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摘要:随着机电技术的发展,单片机在机械行业得到广泛运用,以单片机为控制核心的机械产品越来越多,“单片机”课程已成为机械专业学生的主干选修课之一。由于电子和计算机硬件基础比较薄弱,机械专业学生普遍对“单片机”课程内容感到抽象。针对目前的教学现状,分析存在问题,对教学内容、手段和考核方式进行改进。实践证明,教学效果得到了提高。
关键词:单片机课程;机械专业;教学
作者简介:黄伟锋(1979-),男,广东广州人,仲恺农业工程学院机电工程学院,讲师,华南农业大学工程学院博士研究生,(广东 广州 510642)主要研究方向:电子信息及自动化技术应用。(广东 广州 510225)
随着电子技术和计算机技术的不断发展,单片机已被广泛应用于工业控制、智能仪表、机械制造和机电一体化等行业的产品中,[1]单片机在教育界的技术推广成为热点。“单片机”课程是仲恺农业工程学院(以下简称“我校”)机械类专业学生的主干选修课之一。由于电子和计算机硬件基础比较薄弱,机械专业学生普遍对“单片机”课程内容感到抽象,缺乏兴趣,甚至产生厌学情绪。[2]针对如何在有限的课堂教学时间内向学生讲授较全面的单片机开发知识,增强学生的学习主动性,更好地培养学生分析与解决实际问题的能力,本文结合该课程教学的改进进行了一些探讨。
一、调整教学内容
首先,机械专业学生电类基础比较薄弱,在讲授硬件结构和接口电路时,需要补充讲授一些涉及的电类知识,多讲实例,避免使学生感到知识空洞,缺乏基础铺垫,失去信心。
其次,“单片机”课程的教学内容相当丰富,包含了硬件结构基础、汇编语言程序设计和接口技术等内容。我校机械专业的培养计划安排该课程的理论教学学时数为36,实践教学学时数为18,要在36学时内把全部内容讲授完是很困难的。为此,必须精选教学内容,把一些重点和难点内容放在课堂上精讲,而将一些较容易的内容留给学生自学。如寻址方式和指令系统,一般教材都将其单独作为一章,把汇编语言程序设计作为另一章。由于教学时间的限制,我们把这两章的内容合并讲授。在简单介绍寻址方式的概念以及指令系统的基本情况后,通过分析汇编语言程序来深入学习指令系统,保证学生消化新知识的同时还节约了时间。
再次,教学内容既要注重基础,又要兼顾前沿性。随着电子技术和计算机技术的飞速发展,“单片机”教学中的基础性、先进性和前沿性的矛盾比较突出。其中,8位单片机(主要是51单片机)是基础,理应加强,16位单片机和32位的嵌入式处理器的应用越来越广泛,也应进行适当介绍。
二、增强学生的学习主观能动性
在培养学生应用能力的教学过程中,教师不仅仅是知识的传授者、讲解者,还是指导者、被咨询者;学生不再是被动地接受,而是主动地获取知识。学生学习的最好刺激就是对其所学知识的兴趣。高校学生求知欲望十分强烈,对新鲜事物充满好奇,只要教师加以正确引导,就可以激发学生对需要培养动手能力的课程的兴趣。[3]为了提高学生对硬件课程的兴趣,在讲“单片机”课程第一堂课时应拿出一件以单片机应用系统为核心的电子产品实物。学生听完该实例讲解后便会知道,通过电子技术和“单片机”课程的学习,就可以设计出一个电子产品的电路图,然后按照电路图可以设计和制作出印刷电路板,接着把电子元件安装和焊接好,经过软硬件调试就可以做出自己设计的产品。这样,学生的注意力一下子就会被吸引住,同时其好奇心被激发出来。选工程实例产品的原则是简单、有趣、可在课堂上演示。比如电机工作方式控制器通过不同工作方式的改变,电机的转速、方向不断改变。看到这种实际的电子产品,学生的兴趣很快就建立起来,觉得复杂的计算机硬件产品其实离他们并不远。有了兴趣,学生就会自觉地参与到课堂教学中来。
