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        面向應(yīng)用型人才培養(yǎng)的單片機(jī)原理與應(yīng)用課程教學(xué)改革研究

        2018-02-18 10:31:46林木泉許俊杰鄭洪慶
        裝備制造技術(shù) 2018年11期
        關(guān)鍵詞:應(yīng)用型單片機(jī)教學(xué)法

        林木泉,許俊杰,鄭洪慶

        (閩南理工學(xué)院,福建 泉州362700)

        0 引言

        應(yīng)用型人才培養(yǎng)是近年來國家人才培養(yǎng)戰(zhàn)略調(diào)整的一項(xiàng)重要舉措,這也是地方本科高校服務(wù)區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的有效手段和途徑。培養(yǎng)適應(yīng)社會(huì)需求的人才是應(yīng)用型本科教育體系的重中之重,該模式下實(shí)踐技能的培養(yǎng)尤為重要。

        如今電子技術(shù)的迅猛發(fā)展,生活中包含單片機(jī)的電子產(chǎn)品幾乎無處不在。單片機(jī)技術(shù)已成為一個(gè)重要的技術(shù)領(lǐng)域,“單片機(jī)原理與應(yīng)用”課程也是電子、通信和電氣等專業(yè)的核心教學(xué)內(nèi)容。對(duì)于高校而言,應(yīng)用型人才的培養(yǎng)落實(shí)到最底層,即是具體的課程教學(xué)?;诖?,本文對(duì)“單片機(jī)原理與應(yīng)用”課程進(jìn)行研究。

        1 課程教學(xué)現(xiàn)狀分析

        傳統(tǒng)單片機(jī)課程的教學(xué)方法是以教材為載體,對(duì)理論知識(shí)分章節(jié)分模塊講解,不可否認(rèn)在配合實(shí)驗(yàn)課程的情況下能取得一定的教學(xué)成果,但是在此種教學(xué)方式下培養(yǎng)的學(xué)生基本無法直接參加學(xué)科競賽或者參與項(xiàng)目開發(fā)。傳統(tǒng)教學(xué)方法的弊端具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:

        (1)側(cè)重理論教學(xué)。傳統(tǒng)教學(xué)方法中,教師根據(jù)教材整理出來的理論知識(shí)要點(diǎn),因其抽象而無法形象表達(dá),因此無論講的多詳細(xì),學(xué)生始終始終覺得難以理解,進(jìn)而導(dǎo)致部分學(xué)生產(chǎn)生上課玩手機(jī)或者睡覺等行為,實(shí)際也從側(cè)面反映該課程未能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和主動(dòng)性。

        (2)實(shí)踐缺乏創(chuàng)新。傳統(tǒng)教學(xué)方法中的實(shí)踐教學(xué)主要依靠實(shí)驗(yàn)室的專業(yè)實(shí)驗(yàn)箱來完成,授課教師按照實(shí)驗(yàn)手冊(cè)安排實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,多是單一性的驗(yàn)證性的實(shí)踐,且手冊(cè)已經(jīng)提供了完整的實(shí)驗(yàn)思路和操作流程,甚至提供了完整的實(shí)驗(yàn)代碼,學(xué)生處于被動(dòng)接受狀態(tài),按部就班即可完成,實(shí)驗(yàn)過程缺乏創(chuàng)新性、設(shè)計(jì)性,未能起到鍛煉學(xué)生實(shí)踐能力的作用。另外,實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)箱也不方便隨時(shí)外借,無法滿足學(xué)生隨時(shí)學(xué)習(xí)的需求。

        (3)考核方式單一。傳統(tǒng)考核方式主要以筆試為主,以筆試成績?yōu)橹鞯脑u(píng)分標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中就是囫圇吞棗,不加思考,在考試前突擊復(fù)習(xí),死記硬背。以應(yīng)付考試為目的的記憶基本在考試完后就忘記了。

        2 課程改革策略分析

        針對(duì)以上在傳統(tǒng)的單片機(jī)課程教學(xué)中出現(xiàn)的弊端,本文提出一種適用于應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式的高校學(xué)生的單片機(jī)課程教學(xué)方法。

        2.1 大綱的修訂和教材的選取

        大綱是課程的紀(jì)要性文件,需要適應(yīng)發(fā)展需求。教師通過市場調(diào)研來了解相關(guān)崗位對(duì)學(xué)生掌握單片機(jī)能力的要求,結(jié)合社會(huì)需求修訂教學(xué)大綱,形成和完善創(chuàng)新應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式。宜選擇應(yīng)用型、項(xiàng)目式教學(xué)的教材。

        2.2 采用項(xiàng)目式教學(xué)

