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          基于軟硬件協同仿真的單片機課程改革

          學術期刊發表網 位置:教育論文 時間:2020-11-23 10:20 (12)

          摘要:摘要:單片機技術是我校電子、電氣、計算機等專業的一門與課程設計、工程實踐和畢業設計高度相關的技術課程。目前,該門課程的教學模式不能滿足社會對應用型人才的需求,急需

            摘要:單片機技術是我校電子、電氣、計算機等專業的一門與課程設計、工程實踐和畢業設計高度相關的技術課程。目前,該門課程的教學模式不能滿足社會對應用型人才的需求,急需進行課程改革。文中將軟硬件聯合仿真引入單片機課堂,采用四步法完成了實踐教學的創新,提高了學生參與度與動手實踐能力。其全新的考核機制改變了學生原有的認知,全方位地實現了應用型人才的培養。

            關鍵詞:單片機;Proteus仿真;教學改革;創新實踐;應用能力;理論教學

          基于軟硬件協同仿真的單片機課程改革

            引言

            傳統的教學模式是學生在課堂上參與的時間少,學習處于被動狀態,導致學生雖然具備深厚的理論知識,卻無法將其應用到實際的工作中[1]。雖然近年來強調學生在主動學習中汲取知識,但教學模式中受到大綱、學時、考試方式等因素的約束,填鴨式教學方式仍成為主流的教學形式。實驗教學情況通常是預先由教師設計好相應的實驗項目,學生按照實驗大綱的要求完成規定的實驗。這種實驗教學方法不利于學生的動手能力、創新能力和綜合運用知識能力的培養,同時也不能激發學生的學習興趣和主觀能動性,出現了有的學生不做實驗前準備、抄襲他人程序和實驗報告的不良現象[2]。因此,迫切需要找到一個全新的單片機原理課程的教學模式,就是將單片機開發試驗儀引入到課堂教學中,將其作為學生實踐創新能力和個性發展的載體。課堂上通過單片機開發試驗儀可以完成老師布置的實踐任務,課下可以利用試驗儀進行拓展訓練,這樣可以形成一二課堂良性互動的良好局面[3]。

            1軟硬件協同仿真的教學方法

            為了促進學生的上課積極性,增強學生對電路連接和程序執行結果的感性認識,在教學過程中,本文利用KeilC51和Proteus軟件實現軟硬件聯合仿真[4]。這樣,學生經過幾個學時的理論學習后,就可以直接進行簡單的單片機項目開發。學生可以從經典的流水燈項目做起,立竿見影的結果讓學生的參與感、真實感、成就感完美呈現出來,不僅激發了學生的學習興趣,還極大地開拓了學生動手實踐的時間和空間,降低了學習成本,教和學的效果都得到了改善。一段時間后,學生已經不滿足于仿真帶來的真實感,于是便可以引導學生采用分散學習平臺51單片機開發套件來進行項目的開發設計,進行硬件實物制作。