另外,“单片机”课程对初学者来说比较难学,在教学中可经常向学生展示或分析一些我们身边的单片机应用系统产品,通过剖析系统的结构功能并与授课内容联系起来,激发学生的求知欲。比如联系火车站、商场的大屏幕显示系统讲解单片机的LED显示。同时,在教学中还可以通过组织兴趣学习小组、开展学习竞赛等方式增强学生的主观能动性。
三、注重教学手段的革新
在进行教学时,多媒体方式有一定优势,能够将抽象的难以理解的内容形象化、直观化,有效增加课程信息量,使学生对所学知识产生直观印象,迅速进入学习状态。但是,在单片机课程教学中,多媒体仅是辅助手段,其作用仅是在形象上帮助学生更好地理解理论知识。只有在教学中采用多样化的教学手段,才能有效发挥各种教学手段的优势,取得好的教学效果。
“单片机”课程的教学内容比较抽象,在学生没有建立硬件系统的概念时,很难理解其中的诸多内容,这需要在教学方法和教学手段上进行改革和创新。在教学方法上,启发式教学法有利于提高学生的学习兴趣,培养学生发现问题、分析问题、解决问题的意识和能力。教学时,启发学生积极思考,运用所学的知识和相应的解决问题的思路去主动地掌握新知识。利用形象比喻教学法有助于学生对枯燥、抽象内容的理解,[4]学生避重就轻的畏难情绪减少。当遇到枯燥无味、难度较大又十分重要的内容时,我们将这些内容和现实中的事情联系起来,用形象生动的事例来比喻那些枯燥的内容,学生就可以在轻松愉快的气氛中接受并理解。比如在讲堆栈时,仅仅给学生讲入栈和出栈的“后进先出”原则比较抽象,学生难于接受。如果把堆栈比作往仓库中存放货物和从仓库中取出货物,就显得比较形象。入栈相当于往仓库中存放货物,而出栈相当于从仓库中取出货物。先存的货物一般应放在里边,以保证后来的货物有地方放,而取货物的时候必须把外边的(即后放的货物)取出后才能取里边的(即先放的货物)。
另外,“单片机”课程有许多英文单词的缩写(比如汇编指令),将其作适当展开,对学生的理解记忆会有很大的帮助。汇编语言指令的大部分操作码是由英文单词演化而来的,在讲课时我们充分利用此特点。如JC、JNC、JB和JZ等条件转移指令,在讲解时先向学生列出Jump、Carry、Bit、Zero和Not等英文单词并提醒学生注意各单词的含义和首字母。当学生理解这些单词后,再接着讲解这些条件转移指令,这样就收到了事半功倍的效果。
四、改革考试内容
考试是检测教学效果、促进学生学习、巩固学习内容和加强学习效果的必要手段,但如果以一张试卷评定学生的学习成绩是不客观的,也存在一定的弊端。[5]有的学生“单片机”考试成绩很高,却不会运用于实际。当然,适当的记忆还是必要的,它是理解的基础,但对于记忆的要求应当体现在日常的教学中或阶段性的考查中,而最终的评价不能以记忆为主。评价就手段而言可以多种多样,在考试时侧重于应用能力的测试。例如给一个实际问题,让学生设计单片机应用系统来完成任务,并且能够简述其设计过程;或者上机调试程序或模仿性地编写一小段程序并调试通过,给实验板设置一些硬件故障让学生查找等等,这些都是很实际的可操作的手段,体现了理论联系实际的原则。
五、积极进行实践教学改革
传统的实践教学内容一般包括基础性实验、设计性实验和综合应用性实验三个部分。其中,验证性质的基础性实验比重最大,偏重于理论知识验证,缺乏新颖性和趣味性,而且与工程实际联系不紧密。[6]每次实验尤其是一些验证性实验结束,学生感觉不到有收获,因而产生厌学情绪。设计性和综合应用性实验由于要求学生在有限的学时内完成,难度大,教学效果不好。为了克服传统实验教学的一些不足,突出实验课在整个教学过程中的重要地位,必须进行实验教学改革。既要保证实验课为理论教学提供支撑作用,又要实现培养学生实际工程设计能力的目的,从而使学生的综合实践能力在实验过程中得到有效锻炼。为此,在完成基础性实验之后应开出至少一周的课程设计,采用项目化的方法对学生进行实践训练,使其所学的理论知识能在实践中得到应用,以检验教学效果。
