同學(xué)認(rèn)真做,一部分同學(xué)玩的現(xiàn)象。
1.2 實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容缺乏創(chuàng)新性
傳統(tǒng)的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容中基礎(chǔ)性、驗(yàn)證性內(nèi)容多,綜合性、設(shè)計性實(shí)驗(yàn)少。課程設(shè)計中選題限于試驗(yàn)箱和試驗(yàn)臺資源,題目內(nèi)容很難跟蹤當(dāng)前技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)。為了達(dá)到實(shí)物設(shè)計的目的,課程設(shè)計中題目偏重于實(shí)驗(yàn)臺(箱)上能進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,限于資源,題目難度總體來說偏低,實(shí)踐教學(xué)過程演變成了對實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容的簡單綜合。且選題陳舊,一題多屆,多人一題現(xiàn)象普遍,缺乏綜合性、新穎性,難以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣,更無法培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。
1.3 實(shí)踐教學(xué)考核體系
傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)的成績考核包含:課程設(shè)計報告,設(shè)計過程考核和作品設(shè)計考核。由于實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容缺乏創(chuàng)新,容易出現(xiàn)投機(jī)取巧的現(xiàn)象,使得考核過程流于形式,難以區(qū)分學(xué)生在實(shí)踐教學(xué)過程中取得的成果,也就調(diào)動學(xué)生在實(shí)踐教學(xué)過程中的積極性。
2 實(shí)踐教學(xué)改革內(nèi)容
傳統(tǒng)的單片機(jī)原理與應(yīng)用的實(shí)踐教學(xué)無法達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和綜合應(yīng)用能力的要求,需要進(jìn)行改革。針對這些問題,實(shí)踐教學(xué)改革在以下幾個方面展開。
2.1 實(shí)驗(yàn)室建設(shè)
良好的實(shí)驗(yàn)室條件是能夠開展實(shí)踐教學(xué)的基礎(chǔ)條件。在實(shí)驗(yàn)室建設(shè)中不再選用試驗(yàn)臺或試驗(yàn)箱這些昂貴的試驗(yàn)設(shè)備,而是以單片機(jī)開發(fā)板作為實(shí)踐教學(xué)的平臺。單片機(jī)開發(fā)板價格較低,但資源卻非常豐富,可以最大程度上滿足實(shí)踐教學(xué)的需要。而且可以隨著技術(shù)的發(fā)展不斷更新教學(xué)資源,甚至部分學(xué)生會自行購買。
2.2 項(xiàng)目驅(qū)動式實(shí)踐教學(xué)
實(shí)踐教學(xué)中不再由指導(dǎo)教師給定題目,而是由同學(xué)們自選題目,指導(dǎo)教師審查題目。項(xiàng)目的設(shè)計既要完全包含本課程的知識點(diǎn)和技能要求,還要與實(shí)際相聯(lián)系。所選項(xiàng)目可以源自日常生活中遇到的問題,也可以是自己感興趣的課題。所選題目由指導(dǎo)教師審查題目難度及可行性,并給出建議后形成一個小項(xiàng)目。這種選題方法可以最大程度上避免選題陳舊等問題。變抽象為具體,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
2.3 實(shí)踐教學(xué)組織
試驗(yàn)資源增加后,在組織實(shí)施實(shí)踐教學(xué)中,鼓勵單人單組,最多兩人一組。利用興趣引導(dǎo)學(xué)習(xí),激發(fā)學(xué)習(xí)的主動性,從而可以最大程度上避免“抱大腿”現(xiàn)象。而且因?yàn)樵囼?yàn)資源不再局限于實(shí)驗(yàn)室,可以更充分的利用利用課余時間。在開設(shè)課程設(shè)計的學(xué)期內(nèi)完成,參加學(xué)期末的課程設(shè)計答辯。從思想上不再把單片機(jī)課程設(shè)計當(dāng)做某一段時間內(nèi)需要完成的任務(wù)。通過長時間的鍛煉可以取得更好的實(shí)踐鍛煉效果。
2.4 開發(fā)工具多樣化
實(shí)踐教學(xué)中堅持開放工具的多樣化,不限定使用仿真器調(diào)試。實(shí)踐教學(xué)前期可以使用仿真器調(diào)試,鍛煉學(xué)生的編程與調(diào)試能力。到實(shí)踐教學(xué)后期,因?yàn)榇蟛糠殖绦蛞呀?jīng)調(diào)試完成,此時引導(dǎo)學(xué)生脫離仿真器調(diào)試程序,鍛煉學(xué)生的分析問題和解決此類問題的邏輯思維。
2.5 以知識競賽引領(lǐng)創(chuàng)新
鼓勵以實(shí)踐教學(xué)的作品參加國家級或者省級電子設(shè)計類比賽。參加這類比賽以增強(qiáng)動手能力為主要目的,同時也會保證作品的實(shí)用性、新穎性和知識的綜合性。激發(fā)學(xué)生之間的競爭意識,促進(jìn)實(shí)踐鍛煉的教學(xué)效果。
2.6 實(shí)踐教學(xué)的考核體系建設(shè)
學(xué)期末組織課程設(shè)計答辯,根據(jù)所選題目難度、任務(wù)工作量、完成情況、答辯表現(xiàn)、課程設(shè)計報告給出最終實(shí)踐教學(xué)的基本成績。根據(jù)參加各類大賽的獲獎情況給出創(chuàng)新成績,這兩個成績按一定比例確定最終成績,在我校目前實(shí)施的考核體系中,競賽成績所占比例為30%。增加的答辯環(huán)節(jié),既可以鑒別該同學(xué)是否真正完成了相應(yīng)的實(shí)踐教學(xué)鍛煉,避免抄襲現(xiàn)象和“抱大腿”現(xiàn)象,還可以鍛煉學(xué)生相應(yīng)的邏輯思維能力。
3 實(shí)踐教學(xué)改革的成效
從2012年開始在電氣工程及其自動化、自動化、電子信息工程三個專業(yè)進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容及方法的試點(diǎn)改革,約有1000名學(xué)生接受了新的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容和方法。通過實(shí)踐教學(xué)改革,激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性與積極性,培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識和綜合運(yùn)用知識的能力,提高了學(xué)生的動手能力。學(xué)生參加電子類大賽的人數(shù)和獲獎人數(shù)以及獲獎等級逐年提高,2012年,在山東省大學(xué)生電子設(shè)計大賽中參賽的8只代表隊全部獲得山東省一等獎,2013年,在全國大學(xué)生電子設(shè)計大賽中有兩個不同的題目獲得全國一等獎,還有2個隊伍獲得全國二等獎,剩下的9只代表隊獲得了山東省一等獎。這些數(shù)據(jù)充分說明學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性得到了激發(fā),實(shí)踐動手能力得到了明顯的進(jìn)步。
參考文獻(xiàn)
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在教學(xué)實(shí)踐過程中,發(fā)現(xiàn)學(xué)生在一些課程學(xué)完以后,不知如何把課程中的知識應(yīng)用到實(shí)踐中。他們往往對學(xué)過的課程孤立地來看待,沒有將所學(xué)課程的知識串接起來,往往造成知識與實(shí)踐的脫節(jié)。這樣,他們往往被企業(yè)看成是沒有做過“產(chǎn)品”或者沒有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的學(xué)生,這也是應(yīng)屆畢業(yè)生在當(dāng)前就業(yè)市場屢遭失敗的主要原因。因此,高職應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè)的教學(xué)模式改革勢在必行。在教學(xué)中要打破學(xué)科體系的限制,將知識的獲取和技能的掌握過程與崗位需求相融合,建立具有高職特色的應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè)教學(xué)模式。
二、教學(xué)改革的設(shè)計
針對高職應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè)核心課程設(shè)置存在的一些缺陷,我們對一些課程的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。學(xué)生學(xué)習(xí)完這些課程之后,再開設(shè)一門綜合實(shí)踐課程。如電子CAD這門課程主要是學(xué)習(xí)使用電腦繪制電子電路原理圖,所以學(xué)生學(xué)完后只會在電腦畫圖,而不能夠?qū)嫵龅膱D轉(zhuǎn)化成電路板;單片機(jī)原理與控制技術(shù)和C語言屬于理論性比較強(qiáng)的課程,雖然非常重要,但是學(xué)生普遍覺得比較枯燥、難懂。為了彌補(bǔ)課程存在的不足,我們將課程的主要知識點(diǎn)抽取出來,在第五學(xué)期開設(shè)單片機(jī)課程設(shè)計這門課程,其目的是加深學(xué)生對課程知識的進(jìn)一步理解與掌握,提高學(xué)生對所學(xué)課程知識進(jìn)行綜合運(yùn)用的能力。在單片機(jī)課程設(shè)計這門課程中,學(xué)生不僅要會繪制電路圖、PCB印制板圖,還要親自動手制作出單片機(jī)控制電路的硬件實(shí)物,并將編制的軟件程序下載到單片機(jī)中。以此讓學(xué)生初步掌握電子產(chǎn)品的設(shè)計方法,讓學(xué)生親歷電子產(chǎn)品設(shè)計的全過程,提高學(xué)生的就業(yè)競爭能力。
三、教學(xué)改革內(nèi)容的探索與實(shí)踐
將一個真實(shí)的項(xiàng)目設(shè)計任務(wù)貫穿整個教學(xué)過程中。把整個設(shè)計任務(wù)分成五個部分:圖紙設(shè)計(電路原理圖、PCB印制板圖)、熱轉(zhuǎn)印法制作PCB線路板、硬件的焊接與調(diào)試、編寫C語言程序并使用燒錄器燒錄程序、整機(jī)綜合調(diào)試與故障查找及分析。項(xiàng)目的每個部分都是真實(shí)任務(wù)的一部分,每個部分的教學(xué)內(nèi)容都是不同的。在教學(xué)中注意強(qiáng)調(diào)后續(xù)內(nèi)容與當(dāng)前任務(wù)的聯(lián)系與銜接,并將當(dāng)前電子產(chǎn)品設(shè)計中常用的設(shè)計方法與經(jīng)驗(yàn)傳授給學(xué)生。在教學(xué)中,學(xué)生以設(shè)計任務(wù)為主,通過教師的引導(dǎo)啟發(fā)學(xué)生的思維,引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、探究式學(xué)習(xí),充分調(diào)動他們主觀能動性。讓學(xué)生通過圖紙的設(shè)計、PCB板制作、程序的編寫和整機(jī)綜合調(diào)試等教學(xué)環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí),掌握實(shí)際產(chǎn)品開發(fā)的全過程。四、教學(xué)模式改革實(shí)例結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)可設(shè)計如下任務(wù):單片機(jī)控制的30秒倒計時定時器、單片機(jī)控制的電子音樂播放器、單片機(jī)控制的雙音門鈴和電子時鐘等。下面以“單片機(jī)控制的30秒倒計時定時器”設(shè)計任務(wù)為例來具體介紹教學(xué)改革實(shí)踐方案。