时间:2023-02-25 17:39:12
【关键词】单片机 作用原理 接口技术
新时代背景下,社会的发展和科技的进步,使得各类先进的科学技术被应用于众多的生产与生活领域,作为电子信息工程中重要的组成部分,单片机也得到了广泛的应用与普及,可以说,在现阶段的众多领域中,都能够发现单片机应用的身影。而对于单片机而言,若想在更多的生产与生活领域中应用到单片机技术,则需要对单片机的作用原理及接口技术等做深入的探讨和分析,以此来掌握单片机所能够应用到的领域和范围。同时,通过对单片机的原理及接口技术的灵活掌握与运用,才能使单片机技术得到更深程度的技术发掘和运用。因此,对于“单片机的原理及接口技术”的研究,就具有极大的现实意义。
1 单片机的原理
对于单片机而言,是一类集成芯片的总称,也可将其理解为能够独立工作的微型计算机。在此单片机的芯片上,会涉及到CPU、ROM、RAM等通过I/O接口进行结合的独立运转系统。而针对不同的应用范畴和领域,还应在单片机上添加相应的部件,以此来确保单片机各种功能的应用于实现。而单片机的设计思路,应追溯到上个世纪的80年代,专家和学者们,希望通过一块较小的继承芯片,来容纳单片机中的处理系统及众多设备,这将使得此类集成系统的效果更佳的优良,并同时能够使单片机内的系统等得以相应的收缩。可以说,对于单片机来讲,其主要的功能,即是进行实时控制功能的实现,并能够做到在线操控。而单片机芯片内由于部件的收缩与削减,使得其并无较好的抗干扰能力,这便需要针对单片机所应用的领域与所实现的具体功能,来对其抗干扰能力进行必要的加强。此外,单片机能的程序也可通过不同的功能而做出相应的调整,并配以相应的辅助部件,以达到较为特殊功能的实现。有时在完成较为大型的功能及任务时,还可将单片机中用作不同处理与运行功能的芯片进行整合,这不仅加强了单片机的智能化程度,还在很大程度上提升了单片机的工作效率。
2 单片机的接口技术
现阶段,在投入应用的众多类型控制器中,均使其智能化水平得到较高的发展与提升。直至现阶段为止,众多新型的设备,已经逐步取代了以往较为落后的输入与输出设备。伴随着时代的发展和科技的进步,越来越多外形各异,且价格低廉的USB存储设备,受到人们的普遍关注与喜爱。并且,此种带有USB接口的存储设备随着技术的革新,变得愈加的符合人们的需求,不仅内部的存储空间增大,其体积也在随之减少。同时,此类USB接口的存储设备,逐渐发展成为能够随身携带的U盘或移动硬盘,在功能性上较之传统的软盘,从各个方面都体现出碾压性的优势。而且,由于其能够与计算机接口直接连接,进行数据信息的读写功能,使之应用范围愈加深入与广泛。其接口原理为:通过SL8HHS芯片及相应的USB协议,使其能够通过芯片所涵w的双任务端口,将由芯片读取的各类信息,写入U盘之中。因此,SL8HHS芯片能够达成单片机与多种USB之间的相互连接及数据传输功能。并且,依据单片机的功能,其能够操控所收集到的数据信息;USB控制其则能够操控U盘及其起到连接作用的接口,并进行数据的接收与传输;RAM则可进行数据信息的临时缓冲存储。通过此种接口技术,并配以其他配件芯片,实现了单片机的各类信息读取、传输、以及写入等功能。
3 单片机所应用到的领域
根据上述单片机的作用原理,可将其应用于众多电子信息设备与仪器之中。例如:单片机在工业操控技术中的应用、在各类仪器与仪表上的应用、服务设施中的应用、以及众多为人们生产与生活提供便利的领域等等。由于单片机自身所具备的特点为体积小、能耗低,但功能性与可操控性方面则较为强大,这使得将其应用于智能化的操控设备与仪器中,将会发挥其极为明显的功用。若将其应用于智能化的仪器或仪表之中,则能够对仪器设备中所涉及到的各类数据:温度、湿度、运转速率、额定功率、以及最大功率等数据信息,进行准确的测算及控制。同时,由于将单片机应用于此类具有智能化的仪器或仪表之中,也能够使此类仪器仪表的自动化水平得以进一步提升,从而真正实现其自动化水平增强。若将单片机应用于工业化的机械或设备操控上,则能够促使工业化机械及设备在操控效率和便捷程度上得以提升。现阶段,由于科学技术的改良与完善,使得单片机技术逐步进入人们生活的视野,为人们的日常生活提供多样化的服务与便利。例如:我们在日常生活中应用到的电视、冰箱、洗衣机、热水器、空调、以及其他家用电器设备,都含有单片机作用的功劳。而随着互联网+时代的进入,使得单片机在接口技术上有了全新的发展与突破,即能够通过所增加的通信接口来逐步满足计算机及网络通信间的数据传输功能。此外,在航天、医疗、国防、以及科研等领域里,单片机都在不同程度的发挥着其巨大的作用。
4 单片机研发的主要方面
首先,是将单片机的抗干扰能力通过研发得以加强。现阶段,单片机进行干扰排除的方式主要为外部操作,即将干扰源或干扰路径切断。虽然也能够起到防止干扰的作用和效果,但却无法做到真正意义上的抗干扰。对此,应从单片机的硬件方面入手,逐渐将其抗干扰能力加强。其次,是要将单片机编程效率提升。在对单片机进行编程的过程中,所应用到的语言类型大多为C语言,若要提升单片机编程效率,则应在不断加强C语言编程效率的同时,还要尽量找寻出效率更高的编程语言类型,以此来提升单片机编程过程中的实际效率。
5 结语
综上所述,文中通过对单片机的作用原理及接口技术的分析与研究,总结出单片机所能应用到的领域。并通过分析得出,若要将单片机进行深入的应用,则应当从提升单片机的抗干扰性、以及加强编程语言的效率等方面入手,唯有如此,才能使单片机技术在更多的领域内得以应用,并对社会的生产和人们的生活,产生更为多样的效用。
参考文献
[1]陈杰.论单片机的原理及接口技术[J].电子世界,2014(12):387.
[2]朱建光,郑浩,刘本伟.单片机原理与接口技术教学改革与实践[J].武汉大学学报(理学版),2012(S2):188-190.
[3]凌震乾.论单片机原理与接口技术课程设计性实验的开设[J].教育与职业,2011(09):164-165.
作者单位
【关键词】单片机;教学目标;教学方法
现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集成有单片机。手机、电话、计算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标等电脑配件中都配有1-2部单片机。复杂的工业控制系统上甚至可能有数百台单片机在同时工作。单片机的数量不仅远超过PC机和其他计算的总和,甚至比人类的数量还要多。由此可见,《单片机原理及接口技术》是电子类专业本、专科学生的一门核心课程。通过本门课程的学习,使学生具有单片机应用系统硬件设计及软件编程的能力,为将来学习DSP、嵌入式系统、毕业设计及参加工作打下良好的基础。因此做好该课程的教学,对提高教学质量和培养学生的创新能力具有重要的意义。因此,如何提高教学效果,激发学生们的学习兴趣,培养学生们分析解决问题的能力,是教学过程中必须要解决的问题。下面结合作者多年的教学实践,从几个方面进行探讨。
1.根据教学目标确定教学内容
《单片机原理及接口技术》的教学目的是使学生初步掌握单片机工作的基本原理和接口技术,熟悉汇编语言,能够将软硬件结合起来进行开发应用等,为后续课程的学习以及未来从事微机系统设计开发工作打下良好的基础。因此,必须根据教学目标选择教学内容。
早期的单片机都是8位或4位的。随着工业控制领域要求的提高,开始出现了16位单片机,但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用。90年代后随着消费电子产品大发展,单片机技术得到了巨大提高。随着INTEL i960系列特别是后来的ARM系列的广泛应用,32位单片机迅速取代16位单片机的高端地位,并且进入主流市场。按常理,我们应该讲授最新最先进单片机,不仅速度快而且功能十分丰富强大,但在教学中我们仍选用的51系列的8位单片机为主,16位的单片机为辅。8位机始终是嵌入式低端应用主要机型,而且在未来相当长的时间里,仍会保持这个势头。16位机是电子设计竞赛中经常出现的机型,所以也要根据课时安排,加以补充。
汇编语言最接近机器码的一种语言,其主要优点是占用资源少,程序执行效率高,但是不同的CPU,其汇编语言可能有所差异,所以不易移植。C语言是一种结构化的高级语言,其优点是可读性好,移植容易,是普遍使用的一种计算机语言,缺点是占用资源较多,执行效率没有汇编高。在教学过程中,我们该选择汇编语言还是C语言呢?汇编语言有利于我们理解单片机的工作原理,所以在介绍其工作原理部分,应该适当介绍。而在历年的电子竞赛中,学生采用汇编编程的很少,所以在接口与应用部分,要详细讲解C语言。
