时间:2023-05-30 09:14:19
开篇:写作不仅是一种记录,更是一种创造,它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感,将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇单片机原理及应用试题,希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友,陪伴您不断探索和进步。
关键词: 《单片机应用技术》课程教学 课程改革 具体思路
1.引言
《单片机应用技术》是电气工程及自动化类专业的核心专业课程,也是一门硬件与软件相结合的实践应用性极强的综合性课程。这门课程涉及数字电路、微机原理、汇编语言程序设计等相关知识,逻辑严谨、内容抽象,不容易理解。教好《单片机应用技术》这门课程,是对教师在学识、能力、技巧诸方面的一种严峻考验。目前,我校电专业《单片机应用技术》课程教学普遍存在的问题是,大部分学生在掌握基本理论的基础上,只能看懂教师写的程序,自己动手编写程序普遍比较困难。因此,课程教学改革的目标是让学生能积极动手,将所学的知识运用到单片机产品的设计开发上,能独立设计制作一般的单片机控制电子产品,使这门课程成为学生所感兴趣的课程。笔者以“培养学生分析问题、解决问题的能力,提高实践动手能力”为目标,在《单片机应用技术》教学中从课程教学内容、教学方法、考核方法三个方面作了一些探讨。
2.教学内容的探讨
在单片机课程教学过程中,将单片机应用系统作为教学主线贯穿始终。在讲授第一堂课时,首先向学生展示并演示单片机应用系统在日常生活中的典型应用实例,如电子时钟系统、音乐电子琴系统等。通过演示学生建立了单片机应用系统的初步概念,直观地感受到了单片机应用系统的实际应用,从而明确了本课程学习的目标。
改革教学内容,最重要的是对教学内容进行精选,突出实践性环节。在教学中,教师应力求做到纵观全书,抓住关键,突出重点,解决难点;把主要时间花在讲解重要概念、基本原理和基本方法上,注重讲清难点,分析并引导学生掌握课程内容的内在关联性,而不是把一本书一堂课从头讲到尾。
《单片机应用技术》课程体系包括理论知识讲授、实验和课程设计三大部分,理论知识64课时,实验12课时,课程设计2周。在理论课教学中,按照“理论教学以应用为目的,以必需、够用为度”的原则,精选教学内容。单片机理论讲授涵盖的内容包括以下几个方面的内容:
(1)单片机概念、发展概况、以51为核心的MCS-51系列及其广泛应用。
(2)MCS-51单片机的逻辑结构,信号引脚,以及内部存储器;单片机的I/O口的功能,以及时钟电路与时序、复位方式和复位电路。
(3)单片机的寻址方式、指令系统和伪指令。
(4)程序设计的基本方法,要求学生能独立编写一些简单的程序。
(5)中断的基本概念、中断源、中断控制、中断响应过程;定时/计数器的功能、控制寄存器及工作方式的应用。
(6)串行通信的基础知识;MCS-51单片机串行口的UART结构及串行通信控制、MCS-51单片机串行口通信工作方式及其应用。
(7)I/O口的直接使用,I/O编址技术和I/O控制方式、简单I/O扩展及用8155可编程接口芯片实现I/O扩展。
(8)键盘的接口设计和程序设计、LED显示器的接口设计和程序设计。
(9)存储器扩展机构及其实现、程序存储器和数据存储器的扩展及其地址映像范围。
(10)单片机与A/D、D/A转换器的接口及其应用。
在设计实验教学时,针对教学要点设计实验内容,引导学生用不同的方法实现同一个任务,让枯燥的理论知识融会贯通到实践中去。具体实验安排为:单片机实验箱、仿真系统的认识;广告灯实验;定时/计数器实验;中断系统实验;数码管显示实验;串并口实验六个实验。
两周的课程设计是学生进行单片机应用能力的综合训练,是建立在学生已学完理论课程及实验教学和相关课程之后所进行的综合实训。可给出若干题目,学生按照长处、性格,采取自愿的原则,组织若干个小组。在实施过程中,要求严格按照软件工程的要求,完成实物的制作。要求给出具体的阶段计划、人员分工、设计说明书、原理图、PCB图、程序、测试计划、测试方案、测试结果等。学生通过设计初步了解项目立项、方案论证、电子元器件的选型和焊接、硬件设计、软件设计、系统调试等全过程,充分发掘学生的潜能和创新意识。另外,组织学生到实习基地实习,通过多种形式的实践环节,着重培养学生对于单片机系统的综合分析能力和实际应用能力。
3.教学方法的探讨
在教学方法上,教师不仅要向学生传授知识,更要教会学生学习的方法,培养学生的知识处理及知识转换能力和分析问题、解决问题能力及创新能力。
(1)在讲解一个新的理论时,强调以实际应用引入理论体系。以一个具体的项目实例为主线,理论教学和实践教学均围绕如何实现这个项目进行。
比如在讲MCS-5l单片机汇编语言程序设计时,通过具体的课题提出问题,比如“广告灯如何控制?”“十字路通灯如何控制?”在讲定时计数器时,给学生提出“电子钟如何实现”的课题。每一章节围绕“提出问题,思考问题,解决问题”的思路,使学生达到理解和灵活应用知识的目的,引导学生在不同的设计方案中寻求设计程序的最佳方案,激发学生的学习兴趣和成就感。学生在学习单片机知识的同时学会解决实际工程应用问题的思路和手段,通过采用“教”“学”“做”合一的方法,笔者不仅向学生传授了知识,而且教会了学生学习的方法,锻炼了学生动手能力。
(2)在教学手段上,多媒体教学和板书教学相结合,教学内容中涉及逻辑图、原理图、结构图等图、表之类的知识时,采用多媒体教学更加直观,比如单片机内部逻辑结构、中断控制系统等内容采用多媒体教学。另外,用MCS-51仿真软件直接在课堂上对程序进行运行调试、与理论配套的相关器件的演示等。基本的重要的概念反复强调,贯穿整个教学活动。
(3)硬件和软件结合紧密是《单片机应用技术》课程的特点之一。在教学上笔者采取了一些教学方法,比如直观教学法。在介绍“什么是单片机”时,将单片机芯片实物展示给学生,使学生了解到在这样一个小小的集成电路芯片中集成了微型计算机的主要部件,用这种方法给学生建立起单片机的感性认识。在硬件知识的讲解上,力求教学内容的条理性。比如,在讲授“单片机中断系统”时,画出中断过程结构图,将中断系统所有的知识点全部标识在结构图中,按照“中断源―中断控制寄存器―中断响应―中断处理―中断返回”的思路讲解中断系统,使学生有一个明确的学习思路。
