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        基于“新三中心”的單片機(jī)課程教學(xué)方案探討

        2018-04-11 01:56:50重慶大學(xué)城市科技學(xué)院電氣信息學(xué)院李菊芳
        電子世界 2018年6期
        關(guān)鍵詞:電子設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)競賽

        重慶大學(xué)城市科技學(xué)院電氣信息學(xué)院 唐 媛 李菊芳 汪 鑫

        近年來,借助于美國成功的教學(xué)改革示范,我國越來越多的學(xué)者開始關(guān)注“新三中心”論,即“以學(xué)生發(fā)展為中心、以學(xué)生學(xué)習(xí)為中心、以學(xué)習(xí)效果為中心”[1]?!秵纹瑱C(jī)原理及應(yīng)用》是一門具有較強(qiáng)實(shí)際應(yīng)用的綜合性課程,是機(jī)電、自動(dòng)化、電氣和物聯(lián)網(wǎng)等專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)《嵌入式技術(shù)》、《智能化儀器儀表》等專業(yè)課程,開展畢業(yè)設(shè)計(jì)、參加工作的重要專業(yè)基礎(chǔ)課,在學(xué)生專業(yè)技能的培養(yǎng)中尤為重要[2]。然而,該課程內(nèi)容繁雜、理論知識抽象、枯燥、跨度大,致使大多學(xué)生存在不同程度的畏懼心理[3]?;诖?,本文通過理論與實(shí)驗(yàn)一體化教學(xué)、課程設(shè)計(jì)和競賽綜合訓(xùn)練三個(gè)階段的教學(xué)改革與配合,聯(lián)系“新三中心”論的教育思想,逐步提高學(xué)生的科技創(chuàng)新、探究問題、實(shí)際動(dòng)手以及其他智能方面能力的全面發(fā)展,培養(yǎng)緊跟社會(huì)發(fā)展需要的綜合性專業(yè)人才。

        1.理論與實(shí)驗(yàn)一體化教學(xué)

        愛因斯坦曾說“教育不是要記住各種事實(shí),而是要訓(xùn)練大腦如何思考”?;趩纹瑱C(jī)課程理論知識和實(shí)踐應(yīng)用并重的特點(diǎn),我們從根本上摒棄傳統(tǒng)“講授式”教學(xué)中將理論課堂與實(shí)驗(yàn)教學(xué)嚴(yán)格區(qū)分的模式,打破教材和書本中章節(jié)的限制。結(jié)合前沿科學(xué)技術(shù)及其發(fā)展趨勢,以典型的實(shí)際應(yīng)用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)課程教學(xué)設(shè)計(jì),將理論和實(shí)踐教學(xué)融合統(tǒng)一。圍繞每一個(gè)獨(dú)立的項(xiàng)目,按照項(xiàng)目開發(fā)流程,制定相應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容,講解相關(guān)基礎(chǔ)理論知識點(diǎn)[4]。項(xiàng)目任務(wù)式理論課程安排,如表1所示。