单片机教材中的原理图,是反映出各个部件的组成,及其工作原理。在课堂教学中,经常被重视。还有一种时序图,可能讲解的并不细致。在单片机教材中出现过读取内外部数据的时序图,帮助学生理解数据读取的整个过程。这些内容还应该做些扩展,要求学生掌握在该过程中,需要哪些引脚参与,什么时候这些引脚信号起作用。这样做的目的在于学生掌握以后,在比赛中出现其他的时序图,就可以理解。例如,今年四川省的电子设计大赛E题-激光枪自动射击装置,该题中需要使用摄像头进行控制。很多学生对于摄像头和FIFO芯片的工作时序理解不太清楚。如果这个环节不了解,后面的设计就很可能做不出来。
2.应用多种教学方法和手段
该课程内容多、知识点零散,很多学生在学习后,不知道如何掌握其主要内容。该课程理论性和实践性很强,学生在理解和掌握时很困难。针对这些问题,只能在教学过程中采用多种教学方法和手段,才能激发学生的学习积极性,提高教学质量。
2.1 教学内容详略得当
《单片机原理及接口技术》在全国高校开设相当普遍,大部分院校培养的学生主要以实际应用为主。在这样的教学目标指导下,在安排教学内容上就应该以原理与应用为主来组织教学,根据学生专业情况适当增减教学内容。
本该课程内容多,在教学过程中需要把握重点难点。例如,在介绍单片机内部结构这章时,本章的重点应该是CPU的内部逻辑结构、总线结构、内外存储器结构。对于它的外部结构,只需要了解它引脚的功能和作用就可以了。本章的难点在于存储器的管理。
2.2 采用实例教学法
实例教学就是以真实的事件为基础进行教学的过程。具体来说就是在讲到某个知识点时,不拘泥于教材的内容,而用较为实际的例子进行说明,这样往往比单纯的说教更具说服力。在课堂上,教师借助于多媒体手段和单片机仿真软件Proteus及Keil uVision2软件对所讲解的实例进行演示,让程序单步运行,并察看每一步所产生的变化,有利于学生理解。仿真软件操作简单,仿真效果和实际硬件十分接近,非常适合课堂演示。
对于一些难于理解的教学内容,如数码管的动态扫描工作过程、键盘的处理、中断过程、A/D及D/A转换过程等内容,可结合多媒体课件和Proteus仿真软件的演示操作模拟实际的运行情况,提高学生的学习兴趣,把原本枯燥的知识变得生动,加深对相关内容的理解。例如D/A转换的内容,用单片机控制小电机正转、停止、反转,这个例子用传统的教学方法学生很难理解,现在有了Proteus仿真软件的演示,当单片机输出一定数字量时,D/A转换器的输出电压值通过电压探头一目了然,仿真电机的运转情况与真实的系统一致。
2.3 采用类比教学法
由于概念多、内容抽象、不易理解,因此,深入浅出地讲解课程内容可以减少学生对课程的畏难情绪。对于一些比较抽象的内容,若能将其与学生熟悉的生活实践相联系,就能收到事半功倍的效果,通过类比,往往能取得很好的教学效果。
例如,我们在讲解内存地址的时候,我们可以以学生的宿舍做类比。每个学生宿舍它都有一个编号,对应的是内存单元应该也有编号,这个编号就是它的地址。
2.4 任务驱动教学法
任务驱动的教学的方式,能为学生提供体验实践的情境和感悟问题的情境,围绕任务展开学习,以任务的完成结果检验和总结学习过程等,改变学生的学习状态,使学生主动建构探究、实践、思考、运用、解决、高智慧的学习体系。
学习单片机的主要目的是为了应用,为了提高学生的学习兴趣,可以采用任务驱动教学法。例如,在学习了并行口之后,可以给学生布置一个任务,要求他们用并行口完成对LED灯的控制。这个任务完成后,可以让他们实现流水灯和交通灯的控制。这样,由浅入深,大大提高了学习的效率和兴趣,培养他们独立探索、勇于开拓进取的自学能力。一个“任务”完成了,学生就会获得满足感、成就感,从而激发了他们的求知欲望,逐步形成一个感知心智活动的良性循环。
3.加强实践环节教学
对于理论知识的学习,如果不将这些理论付诸实践,那对于学生来说永远只是雾里看花,无法深入。因此,加强实践教学环节显得尤其重要。重视实验教学,精选实验内容,根据教学进度,及时安排实验,使学生能够理论和实践相结合。每次实验,都安排验证性实验和设计性实验,通过验证性实验使学生加深对所学内容的理解,通过设计性实验培养学生分析解决问题能力。
在实验设备的选择上,可以采用以51单片机为主,并且提供MSP430芯片的实验箱。
对于实践环节,除了利用实验设备以外,还应该鼓励学生参加一些相关的比赛。比如,全国的电子设计大赛、工信部的电子设计大赛。通过参加这类比赛,增扩展加学生的知识面,锻炼学生的实践能力。
4.结束语
《单片机原理与接口技术》是一门理论性和实践性都很强的课程。本文中针对教学过程中,存在的一些问题,提出了自己的解决方法和策略。教学也是一个不断学习和探索的过程。我们应该不断完善教学体系,更新教学内容、探索新的教学方法,调动学生的学习积极性和主动性,提高学生的综合能力。
参考文献
[1]高惠芳,张海峰,胡冀.单片机原理与应用技术[M].北京:科学出版社,2010.
[2]董普松,Proteus在单片机系统设计中的应用[J].现代电子技术,2008(14).
[3]季金奎,王秀萍.浅谈项目化课程改革的思路[J].科技信息,2009(19).
关键词:翻转课堂;新型教学模式;实践教学;改革策略
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2016)48-0152-02
单片机原理及接口技术作为一门对实践技能和实践经验要求相当高的课程,在教学的过程中,教师需要带领学生进行大量的实践活动,这样才能保障学生在完成理论知识的学习之后能够将其应用到实践的过程当中,培养学生在实践过程中发现问题和解决问题的能力。然而,在目前我国大部分高校和院校当中,对于单片机原理及接口技术课程的教学依然还停留在大量理论知识的传授上,实践教学的课时和力度都有所不足。这就导致了学生虽然具备深厚的理论知识,但是却无法很好的将其应用到实际的工作当中。而在社会的职场当中,企业尤为看中的就是员工的实践经验和实践技能,学生的不足很容易让他们在职场中失去竞争力,影响他们未来的职业发展。那么,要如何才能提高学生的实践能力,丰富他们的实践经验,使学生在职场上更具有竞争力呢?笔者在本文中将从教学改革,特别是实践教学改革方面来阐述自己的观点。
一、目前单片机原理及接口技术课程教学所存在的问题
要想进行教学改革,首先要了解现在教学过程中所存在的问题。从笔者的观察来看,目前在单片机原理与接口技术课程教学中主要存在以下几个问题。
1.传统的教学模式忽略学生的感受。在现在大多数的高校和院校之中,所采取的教学方法还是传统的以教师为中心、着重理论知识的传授方式。在这样的情况下,学生很难参与到课程当中,学生缺乏参与感,就更加难以提起学习的兴趣,也无法在接下来的实践过程当中很好的完成教师所布置的训练。
2.实践内容单一。这是目前的单片机原理与接口技术课程实践教学中存在的非常严重的一个问题。大部分的实践教学都是一些常用的实践内容,比如说I/O口、LED等。并且从实践的内容来看,大部分的实践都是属于验证型,而对于综合型以及设计型的实践内容相对较少。对于学生来说,验证型的实践内容虽然能够锻炼他们的动手能力,但是却缺乏对学生思考问题和创造性的能力的锻炼。
3.实践教学内容与理论知识脱节。从目前的单片机原理与接口技术实践教学来看,大部分的实践内容都已经与现代的行业发展和行业需求脱节,实践内容远不及行业当下的发展形势和发展状况。这样一来,就无法达到通过实践教学让学生拥有丰富的实践经验,以适应在未来职业生涯中行业的发展,提高学生在职场中的竞争力的目的。
二、翻转课堂的作用
翻转课堂(Flipped Class)也叫做颠倒课堂(Inverted Classroom),是一种颠覆了传统教学模式的新型教学模式。翻转课堂主要是以微课程为主,将课程的内容分割、切碎为多个知识碎片,在每一个知识碎片中又存在着内部的联系,学生可以在课堂外的任何地方,利用网络来进行学习。这样的教学模式更加高效,也能够培养学生自主学习的能力以及思考问题、发现问题的习惯。而在单片机原理与接口技术的实践教学中,采取翻转课堂的教学模式主要有以下几点好处。
1.节约课时。采取翻转课堂的教学模式,最重要的优势就是可以节约单片机原理与接口技术课程的课时。单片机原理与接口技术课程是一门非常复杂的学科,本身就存在着课时较少的问题。而翻转课堂的教学模式,可以让学生在课外就能够对相关的理论知识进行学习,这样一来就节约了在课堂上理论知识的授课时间,并且利用多余出来的课时进行更多的实践活动。
2.培养学生自主学习的能力。在翻转课堂的教学模式中,学生前期的学习主要是在课外对微课程的学习。学生在学习的过程中要锻炼自己的自主学习以及发现问题、思考问题的能力,这样才能在课堂内跟上教师的教学节奏。如此一来,通过长期以往的锻炼,学生的自主学习能力自然而然会有提高,并且也会培养出勤思考以及解决问题的习惯。
三、基于翻转课堂的单片机原理及接口技术课程实践教学改革
1.开发网络平台,帮助学生理论知识学习。要想要让单片机原理及接口技术课程的实践教学能够有所改进,首先要注意的就是学生一定要具有深厚的理论知识,这样才能在实践过程中运用理论知识来解决遇到的问题。而在翻转课堂的教学模式当中,学生前期的理论知识主要是通过微课程的学习来获得,因此一定要注意微课程的设计和研发。开发网络平台,不仅能够让学生有更方便快捷的渠道进行学习,同时还能丰富学生的知识结构,巩固他们所学的理论知识。