在我校,单片机项目化实践环节是单片机最小智能控制系统的设计和制作。主要包括:(1)单片机及其必需的外围电路;(2)人机交互单元;(3)主要功能电路模块。整个实践环节的教学流程如图1所示。
六、提高教师自身素质
教师自身的科研水平和综合素质直接影响着学生的素质,因此教师应注重这方面科研能力的不断培养和提高,将自己的科研带到课堂,融入教学。同时,教师要认真备课,克服惰性和对多媒体的依赖性,对授课内容要融会贯通,这样在讲解时才能深入浅出,将授课内容条理清晰地表达出来,使自己的语言、表情与课件的图文、声像达到和谐统一。要认识到以授课为主,操作多媒体为辅,这样才能调动学生听课的积极性,提高教学效率。还应及时关注单片机新技术的发展,在教学中紧跟时代潮流,与时俱进,适当为学生讲解一些新的前沿技术,使学生了解到最新的科技动态,为学生素质的提高提供保证。
七、结束语
本文依据机械专业“单片机”课程的特点,针对课程教学的现状和存在的问题提出了几点改进措施。教学实践表明,这些措施激发了学生学习“单片机”的热情,增强了他们学好“单片机”的信心,取得了良好的学习效果。学生的学习态度变认真了,积极思考问题,根据自己的兴趣和实验需要,自学一些知识和应用软件,进一步提高了自身的整体知识水平和应用能力,增强了将来的求职竞争力。
参考文献:
[1]王庆成.“单片机”课程教学改革及综合应用能力的培养[J].吉林工程技术师范学院学报,2008,24(12):74-75.
[2]陈伦琼,范力昊.“单片机课程设计”教学改革的探索[J].常州工学院学报,2008,21(1):94-96.
[3]王建国.项目教学法在单片机实习教学中的实施[J].甘肃科技,
2009,25(12):171-172,129.
[4]朱向庆.“单片机原理及应用”教学改革探索[J].高教论坛,
2009,(5):101-103.
[5]李康林.单片机课程考试方式的实践和探索[J].长沙大学学报,2007,21(5):107-109.
[6]张军利.单片机实践教学改革的探索与实践[J].云南大学学报(自然科学版),2008,30(S2):431-433.
(责任编辑:刘辉)
关键词:单片机课程;机械专业;教学
作者简介:黄伟锋(1979-),男,广东广州人,仲恺农业工程学院机电工程学院,讲师,华南农业大学工程学院博士研究生,(广东 广州 510642)主要研究方向:电子信息及自动化技术应用。(广东 广州 510225)
随着电子技术和计算机技术的不断发展,单片机已被广泛应用于工业控制、智能仪表、机械制造和机电一体化等行业的产品中,[1]单片机在教育界的技术推广成为热点。“单片机”课程是仲恺农业工程学院(以下简称“我校”)机械类专业学生的主干选修课之一。由于电子和计算机硬件基础比较薄弱,机械专业学生普遍对“单片机”课程内容感到抽象,缺乏兴趣,甚至产生厌学情绪。[2]针对如何在有限的课堂教学时间内向学生讲授较全面的单片机开发知识,增强学生的学习主动性,更好地培养学生分析与解决实际问题的能力,本文结合该课程教学的改进进行了一些探讨。
一、调整教学内容
首先,机械专业学生电类基础比较薄弱,在讲授硬件结构和接口电路时,需要补充讲授一些涉及的电类知识,多讲实例,避免使学生感到知识空洞,缺乏基础铺垫,失去信心。
其次,“单片机”课程的教学内容相当丰富,包含了硬件结构基础、汇编语言程序设计和接口技术等内容。我校机械专业的培养计划安排该课程的理论教学学时数为36,实践教学学时数为18,要在36学时内把全部内容讲授完是很困难的。为此,必须精选教学内容,把一些重点和难点内容放在课堂上精讲,而将一些较容易的内容留给学生自学。如寻址方式和指令系统,一般教材都将其单独作为一章,把汇编语言程序设计作为另一章。由于教学时间的限制,我们把这两章的内容合并讲授。在简单介绍寻址方式的概念以及指令系统的基本情况后,通过分析汇编语言程序来深入学习指令系统,保证学生消化新知识的同时还节约了时间。
