梁少寧

摘 要：“微控制器原理與應(yīng)用”是一門(mén)實(shí)踐性、應(yīng)用性很強(qiáng)的課程，但是在教學(xué)過(guò)程中，由于傳統(tǒng)教學(xué)模式的單一性和偏重理論教學(xué)的特點(diǎn)，使得本門(mén)課缺乏必要的實(shí)踐學(xué)習(xí)。文章通過(guò)課堂教學(xué)方法和實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的改革，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力。

關(guān)鍵詞：微控制器原理與應(yīng)用；試驗(yàn)教學(xué)；教學(xué)改革

一、課程改革概述

本項(xiàng)目的研究目標(biāo)是通過(guò)改革教學(xué)法提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣及積極性，并使課程內(nèi)容更符合本專業(yè)實(shí)際工程需要；通過(guò)使用虛擬嵌入式實(shí)驗(yàn)平臺(tái)作為實(shí)物實(shí)驗(yàn)箱的有益補(bǔ)充，大幅降低進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)軟、硬件設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的成本及難度，緩解實(shí)驗(yàn)設(shè)備緊張、功能單一等問(wèn)題，加強(qiáng)課程的實(shí)驗(yàn)比重，使學(xué)生可以隨時(shí)隨地學(xué)習(xí)、動(dòng)手實(shí)踐、參與在線討論，全面改善授課效果。為達(dá)到上述目標(biāo)，本項(xiàng)目的研究?jī)?nèi)容主要分為兩部分，即基于隨堂演示實(shí)驗(yàn)和“問(wèn)題—啟發(fā)”教學(xué)法的“微控制器原理與應(yīng)用”課堂教學(xué)改革研究及基于虛擬嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的多層次實(shí)驗(yàn)體系的建立。

二、主要解決的教學(xué)問(wèn)題

本次改革主要致力于解決如下教學(xué)問(wèn)題。

（1）改革傳統(tǒng)的、單一的、由教師主導(dǎo)授課，學(xué)生被動(dòng)接收的教學(xué)方法，設(shè)法有效激發(fā)學(xué)生的興趣點(diǎn)及主動(dòng)性、創(chuàng)造性，加強(qiáng)師生之間的互動(dòng)過(guò)程。

（2）改革傳統(tǒng)課堂教學(xué)偏重理論講解，教學(xué)手段單一的狀況。針對(duì)嵌入式系統(tǒng)實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，基于虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)實(shí)踐適于嵌入式系統(tǒng)課堂教學(xué)的工具、演示實(shí)驗(yàn)和多種教學(xué)手段。

（3）改革當(dāng)前課程實(shí)驗(yàn)課時(shí)偏少，實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容缺乏靈活性，實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地、設(shè)備緊張的狀況。嵌入式系統(tǒng)課程的有效學(xué)習(xí)重在動(dòng)手實(shí)踐，在必要的理論知識(shí)學(xué)習(xí)后，需要有大量的課時(shí)用于實(shí)踐操作，而現(xiàn)有的課程設(shè)置由于學(xué)時(shí)、實(shí)驗(yàn)設(shè)備的限制，留給實(shí)踐操作的課時(shí)十分有限，導(dǎo)致學(xué)生無(wú)法隨時(shí)隨地展開(kāi)實(shí)驗(yàn)。而實(shí)驗(yàn)箱的結(jié)構(gòu)固定， 資源有限， 僅適用于進(jìn)行驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生機(jī)械地按照實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行操作，主觀能動(dòng)性和創(chuàng)新性得不到有效發(fā)揮。

（4）改進(jìn)課程考核方式?，F(xiàn)有的課程考核機(jī)制仍然以筆試和驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)成績(jī)?yōu)橹鳎?gt;80%），缺乏對(duì)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題能力的考查。

三、解決教學(xué)問(wèn)題的途徑

1.課堂教學(xué)法改革

為促進(jìn)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)，采用“問(wèn)題—啟發(fā)式”教學(xué)模式改革現(xiàn)有的教學(xué)法。具體步驟如下：

（1） 針對(duì)待講解的核心內(nèi)容，設(shè)計(jì)能夠引起學(xué)生興趣，且學(xué)生有初步思路的系列問(wèn)題。問(wèn)題情境的設(shè)置不僅在教學(xué)內(nèi)容的引入階段需要使用，而且應(yīng)當(dāng)隨著教學(xué)過(guò)程的展開(kāi)成為一個(gè)連續(xù)的過(guò)程。通過(guò)精心設(shè)計(jì)問(wèn)題情境，不斷激發(fā)學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，讓學(xué)生經(jīng)常處于“興奮”的狀態(tài)中，給學(xué)生提供學(xué)習(xí)的目標(biāo)和思維的空間，使學(xué)生自主學(xué)習(xí)真正成為可能。

（2）以學(xué)生討論為主體，教師引導(dǎo)，逐步展開(kāi)問(wèn)題，理清知識(shí)脈絡(luò)。上述問(wèn)題情境的合理設(shè)置，可以激發(fā)學(xué)生對(duì)問(wèn)題主動(dòng)進(jìn)行分析思考，尋求答案。但學(xué)生的知識(shí)水平和思維能力有限，尤其是對(duì)新知識(shí)還是一片空白，此時(shí)，教師需要采取啟發(fā)的方式對(duì)問(wèn)題進(jìn)行剖析，幫助學(xué)生理清知識(shí)脈絡(luò)，在問(wèn)題逐步展開(kāi)過(guò)程中，讓學(xué)生在問(wèn)題的驅(qū)動(dòng)下，主動(dòng)、積極地接受知識(shí)。