2.进行个性化的微课程设计。在翻转课堂的教学模式当中,学生的自学都是要通过微课程来进行,因此,教师一定要注意针对学生实际学习情况的不同对微课程进行个性化设计。这样一来,处于不同学习进度的学生就能根据自己的实际情况来挑选微课程进行学习,并且对其知识的薄弱点进行强化,让他们更好的掌握所学的知识,真正的做到因材施教。
3.教师可设计更多的实践内容。通过翻转课堂的教学模式,可以节约课时,教师在课堂上可以省去大把的理论知识讲解时间,并可以将节约出来的时间投入到更多的为学生解答并且引导学生实践过程的工作中去。而有了充裕的课时之后,教师就可以在原有的实践内容的基础上,设计一些与行业当下发展形势和发展现状紧密相连的实践内容。比如可以设计“温度计”、“抢答器”等综合型的实践内容,让学生不仅仅停留在验证型的实践内容当中,提高学生的创造和思考能力。并且,在课余教师还可以鼓励学生参加一些竞赛,让学生能够在实践过程中不断地寻找问题并解决问题,进一步的提高自己的能力,为未来的职场竞争打下良好的基础。
4.成立相关科技活动小组。通过翻转课堂的教学模式,学生自主学习和解决问题的能力得到大大的提升。为了保持良好的发展,教师可以成立与单片机原理及接口技术课程相关的科技活动小组,让学生在完成课堂内的实践活动后,在课外还有更多的机会接触到实践活动,并且教师可以针对学生的情况对其进行不同程度的指导,这样一来,不仅能够激发学生的学习热情,还能够通过针对性的指导提高学生的学习,培养他们的实践能力,让他们对该门课程更加热爱。
5.改变教师评价机制,激发教师的热情。教师需要明白的一件事情就是,翻转课堂的教学模式不仅是对学生的自主学习能力有着极高的要求,对教师的要求更高。翻转课堂的教学模式是以学生为主,但并不意味着就会减少教师在教学活动中的参与度。事实上,教师从讲解者演变为引导者,其重要性要远大于传统教学模式中教师所起的作用。因此,笔者认为,学校也需要调整对教师的评价机制,以此来督促并激发教师更好的实现其教学目的,并达到理想的教学效果。而要如何调整教师的评价机制呢?笔者认为可以从以下几个方面入手:(1)课程的设计;(2)微课程的讲解;(3)课外与学生的沟通;(4)学生分析、解决问题的能力。将这些作为KPI对教师进行考核,而资源较为丰富的院校还可以对达到KPI的教师进行奖励,以此来激发教师的教学热情。
四、结语
翻转课堂的教学模式作为一种创新型的教学模式,对教师的教学有着极大的帮助。在单片机原理及接口技术实践教学中,采用翻转课堂的教学模式能够很好的解决该门课程在实际的教学过程中所存在的问题。因此,笔者认为,采取翻转课堂的教学模式才能更加有利于该课程的教学和发展,以培养出更加适合行业发展的人才。
参考文献:
[1]汪晓晨,王春峰.单片机原理及接口技术实验教学改革与探讨[J].信息与电脑:理论版,2016,(2).
[2]黄艳玲,简毅,杨继东,等.机械类本科《单片机原理及接口技术》教学改革与实践[J].课程教育研究,2015,(27):46-47.
关键词 创新 单片机原理与接口技术 教学
中图分类号:TP368.1 文献标识码:A
0引言
在“大众创业、万众创新”的新形势下,大学生创新能力的提高关系到我国创新型国家的建设。如何提高大学生的创新能力是一项重要职责和历史任务。尽管众多文献探讨了提高大学生创新能力的方法、策略和手段,然而这些文献均是站在宏观的角度,给出的建议均比较抽象,没有把如何提高大学生的创新能力与课程的具体教学活动结合起来,因而收效有限。本文结合《单片机原理与接口技术》课程,以培养“创新型”的新世纪大学生为目标,通过通信工程专业学生必修的《单片机原理与接口技术》课程作为平台,对如何实现创新型的《单片机原理与接口技术》课程教学活动进行探讨。
1面向“创新”的《单片机原理与接口技术》教学
1.1引导学生形成创新性思维
要培养学生的创新思维,就需要不断激发学生的学习兴趣,并引导他们去想象和推理。在进行《单片机原理与接口技术》教学时,教师可以举一些现实生活中的实际例子以激发学生的兴趣。如导弹的导航装置、计算机的网络通讯与数据传输、电扇遥控、电子宠物等等,这些设备里面都有一颗单片机芯片。笔者在上《单片机原理与接口技术》课程时曾经举一个例子。我们在学习模拟电子时,学习了P-N结,在P-N结的基础上构成了二极管和三极管。然后我们学习了三极管的特性,并且知道当三极管处于放大状态时形成各种形式的放大电路,然后在放大电路的基础上构成各种集成电路(芯片),如运放、稳压电源、各种CPU芯片等。这些芯片都是由半导体构成,进一步说是由由半导体构成的P-N结构组成,再进一步说是由P-N结构成的三极管组成。再进一步引导学生思维,如既然现在所有的芯片都是由半导体作为基础材料,那么这种材料的特性可能会限制芯片的使用温度和工作速度,能否寻求一种更好的可以替代半导体的材料(比如纳米材料)来制造芯片,让芯片的工作温度更高、功耗更低、速度更快?这些芯片与未来的量子计算机有什么关系?这样通过引导进一步激发了学生的创新性思维。
1.2激发学生的创新动力
教师在进行《单片机原理与接口技术》教学时,应注意从学生的内在和外在两方面不断激发学生的创新动力。
为了激发学生内在的创新动力,教师应从“以教师为中心”的教学方法转变到以学生自学为中心、以指导和服务学生为中心的教学方法上来。比如在上“定时器/计数器”章节时,可以利用多媒体手段,形象的解释定时器和计数器有什么不同。同时还进一步引导学生,单片机的计数器和大一时学习的数字电路基础中的定时器有什么区别?更进一步,教师还可以将《单片机原理与接口技术》课程的“定时器/计数器”与常用的PC机和手机中的“定时器/计数器”进行比较,单片机中的计数器与PC机中的计数器是总是对着干,比如单片机中的计数器是加法计数器,而PC机中的计数器属于减法计数器。如此等等。
为了激发学生外在的创新动力,教师在教授《单片机原理与接口技术》课程时,有意识地引导学生与考研、就业等结合起来。比如现有的《单片机原理与接口技术》教材内容安排中,对并口扩展和RS232串口总线讲得多,对I2C总线、CAN总线及USB接口技术却很少涉及。然而现在企业里面对I2C总线、CAN总线及USB接口的开发和应用比较多。为此教师可在课堂上适当向学生补充当前企业和社会使用比较热门的硬件接口和软件编程技术。教师需要收集一些与《单片机原理与接口技术》相关公司企业的招聘信息,然后引导学生,告诉学生学好了《单片机原理与接口技术》课程,一定会找到相应的岗位。这样学生学习的积极性和创新动力自然就具备了。同时可通过历届电子设计大赛中的优秀作品及创作者的介绍,或者成功校友的一些经历作为动力来激励学生的学习和创新动力。
1.3培养学生创新毅力
为了培养学生创新毅力,教师在讲解《单片机原理与接口技术》课程时,可以列举一些例子。比如第一台计算机是机械计算机,是一种系列齿轮组成的装置,它需要使用种钥匙旋紧发条后才能转动,只能够做加法和减法,功能非常弱小,而且无法普及使用,怎么办?需要一颗永不放弃的恒心继续创新。于是人们又发明了电子管计算机,但是电子管计算机体积庞大,而且速度太低,还是无法普及,怎么办?于是晶体管计算机又被发明了。晶体管比电子管小很多,不需要暖机时间、消耗能量较少、处理更迅速、更可靠,但是由于晶体管计算机价格太昂贵,主要用于商业、大学教学和政府机(下转第86页)(上接第80页)关,还是无法普及使用,怎么办?大规模集成电路(芯片)计算机又被发明了,包括现在的PC机、服务器、单片机、DSP和手机等,都属于大规模集成电路计算机。可是人们还没有停止探索创新的步伐,功耗更低、速度更高的量子计算机正在研究和实验中。
另外,教师在讲解《单片机原理与接口技术》课程时,可通过加强学生在动手能力上的培养,以增强他们的创新毅力。有科研课题的老师,尽量让学生参与,编写一些简单的程序模块,焊接一些简单的芯片和分离元件,让学生不要怕幸苦、不要担心失败。哪怕只是跑腿买元器件、画原理图和PCB图等,学生也能从中得到很大的收获。通过这些具体的动手,让学生不断的尝试,不断地改进和创新,从而培养学生的创新毅力。
2结语
通过通信工程专业学生必修的《单片机原理与接口技术》课程作为平台,结合具体的教学过程,从引导学生打好基础、形成创新性思维,激发学生的创新动力和培养学生创新毅力等角度多方面出发,积极引导学生学习《单片机原理与接口技术》课程的能动性和创造性,增加了学生学习该课程的气氛,提高了学生的创新能力。所培养的学生在课外科技活动、开放实验室课题、电子设计竞赛、毕业设计中具备了创新意识,并多次在国家大学生创新计划、挑战杯、节能减排比赛中获得奖项,取得一定效果。
基金项目:2014年,湖北省教育厅,湖北省高等学校省级教学研究项目(2014126):以“人人卓越”为目标的《单片机原理与通信接口》教学改革与实践。
参考文献
[1] 陈永明.浅谈单片机教学方式改革[J].通讯世界,2015(2):239-240.