課程開始,首先將制作好的硬件實(shí)物演示給學(xué)生,激發(fā)學(xué)生的興趣。然后將要制作的課題(包括電路圖、主要技術(shù)要求、PCB線路板的尺寸和單片機(jī)型號AT89S2051等主要內(nèi)容)交代給同學(xué)們,使學(xué)生明確任務(wù)。接下來圍繞課題展開后續(xù)的五部分任務(wù):第一部分,用電子CAD畫出電路圖,設(shè)計出PCB印制板圖。電子CAD繪圖課程應(yīng)用于實(shí)際制作中,學(xué)生感覺學(xué)過的課程有用且能夠解決實(shí)際問題。第二部分,學(xué)習(xí)使用熱轉(zhuǎn)印技術(shù),制作PCB印制板。學(xué)習(xí)并掌握目前工廠產(chǎn)品開發(fā)制作PCB板的方法,使學(xué)生掌握一線的開發(fā)產(chǎn)品技能。第三部分,根據(jù)課題技術(shù)要求,用C51語言編寫出功能程序。這是課程的一個重點(diǎn),通過具體的產(chǎn)品功能控制要求,有針對性地學(xué)習(xí)用C51語言編程,學(xué)生感到學(xué)習(xí)內(nèi)容具體,便于理解,并達(dá)到了使學(xué)生很快進(jìn)入到C51語言后續(xù)內(nèi)容學(xué)習(xí)中的這樣一個效果。第四部分,焊接電路,調(diào)試硬件電路。學(xué)生通過調(diào)試電路,發(fā)現(xiàn)了焊接和電路元件質(zhì)量存在的問題,鍛煉了學(xué)生的發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。第五部分,將單片機(jī)的功能程序下載到單片機(jī)中,進(jìn)行整機(jī)綜合調(diào)試。這是課程的另一個重點(diǎn)。通過整機(jī)綜合調(diào)試,解決了硬件調(diào)試中發(fā)現(xiàn)不了的硬件故障問題及軟件編程中一些邏輯錯誤等問題,提高了學(xué)生編程水平和程序調(diào)試能力。課程的五個部分主要以實(shí)踐操作為教學(xué)手段,每個階段結(jié)束,根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)與實(shí)踐,都有一個階段成績,最后一次學(xué)生拿出完整的作品,并寫成課程設(shè)計報告。五次成績和課程設(shè)計報告作為綜合成績。根椐多年來的教學(xué)實(shí)際,學(xué)生學(xué)習(xí)成績的優(yōu)秀率在35%左右,95%左右的學(xué)生能夠基本掌握產(chǎn)品設(shè)計的基本知識和技能。本課程是基于產(chǎn)品設(shè)計案例教學(xué)模式的探索,可總結(jié)經(jīng)驗(yàn),摸索規(guī)律,推廣到電子課程設(shè)計、電子裝接等課程的教學(xué)中。這一教學(xué)模式可提高學(xué)生就業(yè)能力,使學(xué)生畢業(yè)后就可以勝任相關(guān)的工作崗位,為從事相關(guān)崗位的工作打下基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞:創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育;實(shí)踐教學(xué);項(xiàng)目驅(qū)動;自主學(xué)習(xí)
中圖分類號:G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號:1674-9324(2017)05-0110-02
《國務(wù)院辦公廳關(guān)于深化高等學(xué)校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革的實(shí)施意見》(〔2015〕36號)要求高校到2020年建立健全課堂教學(xué)、自主學(xué)習(xí)、結(jié)合實(shí)踐、指導(dǎo)幫扶、文化引領(lǐng)融為一體的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育體系。如何通過實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力,是教學(xué)改革中值得探索的一個問題。對此,生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)在“醫(yī)學(xué)儀器原理及單片機(jī)實(shí)踐”課堂教學(xué)中引入創(chuàng)新理念,實(shí)施理論與實(shí)踐緊密結(jié)合的做法,基于自身的專業(yè)特點(diǎn)和教學(xué)需求做了一些探索和嘗試,在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力為主的教學(xué)模式上,取得了較好的成效。
一、當(dāng)前實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育現(xiàn)狀分析
課程設(shè)計是高校開設(shè)的實(shí)踐教學(xué)的重要環(huán)節(jié),也是高校培養(yǎng)合格技術(shù)人才的必要措施。目前在課程設(shè)計的教學(xué)與實(shí)踐過程中還存在著一些弊端,如過分注重課堂教學(xué)的知識傳授與灌輸,忽視了對學(xué)生的實(shí)踐能力、知識的綜合運(yùn)用和科研能力的培養(yǎng),使得學(xué)生的創(chuàng)新精神比較缺乏,創(chuàng)業(yè)手段比較貧乏,創(chuàng)業(yè)技能比較匱乏,以致創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)績效不突出。所以,我們在教學(xué)過程中,要抓住教師的主導(dǎo)地教與學(xué)生主動地學(xué)這對牛鼻子,不遺余力地在教學(xué)的全過程注重發(fā)揮教師在教學(xué)中的主導(dǎo)作用,同時特別不能忽視學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的主動性和創(chuàng)造性。
大多數(shù)高校所開設(shè)的課程設(shè)計實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)是教師指定一些實(shí)驗(yàn)題目由學(xué)生進(jìn)行選擇,再由實(shí)驗(yàn)室規(guī)定了可供使用的元器件明細(xì)表,由學(xué)生在其中選擇,讓學(xué)生按照已知的方法和步驟進(jìn)行設(shè)計。另外,課程設(shè)計的題目也多以驗(yàn)證性為主,課程設(shè)計的考核方式也主要以學(xué)生驗(yàn)證性課程設(shè)計作品和教師對學(xué)生的主觀印象為主。結(jié)果這些做法在一定程度上限制了學(xué)生的思路,不利于對學(xué)生的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力和創(chuàng)新思維的培養(yǎng),甚至在一定程度上還束縛了學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)才能的充分發(fā)揮。
目前,本專業(yè)單片機(jī)實(shí)踐教學(xué),主要要求學(xué)生利用單片機(jī)采集相關(guān)信息,進(jìn)行簡單處理,顯示相應(yīng)結(jié)果,或?qū)崿F(xiàn)簡單的控制功能,與醫(yī)療儀器專業(yè)聯(lián)系不緊密。在這種教學(xué)環(huán)境下,學(xué)生在專業(yè)綜合應(yīng)用能力上沒有得到應(yīng)有的提高,與社會需求存在一定的差距,并且難以獲得應(yīng)用單片機(jī)系統(tǒng)整體開發(fā)醫(yī)療儀器的經(jīng)驗(yàn),難以樹立和提高創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。
二、醫(yī)學(xué)儀器原理及單片機(jī)實(shí)踐課程進(jìn)行創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的可行性
創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育具體到專業(yè)學(xué)習(xí)時,必不可少地要通過實(shí)驗(yàn)技術(shù)大力培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力及創(chuàng)新設(shè)計能力。創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力在學(xué)生實(shí)踐過程中主要體現(xiàn)在“交流溝通、自主學(xué)習(xí)、專業(yè)知識應(yīng)用、產(chǎn)品設(shè)計”等方面。在目前的專業(yè)培養(yǎng)計劃中,我們首次將“醫(yī)學(xué)儀器原理”與“單片機(jī)”課程整合為“醫(yī)學(xué)儀器原理及單片機(jī)實(shí)踐”的重創(chuàng)新設(shè)計的課程。其特色和優(yōu)勢在于該課程是以醫(yī)療儀器的設(shè)計為載體,通過對醫(yī)療儀器進(jìn)行分析,在選題、方案及原理分析、硬件設(shè)計、軟件設(shè)計、系統(tǒng)調(diào)試、產(chǎn)品化設(shè)計、撰寫設(shè)計報告等實(shí)踐環(huán)節(jié),對學(xué)生進(jìn)行醫(yī)療儀器設(shè)計全過程的訓(xùn)練。將創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育融入到教學(xué)環(huán)節(jié)中,在工程實(shí)踐中培養(yǎng)學(xué)生綜合產(chǎn)品設(shè)計和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。
三、醫(yī)學(xué)儀器原理及單片機(jī)實(shí)踐課程創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的實(shí)踐
本課程分別從理論教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)、項(xiàng)目實(shí)施和自主學(xué)習(xí)方面進(jìn)行了創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育實(shí)踐,旨在提高學(xué)生交流溝通、自主學(xué)習(xí)、專業(yè)知識應(yīng)用、產(chǎn)品設(shè)計等創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力,并使之能得到可持續(xù)發(fā)展。
1.“嵌入式”理教學(xué)。在“醫(yī)學(xué)儀器原理及單片機(jī)實(shí)踐”課程教學(xué)中,通過精心選擇教學(xué)內(nèi)容,采用“嵌入式”教學(xué)方法,將一些先進(jìn)的醫(yī)療儀器的設(shè)計方法和創(chuàng)新理念融入到課堂教學(xué)中,從而提高學(xué)生專業(yè)知識、自主學(xué)習(xí)、產(chǎn)品設(shè)計等創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。
2.“啟發(fā)式及開放式”實(shí)踐教學(xué)?!搬t(yī)學(xué)儀器原理及單片機(jī)實(shí)踐”課程,具有內(nèi)容雜、難度大、時間長、實(shí)用性強(qiáng)的特點(diǎn),有必要結(jié)合課程實(shí)際采用啟發(fā)式學(xué)習(xí)及開放式實(shí)踐的教學(xué)模式,并以“學(xué)生為主體、教師為引導(dǎo)”的教學(xué)方法來提高課堂教學(xué)效率與效果。比如結(jié)合研究項(xiàng)目,在具體內(nèi)容、方法及其應(yīng)用方面進(jìn)行啟發(fā)式及開放式教學(xué),可提高學(xué)生交流溝通、自主學(xué)習(xí)、產(chǎn)品設(shè)計等創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。