在讲解“程序设计”这一章时笔者作了这样的处理:在顺序、分支、循环三种结构的程序中各举一个例子,重点放在讲述解题思路上面,而将其它各种类型的程序设计的内容放在习题课中进行讲解。这样使得学生能够及时将所学的理论应用于实践,使前面提到的教学规划得以实施。
(4)在组织课堂教学时,注意调动学生的主观能动性,启发学生,多用提问的方式,让学生自己动脑筋解决问题。在每一章节中为几个知识点设计提问和讨论,使学生不是完全被动地听课,而是边学边想、边学边问。另外,交互式教学方法在实践中也是切实可行的。以学生为中心,进行分组教学,这样既可以提高学生的自主性学好知识,又可以因材施教,更可以提高学生的团结与协作能力,而这种能力在产品开发过程中更是不可缺少的。
4.考核方法的探讨
目前的考试形式尚存在诸多问题:
(1)考试内容不合理。考试内容局限于教材,每到期末复习时给学生划范围、定重点,这样助长了一部分学生的惰性,有些学生会认为平时可以不来听课,只要最后一节复习课来了划好范围就能过关,造成了学生实际掌握知识的程度和卷面成绩不相一致的后果,严重降低了教学质量和教学意义。
(2)考试方式单一。考试闭卷多,开卷少;笔试多,口试、答辩方式少,理论考试多,技能、操作、实践能力考查少;一次考试定结论多,数次考试综合评价少。
(3)考试题型不合理。客观性试题比例大,而综合性题少,这很不利于学生思维、分析、综合能力的培养和创新精神的形成。
针对以上几点问题,笔者对《单片机应用技术》课程的考核方法的改革提出以下几点思考:
(1)丰富考试方法。根据《单片机原理及应用》课程的特点,我们可以采用笔试、口试、做设计、写论文、进行实际操作,以及开卷、闭卷等多种方式。考试如果能够强调能力,必然会引导教学走上“打好基础、培养能力、发展智力”的正确轨道。
(2)改革考试成绩评定分布。考前不划重点,严肃考场纪律。坚持集体阅卷,阅卷后对试卷进行分析。平时成绩占40%,包括出勤、作业、课堂回答问题的能力;实验占30%,包括实验报告成绩及实验考试成绩。这些在课程开始即告之学生。由于平时成绩占比例较高,学生从一开始就会注意避免重理论、轻实际,重考试、轻能力的倾向。另外,教学结束后,教师根据学生的专业,以及学习情况让学生按要求完成一个综合设计实验,作为学生本门课程总成绩的加分项。
(3)合理分配考试题型。针对大纲的要求,教师应合理分配客观题目和主观题目的比例,注重考核学生熟悉运用知识的能力。
(4)建立考试结果分析制度,不断总结教学经验。当发现问题时,教师应及时纠正,拓宽、疏通教学质量的有效反馈渠道,建立健全沟通机制。
5.结语
《单片机应用技术》是高职电专业学生一门重要的技术课程,学好该课程不但要掌握硬件知识,还要掌握软件知识,是学生感到最难学的一门技术课之一。笔者本着激发学生的学习兴趣,扩大学生的知识面,培养学生的创新精神的原则,提出了《单片机应用技术》课程改革的具体思路,所探讨的教学的内容、方式和考核方法已经部分在实际教学过程中得到贯彻,有了一些初步的成果。《单片机应用技术》发展极快,要讲好该门课程,教师要具有相当的实践经验和科研能力,并且要不断地学习充实自己。教学是一门艺术,教学过程是一项复杂的系统工程,要建立一个完善的、更加合理的单片机课程教学体系,我们还需要不断地进行探索和实践。
参考文献:
[1]谢敏.单片机应用技术[M].北京:机械工业出版社,2008.
关键词:单片机;教学改革;实践
中图分类号:TP434 文献标识码:A 文章编号:16727800(2013)002018202
0 引言
随着微电子及计算机技术的迅速发展,单片机以体积小、功能强和性价比高等特点,在工业控制、通信技术和数据采集等领域获得了广泛应用。目前,许多学校都开设了《单片机原理与应用》,这门课程将程序语言、串口通信、模拟电路和数字电路等知识综合起来,是一门理论性、技术性、工程性和实践性都很强的课程,是计算机、电子类、机电一体化、自动化等专业的专业必修课。掌握好单片机技术对高职生工程素质的培养以及职业技能的提高都大有益处。
1 目前《单片机原理及应用》课程教学的不足
自20世纪80年代后期,我国的高等院校工科专业开始开设单片机课程,至今有20多年了。这期间,在教室讲授理论,到实验室利用实验箱做实验的教学模式一直沿用至今。由于单片机技术涉及到硬件电路设计和软件设计两方面的知识和技能,学习难度较大,致使初学者上课犹如听天书,时间不长多数学生就懵懵然而放弃了,入门者寥寥。出现这些问题的原因主要是教学方法上存在一些不足。
(1)理论与实践教学比例分配不当,重理论轻实践。目前的单片机课程教学多以理论课为主,实践课为辅。教材理论体系严谨,教师教学思路清晰,但学生往往感觉内容枯燥、概念抽象、指令难记。课堂教学按照教材内容的编排顺序、相关知识的逻辑关系进行,学生刚刚接触数字电路,缺乏编程语言及计算机结构的相关知识,难以顺利入门并对课程产生浓厚兴趣。同时,大部分教师的教学方法通常以讲授为主,缺乏直观形象的实际操作。这些原因导致学生普遍认为单片机的课程非常难学。
在教学过程中,往往理论教学的学时远远多于实验教学的学时,并且实验教学一般在“汇编语言设计”讲完之后开始进行。这种教学体系的不足之处在于:①以大量的原理介绍引导学生入门,学生理解苦难,学习过程也感觉枯燥乏味;②教学过程中“重理论轻实践”,实验只是点缀,造成学生的应用能力培养缺乏,对培养应用型人才的培养目标十分不利;③软件和硬件介绍时分开,对单片机系统软硬件结合的设计方法介绍不足,学生在实际工作中缺少系统化的思路。
(2)教学方法老套,无法激起学生的学习兴趣。目前,大多数高校的理论教学过程都是采用先基础后应用的模式,即单片机硬件结构、指令系统、汇编语言设计、外部系统扩展、接口技术和应用系统设计,这种方法虽然思路清晰,但是存在着过于机械性的弊端,缺乏生动、直观的实物等辅助教学手段,这样便使学生觉得学习单片机枯燥乏味,没有现实意义、缺乏兴趣,严重影响了教学效果。实践教学形式单一且受重视不够。当前的实践课教学大多以单片机实验箱为实验平台,而开设的也多为验证性实验。观察中不难发现,学生在做实验时大都是用实验指导书上已经写好的程序资料,几乎没有多少同学去分析程序的流程,更不用说去研究读懂那些代码了。另外,对于用到电路硬件的实验,也只是按实验指导书要求在实验箱上做简单的连线,没有一个整体的电气原理图概念,再加上实验条件的有限,不可能每个同学都能得到老师的辅导,导致学生过度追求实验结果,而忽略了硬件设计、软件调试等过程。
