浅谈优化单片机实验教学提高实验教学质量
摘要:单片机实验是培养学生工程意识和提升工程应用能力的有效途径,根据高职高专院校的办学特色,以实际教学为出发点,找出实验课堂中存在的一些不足,优化实验课程的教学方法,从而提升教学质量,提高学生自我学习及实践能力。
关键词:单片机实验;教学改革;多媒体教学;开放式教学
中图分类号:TP368.1-4文献标识码:A 文章编号:1007-9599 (2012) 13-0000-02
实验实训室是高职高专院校的重要教学场所,是培养高技能人才,出教学科研成果,为我国社会经济建设服务的重要载体,同时也彰显了高等院校的办学实力和培养质量。实验教学是教育教学过程中不可或缺的组成部分,相对文科专业,理工科专业学生要在实验实训室进行系统分析、设计、构建和测试,充分而又系统的实验实训教学可以提高学生对课堂理论的理解同时提高学生的动手和创新能力。
单片机实验是众多电类专业所必学的实验课程,所涉课程众多。通过单片机实验,学生能够熟练使用汇编语言编程,熟练掌握Keil、Protous软件的使用、分析、设计满足一定功能的单片机应用电路。根据高职高专院校的办学特色,以实际教学为出发点,找出实验课堂中存在的一些不足,对优化单片机课程实验教学、提升实验教学质量等方面的教学改革进行了一些探讨。
一、传统实验教学过程中存在的不足
(一)重理轻实,认识不足
传统教学理念主要是重视理论学习,学习和掌握单片机硬件系统和汇编程序。但最终不明白课本理论与实际工程应用的结合,对实验的关注不够,常提出实验的作用等类似问题。实验实训中学生往往注重实验完成的结果,不能理解掌握实验的目的;对编程设计和系统规划没有主观意识;不能够理解电子单元电路的组成、原理和用途。常常是为做实验而做实验,依葫芦画瓢的输入程序,简单的观察一下实验的现象,不能形成课程实验的连贯性。
学生发现问题、理解问题、解决问题的能力还有所欠缺,文献资料查阅能力不强,操作时对书本的依赖性过高。因此在单片机技术日益发展的今天,缺乏缺乏开阔的视野,对编程技术的更新、新设备的应用更加缺乏了解,给综合设计性实验项目的实施带来一定的困难。
另外大多数的同学都忽视实验前的预习准备工作,对于到了实验室如何实施实验项目十分茫然。
(二)实验设备集成,理解深度不够
目前单片机实验主要是利用软件编程,通过仿真器与综合实验箱连接,最终在实验箱上体现出操作的结果。这种现象在带来简便的同时也出现一些问题。实验箱的电子元器件实物大都固定在内部、实验电路的连接是通过自锁插孔简单完成的,对实验的实物感性认识减少,学生往往做了很多实验后,都不清楚用的是什么样的电子元件,产生“实验就是敲程序+简单连线”的错误认识。
(三)实验内容单一,学生缺乏兴趣
受到实验装置的影响,实验模块固定,可做的实验比较单一,缺少必要的更新,使得学生缺少实验的兴趣。
二、优化实验教学环节的思路与做法
随着我院实验教学改革的深入,以培养高技能人才为目的,做好实验实训的组织安排,以达到预期效果,充分发挥我院已有的实验条件。培养学生自学能力,优化单片机实验实训项目,更新实验内容,打造实验实训课程体系,使用多种教学方法和手段,有效提高学生的动手操作能力,优化每一个项目的实施过程。
好比一般的计算机系统,单片机同样是由硬件和软件系统组成。软硬件必须紧密协调一致,才可形成高效能的单片机系统。在单片机的开发过程中,软硬件的功能和作用总是在不断的更新,以便相互配合协调。硬件设计和软件设计决不能区别对待,硬件设计应考虑软件设计方法,而软件设计更应配合硬件的具体组成情况。在整个研制过程中相互协调,以利于提高工作效率。针对学生学情,可采取以下措施:
(一)优化实验项目,提高学习兴趣
实验项目的选用要做到经典理论都安排有相应的项目内容,要根据各种类型学生的需要,将纯粹的验证性实验向综合性项目和创新性项目类型发展,增强学生的主观意识,提升学生的操作能力,添加以设计性、系统性为主的实验内容。单片机实验是硬件接线和编写程序相结合的综合项目,其中程序的准确性是实验完成的必要前提。根据课程特点,我们将内容分为基础入门实验、接口认知实验和综合应用实验三个部分。在进行实验时,学生首先根据任务完成硬件电路绘制、搭接电路,其次编写程序,最后调试运行。要正确认识三类实验的作用。基本入门实验能巩固课堂所授的基本原理知识。综合应用实验则提升学生的动手和综合应用的能力,充分发挥学生的主观能动性,培养学生的学习兴趣。综合应用实验和实训虽有一定难度和深度性,对学生来说却具有一定的吸引力,使得学生从被动应付转化为主动操作,不但锻炼了基本技能的操作,并且培养了学生的学习主观性和创造性。