        表1 項(xiàng)目任務(wù)式理論課程安排

        課程利用單片機(jī)最小系統(tǒng)、花樣流水燈、十字路口交通燈、LED點(diǎn)陣廣告牌、LCD1602顯示、汽車轉(zhuǎn)向燈以及電子密碼鎖七個(gè)小項(xiàng)目,將單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作原理、中斷系統(tǒng)、定時(shí)計(jì)數(shù)器以及串口通信等枯燥乏味的理論知識與實(shí)際生活實(shí)例相結(jié)合,達(dá)到邊學(xué)邊做、邊做邊學(xué)的效果。教師在完整講授相關(guān)理論知識點(diǎn)后,立即指導(dǎo)學(xué)生在自己攜帶的筆記本電腦上使用 PROTEUS仿真軟件設(shè)計(jì)相應(yīng)的硬件電路原理圖,并使用KEIL C51進(jìn)行軟件系統(tǒng)的編譯與修改調(diào)試。最終,將KEIL C51中生成的Hex文件導(dǎo)入到PROTEUS硬件電路中,觀察實(shí)驗(yàn)的模擬仿真效果。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,利用單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱和51系統(tǒng)在線仿真開發(fā)板,可現(xiàn)場動(dòng)態(tài)直觀地觀察、調(diào)試、記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和現(xiàn)象,并對實(shí)際結(jié)果與理論課堂中的模擬仿真效果進(jìn)行對比分析。教師在教室里巡回指導(dǎo),及時(shí)幫助學(xué)生解決在實(shí)際操作中遇到的困難,如程序語法出錯(cuò)、實(shí)物連線混亂、程序無法燒錄等問題。為了杜絕學(xué)生之間互相抄襲、不做實(shí)驗(yàn)、不思考的現(xiàn)象,教師在檢查實(shí)驗(yàn)結(jié)果的同時(shí),隨機(jī)提出一些與實(shí)踐操作相關(guān)的問題檢驗(yàn)學(xué)生是否認(rèn)真參與到實(shí)驗(yàn)過程中。

        2.課程設(shè)計(jì)

        古人有云“授人以魚,不如授之以漁”,正如“新三中心”論中重視知識獲取的過程一樣。課程設(shè)計(jì)的實(shí)施過程中,不再采用“教師擬題,學(xué)生制作”的傳統(tǒng)教學(xué)模式。而是由2個(gè)學(xué)生一組,根據(jù)自己的興趣愛好和課程要求,自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)題目。老師只起到提示、引導(dǎo)的作用,指導(dǎo)學(xué)生查閱有關(guān)圖書資料或網(wǎng)絡(luò)資源,分析題目的可行性,確定系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案。讓學(xué)生從被動(dòng)的接受式教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)的探究式學(xué)習(xí),積極參與到教學(xué)活動(dòng)中來,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性。課程設(shè)計(jì)的具體開發(fā)流程,如圖1所示。

        圖1 課程設(shè)計(jì)開發(fā)流程圖

        通過上述教學(xué)改革,歷屆學(xué)生結(jié)合實(shí)際生活提出的典型課程設(shè)計(jì)題目有:基于單片機(jī)的搶答器系統(tǒng)設(shè)計(jì)、數(shù)字溫度傳感器設(shè)計(jì)、LED數(shù)字倒計(jì)時(shí)器設(shè)計(jì)以及智能交通燈設(shè)計(jì)等。如圖2所示,為學(xué)生自主設(shè)計(jì)的基于STC89C52搶答器系統(tǒng)的硬件電路仿真圖(a)和實(shí)物效果圖(b)。

        每年我校都組織學(xué)生參加形式不一、規(guī)模不等、層次不同、種類豐富的電子類競賽。如:院級的“Runing Rocket”水火箭比賽、微發(fā)電裝置設(shè)計(jì)制作比賽、電子產(chǎn)品組裝比賽、電子設(shè)計(jì)比賽;市級的重慶市大學(xué)生“合泰杯”單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)競賽、“TI”杯重慶市大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽、中國·重慶職業(yè)技能大賽;國家級的全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽、全國大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力訓(xùn)練競賽等等。通過積極鼓勵(lì),引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)自己的興趣選擇參加相關(guān)的競賽,對充分拓展學(xué)生自主學(xué)習(xí)專業(yè)課程、豐富課余生活、激發(fā)學(xué)習(xí)興趣起到了良好的作用。

        圖2 基于STC89C52搶答器的設(shè)計(jì)