2 《单片机原理与应用》课程教学改革的思路与措施2.1 以“任务驱动”为主要方法的教学内容
任务驱动教学法是一种建立在建构主义学习理论基础上的教学法,它将以往以传授知识为主的传统教学理念,转变为以解决问题、完成任务为主的多维互动式的教学理念;将再现式教学转变为探究式学习,使学生处于积极的学习状态,每一位学生都能根据自己对当前问题的理解,运用共有的知识和自己特有的经验提出方案、解决问题。
在实际教学中,以学生为主体,项目、工作任务为载体,学生在教师的引领下,由浅入深、由易到难,学习单片机控制系统的设计和制作。为取得良好的学习效果,在课堂上由老师先对学生提出一个课内任务,老师不会完整的告诉学生怎么完成任务,而是只提供知识点,由学生课外完成此任务,并根据任务完成的质量进行考核和评分。
从学生的角度说,任务驱动是一种有效的学习方法。它从浅显的实例入手,带动理论的学习和应用软件的操作,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。伴随着一个跟着一个的成就感,减少学生们以往由于片面追求信息技术课程的“系统性”而导致的“只见树木,不见森林”的教学法带来的茫然。从教师的角度说,任务驱动是建构主义教学理论基础上的教学方法,将以往以传授知识为主的传统教学理念转变为以解决问题、完成任务为主的多维互动式的教学理念;将再现式教学转变为探究式学习,使学生处于积极的学习状态,每一位学生都能根据自己对当前任务的理解,运用共有的知识和自己特有的经验提出方案、解决问题。这为每一位学生的思考、探索、发现和创新提供了开放的空间,使课堂教学过程充满了民主、充满了个性、充满了人性,课堂氛围真正活跃起来。
2.2 变革传统的实验模式
(1)设立虚拟仿真实验室。单片机课程内容抽象,教师操作实验开发板时演示效果不太好,学生较难理解,因此,计算机虚拟仿真软件演示起着非常重要的作用。虚拟仿真系统具有以下优势:①组织单片机实验的环境简单,只要有电脑即可进行;②由于只涉及到软件,不会有硬件损坏的问题,可以避免由于设计错误导致的硬件投入浪费,降低使用成本;③绘制原理图、编制程序均在软件上实现,程序执行中各元件的运行状态直观明了,调试方便。因此,在单片机教学中引入Proteus和Keil C编程调试软件,采用多媒体教学方法,能在课堂中完成软件、硬件的调试和系统集成等内容的教学。
(2)利用单片机实验开发板进行教学。实验开发板应用十分方便,目前已经集成了键盘、流水灯和LED显示器等通用设备,线路连接简单,可以进行多个基本项目的实训。通过开发板的学习实践,运用项目教学法进行多个项目的操作,能让学生熟悉单片机及其设备的硬件知识,系统地掌握单片机P0-P3口、串口通信和中断控制的工作原理。
(3)结合多学科进行综合实践。很多学生在学习了单片机课程后,即使掌握了单片机知识,但还是不能融合其他课程的知识进行综合应用,因此,教师应将其他课程的知识与单片机的相关内容联系起来。比如,与Protel课程相结合,要求学生利用Protel设计开发板的PCB图,并制作出PCB开发板,同时自己动手焊接所有的元器件,然后进行系统调试。在此过程中,学生可以享受到自己的劳动成果,更加熟练地掌握Protel知识,更加熟悉元器件之间的硬件连接,对数字电路、模拟电路的工作特点更加了解,对单片机C语言有了更深入的认识,锻炼了各学科的综合实践能力。
2.3 考核方式的改革
与以往传统单片机原理及应用课程的教学采用纯理论的考核方式不同,考试成绩由平时考核、实践技能考核、综合能力考核3个部分组成。其中,平时考核占30%,包括平时作业、课堂表现和平时测验,作业和课堂表现侧重于知识的掌握,平时测验侧重于知识的运用。实践技能考核占30%,包括实验、企业实训和技能竞赛,在每个模块的项目实践过程中考核学生解决实际问题的能力;综合能力考核占40%,包括理论知识和实际应用两部分,理论知识考核采用“试题库”,实行开卷考试,主要考察学生对基本概念、基本原理和基本器件的掌握和理解情况,实际应用部分教师根据学生完成的准确性和熟练程度现场评分。这种考核形式注重考察学生的知识迁移能力和融会贯通能力,优于一次期末考试决定结果的传统考核办法,在贯彻执行过程中效果较好,反映出了学生的真实水平。
3 改革效果
这种单片机教学方法为学生提供了很好的实践空间,能充分吸引学生兴趣,大大提高了学生学习的积极性和主动性。很多学生主动要求延长学习时间,利用周末到实验室动手练习。在每次上实训课时,学生都特别积极,不完成任务不下课,这在以往单片机教学过程中很少见到。通过调查发现,学生对这种教学方法的改革都很认可和喜欢,教学效果得到了很好的改善。
这种教学方法既锻炼了学生的动手能力,又提高了学生发现问题、分析问题和解决问题的能力,同时还培养了学生的信息检索能力。实践证明,该教学方法切实有效,对高职院校单片机教学改革有一定借鉴作用。
参考文献:
\[1\] 屈莉莉,等.单片机课程实践性教学环节的建设与改革[J].中山大学学报论丛,2004(3).
\[2\] 刘桂敏.高职单片机教学改革问题探讨[J].鞍山师范学院学报,2004(2).
关键词:技能大赛;单片机;课程教学;互动建设
自2008年以来,职业技能大赛的规模不断扩大,国赛、省赛、市赛和校赛广泛开展,技能大赛已成为提高学生技能学习兴趣、评价学校人才培养质量的重要手段。但是,职业技能大赛在发展过程中,也带来了一些问题,违背了设立技能大赛制度的初衷。江苏省南京工程高等职业学校以单片机控制装置安装与调试竞赛项目为改革契机,深化《单片机应用技术》课程教学改革,将竞赛和课程教学结合起来,实现课程教学与技能竞赛同步发展。
技能大赛与教学现状
1.技能大赛选拔机制不健全
技能大赛要求建立“校校有比赛,层层有选拔,全国有大赛”的竞赛体系,但是目前,很多职业学校因为学校客观条件(实训设备、大赛经费)的限制,没有组织全校性的选拔比赛,而是由专业教师在班级挑选参赛选手,经训练后直接参加县、市级比赛,这样有可能由于专业教师的一些主观原因导致一些选手被误选。另外,由于专业教师人数较少,且学校各自实际情况不同,教师组参赛大多是根据自愿报名原则,这些做法就达不到技能大赛让全体师生人人参与的目的,从而使技能大赛失去了广泛的参与基础,失去了活力。
2.参赛选手脱离正常教学