(二)改善预习过程,提高预习质量
根据实验内容从 “总体设计”、“硬件设计”、“软件设计”三个方面进行预习。
首先根据实验目的确定功能技术指标,选择器件,确定硬件的功能。然后根据总体设计要求,在所选择机型的基础上,具体确定系统中所需要使用的基本元件,设计系统的电路图。在实验项目预习过程中,指导学生有针对性的查找和收集所需元器件的基本资料,掌握工作原理。实验实训室提供常用元器件的技术资料与使用说明等,通过资料查阅、元器件性能检测比较的方法,使学生进一步认识了实际应用中的元器件原理。
比如在数码管驱动显示实验中,让学生查阅数码管在不同场合应用的技术文献,使得学生理解数码管在各类型产品中的具体应用,就应用过程中常见的数码管显示亮度问题给出各种解决办法,并利用实验设备进行验证,通过这个过程培养了学生的学习积极性与实际创造性,提高了学习兴趣。
(三)丰富操作过程,提高实验效果
在实验课程讲授时,先提出几个共性问题,让学生思考分析、编程设计,再讲解个别特殊性问题。
在实验教学过程中,可以利用仿真软件(如Protues)激发学生学习兴趣及学生综合实验能力的培养与提高。在仿真软件的元件库里分类存放着日常应用的各种分立元件、集成电路、仪表和仪器,品种齐全,用的时候在元件库检索调用即可。相关的元件可以依据所需设定相应的参数。实验过程中往往需要改变电路的形式参数,硬件实验则需要更换元器件来实现,非常浪费时间。而在虚拟实验中,参数任意改换设定,无需变更电路则可实现,就不用局限于实验箱上的固有设备,能够有更大的设计、发展空间,提高学生学习兴趣,真正的提高学生的单片机编程和设计能力。
同时也要重视实验后的分析工作:不仅从实验目的、实验过程、最终结果分析等方面完成规范的实验报告,还请学生将系统设计、在实验过程中遇到的实际问题及分析结果一起放到实验报告中,通过这种方式加强学生对软件和硬件的结合的了解。
(四)多种教学手段,提高教学效率
实验课堂教学过程中采用多种现代化教学手段,将教学内容生动形象的体现在学生面前。利用实验室配置的计算机、投影仪等设备,应用多媒体技术,可以将实验内容和操作演示直观的播放,在进行复杂而又关键的步骤时可以重复的演示,相对于复杂的实物操作演示这是非常方便的。在做实际操作时,学生如忘记了实验步骤,还可再次观看操作演示,这样可以大大的降低教师的劳动量,同时又深化了学生对实验内容的理解,直观而且形象。通过照相机将实验设备拍摄成静态图像并保存为计算机中的图像文件,再利用这些图像可以制作成为实验教学演示课件。
(五)开放性实验室,引导创新实践
开放性实验室是学生在课程体系之外,课余时间可以自由地在实验室内,以观察、参与、讨论、设计的方式渡过。学生可以根据自己的构思设计自己的产品,老师可以提供相应的指导。对于有共同兴趣爱好的学生可以相互合作完成比较复杂的产品,从而不受空间上的限制。同时也可以参与相关老师的项目,达到真正的学以致用。这样的实验室开放制度比传统制度制度在调动学生的学习积极上更有优越性,值得大胆地去改革、实践、创新。开放性的实验室才能使得仪器设备得到最充分的利用,才能使得有相关兴趣的学生在专业上能够更进一步。我们不要怕实验室的开放会带来较高的仪器损耗率或是给教学秩序带来不便。要合理的创造条件,制定制度,给兴趣的同学以创造、表现、提高的机会,把他们对专业的兴趣变成深入研究的动力,从而达到实施素质教育的培养目标。
三、结语
对于学习单片机课程的学生而言,只有在很好的学习课程理论后,再通过实验自己动手设计一些和实际应用相贴切的产品,这样才能对课程理论有更深的理解。通过这样的学习过程,锻炼出来的学生才具有工程应用意识、分析问题和解决问题的能力,走上工作岗位时才具备专业优势,才能更好地适应市场的需要。
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