[2] 白璐,田晓柱,牛炳韬,冯虎元.大学生创新性实验对创新型人才培养的研究[J].实验室研究与探索, 2015,34(4):161-164.
[3] 朱建光,郑浩,刘本伟.单片机原理与接口技术教学改革与实践[J].武汉大学学报:理学版,2012(S2):188-190.
关键词:单片机;课程;教学改革
《单片机原理与接口技术》课程涉及的知识点多,对技能要求全面,使得学习者备感困难。同时,由于高职学生的知识接受能力弱,传统教学方式必然造成学生听不懂,跟不上,进而厌学。面对以上问题,本文试图就高职特色的《单片机原理与接口技术》课程教学改革作一探索。
《单片机原理与接口技术》课程的特点
单片微型计算机因其具有集成度高、运算速度快、体积小、运行可靠、价格低等特点而在过程控制、数据采集、机电一体化产品、家用电器、智能化仪表和网络技术中得到大量使用。国内高校、中专、高级技工学校都相继在计算机工程、软件工程、工业自动控制、机械电子工程、精密仪器、电工电力电子、电子工程等专业开设了《单片机原理与接口技术》课程。越来越多的企业也把掌握单片机技术作为招聘技术人员的标准之一。
高职院校中,由于学制限制,学时少,不少院校和专业将《单片机原理与接口技术》课程也作为对非计算机专业学生进行现代计算机技术的第二次认识和启蒙教育,因此该课程显得更为重要。学生一般都要进行计算机应用基础的学习,完成对计算机的初步认识和基本操作的学习。如果学生缺乏相关的硬件训练,将对计算机应用的理解和学习造成障碍。《单片机原理与接口技术》课程集成了计算机组成原理、微机原理、汇编语言等课程的相关内容,并且包含单片机技术本身的知识体系。单片机“麻雀虽小,五脏俱全”。为了弄清单片机的一个概念,往往要牵扯到更多的新概念。因此在学习单片机原理与接口技术的过程中,很多学生感到困惑和吃力。
根据学生特点和课程特点,教学中应注意的几个问题
《单片机原理与接口技术》教学中必须强化基础、注重应用,进行模块化教学。同时要把握好教学与培训、理论与实践两个方面的关系。教学与培训是有区分的:教学是强调系统的基础知识,培养学生进一步学习的能力;培训则是对有一定基础的学生进行短期强化训练,尽快上手,进入角色。教学必须由易到难,符合认知规律。教学内容既要有一定的先进性又必须相对稳定。单片机基础知识相对稳定,而接口芯片的发展则可以用日新月异来形容。单片机作为一门技术,《单片机原理与接口技术》课程必然是以实验为主的课程。
教学中应先给学生一个总体的知识框架和学习脉络,让学生在任何时候对基本知识的把握都是清晰和完整的。学习单片机是一个渐进的过程,往往学习一遍难以完全掌握,而且这门技术也在不断发展,因此要培养学生的自学能力。教学中要讲清、讲透单片机硬件结构。根据教学要求和学生实际,对接口技术及接口芯片的讲解和使用可简可繁、可多可少。有条件的情况下,相关专业应开设专门的《单片机原理与接口技术》实践技能培训课程。一般专业也要充实实验教学,开足基础实验,作为理论教学的有力补充,以加深学生对基础知识的理解和基本技能的训练。
探索有高职特色的《单片机原理与接口技术》课程教学方法
“教、学、做合一”教学法在单片机课教学中,要充分发挥教与学的积极性,努力走“实践―理论―再实践”之路。强调在做中教,在做中学。通过理论教学以及实验和实训的有机配合完成教学目标。
3P教学法3P的概念是指原理(Principle)、实践(Practice)和产品(Product)的三者合一,是“教、学、做合一”的具体应用,将理论学习、实践应用、产品制作有机地结合为一体,以理论教学为基础,以实践训练为重点,以掌握知识和技能、制作产品为教学目标,较好地体现“学用一致,知能并举”的教育思想。在单片机教学中,这种教学法是非常值得提倡,并取得显著成效的一种方法。
案例教学法教师可在上课前让学生预习教师准备的实例材料,形成一定的看法,做好实例讨论的课前准备;在课堂中,针对实例出现的问题,教师组织全班讨论,由学生找出解决的方法,做出辨析;最后教师作简短的点评或补充性、提高性的总结。
上好每一堂课,注重教学设计
要提倡学生参与教学。这就要求教师在备课时不仅准备专业技术内容,更要研究教法,即如何利用“项目”、“实例”、“问题”等手段来激发学生的兴趣,提高学生参与程度,这也是课程设计的重要内容。教学设计有以下几种方法:(1)根据课程教学内容划分教学单元,按照一体化原则进行设计。(2)确定每个单元课程目标,包括知识目标和能力目标。(3)选定每个单元课程单项实训项目,以实例贯彻单元教学之中。(4)确定演示、实验、实训、实习等内容。(5)引入案例,问题驱动,操作演示,展开知识,讨论问题,总结提高。(6)板书演示,示范操作。(7)自查课程目标、层次、进度、信息量等。
参考文献:
[1]张华.课程与教学论[M].上海:上海教育出版社,2001.
[2]门振华.职业技术教育概论[M].重庆:重庆大学出版社,1988.
作者简介:
【关键词】微机原理 教学方法
【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089(2016)36-0204-02
一、引言
随着计算机技术、微电子技术的发展,单片机技术在智能仪器仪表、智能传感器、数据采集与处理、家电和计算机控制系统[1]等领域被广泛应用,工程类专业尤其是计算机应用、电子信息工程、自动化、测控技术与仪表、机电一体化等专业的学生学习和掌握单片机应用技术是十分必要的。在现行的教学体系下,“微机原理与接口技术”课程教学偏重于单片机原理及系统各部件的介绍[2],在系统性方面存在一定的缺陷,使得学生在后续课程学习和毕业设计中应用单片机知识的能力显得比较薄弱[3]。因此,如何激发学生的学习兴趣,培养学生的单片机应用能力,掌握单片机应用技术,就成了当前“微机原理与接口技术”课程教学中亟待解决的问题。
在这几年的“微机原理与接口技术”课程教学实践中,运用系统论的观点,将理论教学和实践教学的改革统筹考虑,不断改进教学方法,实现了课程教学效果的显著提高。
二、教学现状与分析
传统的教学模式中,“微机原理与接口技术”课程按照 “结构”、“指令”、“编程”、“接口应用”的体系进行授课。由于目标不明确,学生普遍反映课程内容庞杂、头绪纷乱、枯燥无味、无所适从,无法形成单片机应用系统的完整概念。另外,“微机原理与接口技术”作为一门综合性、实践性强的课程,课程教学分为理论教学与实践教学两部分,理论教学基本上以讲授方式为主,概念多、内容抽象,并且各部分知识衔接紧密;实践教学多为验证性实验,学生在实验中被动地输入程序、验证结果,其实践能力和创新思维能力不可能得到有效的锻炼,不能达到实验的目的。在课时有限的情况下,教学效果不理想,学生普遍感到难学。
三、课程教学方法探究
针对以上教学中存在的问题,结合学校实际,改进 “微机原理与接口”课程的教学法:以单片机应用为中心,注重培养学生的应用能力,把学习理论与知识应用、实践需求紧密结合起来。
1. 采用计算机辅助教学(CAI)
“微机原理与接口”是一门理论抽象并且实践性强的课程,采用计算机辅助教学(CAI)极大地增加了知识的传授量,并改变了学生获取知识的手段和方法。比如将难理解的芯片内部结构图和时序图用多媒体课件讲解,可以使学生更深刻地领会;单片机系统硬件连接可以利用PROTEL电路CAD绘图软件,教会学生自己绘制原理图并输出PCB电路板,可以调动学生的学习热情,为今后实验课和课程设计打下了基础。实践证明采用丰富多样的计算机辅助教学方式可以激发学生的学习兴趣,让他们体会到单片机应用的方法套路,从而取得好的教学效果。
2.培养和激发学生学习兴趣。
“微机原理与接口”课程对初学者来说比较难学,在教学中利用各种教学手段培养和激发学生的学习兴趣会收到事半功倍的效果。在教学中可经常向学生展示或分析一些我们身边单片机产品,通过剖析系统的结构功能并与授课内容联系起来以培养学生的兴趣。比如分析教学楼的大屏幕显示系统讲解单片机LED显示;分析超市收款机来讲解单片机的液晶显示和事务处理功能等等;此外还可有意识地把一些单片机相关科研项目展示给学生,并鼓励他们参与其中的工作。当然兴趣的培养是一个长期的过程,为此在教学中还可通过组织单片机兴趣学习小组,开展学习竞赛,进行单片机小制作等方式激励学生保持对单片机的持久钻研精神。
3.因材施教,加强师生互动
单片机的知识和技能的掌握不仅需要教师耐心地授课和讲解,更重要的是师生之间的互动学习交流,这样不仅能培养学生的兴趣而且能巩固教学效果。由于学生的基础和接受能力不同,在教学中应因材施教,进行多层次教学。根据学生的能力差异,制定不同的目标,在知识点的难度和深度上进行调整。比如章节授课结束时,要求每个学生提出三个以上的问题反馈给教师,让教师及时了解学生的具体学习状况。对于不同层次不同基础的学生,利用指导和个别辅导的机会,提出不同的要求,提供不同难度的题目,使学生的能力持续提高。教师应密切注意学生在教学活动中的表现,及时对学生做出评价,不断调整,重新分层,以充分挖掘不同层次学生的潜力,这是取得良好教学效果的保证。
4. 培养学生基本的科研能力与创新精神
“微机原理与接口”作为电类和其他相关专业的重要专业基础课,不仅要求注重学习单片机基础知识,而且更要注重培养学生的实践能力、综合应用知识的能力、创造能力。教学过程中,在学生之间组成科研兴趣小组,讲授科研工作如何开展,鼓励学生培养自己甘于吃苦、敢于创新、勇于献身科学的精神。教会学生解决困难的三个办法:首先靠自己去解决,比如到图书馆查阅相关资料、到期刊网查阅文章、上网搜索问题等等;其次到单片机网站、单片机论坛发问题贴等待高手答复;最后实在不行才去请教教师。这样可以培养自己独立解决问题的能力。
三、结束语
通过改进教学方法,不仅提高了学生对单片机的学习兴趣,调动了学生学习的主^能动性,而且丰富了教学手段,提高了教学效果。不少学生反应通过课程学习不仅学到了单片机的知识,更重要的是学到了如何学习钻研的方法,提高了自己的知识应用能力和科研能力。
参考文献:
[1] 陈刚.高职单片机教学的新思路[J].广州交通职业技术学院学报,2006.