目前,不少职业学校为确保取得好的成绩,把精力全放在参赛的“个体”上,出现了为“赛”而“赛”、为“赛”而“练”的现象。当确定学生参赛后,将学生脱离了原有的班级;教师调离教学岗位,实施全天候、全封闭的技能训练。技能大赛立于教学之外,随着技能大赛的落幕,这种集训也随之结束。技能大赛成为脱离学校教学工作的独立部分,没有成为学校教学全局性工作。
3.技能大赛内容没有融入教学
在传统单片机课程教学中,理论教学占据了2/3以上的课时,主要包括单片机的硬件结构、汇编指令系统、系统电路及编程软件的应用等内容。这些内容的概念抽象,指令枯燥难记,实现功能过于简单,没有体现单片机的强大实用性,难以激起学生的学习热情和积极性。技能大赛竞赛题目选取的都是行业专家进行精心设计的、符合实际需求的案例。然而技能大赛所采用的集中强化训练的做法脱离了正常教学,教学内容与竞赛脱钩,与实践脱钩,使得竞赛实践内容没有被广大学生所分享。
4.实践教学缺乏启发性和创新性
《单片机应用技术》的实践教学存在诸多问题。首先,在实践教学中,大多数院校都是采用电路固定的实验箱,学生按照实验指导书按部就班地搭接电路,将提供的范例程序敲入电脑、编译、下载至实验箱中进行验证。学生很少去研究为什么这样写程序,也并不理解电路为什么这样接线,这样的学习仅停留在验证性阶段,因此,即使学生做完了实验,也达不到教学目的。同时还造成学生对老师的依赖性,使学生不愿再去思考问题、解决问题,更严重的是妨碍了学生创新能力的培养,并致使学生对课程失去学习的兴趣。
互动建设探索与实践
技能大赛是职校工作的重中之重,师生技能是学校发展的生命线,职业学校唯有紧随大赛潮流,加强技能大赛与课程体系互动建设的研究,才会有所发展。
1.转变教师教学思想和学生学习观念
职业学校强调构建“以能力为本位、以职业实践为主线、以项目课程为主体的模块化”的课程体系。在《单片机应用技术》课程教学中,确定“以学生为中心”,“能力为本位”,“教、学、研发相结合”的教育思想,采用著名教育家陶行知提出“做中学,学中做”教学理念;将技能竞赛中符合电子类学生就业岗位需要的内容提取出来,按照产品设计作流程,完整地完成一个实际产品的开发制作,教师不再对学生的学包大揽,而是注重对学生的创新思维、学习方法、学习能力的培养,自始至终都强调实践性。通过树立技能竞赛典型,开放实验室、提供多维教学资源,让单片机从书本、课堂、实验室中走出来,成为学生所喜爱的高级智能玩具,培养学生学习主动性、责任感、创造性。
2.构建以工程应用为导向的模块化课程内容
以教学内容改革为载体,以技能大赛试题为引导,删除陈旧过时的内容,认真吸收消化技能竞赛试题内容,融入单片机的教学内容。将学科知识体系内容转变为以工程应用为导向的教学内容,把课程分成五个应用项目来组织教学,每个项目又有若干个任务组成,在任务的完成过程中进行教学内容的讲解。学校组织教师将近三年的单片机控制装置安装与调试竞赛省赛试题进行分解简化,改为全自动孵化设备控制器、物料抓取传输系统、智能晾晒系统、自动喷涂生产线、智能菌种发酵控制器、自动冰激凌售货机等多个实训项目。在实训周里,这些不同的项目或任务的组合可以适应不同专业类型的和能力等级的要求,有利于个性化教学,利于分层次教学。在教学过程中,教师采用好的教学方法,经过总结提炼后,反馈到技能竞赛训练中,帮助提升技能大赛训练成效。
3.采用以任务驱动型的理论实践教学模式
在教学过程中,将单片机技能竞赛训练方法与教学模式向融合,采用任务驱动型为主的教学模式,无论是理论还是实践课,都采取提出问题――学习相关概念、知识和理论应用――解决问题――总结提高这种模式。将教学内容改革与教学方法、教学手段改革相结合,突出对学生实践能力的培养,采用案例教学法、项目教学法、工程开发型教学法、理论实践一体化教学法等,教学中不断的采用从实践-理论-再实践-提高和拓展模式,实现从理论到应用能力提高的质的飞跃。
4.成立电子科技社团,学生中倡导“做中学”
我们以单片机竞赛参赛师生为骨干,成立了电子科技社团,根据技能竞赛内容,设计了多种单片机实训开发板,学生可以在实训板上进行实验、实训,实验室随时对学生开放,学生的实验、实训可以不受时间、空间和课题的限制。同时我们还积极组织学生参加电子百拼比赛、航模飞行大赛、全国大学生电子设计竞赛等。学生在“做中学”,学生在课余学习的知识比课内多,课余实践的时间比在课堂的多,学生的课题其本上是在课外完成,倡导学生“做中学”。
5.提供多维的课程教学资源
在教学过程中,我们为师生提供多维的课程教学资源,大力推广现代教学技术手段的应用。面向全体师生开放江苏联合职业技术学院《单片机应用技术》精品课程网站,提供电子教材、电子教案、教学视频、试题库、仿真软件等;提供单片机竞赛、创新大赛试题和教师开发的项目等,将硬件设计和软件开发结合起来,大大提高了学习兴趣和加深了对单片机技术的理解。依托职业院校国家共建共享计划资源建设,利用学校教育部首批信息化试点建设《实名制网络学习空间建设机制与应用模式探索》项目,采用Moodle平台进行教育教学,采用录屏技术,将仿真实验的操作录制为Flas,放在教学平台上,供学生学习模仿;学生可以在网上回复问题、提交作业,受到学生和教师的欢迎。
6.改革考核评价方式
关键词教学改革DSP 教考分离
中图分类号:G423文献标识码:A
《TMS320C54x DSP结构、原理及应用》是一门难度系数高、实践性强的课程,通常在研究生阶段或本科高年级阶段作为通信、电子信息类的专业课来开设。随着DSP技术的不断发展,DSP芯片的开发套件价格不断下降,以及研究DSP芯片开发的高校教师人数的不断增多,近几年该门课程在高职专科高年级阶段也得以广泛开设,这对进一步完善电子信息类专业高职学生的知识体系很有帮助。作为通信、信息类专业核心课程之一,《TMS320C54x DSP结构、原理及应用》课程在培养高素质复合技能型人才的知识体系中占据着相当重要的地位。本课程以前只为本科高年级或研究生阶段的学生开设,针对该层次的教学方式方法并不一定适合于高职高专层次的学生,而且传统的DSP教材编制与教学方法均建立在本科或研究生层次学生专业基础比较完善的基础之上,如果生搬硬套研究生或本科教学的模式,高职院校学生在学习的时候就普遍感觉有难度。本人通过两学期DSP教学的实践经历,对DSP教学过程中出现的问题有了一定了解,结合几年单片机教学的经验提出自己一些关于DSP教学方面的认识。
1普及DSP技术常识,培养学习兴趣