3.項(xiàng)目驅(qū)動?!搬t(yī)學(xué)儀器原理及單片機(jī)實(shí)踐”教學(xué)環(huán)節(jié),是全面應(yīng)用所學(xué)專業(yè)知識的過程。項(xiàng)目選擇上體現(xiàn)以人為本、以學(xué)生為主的理念。項(xiàng)目擬題緊扣專業(yè)特點(diǎn),采用學(xué)生自主擬題和教師擬題相結(jié)合,既符合學(xué)生運(yùn)用新思維、新方法將學(xué)到的知識用于實(shí)踐的愿望,又解決了部分學(xué)生擬題缺乏可行性和創(chuàng)新性的問題。
“項(xiàng)目驅(qū)動”實(shí)踐教學(xué)模式,其核心就是將實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容項(xiàng)目化,即以項(xiàng)目為框架,以項(xiàng)目設(shè)計方法細(xì)分為各個“子項(xiàng)目”作為支架,各“子項(xiàng)目”對應(yīng)相應(yīng)課程,使學(xué)生在學(xué)習(xí)相應(yīng)課程時沿著“支架”逐步攀升。“項(xiàng)目驅(qū)動”在設(shè)計方面可分為“方案及原理分析、硬件設(shè)計、軟件設(shè)計、系統(tǒng)調(diào)試、產(chǎn)品化、設(shè)計報告”6個“子項(xiàng)目”。其中硬件設(shè)計分為“電源電路、信號采集、信號調(diào)理、信號處理、執(zhí)行電路、電路板設(shè)計”6個“子項(xiàng)目”;軟件設(shè)計又分為“系統(tǒng)軟件設(shè)計、底層驅(qū)動設(shè)計”2個“子項(xiàng)目”,并將系統(tǒng)調(diào)試再分為“硬件電路調(diào)試、軟件調(diào)試”2個“子項(xiàng)目”。各“子項(xiàng)目”對應(yīng)相應(yīng)課程,如“方案及原理分析”對應(yīng)“醫(yī)學(xué)儀器原理”和“微機(jī)式儀器設(shè)計”課程。項(xiàng)目實(shí)施分解圖如圖1所示。
采用“項(xiàng)目驅(qū)動”通過多門課程共同完成具體醫(yī)療儀器產(chǎn)品設(shè)計,把復(fù)雜問題簡單化,極大地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和實(shí)踐興趣,鍛煉了學(xué)生專業(yè)知識應(yīng)用、自主學(xué)習(xí)、產(chǎn)品設(shè)計等創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力,能使其在今后就業(yè)與創(chuàng)業(yè)中大展身手,創(chuàng)造業(yè)績。
4.教學(xué)互動平臺建設(shè)。為了打破課內(nèi)課外教學(xué)的限制,為學(xué)生自主學(xué)習(xí)提供教學(xué)互動平臺,課題組在學(xué)校網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺網(wǎng)頁中構(gòu)建了“醫(yī)學(xué)儀器原理及單片機(jī)實(shí)踐”網(wǎng)絡(luò)課程,向?qū)W生提供教師團(tuán)隊、教學(xué)大綱、教學(xué)方法、教學(xué)條件、教學(xué)效果、參考教材、教學(xué)資源等內(nèi)容。通過互動平臺實(shí)現(xiàn)教學(xué)互動、資源共享、移動學(xué)習(xí)等功能,為學(xué)生自主學(xué)習(xí)的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力提供全方位支持。
四、結(jié)束語
在“醫(yī)學(xué)儀器原理及單片機(jī)實(shí)踐”課程中進(jìn)行創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育,對學(xué)生進(jìn)行醫(yī)療儀器設(shè)計全過程的訓(xùn)練,有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維,掌握醫(yī)療儀器設(shè)計開發(fā)的方法和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。通過本課程創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育,學(xué)生在課題申報、、專利申請等創(chuàng)新能力較以前有了很大提高,為將來在醫(yī)療電子領(lǐng)域做出更大貢獻(xiàn)奠定了堅實(shí)的基礎(chǔ),是一個值得普遍推廣的教學(xué)新法。
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單片機(jī)原理是機(jī)械、工程、測控類專業(yè)的專業(yè)必修課,是一門應(yīng)用性很強(qiáng)的課程[1]。由于該課程內(nèi)容較枯燥,學(xué)生學(xué)習(xí)過程中容易產(chǎn)生厭倦畏難情緒。本文結(jié)合現(xiàn)代教學(xué)的內(nèi)容、方法、手段、評價方法以及實(shí)踐,對該課程教學(xué)改革提出設(shè)想。
1單片機(jī)教學(xué)現(xiàn)狀
單片機(jī)具有功能強(qiáng)、功耗低以及性價比高的特點(diǎn),使用廣泛。目前,各高校機(jī)電類、測控類專業(yè)大多都開設(shè)了單片機(jī)課程,但由于該課程涉及范圍廣,教學(xué)效果并不理想[2]。
(1)教學(xué)內(nèi)容陳舊、模式單一。目前,單片機(jī)教學(xué)方法大多比較單一,普遍采用課堂講授理論知識、課后實(shí)驗(yàn)的方式。 這種重復(fù)教學(xué)既增加老師的工作量, 又浪費(fèi)了課時安排,而且還導(dǎo)致了理論教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)嚴(yán)重脫節(jié)錯位,教學(xué)效果差。學(xué)生未能真正掌握單片機(jī)的應(yīng)用原理,實(shí)踐能力不能得到提高。
(2)實(shí)驗(yàn)教學(xué)達(dá)不到應(yīng)有目的。單片機(jī)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程,只教授理論知識,學(xué)生不能深刻掌握知識要點(diǎn);試驗(yàn)課程也因?qū)W生主動性不足而變得枯燥乏味,加上 “保姆式”的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)無法達(dá)到實(shí)驗(yàn)的目的。
2學(xué)生學(xué)習(xí)主動性提高方法
初次接觸單片機(jī)課程的學(xué)生常感到課程內(nèi)容零散、抽象、不好理解。加上不少學(xué)生有一種好高騖遠(yuǎn)的心理,認(rèn)為單片機(jī)是過時的芯片,沒什么好學(xué)的,產(chǎn)生厭學(xué)心理。需要在創(chuàng)新教學(xué)內(nèi)容與形式的同時,提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性。
2.1提高理論學(xué)習(xí)興趣
多媒體教學(xué)與計算機(jī)系統(tǒng)仿真教學(xué)在教學(xué)中應(yīng)用普遍,但教學(xué)中很多老師過于依賴ppt,不能很好地調(diào)動學(xué)生的積極性。要激發(fā)學(xué)生的好奇心, 使他們產(chǎn)生學(xué)習(xí)興趣,可以從互動和感情交流著手。在單片機(jī)教學(xué)內(nèi)容選擇上,可選擇較為綜合的實(shí)例啟發(fā)學(xué)生思考問題、解決問題, 收集一些與單片機(jī)相關(guān)的視頻和新聞作為教學(xué)資料,增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識。
2.2激發(fā)實(shí)驗(yàn)教學(xué)潛能
實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)可通過引入proteus和keil仿真開發(fā)工具、鼓勵學(xué)生自制實(shí)驗(yàn)設(shè)備以及選擇難易程度適當(dāng)?shù)膶?shí)例進(jìn)行實(shí)驗(yàn)等方式激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣[2,3]。proteus 的獨(dú)到之處是能夠在原理圖的虛擬原型上實(shí)現(xiàn)編程, 達(dá)到軟件源碼級的實(shí)時仿真、調(diào)試及顯示輸出。因此,proteus和keil的結(jié)合,既可以進(jìn)行硬件設(shè)計和驗(yàn)證,也可以進(jìn)行軟件編程與調(diào)試。根據(jù)學(xué)生基礎(chǔ)知識掌握程度的不同,鼓勵優(yōu)秀的學(xué)生自制單片機(jī)實(shí)驗(yàn)設(shè)備,帶動周圍同學(xué)參與,營造良好的學(xué)習(xí)氛圍。同時,可采取“賽教結(jié)合”的方式,通過設(shè)計應(yīng)用系統(tǒng)競賽,不僅使學(xué)生掌握課程內(nèi)容,而且能提高學(xué)生的創(chuàng)新能力[4,5]。
3考核制度保障
再好的教學(xué)方法和手段,如果缺少有效的監(jiān)督機(jī)制,也會使其效果大打折扣。現(xiàn)行教學(xué)中,對學(xué)生的考核以試卷考試為主,試卷成績并不代表學(xué)生掌握知識的程度,實(shí)踐能力強(qiáng)但考試成績不好也會打擊學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。理論教學(xué)很重要,實(shí)踐能力同樣不可忽視,需要從兩方面來進(jìn)行考察。目前普遍做法是課堂表現(xiàn)占總成績的20%,卷面成績占80%,實(shí)驗(yàn)成績未計入總成績。這種考核方式無疑導(dǎo)致學(xué)生應(yīng)付理論考試,忽略實(shí)踐能力。要培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力,就應(yīng)改變考核方式,理論成績和實(shí)驗(yàn)成績各占一半。其中理論成績可以分成試卷成績40%,課堂表現(xiàn)10%,實(shí)驗(yàn)成績分為基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)占20%,創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)占20%,創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)報告占10%。這種考核方式的好處是學(xué)生偏向任何一方都不會取得好成績,但學(xué)生在兩方面只要滿足基本要求就能通過考核。下面舉例說明。
假設(shè)有學(xué)生a、b、c、d,學(xué)生a理論成績較好,但是僅能通過實(shí)驗(yàn)課程;b學(xué)生剛好通過理論和實(shí)驗(yàn)課程;c學(xué)生理論成績一般,但是實(shí)驗(yàn)?zāi)芰^強(qiáng);d同學(xué)對單片機(jī)課程感興趣兩方面成績都優(yōu)秀,學(xué)生最終考核成績?nèi)绫?所示。
表1新考核方案學(xué)生成績評定表
學(xué)生卷面成績
(40%)課堂表現(xiàn)
(10%)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)
(20%)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)
(20%)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)
報告(10%)總成績a808060606070b606060606060c606080808070d808080808080如采用舊考核方案,學(xué)生最終考核成績?nèi)缦卤?所示。
表2舊考核方案學(xué)生成績評定表
學(xué)生卷面成績(80
%)課堂表現(xiàn)(20%)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)總成績a8080及格80b6060及格60c6060優(yōu)秀60d8080優(yōu)秀80從以上兩表對比情況可以看出,表1能較好地反映學(xué)生的綜合學(xué)習(xí)能力,表2則無法區(qū)分學(xué)生綜合能力。由此可見,依賴卷面成績來評定一個學(xué)生的能力是不全面的,這種方式勢必暗示學(xué)生只注重理論考試,忽略實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?。因此將?shí)驗(yàn)?zāi)芰{入最終成績評定是十分必要的,應(yīng)鼓勵學(xué)生加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)。