[2] 石建华.单片机原理与应用技术[M]. 北京,北京邮电大学出版社,2007.
关键词:微机原理;接口技术;优化;多媒体教学
中图分类号:G642文献标识码:A文章编号:1009-3044(2009)36-10351-02
Research on the Reform in Teaching Contents of the Principles of Micrcomputer & Interfaces
CHENG Yun, XIE Si-lian, ZHAO Zhi-gang
(Department of communication and control Engineering, Hunan University of Humanities and Science and Technology, Loudi 417000, China)
Abstract: By integrating with the course characteristic of "The Principles of Microcomputer & Interfaces", this paper puts forward the reform measures such as optimization teaching contents, proper utilization of multimedia. Teaching practice showed that this reform had achieved good results.
Key words: microcomputer principle;interface technique;optimization;multimedia teaching
《微机原理与接口技术》是电气信息类专业的一门重要的专业技术基础课[1],也是电子、自动化等专业学生的研究生考试课程。该课程的主要任务是使学生从理论和实践上掌握微型计算机的基本组成、工作原理、汇编语言程序设计方法、接口电路及硬件电路的连接,建立微机系统的整体概念,为今后进一步学习打好基础,同时该课程又是后续课程如单片机原理及应用、DSP技术、ARM嵌人式系统等课程的基础。由于这门课的教学内容与后续课程尤其是单片机原理及应用有较多相似的地方,因此,一些高职院校的做法常常是用单片机原理及应用来取代这门课,作为本科院校,还有必要开设这门课吗?如果要开的话,其教学内容如何确定才不至于与后续课程有较多的交叉?本文从如何提高微机原理课程教学质量、增强教学效果,谈谈在教学上的一些体验和认识。
1 优化教学内容,突出教学重点
由于总的学时的不断压缩,使得我们对一些专业基础课的课时则不断压缩,对于不继续开设《单片机原理及应用》这门专业课的学生来说,《微机原理与接口技术》的内容需要全部开出来,而对于有单片机原理及应用这门课的专业学生来说,可以只开设微机原理与汇编语言方面的内容,而接口技术则留到单片机原理及应用里面讲,把省下的课时加到电子技术和单片机原理及应用的课程设计里,这两门课的课程设计时间都延长了一周,即由原来的2周延长到3周。另外在每一章节讲授之前,先指出重点和难点,重点部分精讲[2],要求学生全面掌握。例如,在讲8086/8088结构一节时,存储器地址分段是本章的重点和难点,讲课时应配以大量图表形式进行重点阐述并辅以例题和练习题加深理解,而关于计算机硬件一节,学生在前修课程中已经学过,只是粗略复习一下即可。其他章节也采用类似的方法。这样,学生知道每一章节的重点、难点,学习有了目标,大大提高了学习效率,增加了学习本课程的积极性。
由于《微机原理与接口技术》课程内容多、 细、 零散、 前后内容交错且涉及到的知识面又广,学生初次接触时往往觉得难学,特别是随着教学进度的推进,学生感觉所接收到的知识比较散,很能理清头绪,更谈不上好好理解并加以运用了。所以在教学中可利用图表法[3]对课程内容进行科学地归纳组合,即将相关的内容组合到同一个模块中,然后抓住课程内容的主动脉用连线将模块之间的联系标识出来并加以说明,从而使课本上那些分散、 零碎的知识点一一串起来,形成一个层次清晰、结构明朗、联系紧密的图表。有了这结构清晰的图表,学生即可以对相关内容进行总体上的把握又可对某一个具体的知识点进行纵向的扩展和横向的比较,学生学习起来也不会感到混乱,且会激发学习的兴趣。
2 恰当应用多媒体教学,提高教学效果
《微机原理与接口技术》课程中微机的工作原理部分是很抽象的、看不见的、摸不着的,学生觉得难以理解。若使用多媒体教学,让关键部分具体化、形象化,让重点凸出、显示出来,可以促进学生的理解和记忆。这就要求多媒体课件制作必须根据课程的相关知识,用最合适的应用软件,制造高标准、高质量的多媒体课件。为加强课堂教学的效果,我们可以采用理论教学和实验演示同时进行的方法,使学生在轻松有趣的学习(氛围)中掌握所学知识。例如,在讲解芯片引脚图和芯片的内部结构图时,可在课件中通过点击相应文字或按钮来控制这些图片的显示或隐藏,并在图片旁边显示文字说明或语音提示,从而增强图片的可读性,如图1所示;又如,汇编语言指令和数据寻址方式是课程的基础,可在课件中用FLASH动画来模拟原本无法看到的指令执行过程和数据流动方向。在此课程中,类似的情况还有很多,采用多媒体教学一方面可以加快教学速度,弥补教学时的不足;另一方面图文并茂,动感演示,无疑会激起学生的学习兴趣,课后阅读时容易产生联想。
3 实践效果
根据新的培养方案与所采取的改革措施,我们已经实施了两年,从实际的效果来看,课程内容教学改革是非常成功的。通过微机原理及汇编语言的学习,然后再学习单片机,90%的学生觉得单片机易学易懂,达到了我们的预期效果。
4 结束语
我院《微机原理与接口技术》已被列为2009年湖南省精品课程,我们将以此为契机,认真扎实地开展教学研究,一定要把这门课程建成合格的省级精品课程。
参考文献:
[1] 周明德.微型计算机系统原理与应用[M].4版.北京:清华大学出版社,2004.
[2] 汤晓安.“精讲多练”打造《微机原理与接口技术》精品课程[J].高等教育研究学报,2007,30(2):58-59.