再次,教学内容既要注重基础,又要兼顾前沿性。随着电子技术和计算机技术的飞速发展,“单片机”教学中的基础性、先进性和前沿性的矛盾比较突出。其中,8位单片机(主要是51单片机)是基础,理应加强,16位单片机和32位的嵌入式处理器的应用越来越广泛,也应进行适当介绍。
二、增强学生的学习主观能动性
在培养学生应用能力的教学过程中,教师不仅仅是知识的传授者、讲解者,还是指导者、被咨询者;学生不再是被动地接受,而是主动地获取知识。学生学习的最好刺激就是对其所学知识的兴趣。高校学生求知欲望十分强烈,对新鲜事物充满好奇,只要教师加以正确引导,就可以激发学生对需要培养动手能力的课程的兴趣。[3]为了提高学生对硬件课程的兴趣,在讲“单片机”课程第一堂课时应拿出一件以单片机应用系统为核心的电子产品实物。学生听完该实例讲解后便会知道,通过电子技术和“单片机”课程的学习,就可以设计出一个电子产品的电路图,然后按照电路图可以设计和制作出印刷电路板,接着把电子元件安装和焊接好,经过软硬件调试就可以做出自己设计的产品。这样,学生的注意力一下子就会被吸引住,同时其好奇心被激发出来。选工程实例产品的原则是简单、有趣、可在课堂上演示。比如电机工作方式控制器通过不同工作方式的改变,电机的转速、方向不断改变。看到这种实际的电子产品,学生的兴趣很快就建立起来,觉得复杂的计算机硬件产品其实离他们并不远。有了兴趣,学生就会自觉地参与到课堂教学中来。
另外,“单片机”课程对初学者来说比较难学,在教学中可经常向学生展示或分析一些我们身边的单片机应用系统产品,通过剖析系统的结构功能并与授课内容联系起来,激发学生的求知欲。比如联系火车站、商场的大屏幕显示系统讲解单片机的LED显示。同时,在教学中还可以通过组织兴趣学习小组、开展学习竞赛等方式增强学生的主观能动性。
三、注重教学手段的革新
在进行教学时,多媒体方式有一定优势,能够将抽象的难以理解的内容形象化、直观化,有效增加课程信息量,使学生对所学知识产生直观印象,迅速进入学习状态。但是,在单片机课程教学中,多媒体仅是辅助手段,其作用仅是在形象上帮助学生更好地理解理论知识。只有在教学中采用多样化的教学手段,才能有效发挥各种教学手段的优势,取得好的教学效果。
“单片机”课程的教学内容比较抽象,在学生没有建立硬件系统的概念时,很难理解其中的诸多内容,这需要在教学方法和教学手段上进行改革和创新。在教学方法上,启发式教学法有利于提高学生的学习兴趣,培养学生发现问题、分析问题、解决问题的意识和能力。教学时,启发学生积极思考,运用所学的知识和相应的解决问题的思路去主动地掌握新知识。利用形象比喻教学法有助于学生对枯燥、抽象内容的理解,[4]学生避重就轻的畏难情绪减少。当遇到枯燥无味、难度较大又十分重要的内容时,我们将这些内容和现实中的事情联系起来,用形象生动的事例来比喻那些枯燥的内容,学生就可以在轻松愉快的气氛中接受并理解。比如在讲堆栈时,仅仅给学生讲入栈和出栈的“后进先出”原则比较抽象,学生难于接受。如果把堆栈比作往仓库中存放货物和从仓库中取出货物,就显得比较形象。入栈相当于往仓库中存放货物,而出栈相当于从仓库中取出货物。先存的货物一般应放在里边,以保证后来的货物有地方放,而取货物的时候必须把外边的(即后放的货物)取出后才能取里边的(即先放的货物)。
另外,“单片机”课程有许多英文单词的缩写(比如汇编指令),将其作适当展开,对学生的理解记忆会有很大的帮助。汇编语言指令的大部分操作码是由英文单词演化而来的,在讲课时我们充分利用此特点。如JC、JNC、JB和JZ等条件转移指令,在讲解时先向学生列出Jump、Carry、Bit、Zero和Not等英文单词并提醒学生注意各单词的含义和首字母。当学生理解这些单词后,再接着讲解这些条件转移指令,这样就收到了事半功倍的效果。