當(dāng)然,實(shí)踐能力的評定,不同于理論知識的檢驗(yàn),它沒有統(tǒng)一的答案,要制定一套嚴(yán)格且合理的考核標(biāo)準(zhǔn),才能達(dá)到考核目的。例如創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)可鼓勵學(xué)生自己命題,按照綜合驗(yàn)證、模仿優(yōu)化改進(jìn)、有實(shí)用價值、完全創(chuàng)新的等次評定成績。同時從實(shí)施難度上進(jìn)行細(xì)化,通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計報告進(jìn)行綜合考查,既可以考察學(xué)生是否真正掌握所設(shè)計的實(shí)驗(yàn),又可以鍛煉其寫作能力。
4結(jié)語
本文分析了當(dāng)前單片機(jī)教學(xué)中存在的問題,提出應(yīng)改進(jìn)考核方式,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。將實(shí)驗(yàn)成績一并納入綜合成績評定,改變以往僅依靠卷面成績來反映學(xué)生知識掌握程度的狀況。這種方式可以全面真實(shí)地反映學(xué)生的綜合能力,但需要制定一套切實(shí)可行的評定標(biāo)準(zhǔn)。
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單片機(jī)以其體積小、價格低、功能齊全、抗干擾性高、可靠性好、易于開發(fā)擴(kuò)展等獨(dú)特特點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化及智能儀器儀表、通信設(shè)備、家用電器等各種設(shè)備儀器中。[1]近年來,隨著各種機(jī)械設(shè)備自動化程度的不斷提高,用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)對各種機(jī)械電子設(shè)備的控制顯得越來越重要。因此掌握單片機(jī)技術(shù),了解其工作原理,特別是具備單片機(jī)的基本操作技能,成為當(dāng)工科專業(yè)大學(xué)生的重要任務(wù)。
到目前為止,單片機(jī)原理及應(yīng)用是多數(shù)理工科院校電子信息科學(xué)與技術(shù)、通信工程、電氣工程及其自動化等電氣信息類專業(yè)的主干課程。該門課程以C語言程序設(shè)計、數(shù)字電路、模擬電路為前續(xù)基礎(chǔ)課程,同時對嵌入式系統(tǒng)和DSP技術(shù)等后續(xù)課程的學(xué)習(xí)有重要影響。
一、教學(xué)背景
傳統(tǒng)的單片機(jī)課程,在教學(xué)內(nèi)容的選擇和教學(xué)順序的設(shè)置上,通常采用的是理論與實(shí)踐相互結(jié)合、先理論后實(shí)踐的模式,程序設(shè)計語言通常采用匯編語言。從實(shí)際效果看,理論課程大多圍繞單片機(jī)的結(jié)構(gòu)及原理、指令系統(tǒng)、匯編語言程序設(shè)計、中斷系統(tǒng)、定時/計數(shù)器、串行通信、單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展等相關(guān)知識展開,學(xué)生處于被動接受狀態(tài),在整個教學(xué)活動中參與度不高,容易感到枯燥和倦?。粚?shí)際的拓展性應(yīng)用知識講解較少,無法體現(xiàn)當(dāng)今社會對應(yīng)用型人才培養(yǎng)的需求,對學(xué)生真正掌握單片機(jī)控制系統(tǒng)沒有實(shí)質(zhì)性的幫助。
相對于理論教學(xué),實(shí)驗(yàn)教學(xué)學(xué)時非常有限。以筆者所在院校電氣工程及其自動化專業(yè)為例,單片機(jī)原理及應(yīng)用理論學(xué)時為48學(xué)時,實(shí)驗(yàn)學(xué)時僅為16學(xué)時。實(shí)驗(yàn)教學(xué)一般在理論教學(xué)中后期才展開,受課時限制,實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)也大多局限于對單片機(jī)的簡單操作和自身功能驗(yàn)證之上,而很少拓展到單片機(jī)的具體應(yīng)用領(lǐng)域。又由于缺乏后續(xù)相關(guān)課程的支撐,沒有能夠?qū)纹瑱C(jī)教學(xué)與相關(guān)課程有機(jī)結(jié)合,將所學(xué)知識有機(jī)系統(tǒng)的串聯(lián)起來,對單片機(jī)“軟硬件結(jié)合的系統(tǒng)設(shè)計方法”強(qiáng)調(diào)不夠,使得學(xué)生在設(shè)計實(shí)際的應(yīng)用系統(tǒng)時缺少系統(tǒng)化的思想。[2]
此外,多數(shù)院校單片機(jī)課程成績的評定多是以期末理論考試為主,考核方式欠缺多樣性,對學(xué)生實(shí)踐能力的考核欠缺有效的考評機(jī)制,導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中重理論而輕實(shí)驗(yàn),忽略了單片機(jī)作為一門應(yīng)用性極強(qiáng)的課程的本質(zhì)。
二、項(xiàng)目驅(qū)動教學(xué)法在單片機(jī)教學(xué)中的實(shí)踐
1.項(xiàng)目驅(qū)動教學(xué)法
所謂項(xiàng)目驅(qū)動教學(xué)法,是一種基于探究性學(xué)習(xí)和協(xié)作學(xué)習(xí)的教學(xué)方式,是指教師把教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)重點(diǎn)提煉出來,巧妙地蘊(yùn)含在一個個具體的項(xiàng)目中,把相關(guān)的知識點(diǎn)融入到項(xiàng)目的各個環(huán)節(jié)中,層層推進(jìn),從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣、發(fā)展學(xué)生動手能力的教學(xué)方式。項(xiàng)目驅(qū)動教學(xué)法把教師的作用更多的定位在促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)、引導(dǎo)學(xué)生成功上,教與學(xué)都是圍繞著所設(shè)計的項(xiàng)目來展開。
項(xiàng)目驅(qū)動教學(xué)法比較適合實(shí)踐性較強(qiáng)的理工科課程教學(xué),它要求師生改變傳統(tǒng)的觀念和角色,充分發(fā)揮學(xué)生在學(xué)習(xí)中的主體地位和教師在教學(xué)中的組織、引導(dǎo)、促進(jìn)、控制作用,把學(xué)生認(rèn)為枯燥的知識轉(zhuǎn)變?yōu)樯鷦拥膶W(xué)習(xí)內(nèi)容,有利于真正培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、自學(xué)能力、實(shí)踐能力、增強(qiáng)學(xué)生獨(dú)立意識和協(xié)作精神。[3]
2.項(xiàng)目驅(qū)動教學(xué)法在單片機(jī)教學(xué)中的實(shí)踐
把項(xiàng)目驅(qū)動教學(xué)法應(yīng)用于單片機(jī)課程教學(xué)過程中,首先要解決的是編程語言的選擇問題?,F(xiàn)今大多數(shù)的單片機(jī)教材的編程語言都是以匯編語言為主,使用匯編語言編程的優(yōu)點(diǎn)在于其所編寫程序的代碼緊湊、執(zhí)行時間短、便于控制。然而其缺點(diǎn)也是明顯的――由于其缺乏通用性,需要程序編寫人員對單片機(jī)硬件系統(tǒng)有相當(dāng)深入的理解,且程序不易移植,所以不利于單片機(jī)教學(xué)。C語言由于其運(yùn)算速度快、有良好的可移植性、且編譯效率高,可以直接實(shí)現(xiàn)對單片機(jī)硬件系統(tǒng)的控制,因此筆者所在院校從2010級電氣信息類本科專業(yè)開始,在單片機(jī)教學(xué)中采用了C語言編程。
其次,把項(xiàng)目驅(qū)動教學(xué)法應(yīng)用于單片機(jī)課程教學(xué)實(shí)踐中,項(xiàng)目內(nèi)容的設(shè)計與提煉極其重要和關(guān)鍵。項(xiàng)目內(nèi)容的設(shè)計要打破原有教學(xué)框架,遵循學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律,以學(xué)生為中心,由簡單開始,將單片機(jī)課程的核心技術(shù)提煉為若干知識點(diǎn),并通過一個個具體案例來體現(xiàn)。引導(dǎo)學(xué)生邊做邊學(xué),在實(shí)踐中學(xué)習(xí)。一個項(xiàng)目的設(shè)計需要由不同的知識點(diǎn)去組合和搭建,如“基于單片機(jī)的交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計”,不但要求學(xué)生熟練單片機(jī)的I/O口操作,還要熟悉數(shù)碼管的顯示知識;同樣“簡易搶答器設(shè)計”,不但要熟練單片機(jī)的I/O口操作、數(shù)碼管的顯示知識,還要熟悉按鍵等的操作,因此,每個項(xiàng)目又可被分解為若干任務(wù)。
筆者依據(jù)本校電氣信息類專業(yè)對“單片機(jī)原理及應(yīng)用”課程教學(xué)內(nèi)容的要求,結(jié)合自身實(shí)際教學(xué)經(jīng)驗(yàn),把單片機(jī)教學(xué)內(nèi)容大致分解為三大模塊,詳見表1。
表1 項(xiàng)目內(nèi)容及任務(wù)
在這三大模塊中,基礎(chǔ)訓(xùn)練模塊教學(xué)內(nèi)容由單片機(jī)最小系統(tǒng)、I/O接口、數(shù)碼管顯示技術(shù)等組成;技能模塊教學(xué)內(nèi)容由單片機(jī)的中斷系統(tǒng)、定時器/計數(shù)器、串口通信、電機(jī)控制等組成;綜合訓(xùn)練教學(xué)內(nèi)容由模擬交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計和簡易搶答器設(shè)計等組成。在基礎(chǔ)模塊教學(xué)階段,教師通過講解和演示的形式以提起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,讓學(xué)生熟悉常用的編程軟件和實(shí)驗(yàn)平臺的使用方法。技能模塊教學(xué)設(shè)置與基礎(chǔ)模塊一致,教師先講解后演示,綜合訓(xùn)練模塊不再設(shè)置講解環(huán)節(jié),教師布置題目后,學(xué)生自行完成,教師點(diǎn)評項(xiàng)目報告。每個項(xiàng)目結(jié)束后,教師都要求學(xué)生撰寫項(xiàng)目報告并據(jù)此進(jìn)行教學(xué)評估。
此外,在單片機(jī)教學(xué)過程中,對部分教學(xué)項(xiàng)目,在實(shí)驗(yàn)板不能滿足教學(xué)需要的情況下,還引入了Proteus單片機(jī)系統(tǒng)虛擬仿真軟件結(jié)合Keil C軟件編程,用虛擬單片機(jī)系統(tǒng)來替代實(shí)際硬件電路,把程序運(yùn)行于虛擬的MCU上,使軟件調(diào)試不再依賴于實(shí)際的硬件電路,當(dāng)仿真結(jié)果達(dá)到系統(tǒng)預(yù)期目的后,還可以進(jìn)行實(shí)際硬件電路的制作。仿真軟件的使用讓學(xué)生不再受限于現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)課時和實(shí)驗(yàn)設(shè)備,使其能夠更加靈活、深入地學(xué)習(xí)單片機(jī)知識。