关键词: 微机原理与接口技术 试题库建设 教考分离 教学质量
1.引言
“微机原理与接口技术”是电子信息类专业的专业基础课及学位课,通常有多个班同时开设这门课,分别由不同老师上课。以前,任课教师只负责出自己班的试卷,由于考教不分,考试结果不能客观反映教学实际的情况是存在的,这在很大程度上制约了考试对教学的指导作用。采用试题库,能够保证客观、准确、全面地测量考生的知识和能力水平,促进教学质量的提高,促进学风和教风建设,最大限度地提高办学效率。因此,实行标准化统一考试势在必行,我校要求学位课首先开展试题库建设。作为微机原理与接口技术课程的主讲人和试题库建设负责人,已经完成了两次试题库的编制工作,在题库建设方面获得了一些经验。我们建设的试题库已多次在期末考试中使用,达得了令人满意的效果。
2.试题库建设的指导思想
通过考试正确引导学生认真、全面地学习课程内容,系统地掌握基本理论、基础知识、基本技能,培养和提高学生分析问题,解决实际问题的能力。微机原理与接口技术课程的特点是软件、硬件相结合,要求学生学会通过编程控制硬件,因此,考试试题以考查学生接口电路设计能力和编程能力的综合素质为目的,为学生参加全国大学生电子设计竞赛及以后就业打好基础。
3.命题的原则
命题是建立试题库的基础,也是考试的中心环节[1],考试的指导思想也主要体现在命题上,命题原则主要有以下几点:
(1)明确教学大纲要求范围和教材包括的知识范围。严格以考试课程的教学大纲所规定的考试要求作为命题的依据,因此结合教学实际反复研究教学大纲就成为试题编制的首要工作。以所学的教学内容为命题范围,根据使用的教材,并把大纲内容分解为知识点,按每章的教学目标作为试题库编写的提纲。考核深度适中,试题不仅考核掌握知识的情况,而且着重考核学生应用知识分析问题和解决问题的能力。根据章节内容特点、所需课时、知识点的多少,拟定每章的试题量。本试题库确定80个知识点,800多道试题。
(2)统一考试标准。根据教学大纲认真分析课程应考核的重点、难点及全部教学内容覆盖面,制定含有考核内容、能力层次、题型难度系数、题量分析及题型的标准化考试课程命题细目表,分别编号并按编号编制课程试题。在试题的题量、覆盖面、难易程度、重复率等方面,正确处理好考查知识和能力的关系及重点内容和非重点内容的关系。根据布卢姆的教育目标分类学,可以进一步把认知层次分解为:识记、理解、应用、分析和综合等。
①识记:能正确回忆所学过的微机结构术语、基本概念、基本常识等知识,它反映记忆与简单的模仿能力,是最低的认知层次。
②理解:能初步领会所学知识的主要特征,对单片机的结构、指令系统、各个功能模块的工作方式与特点能解释其意义,判断其属性,它反映较低层次的思维能力。
③应用:能直接应用所学的单片机知识解决一般性应用问题。
④分析:能区别有关联而性质不同的基础知识,了解某些知识的内部结构,处理有难度的问题,它要求有较高的思维能力,
⑤综合:综合各种知识,解决难度较大的实际应用问题,它要求有创造性思维能力。
本课程试卷的难度定为0.75,试题考查能力层次比例一般为:记忆占20%,理解占30%,简单应用占30%,综合应用和创新占20%。
(3)兼顾题量和覆盖面。为了全面考查学生所掌握的知识能力,使考试具有较高的效度和信度,课程试题库有足够的题量和覆盖面,引导学生全面掌握课程的教学内容和知识。
本试题库中每套试卷由5道大题,40道小题组成。注意每份试卷的内容应涵盖基本章节,并避免同一问题在同一试卷的不同类型题中重复出现,避免在同一试卷出现不同题项互为提示或答案。
4.考试内容与要求
考试内容覆盖所有知识点,具体内容与要求如下:
(1)计算机基础知识。要求掌握数制与编码的基础知识;掌握微型计算机系统体系结构概念;了解逻辑运算的特点;了解微机与单片机的区别与联系。
(2)基于8086/8088的微型计算机组成。要求了解8086/8088微处理器的功能结构及与系统配置;掌握内存储器的分类与特点;掌握存储器与CPU的接口技术;了解I/O接口的功能及其与CPU的数据传送方式。
(3)MCS-51单片机的硬件结构。要求掌握MCS-51单片机的功能结构、了解通用寄存器的功能;掌握数据存储器和程序存储器的地址空间分配;掌握单片机的4个并行口的结构及其功能;掌握外部存储器和简单I/O口的扩展技术;掌握MCS-51单片机最小系统的结构了解CMOS型单片机的低功耗方式。
(4)MCS-51单片机的指令系统。了解掌握汇编语言指令的格式、掌握不同寻址方式的特点、掌握指令系统中每条指令的功能。
(5)MCS-51汇编语言程序设计。要求理解常用伪指令的功能、掌握MCS-51汇编语言源程序的一般结构、掌握汇编语言程序设计方法。
(6)中断系统。要求理解中断的概念及优点,掌握MCS-51单片机中断系统的组成,掌握中断服务程序的设计方法。
(7)定时器/计数器。要求了解定时器/计数器的结构,掌握定时器/计数器的工作方式,掌握定时器/计数器的初始化编程方法,掌握定时器/计数器的应用程序设计方法。
(8)串行通信接口及扩展技术。要求理解串行通信的基本概念,掌握MCS-51串行通信口的结构,掌握MCS-51串行通信口的工作方式,掌握串行口初始化编程的一般格式。了解单总线、I2C总线、SPI总线的技术特点,了解串行口的扩展技术。
(9)键盘接口技术。要求了解键盘的工作原理,掌握独立式键盘接口和矩阵式键盘接口的硬件/软件设计方法。
(10)显示接口技术。要求了解LED数码管显示器的原理,掌握静态、动态显示的硬件接口方法,掌握LED显示器的编程方法。了解液晶显示器LCD的工作原理,掌握LCD与单片机的接口技术。
(11)模拟接口技术。要求理解A/D转换器的基本原理与分类,了解A/D转换器的主要技术指标,掌握ADC0809的结构特点,掌握ADC0809与MCS-51单片机的接口设计方法。了解A/D转换器的基本原理与分类,了解D/A转换器的主要技术指标,掌握DAC0832的结构特点,掌握DAC0832与MCS-51单片机的接口设计方法。
5.考试形式与试卷结构
考试采用闭卷形式,全卷满分为100分,考试时间为120分钟。
试题类型分为单项选择题、填空题、简答题、程序分析与设计题和电路分析与设计题五种,答案要求写在试题页指定的位置。
五种题型中,单项选择题20题20分、填空题10题(每题2空)20分,简答题5题20分,程序分析与设计题3题20分,电路分析与设计题2题20分。
每套试卷中,不同难易程度试题的比例为:极易占5%,较易占25%,中等难度占35%,较难占30%,极难占5%。选择题和填空题中包含各种难度试题;简答题中包含较易题2题、中等难度2题、较难1题;程序分析与设计题主要包含中等难度题和较难题;电路分析与设计题中主要包含较易、中等难度和较难题,在大题中安排一个极难的小问题。
按章节内容划分,其比例如下:微型计算机基础5分;基于8086的微型计算机组成5分;MCS-51单片机结构25分;指令系统与程序设计20分;中断系统10分;定时器计数器10分;串行通信接口5分;键盘与显示器10分;模拟接口技术10分。
6.实施组卷
组卷工作由有丰富教学经验,教学效果比较好的教师实施,再由院(系)部命题小组审定、筛选。试题库的建立是以教育统计理论为依据的,根据教育统计理论,测试的分数是一种随机变量,应该服从正态分布,即成绩优秀及不及格者各占10%,60分至89分者为80%。在这一理论指导下,测试的平均分应在75分左右,标准差应为11分左右。因此,每次考试后,由任课教师填写成绩分析表,画出成绩统计分布图,以便指导试题库的修正工作。
7.结语
通过编制《微机原理与接口技术》试题库,我们体会到这是比较大的一项工程,需要教师具有丰富的教学经验,认真细致地工作。即使试题库通过了多次使用,也取得了良好的效果,但是,随着教学内容的更新,还必须不断对题库进行调整、充实和完善,真正符合课程教学的需要。试题库建设是一项经常性的工作,建立高标准的专业课程试题库,做到专业课程公正、公平地考核测试,有利于提高本科的教学质量,有利于树立良好的教风和学风,对促进课程的全面改革、优化人才培养模式、提高人才培养质量具有十分重要的意义。
参考文献:
[1]高明明,孙庆巍.通信电子类专业试题库建设的探讨与思考[J].科技创新导报,2011(28).
[2]黄成玉,张波,赵立永.“高频电子电路”试题库建设的实践与研究[J].考试周刊,2010(27).
[3]王晓宇,孟繁疆,贾银江.高等学校试题库建设实践与思考[J].东北农业大学学报(社会科学版),2007,5(2).
[4]罗小兵,等.高校理科专业课程的题库建设和标准化考试探索[J].科技创新导报,2012(32).