DSP器件的应用主要是在数据通信、海量存储、汽车电子及消费类的音频和视频产品上,因此DSP器件的主要优势就在语音、图像等高数据量信息的算法处理与计算上,这对专业基础比较薄弱的高职学生的逻辑能力和思维灵活性提出了相对较高的要求。但在初高中、甚至是高校现行的相关教材中能体现DSP芯片相关知识的章节与篇幅又比较少,学生在未接触本门课程前关于DSP的概念也知之甚少,同时很多学生对DSP这门技术的学习需求及该技术的市场前景认识不足。因此必须在讲解这门课之前普及DSP技术常识,提高学习兴趣,因为学生学习兴趣的高低直接影响后续的学习效果。鉴于此,有条件的学校可以让教师带学生参观通信类、消费类电子产品的研发部门,来提高学生对产品开发的兴趣,或者也可在课堂上拆解具有DSP芯片的手机或硬盘来使学生获得关于DSP芯片的感性认识,也可以通过播放科技短片的形式来普及DSP的应用领域,这比纯粹照本宣科的介绍要深刻得多,更具感召力。
2调整DSP教学内容,化烦为简
DSP教学内容主要建立在计算机体系结构、信号处理、汇编语言与C语言基础之上。虽然DSP芯片的应用领域跟单片机有所不同,但它们之间也有很多必然的联系,如果学生学习过《单片机原理与应用》课程,那学习DSP技术就更能得心应手。在传统的DSP教学中,均是以DSP内核结构为主线,先讲DSP芯片的硬件结构,接着介绍指令和软件编程,然后介绍开发环境的使用,各种器件的应用和DSP系统的扩展,最后再讲一些系统应用的实例。按照此种教学结构,高职学生普遍感到难以接受。因此,对DSP芯片的教学内容必须进行必要的调整与更新。鉴于学生已经学习过计算机体系结构、 单片机原理等课程,学生对微处理器结构与芯片开发的大致过程已有所认识,因此调整后的DSP课程内容可采用以课题驱动的模式来进行,而并不拘泥于DSP本科教材中所涉及的每个知识点的讲解。学生可以通过多个不同侧重点的课题的练习来不断完善对DSP芯片硬件结构与指令系统的理解。
3调整教学组织方式,提倡比较式教学
由于学生已经学习过《单片机原理与应用》,当再次学习DSP芯片技术时,难免会将单片机的内部结构与DSP芯片的内部结构,单片机的程序架构与DSP芯片的软件架构,以及各自的汇编语言相混淆起来。因此当教师讲解DSP芯片知识点的时候,可将单片机的相关知识点与其作比较,加深学生对知识点的理解。例如在讲解DSP芯片堆栈的使用时,由于DSP 系统堆栈与单片机系统堆栈既有联系,又有区别,如果教师在讲解时能详细分析两者的相同点与不同点,并在实验室演示堆栈压栈与出栈的指针变化,这对学生理解堆栈的使用是很有帮助的。
4压缩理论教学学时,增加实践性教学学时
以课题驱动为导向学习DSP技术,并不是完全放弃DSP的理论学习,而是不以理论教学为纲。对学生来讲,理论教学的目的是最终的实践应用,压缩理论学时,增加实践学时也顺应了高职高专教育所要求的强化学生实践动手能力的培养思路。由于DSP课程所涉及的内部结构图、电原理图、寄存器内部配置、程序内容多而复杂,通过黑板绘制电路图、板书程序的方式并不合适,既浪费时间,也难以分析清楚。通过PPT与黑板板书相结合是比较理想的方式,这样既(下转第18页)(上接第14页)提高了讲解的效率,也压缩了理论讲解的时间。对于实践环节主要分几个部分:学生接到课题以后,以小组的形式对课题内容进行分析,分析课题中所涉及的硬件原理图的组成,例如电源电路、晶振电路、复位电路、抗干扰电路、接口电路等设计方法。所涉及的各个知识点,每组同学都可通过讨论一起解决。同时要求学生用所学的Protel99se软件绘制出电路原理图,生成PCB板。由于课堂时间有限,可让学生在课余时间完成原理图和PCB板的绘制,可作为课题考核的一部分。软件的实现通常先由教师提供实验例程的书面材料,学生在DSP芯片集成开发环境CCS软件中完成实验例程的录入与调试。课题完成的时间可限定在1至2周,在这期间教师对学生实验过程中的重点、难点、关键点、及学生操作过程中存在的问题进行实时讲解,特别是学生在调试过程中碰到的问题,教师必须要为其提供解决思路。通过若干个课题的实践以后,可增加学生练习的难度,要求学生在实验任务电路和程序的基础上,进行适当修改,培养其独立进行电路和程序的设计能力。课程中所有的课题可在实验室的硬件开发板上实现。有条件的话可买芯片焊接,并将任务程序下载到芯片中,实现程序功能,这一部分可作为课程的后续环节,即课程设计来完成。这样会给学生一种成就感,从而进一步提高学生的自信心与学习兴趣。
5改革考核方式,以实践为主
工科类专业课程的考核形式通常是以理论考试为主,形式相对单一,考题侧重于记忆,例如分析指令执行的结果、回答芯片内部某个结构模块的作用、编写一段简单的程序,有的学生考试成绩比较高,但却不会熟练调试一个程序,高分低能的现象由此出现。《TMS320C54x DSP结构、原理及应用》课程的考核主要是对课程理论知识、软硬件分析能力、编程能力、软硬件调试能力的考核。因此, DSP课程的考核方式的改革必然要促使教学内容与教学方式的改变。考核的方式方法和考核的内容将直接影响教学过程的实施,关系到教师如何教和学生如何学。比如在平时课题练习时就要加强对学生进行考核, 考核时可以以小组为单位,根据小组内成员分工的不同,对每位成员的考核的内容有所侧重,考核内容可包括原理图分析、原理图绘制、CCS软件使用、现场调试实验结果等,教师根据课题完成的先后顺序,学生回答的准确性和操作的熟练程度给每位学生现场评分。通过一次次课题考核可增强学生被考核的意识,增加学生的学习压力,培养学生在压力下学习并解决问题的能力,进而提高自身的实践和应用能力。在课程考核体系中,考核可包括三个方面:理论知识的考核,考核可采取开卷的形式,占总成绩的30%,理论知识的考核可采用“试题库”的形式,由多位任课教师根据教学大纲集体编制出“DSP试题库”,实现教考分离;平时课题完成情况的考核,占总成绩的50%;课后作业、课题研究时表现积极性的考核,占总成绩的20%。最终的考核成绩将综合反映出该学生掌握DSP技术的效果。
DSP技术的发展日新月异,教师教授学生的过程同样也是自己发现新问题,解决新问题的过程。教学的方式方法也在教师教授的过程中得以改进,以进一步适应高职高专学生的学习心理,从而提高学生对DSP课程的学习兴趣,调动学生学习积极性,最终提高教学效果。
参考文献
[1] 戴明桢,周建江.TMS320C54X DSP结构、原理及应用[M].北京:北京航空航天大学出版社,2008.