對單片機(jī)實(shí)驗(yàn)課時相對不足的現(xiàn)狀,將部分理論課時移到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行,構(gòu)建理論與實(shí)踐一體化的教學(xué)模式。教師每講授完一個項(xiàng)目,立刻要求學(xué)生進(jìn)行實(shí)踐,同時充分利用開放實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計的有限學(xué)時,作為實(shí)踐學(xué)時的有效補(bǔ)充,通過充分的實(shí)踐使學(xué)生掌握單片機(jī)的軟硬件資源及工作原理。
三、教學(xué)體會
關(guān)鍵詞:應(yīng)用型本科;實(shí)踐訓(xùn)練;工程應(yīng)用
中國教育早就認(rèn)識到了實(shí)踐與理論教育同等重要,由于實(shí)踐需要硬件成本投入,受制于早期國家經(jīng)濟(jì)能力與工業(yè)基礎(chǔ),過去的大學(xué)教育沒有足夠的經(jīng)濟(jì)與資源投入到實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中,而只能以理論教學(xué)配合少量簡單的實(shí)踐教學(xué)[1]?,F(xiàn)在隨著國家在教育經(jīng)費(fèi)投入增大,教學(xué)設(shè)備配置齊全,學(xué)校在教學(xué)手段上更加靈活,借助于淘寶等互聯(lián)網(wǎng)交易平臺,大學(xué)實(shí)踐教學(xué)實(shí)施變得可行性更高,更加容易。在此背景下,圍繞學(xué)生實(shí)踐能力展開的教學(xué)理念、教學(xué)方法、培養(yǎng)計劃得以實(shí)行發(fā)展,如我國2009年年底開展的“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”、CDIO、探究式項(xiàng)目教學(xué)法[2,3]。應(yīng)用型本科學(xué)校除了課程理論傳教外,也應(yīng)開展實(shí)踐教學(xué)以促進(jìn)知識的理解及應(yīng)用[4]。大多數(shù)的專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)實(shí)踐課以課程設(shè)計或?qū)嵱?xùn)為重點(diǎn),在課程理論課時結(jié)束后通過實(shí)踐教學(xué)加深強(qiáng)化學(xué)生對專業(yè)知識的理解與應(yīng)用。但這些實(shí)踐環(huán)節(jié)都是分散、單項(xiàng)的能力訓(xùn)練。應(yīng)用型本科學(xué)生的專業(yè)知識確實(shí)要提倡應(yīng)用,但這里應(yīng)用不僅僅是為了強(qiáng)化理解專業(yè)知識,更應(yīng)該是面向解決工程問題[5]。
1多課程綜合實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目教學(xué)方法的提出
這里以CDIO為理念,借助于探究式項(xiàng)目教學(xué)思路,提出以項(xiàng)目為載體融合多課程的綜合實(shí)訓(xùn)教學(xué)替代傳統(tǒng)單課程的課程設(shè)計和實(shí)訓(xùn)教學(xué)方法。項(xiàng)目是工程中針對某一個問題而產(chǎn)生的一種技術(shù)上的需求,往往涉及多個課程的知識點(diǎn)。這些知識點(diǎn)需要項(xiàng)目實(shí)施者對自己所學(xué)各課程知識的搜索才能得到。這種搜索過程就是一個對知識肯定與否定的過程,強(qiáng)化實(shí)施者對知識的理解,最終找到合適的解決方案。在此過程,實(shí)施者需要多課程知識的搜索、融合、搭建,才能完成項(xiàng)目。相對于以單課程知識點(diǎn)的實(shí)踐訓(xùn)練,其對學(xué)生的知識點(diǎn)要求更豐富,技巧更高,相對難度高。因此,本文提出的基于項(xiàng)目的多課程綜合實(shí)訓(xùn)教學(xué),既達(dá)到了單課程實(shí)踐教學(xué)的目的,同時突出了課程知識點(diǎn)在解決工程問題中的融合與支撐,又能體現(xiàn)學(xué)以致用的辦學(xué)宗旨,是應(yīng)用型本科學(xué)校今后實(shí)踐教學(xué)一個發(fā)展方向[5]。其過程如圖1所示。
2項(xiàng)目設(shè)計與實(shí)施
以南京工程學(xué)院自動化專業(yè)系統(tǒng)集成方向的多課程(電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、單片機(jī))綜合實(shí)訓(xùn)—循跡小車為例,說明項(xiàng)目設(shè)計與實(shí)施過程。為了保證實(shí)訓(xùn)順利進(jìn)行,過程上主要分為:實(shí)訓(xùn)前準(zhǔn)備、題目講解、方案設(shè)計、方案答辯、學(xué)生設(shè)計與檢查、項(xiàng)目評分。2.1實(shí)訓(xùn)前準(zhǔn)備這一階段主要講解實(shí)驗(yàn)室一些安全準(zhǔn)則,保證實(shí)訓(xùn)的安全性。一些工程軟件對于綜合實(shí)訓(xùn)有很好的仿真、設(shè)計作用,如AD軟件、Proteus軟件、Protel軟件,給學(xué)生初步講解一下。學(xué)生可以在設(shè)計過程中利用一些簡單功能,便于設(shè)計。常規(guī)儀器需要介紹一下,如萬用表功能、示波器使用、電流電壓源使用等。設(shè)計過程中有元器件焊接,也需要介紹元器件辨識,訓(xùn)練并考核引腳焊接等技能。這些內(nèi)容可以更好地保證學(xué)生完成實(shí)訓(xùn),使得學(xué)生工作逼近工程實(shí)際環(huán)境。2.2項(xiàng)目講解介紹每個項(xiàng)目的要求。先提出項(xiàng)目的總體要求,以“循跡小車”為例,能按預(yù)定軌跡行駛,小車檢測到起跑線后開始計時,自動循跡行駛一周后回到起跑線停止行駛并停止計時。在此過程中,不允許有小車系統(tǒng)外的控制。軌跡如圖2所示。再將項(xiàng)目分為幾個模塊設(shè)計,如循跡模塊、電機(jī)驅(qū)動模塊、計速模塊等分別講解。項(xiàng)目需要單片機(jī)、傳感器、電子技術(shù)課程的內(nèi)容,才能完成項(xiàng)目設(shè)計,硬件模塊學(xué)生需利用提供的元器件自行設(shè)計完成。圖2小車軌跡圖2.3方案設(shè)計與開題答辯前期準(zhǔn)備工作結(jié)束后,要求學(xué)生提供軟硬件設(shè)計方案。學(xué)生在此期間,可以根據(jù)提供的器件型號,上網(wǎng)查閱資料。并利用所學(xué)的專業(yè)理論知識,理解資料,提出對應(yīng)的傳感電路、電源電路、接口電路設(shè)計等。在硬件模塊電路方案確定后,設(shè)計軟件方案框架圖,能初步提出系統(tǒng)在程序中涉及的單片機(jī)資源。學(xué)生要整理資料,形成方案報告,制作PPT,在開題答辯會上講解自己的方案。圖3是學(xué)生的軌跡光電檢測電路和電機(jī)驅(qū)動電路方案。2.4項(xiàng)目制作學(xué)生在設(shè)計好系統(tǒng)初步方案后,可以進(jìn)行硬件設(shè)計與軟件設(shè)計。單片機(jī)最小系統(tǒng)板統(tǒng)一由教師提供。其他的電路板,如軌跡光電傳感電路、電機(jī)驅(qū)動電路板等,由學(xué)生設(shè)計PCB圖,再用單面腐蝕銅板制作,然后根據(jù)元器件的排布,將發(fā)放的元器件焊接好(如圖4所示)。在項(xiàng)目軟件設(shè)計中,先是模塊軟件設(shè)計,包括軌跡檢測、電機(jī)驅(qū)動、顯示、計時等,實(shí)行系統(tǒng)的各個子功能,方便系統(tǒng)集成時的調(diào)試、糾錯;然后再利用主程序?qū)蝹€模塊集成,實(shí)現(xiàn)整個項(xiàng)目要求。a電機(jī)驅(qū)動電路板模塊b軌跡光電檢測電路板模塊圖4學(xué)生制作的電路板模塊2.5項(xiàng)目評分根據(jù)項(xiàng)目要求驗(yàn)收每組項(xiàng)目制作。項(xiàng)目要求主要分為設(shè)計報告、基本要求、發(fā)揮部分,分值見表1,得到每組的總分。驗(yàn)收采用答辯形式,每組(不多于3名學(xué)生)需要制作PPT,介紹自己項(xiàng)目制作工作量,并接受教師的提問,最后得到各自在項(xiàng)目中的權(quán)值(0~1),3名學(xué)生權(quán)值之和可以大于1,但不超過3。由權(quán)值乘以項(xiàng)目總分,就是每位學(xué)生的實(shí)訓(xùn)成績。
3結(jié)束語
以上是以電子技術(shù)、單片機(jī)、傳感器技術(shù)課程為例,說明了多課程的綜合實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目設(shè)計與實(shí)施過程。專業(yè)中相互支撐的實(shí)踐課程完全可以開發(fā)成類似上面的綜合實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目。在單課程實(shí)訓(xùn)或課程設(shè)計過程中,也不可避免的涉及其他課程的知識點(diǎn),以及其他的硬件資源,如單片機(jī)系統(tǒng)離不開電路,傳感器應(yīng)用離不開電路與后續(xù)的數(shù)據(jù)處理,電子技術(shù)應(yīng)用離不開具體的電路設(shè)計。以綜合實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目為載體將它們?nèi)诤显谝黄?,既?jié)約了硬件資源,同時又有多名教師參與,也減輕了單獨(dú)指導(dǎo)時教師知識面窄的壓力,學(xué)生能夠吸收到更多的知識。在多課程綜合的項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)中,學(xué)生可以更廣泛運(yùn)用所學(xué)知識,解決項(xiàng)目設(shè)計問題,對于學(xué)生理解專業(yè)課程設(shè)計更有幫助,提高實(shí)訓(xùn)效果。同時學(xué)生也可以初步了解項(xiàng)目執(zhí)行過程,鍛煉工程能力,有利于解決今后在工作中遇到的專業(yè)問題。
作者:胥保春 盛云龍 吳京秋 陳巍 單位:南京工程學(xué)院
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關(guān)鍵詞:單片機(jī);課程改革;課程探索
作者簡介:許景輝(1978-),男,河北藁城人,西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院,講師;張成鳳(1978-),女,山東安丘人,西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院,講師。(陜西 楊凌 712100)
基金項(xiàng)目:本文系西北農(nóng)林科技大學(xué)本科優(yōu)質(zhì)課程建設(shè)項(xiàng)目(項(xiàng)目編號:2013-53)的研究成果。
中圖分類號:G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1007-0079(2013)35-0074-02
“單片機(jī)原理及應(yīng)用”是電氣工程及其自動化專業(yè)的一門重要學(xué)科基礎(chǔ)課,是專業(yè)建設(shè)方向中“強(qiáng)弱電結(jié)合、軟硬件結(jié)合”的重要體現(xiàn)課程之一。該課程幫助學(xué)生理解嵌入式控制系統(tǒng)的原理、工作模式和常用芯片參數(shù),是目前信息技術(shù)在電力系統(tǒng)中應(yīng)用的入門級課程和基礎(chǔ)課程。
“單片機(jī)原理及應(yīng)用”經(jīng)過多年的教學(xué)實(shí)踐和改革,從教學(xué)方法和教學(xué)手段上進(jìn)行了不斷創(chuàng)新,教學(xué)效果日益提高。但在新科技時代背景下,隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展,更多的技術(shù)和方法可應(yīng)用到“單片機(jī)原理及應(yīng)用”教學(xué)中,為課程改革的不斷推進(jìn)注入了活力。[1]2012年新的專業(yè)目錄調(diào)整后,專業(yè)課程設(shè)置及學(xué)時要求發(fā)生了一定變化,這也為該課程的改革提出了新的要求。
一、單片機(jī)課程教學(xué)現(xiàn)狀