[论文摘要]文章分析了电子信息工程专业单片机原理与接口技术课程教学的现状,认为提高设计性实验开设的质量是教学改革的重点,指出设计性实验开设中要注意理论与实验的衔接、验证性实验与设计性实验的衔接、课堂与课外的衔接,并不断完善适合设计性实验的评价体系,提高人才培养的质量。
电子信息工程专业作为实践性、应用性非常强的理工科专业,学生必须具备扎实的基础理论知识,具有较强的实验技能,今后才能顺利地从事电子设备和信息系统的维护和研发。要实现这个目标,必须十分重视相关课程的建设,搞好实验教学改革。而单片机原理与接口技术课程作为电子信息专业的一门专业主干课程,其应用性非常强,设计性实验开设质量对于学生今后就业、工作至关重要。
一、教学现状
单片机原理与接口技术课程是电子信息工程专业核心课程之一,理论的重要性不言而喻,但在实验教学方面大都还是停留在传统的实验模式上,离培养学生实践动手能力和创新精神还有差距。很多学生反映,课程学习下来理论基本掌握了,验证性实验也能顺利完成,但要真正完成一个实际项目时,却无从入手。出现这种现象原因是多方面的,笔者认为主要有:
1.教学模式方面的原因。传统教学方式中,教师主要注重于理论的完整性和知识结构的完备性。理论上从单片机的结构讲起,然后讲汇编指令和c语言编程,再讲硬件接口及相关的程序编写,最后讲一两个实例,课时也就差不多用完了,再想讲其他东西就没有时间了。实验也注重基本原理和基本方法的训练,为了让学生认识单片机的基本组成和基本指令,所开出的实验就占了大部分实验课时,最后只能做几个综合性实验或做一个简单的设计,这样就结束了整个课程的学习。
2.教师方面的原因。自从高校扩招以后,学生的数量剧增,而教师并没有同比例增长,教师承担的课时量太大,教学压力过重。具体到单片机原理与接口技术这类专业性和实验性都非常强的课程,存在着精力投入不够的问题。如果要改革实验教学的模式,以设计性实验为主的话,教师就要投入非常多的精力。
3.评价体系方面的原因。就评价体系而言,目前通行的仍然是以分数的高低来评价学生学习成绩的好坏。一般采用平时成绩、实验成绩、考试成绩各占总成绩的一定比例来得到学生课程的最后得分。对有些课程来说这种方法是比较科学的,但对单片机原理与接口技术课程,就会存在这些问题:学生成绩不低,但一旦面临实际问题时,无从入手,没有达到本课程的教学目标。
二、解决对策
为提高单片机原理与接口技术课程教学质量,培养学生解决实际问题的能力,笔者认为,提高设计性实验开设的质量是教学改革的重点,应该从以下几点来改革:
1.教学模式。提出和采用新的教学模式,实验开设要特别注重开出的设计性实验质量。新的教学模式主要包含理论教学和实验教学两个方面。在理论教学中,单片机的结构和基本指令讲解要精,应通过实例来将相关的知识串起来,力求通过具体实例的讲解达到以较少的理论课时就让学生真正掌握单片机的结构和指令的目的。在实验方面,则采用以开设设计性实验为主、验证性实验为辅的方法,并提高实验课的课时数。适量开设验证性实验,在课堂内只做1~2个,而将大部分实验内容放在课堂外,由学生通过开放实验室单独完成。增加较多的设计性实验,供学生选做,在教师精心指导下,让学生在课外准备,课内完成,切实提高学生的实战技能。
2.教师自身的定位。教师应自觉提高自身做项目的能力,并保证足够的精力投入到教学中去。教师要注重平时积累,一方面,要自己动手,精心制作好几个作品。另一方面,也可以通过提出选题,指导学生去做,将完成后的作品及文档全部存档。只要通过2~3年的积累,就可以形成难度、层次区分较为合理的项目选题库和作品库,既为后续班级的教学创建了良好的条件,对后续学生的实验起到示范和引领作用,又为今后的教学工作减轻了负担。要做好这些,就要求教师充分明确自身职责,牢固树立以教学为中心的观念,保证有足够的精力投入教学中。
3.评价体系。作为评价体系,要改变传统的基本是以分数论英雄的模式。单片机原理与接口技术课程如果只是掌握了一些理论知识而没有实战能力,分数再高都不能算是学好。作为对学生的评价,笔者认为一定确立以实践能力为主体的评价体系,通过对学生做的项目难易程度、项目完成的效果等验收情况来给出合适的评价。
三、设计性实验开设与评价体系建立中要注意的几个问题
想搞好单片机原理与接口技术课程建设,提高学生的实战能力,就要以设计性实验的开设为重点来进行整体设计。笔者认为需要特别注意抓好以下四个衔接:
1.理论与实验的衔接。理论教学是单片机原理与接口技术课程教学中必不可少的组成部分,但其开设方式不能采用传统的教学方法,而应设计出一种项目教学或称为专题讲授的形式来进行。首先,要讲透基础部分,笔者认为可以分成单片机的内部结构、单片机的指令系统、程序编写的基本思想、硬件接口构建等四个专题进行。其次,要针对课程特点,做好五个简单项目,如外部中断的使用、定时器中断的使用、并口的扩展、串口通信、ad和da转换。最后,要对相关知识点全面整合,综合演练,实战2~3个较为复杂的综合性项目,进行原理图分析、算法设计和程序分析,并制作出作品进行演示。按这种思路设计,理论教学大致课时数为36~48个课时,实验课时数为24~36个课时。
据此分析,实验教学则应充分重视设计性实验的开设。与理论教学相对应,每讲完一个项目,就要依托该项目开设一个设计性实验,每个实验3~5个课时。通过简单的5个项目和较复杂的2~3个项目的训练后,学生能掌握单片机开发和设计与实物制作的基本方法和技能。当积累了2~3年后,有了很多已成功的项目可参照时,不同的学生就可以选做不同的设计性项目。在进行单片机原理与接口技术的课程设计时,则应要求学生在设计性实验的基础上进一步深化,将多个部分综合在一起设计制作一个更复杂、具有较完备功能的实际系统。这是一个由理论出发,通过基础实验、简单的设计性实验、复杂的设计性实验,最后完成复杂的课程设计过程,符合循序渐进的教学规律,实现了该课程理论与实践的完美结合。在此过程中,设计性实验的开设基本覆盖了单片机原理与接口技术课程的所有知识点,使学生牢固掌握基本理论,熟练掌握基本设计思路,综合应用基本设计方法,从而达到学以致用的根本目的。
2.验证性实验与设计性实验的衔接。验证性实验是指为验证已经学习过的理论知识所设置的实验;设计性实验是指给定实验目的要求和实验条件,由学生自行设计实验方案并加以实现的实验。验证性实验作为一种传统的教学方法,在现在的实验教学中也还有一定的作用,可为设计性实验的开设提供一些必要的基础。现在的验证性实验一般是在相应的实验箱上完成,通过开设1~2个验证性实验可让学生了解单片机的基本构成和基本工作原理,所以在开设设计性实验前开设验证性实验是非常必要的。同时,一些设计性实验的开设可在实验箱上对验证性实验进行改造而成,特别是对于开始的简单的设计性实验更是如此。比如一些验证性实验,所有的电路硬件在实验箱中是现成的,同时给出相应的实验程序范例,学生就可以在实验箱上进行验证,对所做实验的功能进行分析。教师只需要在理论教学时将程序流程图和涉及的算法讲述清楚,最后要求学生去编写程序,然后再进行功能验证即可。采用这么一种由验证性实验作为基础并进行改造的方法对于以基本原理的掌握为目标的简单的设计性实验具有很强的可操作性,有利于验证性实验到设计性实验的自然衔接。
3.课堂与课外的衔接。设计性实验开设要做好课堂与课外的衔接。因为设计性实验是要学生自行设计实验方案并加以实现的实验,所有的实验方案不可能仅在几个课时的实验课上完成,主要工作要在课外完成。一方面,实验方案的制订、原理图的设计、实物的制作等主要在课外完成,实验课中主要是在教师的指导下进行调试和测试。另一方面,设计性实验很难一次性成功,往往需要多次尝试、反复修正才行,这些必须在课外完成。要使设计性实验真正达到较好的效果,除了在理论教学中要注重和实验教学衔接外,课外的衔接尤其重要,要做好实验室开放,让学生在课外能够较方便地利用实验室的资源,也应鼓励学生采购一些比较简单的单片机开发工具,如简易开发版、烧录器等。
4.评价标准的再定位与评价体系建立的思路。验证性实验往往只涉及一门课程的一个章节或一个知识点的内容,学生通过验证性实验,可以使所学理论知识具体化和形象化,加深对所学知识的理解与掌握,培养基本动手能力。设计性实验突出它的自主设计性,可以是单一知识的运用,也可以是多知识点的综合运用,给出实验目的、要求和实验条件,由学生自行设计实验方案并加以实现,所以设计性实验带有试探性、研究性,在时间上也需要课内与课外相结合。
由于验证性实验与设计性开设的目标不同,所以最终的考核方式也不同。对于验证性实验,教师可以直接根据学生所做的实验报告评判其实验成绩。传统的做法是百分制。一般每个实验成绩包括三个部分:实验预习(20分)、实验操作(40分)、实验报告(40分)。使用传统的百分制,可以评价学生是否掌握了基本理论和设计方法。但设计性实验所涉及的知识点数量不同,综合运用的效果不同,设计方案是否得当,步骤是否简易可行,实验的成本、效率是否令人满意等等,都不能一概而论,因此需要结合各方面进行综合的评定。设计性实验的考核要贯穿这样一个原则:淡化结果,注重过程。对于设计性实验我们更重视学生在整个设计过程中的表现,而测定结果只作为考核的次要因素。学生在设计方案中是否有独到新颖的想法,整个实验思路逻辑是否清楚,实验过程是细节严密还是顾此失彼,结果是否可信等都是评定设计实验成绩的重要因素。考核中要充分鼓励和肯定学生在设计过程中所表现出的敢于挑战、主动学习、大胆创新的精神,以及由此带来的思维水平和实践水平的全面提高。