关键词:大学生电子设计竞赛;简易电阻测试仪;单片机
中图分类号:TN702 文献标识码:A 文章编号:1009-2374(2012)07-0017-02
2011全国大学生电子设计竞赛(瑞萨杯)于2011年8月31日早8:00开始,2011年9月3日20:00结束。笔者作为指导教师参加了此次竞赛,并指导学生获得了河南赛区一等奖,下面就竞赛中的思路和经验和大家做一交流。
我们选择的是高职高专组G题。本次竞赛G题要求设计并制作一台简易自动电阻测试仪。能够对100Ω、1kΩ、10kΩ、10MΩ四个量程档进行测量,测量准确度为±(1%读数+2 字);3 位数字显示(最大显示数必须为 999),能自动显示小数点和单位,测量速率大于 5 次/秒;100Ω、1kΩ、10kΩ三档量程具有自动量程转换功能;具有自动电阻筛选功能等任务。
一、系统方案
电阻测量的方法常用的有直流恒流源测量法、直流恒压源测量法、分压法等。多个方案比较后,学生最终选择分压法测量作为最终的方案,测量原理就是通过串联已知电阻,分压后,检测待测电阻电压来计算其阻值。基本原理如图1所示:
本测量方法的优点是测量电路简单,抗干扰能力强,可靠性高,短时间内容易搭建,另一方面可以简化程序中的算法。
本次设计要求测量量程为100Ω,1kΩ,10kΩ,10MΩ四档。即要求测量范围为:1~10MΩ,在全量程范围内测量准确度为±(1%读数+2字)。在A/D转换部分的设计中,采用PIC16F877单片机,该单片机内有10位A/D,A/D输入信号为0~5V时,转换字为D=0~1024,则分辨率为4.8mV/字。设计的量程分配和测量精度的详细情况如下表:
表1
量程 RX范围 基准电阻 输出电压 (电阻)分辨率 精度
1 0~100Ω 100Ω 0mV~2.5V 0.1~0.5Ω/字 97%
2 100~1kΩ 1kΩ 50mV~2.5V 1~5Ω/字 98%
3 1k~10kΩ 10kΩ 50mV~2.5V 10~50Ω/字 98%
4 10k~10MΩ 100kΩ 500mv~5V 0.1~0.5kΩ/字 99%
本设计自动量程转换功能主要由单片机控制继电器的通断来调节,原理为单片机根据采样来的电压数据来判断是否要切换到更大或更小的量程,因为本次设计共四个档位,前三个档位为自动切换。采用继电器可以减小回路中的不必要电阻,这样在分析电路和程序中算法的设置可以减少很多麻烦。电位器阻值变化曲线的实现主要由单片机在显示装置如12864等液晶装置中不断的写入数据和液晶屏的移屏操作来实现。因为不同的电阻反映在电路中是不同的电压,将采集到的电压信号转为数字信号,反馈到液晶屏即可,这就要求AD有更高的处理速度。
二、硬件与程序设计
本系统包括硬件设计和软件设计两部分内容:
(一)硬件设计
根据上述思路,我们以PIC16F877单片机为核心,配以量程切换电路,测量电路,显示电路等构成简易的电阻测试仪。PIC16F877是由Microchip公司所生产开发的新产品,属于PICmicro系列单片微机,具有Flash program程序内存功能,可以重复烧录程序;而其内建ICD(In Circuit Debug)功能,可以让使用者直接在单片机电路或产品上进行如暂停微处理器执行、观看缓存器内容等,快速地进行程序除错与开发。
量程切换电路主要使用了ULN2003八路NPN达林顿连接晶体管,ULN2003特别适用于低逻辑电平数字电路(诸如TTL,CMOS或PMOS/NMOS)和较高的电流/电压要求之间的接口。液晶显示器以其微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧的诸多优点,在袖珍式仪表和低功耗应用系统中得到越来越广泛的应用,因此显示电路采用的是1602液晶显示屏而没有用数码管显示。报警电路采用一个普通三极极管加一个蜂鸣器实现,当出现故障时的报警提示功能。
(二)软件设计
程序流程图如下:
三、测试结果
经多组电阻检测,都能符合题目要求的精度,误差小于1%。
在常温下,应用电阻测试仪对高精度电阻进行测试,结果见表2。
随机抽取若干电阻,应用电阻测试仪对电阻进行筛选。在测试中我们筛选两组,用小键盘对测试仪进行调节,两组分别为100Ω~500Ω和2KΩ~5KΩ。测试结束后,和标准结果予以对比。测试结果见表3。
本系统采用PIC单片机实现了一个简易电阻测试仪,达到了系统基本要求,而且系统稳定,测量精度较高,相对误差小于1%,操作简单,具有较强的实用性。当然本系统还存在着许多需要改进的地方,比如还可以继续提高测量精度,加大测量范围。因为是采用单片机实现的,利用其可以编程的特性,使测量的值结合一些数据处理方法使测量更加接近真实值。在后续完善过程中还有许多工作要做。
由于竞赛要求参赛学生在四天三晚的时间内完成题目要求的系统方案设计、硬件制作、软件调试及论文撰写工作,时间还是比较紧迫,全面检验了参赛学生的理论素养、实践动手能力和工作能力。按照这次竞赛的经验来看,三名学生最好来自不同专业,有各自擅长的领域,在分工协作上比较有优势。这次获得一等奖的这组学生就分别来自应用电子、电气自动化和机电一体化专业,分别负责电路设计、软件设计和硬件设计。近几届竞赛的每道试题基本上都直接或间接地利用了单片机、可编程逻辑器件、EDA技术、嵌入式技术等,而且特别注重动手能力和创新能力,这对我们的课程设置、教学改革都有很好地促进,在培训中除了基础知识外也要加强这方面的内容。最后的答辩环节也要引起足够的重视,在答辩问题和演示器材上提前多做准备对最终的名次很有帮助。
参考文献
【摘 要】由于《单片机原理与应用》具有较强的抽象性,是一门综合性和应用性很强的课程,学生学习起来往往难以理解,教学难度相对较大。另外,传统的教学模式过于陈旧,教学手段过于单一,如果不对现有的教学模式进行升级,采用传统的教学方法将很难达到教学目的。为了使学生能够更加直观、深入的理解所学知识,根据实践教学要求,通过对虚拟教学系统进行全新的开发和设计,建立起新的虚拟教学系统模式,从而达到培养学生逻辑思维能力和动手能力的目的。
和以往教学模式的差别在于,虚拟教学系统是建立在虚拟现实技术基础上的新型教学模式。通过采用这种教学技术手段能够营造出一个仿真的学习环境,通过对人体各种感官的刺激,使人体验到身临其境的感觉,刺激学生的学习欲望,提高学习热情,从而实现快速提高学习能力的目的。通过网络技术、虚拟现实技术来实现教学,可以对单片机的硬件电路原理进行直观的演示和讲解。采用基于 Flex 的虚拟现实技术开发 的教学系统,不但界面美观,用户交互体验感强,而且提高了学生的动手实践能力和教学质量。
1.《单片机原理与应用》虚拟教学系统设计
1.1系统框架和功能模块设计
虚拟教学系统采用三层B/S结构,开发技术采用.NET,MXML+ Action Script,JavaScript技术等,数据库采用SQL Server2000,其中第一层为客户端层,该层主要表现为系统界面,在Web浏览器上外挂Flay Player播放器,该层用来实现用户与整个系统的交互,在该层中,部分页面可以采用Flex技术来建构RIA应用程序,给用户以丰富的人机交互体验;第二层为业务层,该层主要负责整个系统的逻辑业务,以此来完成客户端层与信息资源层之间的数据交互;第三层为信息资源层,提供平台所需的场景信息与数据信息,这一层实现信息资源的集中统一管理,该层主要包括师生信息库、模型库、课件库、试题库等。系统功能模块主要包括管理模块、教学资源库模块、教学模块以及协作学习模块。
1.2系统界面设计
界面设计主要包括界面布局、字体、页面色彩等环节。其设计原则在遵循艺术美的前提下更加注重个性化,强调教学系统所要表达的主题,淡化非主流信息对学习者的干扰。对于虚拟教学系统的界面而言,选用蓝色为主体背景色,并通过调整色彩的透明度和饱和度来产生文字和图标的色彩,对需要交互对象的按钮等工具采用三维立体的形状来凸显出虚拟系统的多感知性。采用Flex技术来优化网站界面有着很大的优势,它通过提供丰富的组件来增强网站界面的表现力,使得界面更为友好。可以采用图表控件,创建丰富的图表,达到数据可视化效果。同时,Flex还提供了大量的用户交互组件,对于知识体系的呈现,利用【Combo Box】组件对所有知识点以列表的形式展现并与用户进行交互。
1.3导航策略设计
虚拟教学系统的信息量巨大,内部信息之间的关系复杂,在学习过程中,学习者由于缺乏专业教师的指引,迷航现象时有发生,所以应当提供导航策略设计,引导学生进行有效学习,以提高学习效率。目前比较多的导航方式有检索导航、导航图导航、菜单导航、书签导航、提示导航、演示导航、触摸区导航等。
1.4交互策略设计