單片機(jī)課程是目前高校電類專業(yè)的骨干課程,雖然從課程名字上有所不同,但教學(xué)內(nèi)容基本為MCS-51單片機(jī)基本原理及其應(yīng)用方法,故課程名字多為“單片機(jī)原理”、“單片機(jī)原理及應(yīng)用”、“單片機(jī)原理與接口技術(shù)”等。根據(jù)教學(xué)任務(wù)要求及課程設(shè)置不同,單片機(jī)課程學(xué)時從32學(xué)時到64學(xué)時不等。結(jié)合現(xiàn)在專業(yè)培養(yǎng)方案變化,目前該課程以48學(xué)時居多,同時根據(jù)教學(xué)需要增設(shè)1~2周的課程設(shè)計。從教學(xué)形式上來看,各?;狙永m(xù)課堂講授和課程實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的傳統(tǒng)教學(xué)模式。由于多媒體的推廣及實(shí)驗(yàn)設(shè)備價格的降低,學(xué)生知識掌握和實(shí)踐動手能力都較過去有了很大進(jìn)步。以單片機(jī)為主的應(yīng)用電路設(shè)計一直是各個學(xué)校學(xué)生科技創(chuàng)新活動的主流,通過各類實(shí)踐活動,學(xué)生在畢業(yè)時的理論和實(shí)踐能力顯著增強(qiáng),為學(xué)生進(jìn)入工作單位打下了堅實(shí)的基礎(chǔ),受到社會各個用人單位的青睞。
然而,目前單片機(jī)教學(xué)中也存在很多問題,需要不斷進(jìn)行教學(xué)研究,進(jìn)一步提高該課程的教學(xué)效果。首先,該課程的教學(xué)內(nèi)容需要適度更新,以適應(yīng)當(dāng)前社會對單片機(jī)技術(shù)人才的需求。在課程教學(xué)內(nèi)容上,多年來該課程以MCS-51系列單片機(jī)為例,從單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)、常用指令、編程方法和單片機(jī)硬件擴(kuò)展等方面進(jìn)行單片機(jī)的教學(xué)和實(shí)踐鍛煉。但實(shí)踐中發(fā)現(xiàn),單片機(jī)匯編語句部分應(yīng)增加C51對照程序以加強(qiáng)學(xué)生實(shí)際應(yīng)用開發(fā)的能力和水平。在單片機(jī)知識結(jié)構(gòu)上,應(yīng)對目前普遍使用的I2C、SPI、ICP和ISP等加以介紹,讓學(xué)生了解目前廣泛采用的單片機(jī)技術(shù)。除了MCS-51單片機(jī)外,還應(yīng)對日常廣泛采用的PIC和AVR系列單片機(jī)進(jìn)行適當(dāng)介紹,使學(xué)生不至于與實(shí)際脫節(jié),降低課程教學(xué)效果。在實(shí)踐環(huán)節(jié)中,很多學(xué)校仍采用傳統(tǒng)的試驗(yàn)箱,這雖然在一定程度上方便了學(xué)生實(shí)驗(yàn),但與學(xué)生進(jìn)行單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)脫節(jié),容易造成學(xué)生眼高手低的教學(xué)弊病。實(shí)踐教學(xué)中,應(yīng)將具有在線可編程功能的單片機(jī)引入到實(shí)驗(yàn)課程之中,讓學(xué)生真正體驗(yàn)單片機(jī)開發(fā)的實(shí)際環(huán)境,更好地了解系統(tǒng)設(shè)計過程及調(diào)試過程。結(jié)合現(xiàn)代虛擬仿真技術(shù),應(yīng)將PROTEUS等仿真軟件引入到教學(xué)和實(shí)踐體系之中,讓學(xué)生能夠在理想的環(huán)境下進(jìn)行軟硬件調(diào)試,增強(qiáng)學(xué)習(xí)興趣。
二、單片機(jī)課程教學(xué)改革實(shí)踐
“單片機(jī)原理及應(yīng)用”課程改革主要包括課程內(nèi)容優(yōu)化、實(shí)踐教學(xué)創(chuàng)新、教學(xué)方法改革、考核體系完善及創(chuàng)新人才培養(yǎng)等幾個部分,通過不同部分的教學(xué)改革實(shí)踐,可優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容體系,提高學(xué)生綜合素質(zhì),培養(yǎng)學(xué)生具有“理論基礎(chǔ)扎實(shí)、實(shí)踐創(chuàng)新能力強(qiáng)”的創(chuàng)新型人才。
1.明確培養(yǎng)目標(biāo),優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容
單片機(jī)課程是一門理論和實(shí)踐性都比較強(qiáng)的課程。由于該課程較為抽象,需要學(xué)生用“有限硬件資源”的思想去考慮各類復(fù)雜的自動控制問題,這就要求課程的理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容合理,能通過相互補(bǔ)充的方式提高教學(xué)效果。目前,“重基礎(chǔ)、寬口徑、重應(yīng)用、高素質(zhì)”是電氣專業(yè)培養(yǎng)的原則,在這個培養(yǎng)目標(biāo)下,學(xué)生應(yīng)該掌握堅實(shí)的課程基礎(chǔ),建立較為全面的課程知識結(jié)構(gòu),在實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)上,具有較強(qiáng)的動手實(shí)踐和科技創(chuàng)新能力。但在新的專業(yè)培養(yǎng)大綱修訂中,專業(yè)學(xué)時不斷壓縮,因此更需要認(rèn)真考慮教學(xué)內(nèi)容,滿足現(xiàn)在培養(yǎng)目標(biāo)的要求。
單片機(jī)教材多種多樣,但在教學(xué)內(nèi)容上基本相似。單片機(jī)課程內(nèi)容主要有數(shù)字電路基礎(chǔ)、MCS-51單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)、單片機(jī)指令系統(tǒng)、匯編語言程序設(shè)計、單片機(jī)中斷及定時/計數(shù)器、單片機(jī)存儲器及擴(kuò)展、單片機(jī)串行通信、單片機(jī)接口技術(shù)、D/A和A/D轉(zhuǎn)換電路設(shè)計、單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計方法、單片機(jī)應(yīng)用及開發(fā)舉例等內(nèi)容。從內(nèi)容上來看,單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)及匯編程序設(shè)計、中斷及定時/計數(shù)器、單片機(jī)存儲器及擴(kuò)展和單片機(jī)串行通信等是該課程基礎(chǔ)知識,應(yīng)通過各種教學(xué)手段進(jìn)行重點(diǎn)講授。不論學(xué)時如何壓縮,這些基本內(nèi)容應(yīng)該保留并保證教學(xué)的實(shí)際效果。D/A和A/D轉(zhuǎn)換理論在數(shù)字電路課程中有所介紹,因此可以結(jié)合單片機(jī)應(yīng)用及開發(fā)舉例等內(nèi)容進(jìn)行講授,結(jié)合實(shí)踐教學(xué)要求,還可將其放入到實(shí)踐環(huán)節(jié)之中。單片機(jī)匯編語言部分教學(xué)內(nèi)容應(yīng)補(bǔ)充C51編程方法及實(shí)例,但匯編語言不應(yīng)省略,因?yàn)樗清憻拰W(xué)生軟硬件編程思維的重要內(nèi)容,不應(yīng)過分追求與社會接軌而讓學(xué)生建立空中樓閣式的課程知識結(jié)構(gòu)。在串口通信教學(xué)中,可對RS-232接口及單片機(jī)串口工作方式進(jìn)行簡要介紹,但應(yīng)增加I2C、SPI等串口總線教學(xué)內(nèi)容以適應(yīng)現(xiàn)在硬件接口設(shè)計的時代需要。[2]PIC和AVR單片機(jī)作為現(xiàn)在單片機(jī)應(yīng)用的主流,在課堂中應(yīng)對其特點(diǎn)加以介紹。
2.加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué),提高學(xué)生創(chuàng)新能力
單片機(jī)課程實(shí)踐性非常強(qiáng),只有通過理論和實(shí)踐相結(jié)合,學(xué)生才能真正掌握單片機(jī)的使用方法和應(yīng)用技巧。單片機(jī)課程實(shí)踐教學(xué)分教學(xué)實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計兩個部分。兩部分應(yīng)結(jié)合課堂教學(xué)內(nèi)容,相互補(bǔ)充,相互呼應(yīng)。
在教學(xué)試驗(yàn)中,首先應(yīng)采用切近實(shí)際生產(chǎn)的教學(xué)設(shè)備。目前很多高校仍采用傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)仿真箱,這種設(shè)備讓學(xué)生關(guān)注于程序設(shè)計,單片機(jī)硬件部分只需插線即可完成。從目前教學(xué)效果來看,采用這種設(shè)備進(jìn)行教學(xué),學(xué)生對軟硬件知識的掌握程度不盡理想。現(xiàn)在廣泛采用的單片機(jī)均有ISP(在線可編程)功能,其單片機(jī)ROM多采用可擦寫的flash芯片,因此延續(xù)過去燒寫器時代的仿真實(shí)驗(yàn)箱將給學(xué)生造成錯覺,讓其在實(shí)際硬件開發(fā)中有種無所適從的感覺。單片機(jī)實(shí)踐教學(xué)要求學(xué)生能夠掌握單片機(jī)基本指令和使用方法,掌握單片機(jī)系統(tǒng)的開發(fā)流程及操作技巧,因此需要學(xué)生在軟硬件上均應(yīng)進(jìn)行實(shí)踐鍛煉,這就要求啟動新型實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器的應(yīng)用。目前,單片機(jī)開發(fā)板功能日益完善,其價格越來越低,因此可以通過單片機(jī)開發(fā)板,讓學(xué)生進(jìn)入單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)的實(shí)戰(zhàn)環(huán)境,真正讓學(xué)生對系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)和軟件指令有一深入的了解和掌握。在實(shí)踐教學(xué)中,采用了積木式單片機(jī)硬件系統(tǒng),單片機(jī)建立最小系統(tǒng)后,其設(shè)備均通過經(jīng)典電路制作成模塊,學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中要對其電源、總線等設(shè)計,需要通過引線組件不同功能電路,這充分鍛煉了學(xué)生的動手能力和系統(tǒng)設(shè)計能力。
在單片機(jī)實(shí)踐教學(xué)中,PROTEUS軟件是取代傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)仿真箱的另一利器。PROTEUS軟件是英國Labcenter electronics公司開發(fā)的EDA軟件,是目前唯一能夠進(jìn)行單片機(jī)軟硬件仿真的計算機(jī)輔助軟件。[3]該軟件有豐富的元器件模型庫,能以較為形象的方式進(jìn)行51系列、PIC系列、AVR系列和ARM7等軟硬件仿真。[3]該軟件注重于器件的關(guān)鍵引腳連線,能結(jié)合Keil等編程環(huán)境,對單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行主要功能檢驗(yàn)和輸出結(jié)果仿真,這有效提高了單片機(jī)學(xué)習(xí)和開發(fā)的效率。PROTEUS軟件在軟件環(huán)境中集成了各類檢測儀表,學(xué)生只需一臺計算機(jī)即可進(jìn)行相關(guān)知識的學(xué)習(xí)和功能開發(fā),其應(yīng)用范圍越來越廣。[4]西北農(nóng)林科技大學(xué)(以下簡稱“我校”)根據(jù)教學(xué)中常用電路及實(shí)驗(yàn)仿真箱等經(jīng)典電路開發(fā)了“基于PROTEUS的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺”,通過模塊化的方式排列了教學(xué)和實(shí)踐中常用電路模塊,學(xué)生需要通過硬件連線和軟件編程完成相應(yīng)控制功能,對學(xué)生軟硬件設(shè)計能力提高起到很大促進(jìn)作用。