因此,设计性实验不宜采用传统的百分制,笔者认为,宜采用优、良、中、及格、不及格5个档次来进行评定。首先明确“优”和“及格”的标准,在“优”的标准下,适当下降一点作为“良”的标准,“及格”标准高一点作为“中”,达不到“及格”标准的就判定为“不及格”。比如,每一个项目都设定多个指标,完全达到指标并有所创新的评为“优”;完全达到指标而无创新的可评为“良”;实现主要指标可评为“中”;实现部分指标,能体现设计者掌握了基本相关基础知识则可评为“及格”;没有实现任何指标,或没有做的评定为“不及格”。这样就应在设定实验指标上着手,针对具体的实验进行不同的设定,才能比较准确地定性评价学生的实验能力,这一点仍需在实践中不断探索和改进。
四、结语
单片机原理与接口技术课程是电子信息工程专业至关重要的专业核心课程之一,必须更加重视设计性实验教学的改革,提高设计性实验开设的质量,做好理论与实验的衔接,验证性实验与设计性实验的衔接,课堂与课外的衔接,完善设计性实验的评价体系,才能培养出符合社会发展需要的高素质人才。
[参考文献]
关键词:微机接口技术;工程;教学改革;8086
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2016)25-0244-02
《微机接口技术》是工程学科教学的一门非常重要的专业基础课程,在学生的知识体系构建过程中承担了计算机底层工作原理与应用的知识体系支撑,为学生在将来的工作过程中利用微型计算机或者单片机解决相关领域的应用问题奠定了基础[1]。但是由于该课程的特殊性,在传统的教学过程中也存在一些需要深入思考的问题。
一、微机接口技术的现状分析
由于《微机接口技术》课程的教学内容通常是讲述Intel公司的8086芯片及接口技术,教学重点随着教学目标和教学对象的不同而存在差异,比如:通常本科院校与高职高专校学生都会学习该课程,但是由于学生知识的结构性差异,讲授内容的基本相同的情况下,学生对该课程中解决问题的方法和系统构建的思路掌握程度相差较大。再比如,某些重点高校学生与应用型本科院校学生同样会安排改课程的学习,尽管一些院校课程名称是《微机原理》,但是教学内容基本一致。通过作者调研发现,这两类院校相同专业学生安排课时数基本相同,但是由于学生的培养目标不同,学生基础差异性决定了学习该课程之后,对知识的掌握程度差别较大。因此,该课程在教学过程中存在较多的问题[2]。尤其是在聆听了国防科技大学邹逢兴教授关于该课程的理解后,认为该课程的教学需要改进和思考的地方较多。
1.计算机基础教学的定位。计算机基础教学通常情况下是指为计算机专业或者非计算机专业学生提供计算机基础知识的教学。具体情况因专业不用而设置课程有别,这里主要是强调非计算机专业的计算机基础教学工作。
一般来说,非计算机专业的计算基础教学从大学一年级的《大学计算机信息技术基础》开始,学习计算机基本知识。并且通过学习一种计算机编程语言,掌握计算机程序设计的基本思路和方法,为学生将来在实际工作中的应用打下基础。通常情形下,在大学三年级开设《微机接口技术》或者《微机原理》课程,使学生对计算机的理解深入到芯片级的底层。
2.非计算机专业学生对该课程的要求。通常情况下,对非计算机专业的学生来说,该课程的目标是通过8086底层芯片的和接口技术的原理学习,理解微型计算机在搭建控制系统时的思路和方法。由于不同的专业,对计算机技术的基础程度不同,比如非计算机专业的近电专业通常情况下会学习较扎实的电工学知识或者类似的课程,而某些学科专业则相关课程的学习相对较少,因此这两个不同专业的同学在学习《微机接口技术》这门课程的时候,接收知识的速度和思维方式的转变过程差异较大,学生对待该课程的要求和出发点也不会相同,这样就要求教师在教学前需要详细的分析学生的实际情况和不同专业的学科特点与该课程之间的联系。
3.学以致用。学习的目的一方面是为了提高学习者自身的素质和能力,另一方面从工程角度出发则是为了实际工作中的应用。目前就该课程的开设情况,各高校也不尽相同,就是同一所高校,不同的专业所开设的内容也存在区别,比如:某些高校的非计算机专业开设《微机接口技术》课程,主要讲解Intel公司的8086和8088系列CPU及芯片。但是在实际的工程应用背景下,8086已经很难买到,取而代之的则是大量使用的单片机,于是基于实际的使用需求,一些高校的非计算机专业已经开始开设《单片机原理与应用》课程,代替原先的《微机接口技术》,使学生从一开始就从实际使用角度出发,解决问题。但是这类学校的学生在学习了《单片机原理与应用》后又会面临其他问题,如:在计算机三级偏硬的考试中,涉及到单片机的内容较少,而大量的是8086的相关内容。再如:一些学校的研究生入学考试会考《微机接口技术》,但是开设《单片机原理与应用》课程学校的学生必须要自学该课程,这就带来了很多问题,由于《微机接口技术》实践性很强,因此,自学的效果可想而知。
另外一些学校的解决方法是:在大三第一学期开设《微机接口技术》,大三第二学期开设《单片机原理》,但是在课时数非常紧张的情况下,对相似的体系结构重复上课无疑会带来巨大的浪费。
正如国防科技大学的邹逢兴教授所言,无论是开设《微机接口技术》还是《单片机原理》,他们的体系结构是类似的,解决问题的方法也是类似的,思路是相同的,只学习其中一门课程即可。对于类似体系结构教学内容的选择,无论是从实际的工程应用角度出发,还是从理解底层系统的搭建方法出发,或者是从实际问题出发,只要授人以渔,应该说都可以达到教学目标。
4.该课程的实践性特点。《微机接口技术》课程的教学内容是讲解芯片的使用方法,讲解底层系统的建立方法。因此具有很强的实践性,从学习的角度,理解了书本上面的内容还需要在实际的动手过程中消化知识,只有这样才能变为学生自己的知识能力[3]。
由于该课程的实践性特点决定了在课程的实践环节中,教师应该予以足够的重视,通过设计多种试验方法,尽量减少验证性试验,增加设计性试验和综合性试验,通过在试验中反复遇到问题―思考问题―查找资料―解决问题这个过程,学生最终才能够深入理解这部分内容。这里也可以借鉴的做法还有教师先做一些预先有错误的试验,让学生通过实际动手来找出错误,并且最终解决问题,提高动手能力和分析问题解决问题的能力[4]。
5.课程的重点与难点。该课程的难点较多,但是重点与难点重合度随着不同的专业要求有差异。在课时数相对有限的前提下,重要的是解决重点问题,解决思路和方法问题,理解结构和使用方法问题,对于较复杂的原理性知识点,比如分页存储等学生不容易理解的难点,可以适当的引导,或者点到即可,不必花费太多宝贵的时间。但是某些既是重点又是难点的方面,最好能够利用多种方法进行讲解,甚至可以在实验室通过学生自己动手理解知识点[5]。
6.该课程的考核方式。该课程的考核不同的学校也不相同,通过调研发现,相对较好的方法是:试题中课后习题占15%左右,实验占15%,其余试题约占70%左右,平时成绩由于考核的标准不同,差异较大,因此平时成绩反应在课后习题的试题上面。
二、教学改革的再思考
1.培养定位思考。从学生进入不同的院校开始接受高等教育阶段开始,不同的培养目标决定了培养过程的和培养结果。因此立足于自身的教学要求,按照培养目标开设和改革相应的课程已经势在必行。落实到《微机接口技术》课程中,一定要从学生的培养定位出发,只有这样才能有的放矢。
2.学生学习习惯思考。不同专业的学生由于受到专业相关知识的引导,对问题的思考方式不会完全相同,甚至相同专业的不同学生也有不同的学习习惯。想讲好这门课程,需要从学生的思维方式开始,了解教学对象的思考方法,才能事半功倍。
3.教学内容与实际应用的思考。教学过程中往往存在着教学内容与实际应用过程存在差异的问题,这主要是因为教学过程突出基本原理和基本方法的讲授,而实际工程中往往是多种复杂情况的组合。但是无论是基本原理还是实际工程应用,问题的分析方法是一致的,这就要求教师在讲解过程中,突出的是解决问题的思路,解决问题的步骤,遇到问题后的分析思路和解决方法。一般来说,如果教师能够具有相关的工程背景,就会大大增强课堂上的说服力,教给学生更多的解决问题的技巧,往往这样的教师深受学生的爱戴。
4.课程定位再讨论。该课程与其他技能性课程类似,在许多地方性本科院校面临转型的机遇中,需要对服务于学生能力与知识构成起到支撑作用的教学内容,教学体系和课程定位做出相应的变革。目前众多高校在探索高职加本科对接过程。其中面临了诸多需要解决的难题,类似于《微机接口技术》类的技能性课程的定位与教学方法、教学定位的改革也迫在眉睫。
参考文献:
[1]王伟,周宁宁.微机原理与接口技术实践教学模式改革研究[J].实验科学与技术,2011,8(4):117-119.
[2]程宏斌.《微机原理与接口技术》课程教学研究[J].常熟理工学报(教育科学),2011,(6):110-111.
[3]陈莹,王思晗.“微机原理与接口技术”教学改革[J].重庆工学院学报(自然科学),2007,21(12):172-174.
[4]张宏民,王艳.《微机原理及应用》教材与教学内容改革思考[J].理工高教研究,2009,8(5):105-108.