四、改革考试内容
考试是检测教学效果、促进学生学习、巩固学习内容和加强学习效果的必要手段,但如果以一张试卷评定学生的学习成绩是不客观的,也存在一定的弊端。[5]有的学生“单片机”考试成绩很高,却不会运用于实际。当然,适当的记忆还是必要的,它是理解的基础,但对于记忆的要求应当体现在日常的教学中或阶段性的考查中,而最终的评价不能以记忆为主。评价就手段而言可以多种多样,在考试时侧重于应用能力的测试。例如给一个实际问题,让学生设计单片机应用系统来完成任务,并且能够简述其设计过程;或者上机调试程序或模仿性地编写一小段程序并调试通过,给实验板设置一些硬件故障让学生查找等等,这些都是很实际的可操作的手段,体现了理论联系实际的原则。
五、积极进行实践教学改革
传统的实践教学内容一般包括基础性实验、设计性实验和综合应用性实验三个部分。其中,验证性质的基础性实验比重最大,偏重于理论知识验证,缺乏新颖性和趣味性,而且与工程实际联系不紧密。[6]每次实验尤其是一些验证性实验结束,学生感觉不到有收获,因而产生厌学情绪。设计性和综合应用性实验由于要求学生在有限的学时内完成,难度大,教学效果不好。为了克服传统实验教学的一些不足,突出实验课在整个教学过程中的重要地位,必须进行实验教学改革。既要保证实验课为理论教学提供支撑作用,又要实现培养学生实际工程设计能力的目的,从而使学生的综合实践能力在实验过程中得到有效锻炼。为此,在完成基础性实验之后应开出至少一周的课程设计,采用项目化的方法对学生进行实践训练,使其所学的理论知识能在实践中得到应用,以检验教学效果。
在我校,单片机项目化实践环节是单片机最小智能控制系统的设计和制作。主要包括:(1)单片机及其必需的外围电路;(2)人机交互单元;(3)主要功能电路模块。整个实践环节的教学流程如图1所示。
六、提高教师自身素质
教师自身的科研水平和综合素质直接影响着学生的素质,因此教师应注重这方面科研能力的不断培养和提高,将自己的科研带到课堂,融入教学。同时,教师要认真备课,克服惰性和对多媒体的依赖性,对授课内容要融会贯通,这样在讲解时才能深入浅出,将授课内容条理清晰地表达出来,使自己的语言、表情与课件的图文、声像达到和谐统一。要认识到以授课为主,操作多媒体为辅,这样才能调动学生听课的积极性,提高教学效率。还应及时关注单片机新技术的发展,在教学中紧跟时代潮流,与时俱进,适当为学生讲解一些新的前沿技术,使学生了解到最新的科技动态,为学生素质的提高提供保证。
七、结束语
本文依据机械专业“单片机”课程的特点,针对课程教学的现状和存在的问题提出了几点改进措施。教学实践表明,这些措施激发了学生学习“单片机”的热情,增强了他们学好“单片机”的信心,取得了良好的学习效果。学生的学习态度变认真了,积极思考问题,根据自己的兴趣和实验需要,自学一些知识和应用软件,进一步提高了自身的整体知识水平和应用能力,增强了将来的求职竞争力。
参考文献:
[1]王庆成.“单片机”课程教学改革及综合应用能力的培养[J].吉林工程技术师范学院学报,2008,24(12):74-75.
[2]陈伦琼,范力昊.“单片机课程设计”教学改革的探索[J].常州工学院学报,2008,21(1):94-96.
[3]王建国.项目教学法在单片机实习教学中的实施[J].甘肃科技,
2009,25(12):171-172,129.
[4]朱向庆.“单片机原理及应用”教学改革探索[J].高教论坛,
2009,(5):101-103.
[5]李康林.单片机课程考试方式的实践和探索[J].长沙大学学报,2007,21(5):107-109.
[6]张军利.单片机实践教学改革的探索与实践[J].云南大学学报(自然科学版),2008,30(S2):431-433.
(责任编辑:刘辉)