        3.競賽綜合訓(xùn)練

        以全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽為例,每個(gè)參賽隊(duì)伍由3名學(xué)生組成,在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)獨(dú)立完成審題、方案論證、軟硬件設(shè)計(jì)、加工制作、聯(lián)機(jī)調(diào)試以及撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告等工作[5]。為了使學(xué)生適應(yīng)比賽機(jī)制,增強(qiáng)參賽技能,我校在暑假期間采用四天三夜的模式,組織學(xué)生進(jìn)行歷年比賽真題的集中模擬訓(xùn)練。在訓(xùn)練中,軟件部分要求學(xué)生掌握市場上流行的STM32、MSP430、FPGA、DSP等芯片編程,擴(kuò)大自己的知識面。硬件部分,要求學(xué)生會(huì)使用Altium Designer繪制PCB板,并會(huì)使用熱轉(zhuǎn)印法腐蝕加工板子,提高自己的動(dòng)手操作能力。圖3為學(xué)生模擬訓(xùn)練時(shí),制作的鎖定放大器電路實(shí)物圖。

        今年我校組織8個(gè)隊(duì)伍參加2017年全國電子設(shè)計(jì)大賽,其中有2組獲得全國二等獎(jiǎng),2組獲得重慶市一等獎(jiǎng),3組獲得重慶市二等獎(jiǎng)。這樣的成績對于一所獨(dú)立院校來說十分不易,可見我們的培養(yǎng)效果顯著。

        在準(zhǔn)備訓(xùn)練以及參加各種比賽的過程中,學(xué)生從依靠外部力量到獨(dú)立發(fā)現(xiàn)并解決問題的改變,使其更容易將所學(xué)到的數(shù)模電路、傳感器技術(shù)、單片機(jī)、FPGA以及嵌入式系統(tǒng)等一系列專業(yè)課程知識進(jìn)行融會(huì)貫通、綜合運(yùn)用,從而獲得屬于自己的見解[6]。這不僅僅提高了他們自身的綜合能力素質(zhì),也滿足了當(dāng)代社會(huì)對綜合性專業(yè)人才的需求。學(xué)生畢業(yè)后不再需要過長的理論到實(shí)踐過渡期,就能適應(yīng)企業(yè)生產(chǎn)的需要,并獨(dú)立完成工作。

        圖3 鎖定放大器電路實(shí)物圖

        4.總結(jié)

        本文針對單片機(jī)課程的特點(diǎn)和社會(huì)人才需求分析,結(jié)合“新三中心”論,深入探討了《單片機(jī)原理及應(yīng)用》課程的教學(xué)改革方案。通過理論和實(shí)驗(yàn)一體化教學(xué)、課程設(shè)計(jì)以及競賽綜合訓(xùn)練三個(gè)階段的配合教學(xué),循序漸進(jìn)地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性,增強(qiáng)其自主創(chuàng)新設(shè)計(jì)、探究問題和工程實(shí)踐的能力。實(shí)踐教學(xué)證明,完成以上三步訓(xùn)練的同學(xué),對單片機(jī)相關(guān)的畢業(yè)設(shè)計(jì),無論是從軟件仿真還是到實(shí)物制作都能很好的完成。同時(shí),在就業(yè)過程中,具備較強(qiáng)的專業(yè)綜合實(shí)力,更容易獲得企業(yè)HR的青睞。

        [1]趙炬明.論新三中心:概念與歷史——美國SC本科教學(xué)改革研究之一[J].高等工程教育研究,2016(3):35-56.

        [2]遲少華,方華.基于案例分析的《單片機(jī)原理與應(yīng)用》教改研究[J].福建電腦, 2016,32(4):162-163.

        [3]王瑾.單片機(jī)原理與應(yīng)用》教改探索[J].中國科技信息,2008(2):235-235.

        [4]王英輝,孫文福.單片機(jī)課程改革及新教學(xué)模式的研究[J].輕工科技,2017(1):138-139.

        [5]翟紅云,凌藝春.電子設(shè)計(jì)競賽促進(jìn)下的單片機(jī)教學(xué)改革初步探索與研究[J].廣西大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2008,33(s1):365-367.

        [6]李敏.從電子競賽看三本院校單片機(jī)課程改革[J].電子世界,2014(16):287-288.

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