        項(xiàng)目式教學(xué)法,這是課程教學(xué)改革的重點(diǎn)。單片機(jī)原理及應(yīng)用課程采用項(xiàng)目式教學(xué)法,有助于學(xué)生將理論與實(shí)踐相結(jié)合,綜合鍛煉學(xué)生分析問題、解決問題的能力。一個(gè)完整項(xiàng)目包括需求分析、技術(shù)設(shè)計(jì)、功能測(cè)試等流程。讓學(xué)生參與項(xiàng)目開發(fā)的全部流程,有助于快速提升學(xué)生的職業(yè)技能。這是一個(gè)以項(xiàng)目為載體,以學(xué)生為主力,教師指導(dǎo)的教學(xué)活動(dòng)。

        實(shí)施過程分三個(gè)階段。

        第一階段,前期準(zhǔn)備。教師需對(duì)傳統(tǒng)的單片機(jī)課程知識(shí)進(jìn)行熔煉,查閱相關(guān)資料,把實(shí)際工業(yè)場景經(jīng)過適當(dāng)?shù)募庸ず透淖兪怪蔀檫m用于該課程的項(xiàng)目教學(xué),比如交通燈控制系統(tǒng)、機(jī)械手控制系統(tǒng)、超聲波測(cè)距系統(tǒng)以及恒溫控制系統(tǒng)等。學(xué)生需要提前對(duì)每一個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行相關(guān)資料的查閱,保證上課之前至少有該項(xiàng)目基本的概念。

        第二階段,項(xiàng)目實(shí)施。以恒溫控制系統(tǒng)為例,具體說明項(xiàng)目教學(xué)法在教學(xué)改革中的應(yīng)用。

        項(xiàng)目名稱:恒溫控制系統(tǒng)

        相關(guān)理論:溫度傳感器DS18B20的原理;單總線通信協(xié)議;數(shù)碼管顯示原理;機(jī)械按鍵消抖原理;繼電器驅(qū)動(dòng)電路。

        實(shí)驗(yàn)環(huán)境:實(shí)驗(yàn)室,或者學(xué)生自主購買的開發(fā)板。

        實(shí)驗(yàn)分組:三人一組,根據(jù)個(gè)人愛好優(yōu)先原則,分配一人負(fù)責(zé)硬件,做電路設(shè)計(jì)、一人負(fù)責(zé)軟件,程序編寫,一人負(fù)責(zé)文檔撰寫。各類電子設(shè)計(jì)競賽組隊(duì)要求也是三人一組。學(xué)生根據(jù)項(xiàng)目再進(jìn)行任務(wù)的細(xì)化分配。在項(xiàng)目實(shí)施過程中,教師實(shí)時(shí)跟進(jìn),根據(jù)各組實(shí)際情況進(jìn)行針對(duì)性指導(dǎo)。

        項(xiàng)目評(píng)價(jià):對(duì)項(xiàng)目成果進(jìn)行展示,每一組由代表進(jìn)行演示,需要對(duì)電路的設(shè)計(jì)原理和程序框架及關(guān)鍵代碼進(jìn)行說明,說明設(shè)計(jì)過程中遇到的問題以及解決辦法。由其他學(xué)生和教師共同評(píng)分,最后由教師根據(jù)每一組完成的實(shí)際情況(綜合考慮項(xiàng)目完成度、采用的方法、步驟等)給出最終成績。

        第三階段,項(xiàng)目總結(jié)。在課程結(jié)束后,把該教學(xué)方式與傳統(tǒng)教學(xué)方式培養(yǎng)出來的學(xué)生進(jìn)行對(duì)比,挖掘出該教學(xué)方式對(duì)學(xué)生掌握理論知識(shí)和提升實(shí)踐技能的優(yōu)缺點(diǎn),在下一學(xué)期的課程中有目的的進(jìn)行調(diào)整、優(yōu)化。

        2.3 鼓勵(lì)學(xué)生積極參加學(xué)科競賽和參與項(xiàng)目實(shí)踐

        鼓勵(lì)學(xué)生參大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽和大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競賽以及“挑戰(zhàn)杯”等各類國家級(jí)、省級(jí)、校級(jí)的與該課程相關(guān)度高的比賽,鼓勵(lì)學(xué)生參與校企合作橫向科研項(xiàng)目,鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行發(fā)明、實(shí)用新型專利的申請(qǐng)。通過參加比賽和參與項(xiàng)目所獲得的經(jīng)驗(yàn)更豐富,能力提高也更快。

        3 課程改革實(shí)施案例

        以本校電子信息工程專業(yè)的三年級(jí)學(xué)生為對(duì)象,在授課過程中應(yīng)用項(xiàng)目式教學(xué)法。按照前面提到的三個(gè)階段統(tǒng)籌規(guī)劃,在第二階段的項(xiàng)目實(shí)施部分,將授課過程中歸納為3個(gè)環(huán)節(jié)。

        第一環(huán)節(jié)為基礎(chǔ)部分。一共3個(gè)項(xiàng)目,第一個(gè)項(xiàng)目是Keil和軟件的應(yīng)用,第二個(gè)項(xiàng)目是按鍵更改數(shù)值,第三個(gè)項(xiàng)目是密碼鎖。涉及的內(nèi)容包括單片機(jī)最小系統(tǒng)、IO端口配置、數(shù)碼管靜/動(dòng)態(tài)顯示、LCD液晶顯示、LED指示,驅(qū)動(dòng)蜂鳴器等。