3.采用多種教學(xué)手段,不斷提高教學(xué)效果
近年來,隨著國家教育改革的不斷深入,“強(qiáng)基礎(chǔ)、寬口徑”已是目前高校專業(yè)教學(xué)目標(biāo)的主流,與之呼應(yīng)的專業(yè)培養(yǎng)方案修訂使得專業(yè)課程學(xué)時不斷壓縮,但教學(xué)大綱中對課程內(nèi)容要求并未減少,這就勢必造成教學(xué)效果的下降。為了適應(yīng)這種狀況,教學(xué)中必須采用新式教學(xué)方式,以提高教學(xué)效率。
現(xiàn)代教學(xué)手段中,多媒體授課形式已經(jīng)不是新的創(chuàng)意,但多媒體課件如何設(shè)計卻是一個常說常新的話題。目前,對于如何進(jìn)行多媒體課件制作的論文已經(jīng)很多,[5,6]但如何設(shè)計課件內(nèi)容及如何設(shè)計內(nèi)容展示方式的論文卻不多。多媒體教學(xué)中,對于抽象的內(nèi)容需要用POWER POINT中動畫功能予以演示,如單片機(jī)工作方式內(nèi)容講解時,學(xué)生很難想象單片機(jī)取指令、編譯指令和取數(shù)據(jù)的過程,而通過動畫顯示的方式,學(xué)生就很容易理解PC指針的工作方式以及CPU進(jìn)行取、解譯和執(zhí)行指令的過程?,F(xiàn)在網(wǎng)上資料非常多,在進(jìn)行單片機(jī)硬件擴(kuò)展內(nèi)容講解時,可將學(xué)生分成幾組,分別對常用的電容、晶振、液晶顯示器、數(shù)碼管等進(jìn)行型號和圖片的搜集和整理,然后利用課堂5分鐘進(jìn)行各組的講解和展示,這不但拓展了學(xué)生的視野,而且鍛煉了學(xué)生的能力,起到了教學(xué)相長的目的。
除了多媒體教學(xué)外,還應(yīng)充分利用各種資源,為學(xué)生進(jìn)行立體式教學(xué)環(huán)境布置。應(yīng)充分利用板書、多媒體、網(wǎng)絡(luò)等手段,揚(yáng)長避短,充分發(fā)揮各自優(yōu)勢。教師通過板書給學(xué)生以思考的時間,利于學(xué)生進(jìn)行理論知識的課堂消化。網(wǎng)絡(luò)是目前知識學(xué)習(xí)的寶庫,豐富的網(wǎng)絡(luò)資源為課程難點(diǎn)解答提供了多種版本的解釋,為學(xué)生正確理解知識點(diǎn)提供了幫助。比如說單片機(jī)型號多樣,課本講解是有限的,學(xué)生就可查閱論壇和精品課程網(wǎng)站來了解新知識,各類國家、省級優(yōu)秀精品課程網(wǎng)站為學(xué)生學(xué)習(xí)提供了良好的平臺。
4.建立多樣考查方式,注重學(xué)生學(xué)習(xí)效果考核
各種教學(xué)方式改革,目的是為了給學(xué)生提供一個良好的學(xué)習(xí)環(huán)境,因此學(xué)生學(xué)習(xí)效果還需通過多種考核方式進(jìn)行評測,為學(xué)生質(zhì)量鑒定提供一個標(biāo)尺。單片機(jī)課程應(yīng)用性較強(qiáng),死記硬背式的學(xué)習(xí)方式不能適應(yīng)現(xiàn)代社會對人才的需求。因此從課程考核方式上應(yīng)將作業(yè)、出勤、實(shí)驗(yàn)報告、課堂測試、大作業(yè)及期末考試結(jié)合起來,通過教學(xué)過程中的引導(dǎo),調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性。隨著社會思潮對大學(xué)校園的沖擊,每一屆學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)各有不同,因此需靈活確定各類考核比例,引導(dǎo)學(xué)生加強(qiáng)某個教學(xué)環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)和鍛煉。比如說,某屆學(xué)生實(shí)驗(yàn)積極性不高,那這屆考核中的實(shí)驗(yàn)出勤和實(shí)驗(yàn)報告比例就要加大,而且其考核比例要及早通知學(xué)生,這樣才能引導(dǎo)學(xué)生重視實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。在不同考核方式中,也應(yīng)該注重考核形式。如課堂點(diǎn)名時,很多教師拿點(diǎn)名冊進(jìn)行點(diǎn)名,由于缺課情況無法展示給學(xué)生,容易讓不愛上課的學(xué)生懈怠。而通過大屏幕式Excell點(diǎn)名,情況就不一樣了。這不僅利于學(xué)生出勤情況的統(tǒng)計,還可以讓全體同學(xué)掌握各自出勤情況,利于彼此的監(jiān)督和提醒。
三、積累教學(xué)經(jīng)驗(yàn),不斷加強(qiáng)教學(xué)創(chuàng)新
不同教學(xué)方式的改革都是圍繞創(chuàng)新性人才這個培養(yǎng)目標(biāo)進(jìn)行的。已有的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)利于當(dāng)時的教學(xué),但隨著時代的變化,其教學(xué)方式就需要不斷創(chuàng)新。
教學(xué)方式改革的主導(dǎo)者是教師,只有加強(qiáng)師資隊伍建設(shè)才能形成良好的教學(xué)和學(xué)風(fēng),才能不斷創(chuàng)新教學(xué)形式,提高教學(xué)水平和效果。在師資隊伍建設(shè)中,應(yīng)通過教案編寫、課程講授、專題研討和學(xué)術(shù)交流的形式不斷加強(qiáng)教師素質(zhì),提高教學(xué)水平。應(yīng)鼓勵和支持教師參加各類單片機(jī)產(chǎn)品會和學(xué)術(shù)團(tuán)體會議;通過科研活動、全國性技能競賽和學(xué)生科技創(chuàng)新活動,積累理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),為教學(xué)工作積累豐富的教學(xué)素材;應(yīng)積極創(chuàng)造教師進(jìn)修和考察機(jī)會,開拓眼界,豐富經(jīng)驗(yàn),為樹立其正確的教學(xué)理念創(chuàng)造條件。
學(xué)生創(chuàng)新型教育是時代賦予高等教育的目標(biāo)和使命,是促進(jìn)國家發(fā)展和生產(chǎn)力提高的重要保障。在教學(xué)中,應(yīng)積極引導(dǎo)學(xué)生發(fā)揮創(chuàng)新性思維用單片機(jī)的思維解決生活中的自動控制問題。同時應(yīng)在作業(yè)、課程設(shè)計選題及綜合性、設(shè)計性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中積極貫徹創(chuàng)新型人才培養(yǎng)思路,讓學(xué)生多動腦、多動手。結(jié)合目前實(shí)驗(yàn)室開放和PROTEUS平臺,讓學(xué)生多進(jìn)行創(chuàng)新性思考和科技創(chuàng)新活動。學(xué)生素質(zhì)的進(jìn)步既是高等教育創(chuàng)新的成果,也是教學(xué)創(chuàng)新的動力。
教學(xué)創(chuàng)新是課程生命力的動力和源泉,教學(xué)改革實(shí)踐是課程永葆青春的法寶。教師只有不斷創(chuàng)新,才能讓學(xué)生由淺入深、由易到難地進(jìn)行單片機(jī)概念、原理、使用方法的學(xué)習(xí),才能通過豐富多樣的實(shí)踐創(chuàng)新活動掌握單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計、制造方法,才能培養(yǎng)出一批又一批的高素質(zhì)創(chuàng)新型人才。
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關(guān)鍵詞:單片機(jī)原理;實(shí)驗(yàn)教學(xué);教學(xué)改革
“單片機(jī)原理及應(yīng)用”課程側(cè)重于單片機(jī)在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用,其理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)。要使學(xué)生真正掌握好本課程,必須做到理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)并重,用實(shí)驗(yàn)教學(xué)帶動理論教學(xué)。[1,2]在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中,要強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主體地位,提高學(xué)生的動手能力與創(chuàng)新能力。
一、實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀
1.實(shí)驗(yàn)學(xué)時少
以前的“單片機(jī)原理及應(yīng)用”課程總學(xué)時為64學(xué)時,實(shí)驗(yàn)學(xué)時只有8學(xué)時,占總學(xué)時的12.5%,實(shí)驗(yàn)學(xué)時不足。為了在有限的實(shí)驗(yàn)學(xué)時內(nèi)讓學(xué)生盡可能多的完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,教師只能安排一些簡單的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中基本上是“學(xué)生看教師做實(shí)驗(yàn)”,學(xué)生處于被動地位,達(dá)不到實(shí)驗(yàn)教學(xué)的最終目的。
2.實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容陳舊、模式單一
傳統(tǒng)的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容中基礎(chǔ)性、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)多,綜合性、設(shè)計性實(shí)驗(yàn)少,培養(yǎng)學(xué)生操作能力的實(shí)驗(yàn)多,培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的實(shí)驗(yàn)少。實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求學(xué)生在規(guī)定的時間內(nèi)按照步驟完成相同的實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)過程中教師教接線、給程序,學(xué)生在實(shí)驗(yàn)板上調(diào)試。在這種實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式下,學(xué)生簡單模仿,只用動手不用動腦,很難培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和綜合能力。
3.實(shí)驗(yàn)教學(xué)考核體系不完善
傳統(tǒng)的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)課程不單獨(dú)考核,評價方式主要以實(shí)驗(yàn)報告為依據(jù),而且實(shí)驗(yàn)成績占總成績的比例低。這種評價方式使學(xué)生對實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)也不重視,很難調(diào)動起學(xué)生在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中的積極性。
二、單片機(jī)原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革內(nèi)容
傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)無法達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和綜合應(yīng)用能力的要求,需要進(jìn)行改革?!捌噯纹瑱C(jī)原理與應(yīng)用”課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革主要從以下幾個方面入手:
1.實(shí)驗(yàn)室建設(shè)
目前NEC單片機(jī)在汽車電子領(lǐng)域市場份額較大,[2]而山東理工大學(xué)交通與車輛工程學(xué)院開設(shè)的“單片機(jī)原理與應(yīng)用”課程卻側(cè)重于單片機(jī)在汽車領(lǐng)域中的應(yīng)用。為此,山東理工大學(xué)交通與車輛工程學(xué)院對單片機(jī)課程的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了調(diào)整,從原來的INTEL公司的8051系列單片機(jī)調(diào)整為NEC公司的78K0KF系列單片機(jī)。同時在原有實(shí)驗(yàn)設(shè)備的基礎(chǔ)上,山東理工大學(xué)交通與車輛工程學(xué)院與NEC公司合作,建立了NEC單片機(jī)開放實(shí)驗(yàn)室。目前實(shí)驗(yàn)室擁有汽車電子嵌入式開發(fā)系統(tǒng)、NEC單片機(jī)綜合仿真實(shí)驗(yàn)儀、NEC單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)等多套設(shè)備,計算機(jī)60臺,能實(shí)現(xiàn)幾乎全部單片機(jī)教學(xué)的軟、硬件實(shí)驗(yàn),為實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革打下了良好的基礎(chǔ)。
2.增加實(shí)驗(yàn)學(xué)時
“單片機(jī)原理及應(yīng)用”課程比較抽象,學(xué)生要真正掌握該課程,需要有充分的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)作保障,因此增加了實(shí)驗(yàn)學(xué)時,由原來的8學(xué)時增加到現(xiàn)在的20學(xué)時。實(shí)驗(yàn)學(xué)時的增加,既可以安排更多的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容,使其更加系統(tǒng)和全面,又可以靈活地安排實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,為課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的實(shí)施創(chuàng)造了條件。
3.更新、調(diào)整實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容
針對78K0系列單片機(jī),NEC公司開發(fā)了一系列齊備的開發(fā)工具,包括Applilet(驅(qū)動代碼生成工具)、PMplus(編譯工具)、SM + for78K0_Kx2(軟件仿真工具)、ID78K0 for MINICUBE(硬件仿真工具)。[3]78K0系列單片機(jī)支持片上調(diào)試,可以由仿真器直接下載程序到芯片,也可以利用SM+進(jìn)行軟件仿真,豐富了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。
在原有的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的基礎(chǔ)上,增加了綜合性、設(shè)計性的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,并對實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行了分析,精選1/2的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目作為基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn),要求學(xué)生必須完成,其余1/2的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目作為綜合性、設(shè)計性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,學(xué)生可以根據(jù)自己的愛好選做。這樣既保證了基本的教學(xué)內(nèi)容,又激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和積極參與的主動性。根據(jù)實(shí)驗(yàn)學(xué)時的安排和課程特點(diǎn),將實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容分成了四部分:
第一部分為軟件模擬實(shí)驗(yàn),主要目的是熟悉Applilet軟件、SM+軟件、PM PLUS軟件等操作軟件,讓學(xué)生對整個系統(tǒng)有一個初步了解,為以后的實(shí)驗(yàn)打下了堅實(shí)的基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目包括用軟件模擬十字路通燈等。
第二部分為基本端口實(shí)驗(yàn),主要目的是讓學(xué)生認(rèn)識單片機(jī)系統(tǒng)的基本硬件。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目主要有端口輸出實(shí)驗(yàn)、H0定時計數(shù)器實(shí)驗(yàn)、按鍵中斷實(shí)驗(yàn)、A/D轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)、多位數(shù)碼管顯示實(shí)驗(yàn)、直流電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)、步進(jìn)電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)等。
第三部分為綜合設(shè)計性實(shí)驗(yàn),目的是幫助學(xué)生全面掌握所學(xué)內(nèi)容,提高學(xué)生綜合運(yùn)用知識的能力。主要有用TM00定時器設(shè)計秒表實(shí)驗(yàn)、用A/D轉(zhuǎn)換值控制步進(jìn)電機(jī)和直流電機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)驗(yàn)、鍵盤結(jié)合LCD液晶顯示實(shí)驗(yàn)、利用外部中斷設(shè)計流水燈實(shí)驗(yàn)、直流電機(jī)轉(zhuǎn)速測量實(shí)驗(yàn)等。
第四部分為創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn),主要針對那些對單片機(jī)有興趣的學(xué)生,鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新能力、動手能力和解決實(shí)際問題的能力等,該部分實(shí)驗(yàn)在課下進(jìn)行,可結(jié)合教師的科研項(xiàng)目和各類大學(xué)生電子設(shè)計大賽,如教師科研課題中的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以及全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽(NUEDC)、全國智能車設(shè)計大賽、機(jī)器人設(shè)計大賽、機(jī)電產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計大賽等。
4.完善實(shí)驗(yàn)考核體系
實(shí)驗(yàn)教學(xué)的主要目的是為了讓學(xué)生進(jìn)一步掌握單片機(jī)的原理及應(yīng)用,培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、創(chuàng)新能力和解決問題的能力,傳統(tǒng)的以實(shí)驗(yàn)報告評價實(shí)驗(yàn)成績的實(shí)驗(yàn)考核方法很難調(diào)動學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的積極性,達(dá)不到實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的。為了改變這一狀況,改革了實(shí)驗(yàn)成績的評定方法。為引起學(xué)生對單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重視,把實(shí)驗(yàn)成績占總成績的比例提高到40%~50%。實(shí)驗(yàn)成績的評定根據(jù)每次實(shí)驗(yàn)的成績,結(jié)合實(shí)驗(yàn)報告給出,實(shí)驗(yàn)報告占實(shí)驗(yàn)成績的比例較低。對每次實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場打分,每次實(shí)驗(yàn)前都給學(xué)生布置兩個實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,其中一個為基本實(shí)驗(yàn),另一個為綜合性強(qiáng)的實(shí)驗(yàn),完成基本實(shí)驗(yàn)得60分,完成本次全部實(shí)驗(yàn)才能得滿分。這種做法極大地調(diào)動了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)積極性,表現(xiàn)在上課時認(rèn)真聽課,實(shí)驗(yàn)前積極準(zhǔn)備,實(shí)驗(yàn)中相互討論等。
三、實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的成效
從2009年開始在車輛工程、交通運(yùn)輸、熱能與動力工程三個專業(yè)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革,約有1000名學(xué)生接受了新的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革,激發(fā)了學(xué)生在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的主動性與積極性,通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)又帶動了課堂教學(xué),提高了學(xué)生的動手能力,培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力和綜合應(yīng)用能力,加強(qiáng)了學(xué)生對汽車單片機(jī)原理的理解與應(yīng)用能力。具體成效表現(xiàn)在學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中的積極性明顯提高,主動思考,實(shí)驗(yàn)完成率達(dá)到100%。在三年的期末考試中學(xué)生的卷面成績較以前學(xué)生的成績有了較大提高,卷面不及格率降到了5%,學(xué)生在課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計中使用單片機(jī)系統(tǒng)的上手速度逐年加快,設(shè)計能力、編程能力大大提高。學(xué)生利用單片機(jī)參加電子類大賽獲獎的等級和人數(shù)逐年提高,2010~2011年,在全國大學(xué)生“飛思卡爾”杯智能汽車競賽、“濰柴動力杯”山東省大學(xué)生汽車技術(shù)創(chuàng)新設(shè)計大賽、山東省大學(xué)生智能車競賽等賽事中獲獎20余項(xiàng)。2012年在全國大學(xué)生瑞薩超級模型車大賽上共有2支隊伍榮獲全國二等獎,在全國大學(xué)生智能汽車競賽山東賽區(qū)中獲得二等獎5項(xiàng)、三等獎1項(xiàng)。山東理工大學(xué)交通與車輛工程學(xué)院在第九屆“泰汽新能源杯”山東省大學(xué)生機(jī)電產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計競賽中榮獲省一等獎等。
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