            2創新實踐教學的方法策略

            考慮到目前學生基本都有筆記本電腦,本文提出的創新實踐教學把51單片機開發套件每人一套配發給學生使用,就可以為本專業全體學生建起一個分散式可移動自主學習平臺,如圖1所示。有了該平臺學生就可以充分利用宿舍、圖書館、實驗室、教室等場地,提高課外零碎時間的學習效率[5]。創新的第一步,是根據普中科技的單片機開發試驗儀科學制定并完善課程教學體系,改革教學內容和方法。將教學內容改成一個個項目和模塊,將整門課程劃分為多個模塊,每一模塊由多個課題組成,每一課題由一個或多個任務組成。如將最小系統的學習作為一個基本模塊,其中包括時鐘電路的設計、復位電路的設計、程序存儲器的設計。第二個基本模塊是學習輸入/輸出模塊。輸入模塊包括獨立式鍵盤的設計、矩陣式鍵盤的設計、專用的鍵盤接口芯片的使用;輸出模塊包括LED數碼管的顯示原理、LED點陣顯示原理、LCD1602顯示原理。第三個基本模塊是中斷系統的工作原理及應用學習,包括單一中斷的學習、中斷嵌套的學習。第四個基本模塊是定時器/計數器的工作原理及應用,包括定時器的使用和計數器的使用。第五個基本模塊是串口工作原理及應用,包括雙機通信、多機通信。課程后半部分以啟發和拓展學生思路為主,發揮學生想像力,自主設計出功能更復雜和完善的小作品,使他們真正喜歡上單片機,能愛不釋手,課下也愿意花時間和精力去做。創新的第二步,是改變原有的課堂教學模式,教師將學生分組,將基礎好的學生均分到每一個小組中,三個學生一組,將單片機實驗儀交由每個學生使用和保管。課堂上,學生可以先用Proteus軟件仿真教師布置的本節課設計任務,也可以直接用單片機實驗儀來完成。教師首先把本次課程任務涉及到的基本理論進行簡單的講解,組織學生獨立完成設計任務。教師對學生存在的疑問進行實時解答,如果個別學生完成得比較快,則可以進一步要求學生對課堂教學任務電路和程序進行局部修改,以培養學生單片機應用電路和程序的設計方法。此外,也可以讓能力強的學生指導本組進度稍慢的學生[6]。如果個別學生沒有完成本次任務,可以利用課外時間完成,下一節課上課前教師進行檢查。教師每節課記錄每名學生完成的情況,作為平時成績的考核依據。創新的第三步,是對知識點進行整合分類,采取錄播和錄屏的方式制作微視頻講解知識點,然后利用超星學習平臺的學習通布置每節課的微視頻,采取任務點的方式對學生進行考核。此外,配合現在的智能手機,無論是學生在實驗教學環節還是在課后的實踐創新環節,可以隨時針對某個具體內容進行針對性學習和反復學習[7]。除此之外,教師可以根據每節課的任務,布置一個課后任務,學生可以通過QQ和微信等網絡社交軟件和教師互動。慢慢引導學生興趣,逐步增加難度,完善設計功能,再適時地引入電子設計競賽的題目,對于完成得比較好的學生,從中選拔一些優秀學生參加全國大學生電子設計競賽,比如“博創杯”“藍橋杯”“智能互聯”等各類電子競賽[8]。創新的第四步,是全新的考核機制,即過程考核和期末考核相結合的機制。為保證每個學生實踐過程及學習成果的獨立性,應特別加強平時督促,即要求學生平時必須認真按照要求,完成階段性設計任務,并記錄成績,進行過程考核[9],此部分占總成績的30%。課程結束時,學生需提交自己設計作品的設計報告,闡述作品的設計思路,并回答教師的提問,此部分占總成績的30%。期末的理論部分考核占總成績的40%。任課教師根據以上各項的成績,再給出學生該課程最終的考核成績[10]?;谶^程和項目的考核見表1所列。

            3結語

            自本教學項目改革以來,學生獲得第十四界“博創杯”全國大學生嵌入式設計大賽分賽比賽一等獎,獲得2018年全國大學生“智能互聯”創新大賽華北賽區三等獎的喜人成績。新教學手段的融入,Keil開發環境與Proteus仿真軟件的有機結合,課堂上單片機開發儀的引入,都將傳統教學模式變成了“以學生為中心,以教師為指導”的新型模式,實現了課程學習與應用能力的同步高速增長。這種模式非常符合特色應用型人才的培養,能培養出企業真正需要的人才。

            參考文獻

            [1]黃鶯.基于翻轉課堂的單片機原理及接口技術實踐教學改革策略研究[J].教育教學論壇,2016,8(48):152-153.

            [2]彭宇興,余永輝.電子設計競賽對單片機實驗教學改革與創新啟示[J].職業教育研究,2009,28(3):118-119.

            [3]滕召勝,唐求,溫和,等.單片機口袋實驗室在實踐教學中的應用[J].實驗技術與管理,2017,55(10):223-225.

            [4]喬莉,魏海波.基于翻轉課堂和虛擬仿真的單片機教學改革[J].實驗技術與管理,2018,56(3):112-114.

            [5]劉艷霞,范同順,楊清梅,等.單片機類課程創新教學模式改革[J].電氣電子教學學報,2017,39(5):42-45.

            [6]王春榮,夏爾冬,熊昌炯,等.應用型本科辦學的單片機原理課程改革探索[J].實驗室研究與探索,2017,36(12):237-240.

            [7]呂燚,劉偉.微課與工程案例相結合的單片機課程教學改革研究[J].實驗科學與技術,2017,15(5):53-55.

            [8]徐靜云,李祖欣,蔡志端.基于開放式工程項目化的單片機教學改革與實踐[J].湖州師范學院學報,2017,39(6):60-64.

            [9]李志軍,張子紅,王昊,等.以設計能力為主線的單片機系統教學改革[J].物聯網技術,2014,4(10):86-89.

            [10]張子紅,王昊,李志軍,等.依托實訓基地和單片機學習板的單片機課程改革[J].高師理科學刊,2015,35(1):74-77.

            作者:張子紅 馬鳴霄 李志軍

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