        第二環(huán)節(jié)為模塊部分。一共3個(gè)項(xiàng)目,第一個(gè)項(xiàng)目是定時(shí)秒表,第二個(gè)項(xiàng)目是人流量統(tǒng)計(jì),第三個(gè)項(xiàng)目是上位機(jī)顯示溫度。涉及的內(nèi)容包括單片機(jī)的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、自定義通信協(xié)議、串口、中斷系統(tǒng)、人體熱釋電感應(yīng)傳感器,DS18B20溫度傳感器。

        第三環(huán)節(jié)為綜合部分。一共3個(gè)項(xiàng)目,第一個(gè)項(xiàng)目是電壓預(yù)警系統(tǒng),第二個(gè)項(xiàng)目是恒溫控制系統(tǒng),第三個(gè)項(xiàng)目是無線環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

        在本次課程改革中不使用Proteus軟件仿真軟件,學(xué)生人手一塊教師繪制并寫好配套例程的51單片機(jī)開發(fā)板,這個(gè)開發(fā)板可完成該課程全部項(xiàng)目。Proteus軟件僅作為一種補(bǔ)充的教學(xué)手段。

        每個(gè)項(xiàng)目大概4到8個(gè)課時(shí)。第二環(huán)節(jié)和第三環(huán)節(jié)的項(xiàng)目可根據(jù)實(shí)際情況微調(diào)整。在機(jī)房授課,先進(jìn)行理論知識(shí)點(diǎn)的講解后學(xué)生直接動(dòng)手操作。

        4 教學(xué)改革實(shí)踐成果

        選擇電子信息工程專業(yè)的兩個(gè)班級(jí)(以下簡稱1班和2班)各30名學(xué)生,分別進(jìn)行項(xiàng)目式教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)的實(shí)驗(yàn)的對(duì)比,A班學(xué)生采用項(xiàng)目式教學(xué),B班采用傳統(tǒng)教學(xué)方法。在學(xué)期末的時(shí)候,根據(jù)A班學(xué)生學(xué)習(xí)的實(shí)際情況,設(shè)定項(xiàng)目題目——基于51單片機(jī)的電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)。學(xué)生自主查閱相關(guān)資料,3人組成一個(gè)隊(duì)伍,每個(gè)班級(jí)10個(gè)隊(duì)伍,以隊(duì)伍為單位各自選擇方案,并進(jìn)行電路圖的繪制和C語言編程實(shí)現(xiàn)功能。整個(gè)環(huán)節(jié)只有在學(xué)生遇到疑問而查資料又無法解決的情況下,教師才參與指導(dǎo)。這個(gè)環(huán)節(jié)內(nèi),充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的主動(dòng)性、學(xué)習(xí)興趣。

        經(jīng)過一學(xué)期的項(xiàng)目式教學(xué)法教學(xué)實(shí)踐的A班學(xué)生與傳統(tǒng)教學(xué)方式教學(xué)的B班學(xué)生對(duì)比,項(xiàng)目完成度更高。表1是兩個(gè)班級(jí)量化對(duì)比的結(jié)果。學(xué)習(xí)興趣的量化標(biāo)準(zhǔn)是課堂表現(xiàn),以及和老師交流的次數(shù)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。查閱資料能力量化標(biāo)準(zhǔn)是項(xiàng)目完成過程提供的參考文獻(xiàn)和對(duì)參考文獻(xiàn)的理解,以及參考文獻(xiàn)的種類和出處進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。動(dòng)手能力量化標(biāo)準(zhǔn)是電路板焊接的美觀程度、代碼編寫的規(guī)范程度和功能實(shí)現(xiàn)的完整度來綜合評(píng)價(jià)。

        表1 學(xué)生學(xué)習(xí)狀況及能力培養(yǎng)情況對(duì)比統(tǒng)計(jì)表

        從表1可以看出,項(xiàng)目式教學(xué)下A班的學(xué)生學(xué)習(xí)興趣更高,項(xiàng)目完成情況更好。動(dòng)手實(shí)踐能力和查閱資料的能力也更強(qiáng)。因此,項(xiàng)目式教學(xué)法在一定的環(huán)境下是優(yōu)于傳統(tǒng)教學(xué)方法的,更有利于培養(yǎng)應(yīng)用型科技創(chuàng)新人才。

        5 結(jié)束語

        應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式的落地最終在于課程的改革,針對(duì)單片機(jī)原理及應(yīng)用這門課程,項(xiàng)目式教學(xué)法是一種創(chuàng)新性、有效的新的教學(xué)模式,該模式下培養(yǎng)出來的學(xué)生,學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性有了很大提升。該模式有利于培養(yǎng)學(xué)生自主分析問題、解決問題以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作的能力,是比較理想的教學(xué)模式,希望該方法能夠應(yīng)用到更多的課程教學(xué)實(shí)踐中。

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