交互性主要包含人机交互以及人与人的交互。所谓的人机交互,是指人与计算机之间使用某种对话手段,以一定的交互方式,为完成确定任务而进行的人机之间信息交流的过程,这种类型的交互是虚拟现实技术的一个重要特征,也是虚拟现实技术应用于虚拟教学系统中的一个主要优势,系统中的虚拟现实场景能否实现自然流畅的人机交互,将直接关系到系统设计的成败。从技术特点来看,基于Flex的虚拟现实技术为交互性提供了很多的交互机制,如视点、导航、事件的发送与接收等。主要体现在:视点是用户在人机交互的过程中通过改变摄像机的位置来改变观察点,从而在不同的位置场景显现出不同的形态及具有空间感的三维效果;导航是用户在虚拟场景中漫游的信息指示,通过导航,用户可以在虚拟环境中移动或检查某个对象;基于Flex的虚拟现实技术主要是采用Action Script脚本语言对虚拟环境中的对象产生作用,通过编程控制来发送及接收对象。
2.《单片机原理与应用》虚拟教学系统中应用实现
2.1虚拟实验室构建
在Flex Builder 3开发环境中,借助Papervision3D开源的3D引擎,建立一个Sphere形体,然后对形体进行贴图,最后固定Camera的坐标,通过舞台上鼠标移动的距离来控制Camera旋转的角度,从而实现360°全方位的展示。
2.2单片机及相关硬件的三维虚拟模型展示
Papervision3D中也自带一些基本的形体(球体、立方体、平面、圆锥等),但无图形界面,不能像专业的建模工具那样通过点击、拖拽等操作来创建几何体,要实现一些复杂的模型,就需要借助3DS MAX、MAYA等工具。在3DS MAX中可以通过Polygon多边形建模、特殊建模、修改建模、Patch面片建模、NURBS建模等方式来建构出虚拟场景及仪器模型,然后通过材质为模型表面加入色彩、光泽和纹理等来达到与真实事物相似的特性。建模的过程中,在不影响模型整体效果的情况下尽量减少多边形的个数以达到减小输出文件的体积。
2.3 MXML+Action Script编程控制
MXML是一种描述Flex应用程序界面的XML语言,它通过一组标签集来定义用户界面,同时提供一些不可见类库的调用,在开发虚拟实验时,可以在Flex工程文件中利用MXML语言来设计界面元素,优化界面美观,增强人机交互体验。Action Script是一种面向对象的脚本语言,在Flex中,用户可以采用的标签来嵌入Action Script代码,也可以从独立的外部文件来导入相关代码。在开发虚拟实验的过程中,Papervision3D作为外部的类库导入到 Flex Builder开发工具中,放置在Flex工程文件目录下src文件中来进行调用。
3.总结
作为虚拟现实技术之一的桌面虚拟现实技术具有开发成本低、不需要昂贵的虚拟现实设备、只需在客户端安装相应插件即可,应用价值较高,推广性强,更适合应用于教学之中。同时,虚拟协同工作、仪器的远程虚拟仿真操作技术等方面有待更深入的探索与创新,这些也将是作者进一步研究的方向。
参考文献
关键词:企业调研;课程改革;课程改革成效
中图分类号:G42 文献标识码:A
1概述
汽车综合控制系统应用与调试课程虽然已开设多个轮次,但由于在课程教学内容、教学方法、实训设备等方面存在不足,如教学内容与企业实际需要吻合不好、以理论讲授为主的方式进行教学、一些实训设备老化或损坏严重等,导致学生对课程学习的兴趣不高,课程教学效果一般。因此,急需对本课程进行全面的改革。改革的着眼点主要是将课程改革与职业需求紧密结合,按照企业工作过程系统化方法开发课程资料。这种课程开发方法要求课程开发者必须熟悉企业工作流程,以企业调研作为课程改革工作的起点。在整个课程改革过程中,以企业工作过程为参照系整合实际工作任务中必需的职业素质、专业知识和专业技能,得到新的课程教学目标、教学内容、教学方法、教学组织形式、教学媒体及教师素质等,并在此基础上开发出一系列的课程教学所需资料。这些课程教学资料的内容不仅要具有严密的科学性和逻辑性,而且相互之间要具有良好的自洽性。
2课程改革基本过程
2.1企业调研
调研单位主要是汽车销售与技术服务类单位。调研方法可采用专家研讨会、访谈法和问卷法。通过调研了解用人单位对毕业生工作岗位、职责以及他们对汽车综合控制系统应用与调试课程的教学的看法和建议。
2.2 企业调研资料分析
对调研的数据进行充分分析和整理后,得出本课程的课程能力目标、课程学习任务及教学内容等。本课程的课程能力目标包括:学会设计简单的汽车单片机系统、能正确分析汽车单片机控制系统常用芯片和电路工作原理、学会用汇编语言编制简单的汽车单片机系统控制程序、学会检修汽车车载网络系统及学会检修汽车电控单元(ECU)。课程学习任务(即项目)为:简单的汽车单片机系统设计、汽车单片机控制系统常用芯片和电路分析、简单的汽车控制汇编语言程序编制、汽车车载网络系统故障检修及汽车电控单元故障检修。
2.3 课程教学资料开发
在充分利用调研资料的基础上,依次开发出本课程的、符合企业实际需求的新课程标准。以课程标准为基础,陆续开发出新的课程设计方案、项目指导书、项目任务书、校本教材、电子教案、案例集、习题集、试题库等教学资料。
3课程教学内容改革
在新课程标准中,详细介绍了本课程的课程定位、课程目标、能力解析表、课程内容、考核方案、教学文件开发意见及教学资源使用建议等内容。其中的课程内容的具体情况如表1所示。
从表中可以看出:课程教学内容(即学习活动)紧密联系企业实际需要;在课堂教学上,采用了教学一体化方法,将理论知识学习与动手实践相互穿插、紧密结合;通过采用讲解、分组学习、成果展示、辅导等方式进行教学,不仅提高了学生学习兴趣,而且还能有效培养学生的语言交流能力、分析与解决分析能力、团队合作意识等职业基本素质。
4课程改革思路、存在问题与改进措施分析
4.1课程改革思路
本课程改革以工学结合为基本出发点,按照工作过程系统化方法开发新课程教学资料。具体改革思路如图1所示。
4.2存在问题分析
在本课程改革过程中,我们课程改革项目组克服困难、努力进取,对课程模式、课程结构、教学内容、教学方法等多方面进行了大胆的改革,但仍然存在一些有待改进的地方。具体情况如下:
(1)现有的实训设备不能较好地适应本课程教学需要。如原先的单片机实验箱是通用实验箱,与本课程教学所需要汽车单片机实训箱有一定差距。另外,这些实训箱损坏严重,不少实验箱已不能使用,无法完全满足教学需要。主要原因在于进几年未申请到财政专项经费,无法完成设备更新。
(2)需要购置汽车ECU维修所需要的全套设修设备,包括专用编程仪、可编程数字信号发生器、热风枪、电烙铁、等等。
(3)从事汽车综合控制系统应用与调试工作的汽车企业人员较少,调研的广泛性稍显不够。
(4)由于汽车厂家的技术壁垒,汽车ECU维修资料较为缺乏,给汽车电脑故障维修项目教学资料的开发带来不少困难。
(5)本课程是专业限选课程,以往采用理论加实验的方法进行教学,建议以后能让一部分专业限选课程也采用一体化课程教学方式来进行教学,教学效果将更好。
4.3后续改进措施
在客观条件成熟后,课程改革项目组将继续进行本课程的改进,以便有效提升课程教学水平。具体措施如下:
(1)申报2013年财政专项,力争能够更新、新购到所需要的全部实训教学设备,建设成设施齐备、条件优异的汽车综合控制系统应用与调试实训室。
(2)将调研范围向部分从事单片机技术工作的非汽车类企业延伸,以便开发出更好的、更为典型的实际工作任务。
(3)与汽车ECU生产看展进一步的合作,以便能够浏览或学习到汽车ECU维修资料或技术资料,并开发出更好的汽车ECU维修方面的教学资料。
(4)在条件成熟后,申请对本课程进行一体化教学实践。
5课程改革成效
前面提及的各种调研资料为各种课程教学资料的改革提供了直接依据。课程定位、教学目标、教学内容、教学方法、评价考核方法及教师队伍结构都围绕学生职业素养和核心技能培养确定。新课程教学资料具有如下特点:建立了以职业能力为导向的课程目标,突出培养用人单位关注的学习能力、沟通能力、团队协作意识、爱岗敬业等职业素质;以工作过程系统化的学习任务(项目)为教学载体,每个学习任务(项目)均是来自企业真实工作任务;课程教学采用团队合作学习的教学组织模式,有利于培养学生沟通能力、团队协作精神和自主学习能力,强调学生分组的合理性、学习过程引导与监控的及时性、课堂学习评价的准确性;课程教学采用教学做一体化方法,能更好地培养学生的专业能力、方法能力及动手能力等关键职业能力;建立了"双师"结构的教学团队,并要求任课教师必须保持与汽车企业的联系,及时更新知识,提高实践水平,聘请汽车企业专家加入课程改革与教学。总之,本课程改革项目组按照工作过程系统化方法开发出的课程教学资料将不仅在教学文件本身的质量上有极大的提高,而且必将在以后的课堂教学实践中有效促进课程教学效果的提升。
参考文献
[1]姜大源.学科体系的解构与行动体系的重构.职业教育课程内容序化的教育学解读[J].教育研究,2008(8).