（3）教師歸納總結(jié)，形成理論體系。在“問(wèn)題—啟發(fā)式”教學(xué)中，教師的歸納總結(jié)對(duì)加深學(xué)生對(duì)知識(shí)原理的認(rèn)識(shí)、提升專業(yè)素養(yǎng)、增強(qiáng)解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力具有十分重要的作用。因此，教師在嵌入式系統(tǒng)教改實(shí)施過(guò)程中，采用隨堂仿真實(shí)驗(yàn)、圖片、視頻等多種手段幫助學(xué)生熟悉嵌入式系統(tǒng)學(xué)習(xí)、開(kāi)發(fā)的基本概念，建立解決實(shí)際工程問(wèn)題（尤其是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)方面）的基本思路與方法，力求使學(xué)生在未來(lái)的工作中，能夠科學(xué)地提出問(wèn)題、探索問(wèn)題、創(chuàng)造性地解決問(wèn)題。

2.實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系改革

嵌入式系統(tǒng)類課程是一門(mén)實(shí)踐性、應(yīng)用性很強(qiáng)的課程，只有建立完善的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系才能培養(yǎng)出真正有動(dòng)手能力的學(xué)生。本項(xiàng)目充分利用Proteus虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的強(qiáng)大功能， 改變單純的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)方法， 更加注重綜合設(shè)計(jì)型、創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)；適當(dāng)增加處理器外圍硬件設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生能夠較好地將嵌入式系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)聯(lián)系起來(lái)；建立多層次、逐步遞進(jìn)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，結(jié)合多門(mén)專業(yè)課知識(shí)，最終達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用和創(chuàng)新能力的目的。

另外，我們的實(shí)驗(yàn)體系還包括將課堂演示實(shí)驗(yàn)的開(kāi)發(fā)作為“問(wèn)題—啟發(fā)式”教學(xué)法改革的有力支撐。基于Proteus平臺(tái)開(kāi)發(fā)與課程內(nèi)容緊密相關(guān)的演示實(shí)驗(yàn)，通過(guò)虛擬邏輯分析儀，示波器記錄并演示實(shí)驗(yàn)過(guò)程中關(guān)鍵信號(hào)或典型故障，以期在“問(wèn)題—啟發(fā)式”課堂教學(xué)改革的實(shí)踐中通過(guò)實(shí)驗(yàn)，引出問(wèn)題，探究解決方案，驗(yàn)證方案執(zhí)行效果，討論改進(jìn)方向。

具體研究工作如右圖所示，體系中包含基礎(chǔ)型、綜合設(shè)計(jì)型和研究創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。其中，基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn)為學(xué)生必選項(xiàng)目，根據(jù)課堂教學(xué)內(nèi)容穿插于課程進(jìn)行的過(guò)程中；綜合型項(xiàng)目作為課程設(shè)計(jì)作業(yè)，由學(xué)生分組合作完成；創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目工作量較大，由對(duì)嵌入式系統(tǒng)興趣濃厚且學(xué)有余力的學(xué)生合作或獨(dú)立完成。

3.課程考核方法改革

本次教改的主要成果是課程考核體現(xiàn)對(duì)學(xué)生設(shè)計(jì)能力的要求，主要措施是減少筆試成績(jī)比重，增加綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)成績(jī)?cè)谡n程考核中的比重。并且增加答辯環(huán)節(jié)，要求學(xué)生對(duì)所負(fù)責(zé)的技術(shù)部分關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行闡述，以期鍛煉學(xué)生的技術(shù)交流能力，杜絕合作完成題目中的“渾水摸魚(yú)”現(xiàn)象。

在具體實(shí)施中，課程考核分兩部分獨(dú)立進(jìn)行：理論考核和實(shí)踐考核。理論考核為傳統(tǒng)的筆試考試，主要用于測(cè)試學(xué)生對(duì)嵌入式系統(tǒng)基本知識(shí)的掌握情況；實(shí)踐成績(jī)主要檢驗(yàn)課程大作業(yè)及實(shí)驗(yàn)箱實(shí)驗(yàn)的完成情況。給分比例各占50%。

四、教學(xué)改革的主要成果及實(shí)施效果

通過(guò)教學(xué)實(shí)踐，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣明顯提高，課堂上能夠基于課堂實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象結(jié)合“問(wèn)題—啟發(fā)式”教學(xué)法積極、主動(dòng)地分析問(wèn)題、思考問(wèn)題，討論解決方案；到課率明顯提高，達(dá)到95%以上；課下，學(xué)生能夠根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)積極完成基本實(shí)驗(yàn)以及綜合型課程作業(yè)。學(xué)生普遍反映經(jīng)過(guò)一學(xué)期的學(xué)習(xí)，對(duì)嵌入式系統(tǒng)的基本知識(shí)有了牢固的掌握。特別是基于虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的使用降低了進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的軟、硬件成本，大幅增加了實(shí)驗(yàn)時(shí)間。通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)，學(xué)生基本掌握了嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)軟硬件設(shè)計(jì)及調(diào)試的方法和技巧。

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