[2]姜大源.关于工作过程系统化课程结构的理论基础[J].职教通讯,2006(1).
关键词:DSP;教学研究;教学实践;测控专业
作者简介:胡鸿志(1977-),男,四川乐山人,桂林电子科技大学电子工程与自动化学院,讲师;管芳(1985-),女,江苏无锡人,桂林电子科技大学电子工程与自动化学院硕士研究生。(广西 桂林 541004)
基金项目:本文系依托校企共建实验室开展大学生实践能力培养的研究与实践(项目编号:ZDJ11103)、DSP课程教学改革与创新实践探索(项目编号:桂电教[2011]45)的研究成果。
中图分类号:G642.0 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2014)02-0117-02
DSP既可以表示数字信号处理技术(Digital Signal Processing),
也可以是数字信号处理器(Digital Signal Processor)的英文缩写。[1]数字信号处理是采用数字计算的方式表示和处理信号的理论与技术。[2]从20世纪80年代DSP诞生以来,特别是近年伴随着微电子技术的进步,以及集成芯片制造和集成电路故障诊断水平的提高,DSP的集成度和运算能力得到极大的提升,广泛应用于以图像及语音处理、通信、电力系统和雷达等为代表的工程领域。高校对DSP课程的重视程度,以及DSP技术人才的市场需求持续增长,研究与探索适应DSP特点的教学方法,提高教学效果,具有重要的理论和现实意义。
一、DSP课程特点分析
DSP技术在国内研究和应用发展起步相对比较晚,在多数的理工类高校属于是新兴的课程,因此DSP课程教学方法通常是继承了“单片机原理及应用”课程的教学模式。DSP与单片机存在一些原理上的共通之处,特别是TI的C2000系列DSP表现更加突出,然而DSP也存在很多与单片机不同的地方。
1.硬件架构独特
DSP是为数字信号处理算法设计的微处理器,摒弃了单片机采用的普林斯顿总线结构,而采用了数据存储空间和程序存储空间独立的哈佛总线结构,并相应地增加了硬件乘法器,具备高速数字运算和数据存取能力。
2.课程综合性强
DSP的学习需要较强的理论基础,课程与数字逻辑、微机原理和数字信号处理等基础课程有紧密的联系,必须在掌握数字信号理论和算法的基础上才能深入理解DSP架构和指令系统,取得理想的学习效果。[3]
3.侧重实际应用
DSP课程的培养目标,除了使学生掌握DSP的原理和应用方法,还要培养学生的动手实践能力,要求课程的教学应该更偏重于实践环节,重视实验内容规划和实验平台建设;教师不仅要精通DSP的知识体系,还必须具备一定的工程设计素养。
DSP不仅是与单片机存在差异,即使是TI公司的不同系列DSP之间,比如C2000与电子信息类专业学习的C5000和C6000之间,也有不同的教学重点。C5000的强调掌握存储空间配置和COFF,以及指令系统的寻址方式,应用方面主要是数字信号处理算法的实现;而测控专业学习C2000,重点突出CPU结构、外设接口和事件管理器的知识,强调掌握片内外设应用方法,更注重与外设器件的接口技术。
二、DSP课程教学现状
DSP教学从单片机课程的基础上起步,根据实际的教学需求和技术发展进行了优化,但是目前DSP课程的教学中仍然存在一些的不足之处。
1.优秀的教材和参考书稀缺
现在的DSP教材多数是以TI的官方芯片手册为基础,增加部分应用实例构成;多数教材只是相关内容的综合,并没有把原理讲透彻,甚至还存在许多的错误,不利于学生的理解和学习。
2.理论与实践出现脱节
测控专业DSP是实践性很强的专业课程,课时设置是32学时,单纯的理论教学无法达到理想的教学效果。而实验内容多数是理论的验证,学生重视实验结果而忽视算法设计,缺乏对学生实践能力的培养。
3.考核评价方式单一
目前的考核方式,通常采用期末试题考试、实验考试和平时成绩相结合的模式,实际上主要考核的是学生对教材内容的熟悉程度,无法充分体现学生的应用水平和实践能力,一定程度上存在高分低能的现象。
4.学习积极性受到抑制
由于大多数高校DSP课程的开设时间较短,DSP课程通常是在大四的上半学年开设,考研和就业对大四的课程教学形成一定的冲击,造成DSP课程的选课人数和到课率相对较低,课堂教学工作开展比较困难。
三、教学内容与教学方法探索
因为DSP课程学时有限,必须精选教材,结合科研和应用实际精炼教学内容。为了改善DSP课程教学效果不理想的现状,根据实际情况对教学内容和教学方法进行改革探索。
1.教学内容组织和更新
本科课程教学应该具有一定程度的自主性,而无须拘泥于任何一本教材。[4]目前DSP教材和学习指导数量、种类繁多,选择的教材应该具备概念准确、内容完整、实例完备等特点。教学内容的组织不能仅仅局限于教材,而是要根据教学目标和工程实践选择具有代表性的内容;有限的课堂教学时间内不可能把DSP所涉及的原理和应用全部讲清楚,因此教学内容既要涵盖基本知识,又必须突出重点;DSP技术更新发展迅速,教材中的某些内容总会过时,DSP教学要紧跟应用潮流,既要把基础原理讲透彻,又要体现最新的DSP技术。可以在教学过程中充分调动学生的能动性,适当给出一些相关的参考文献或关键词,让学生在课后通过网络查阅资料,通过自学拓展知识面,在巩固课堂教学效果的同时锻炼学生的自学能力。
2.传统教学与现代化手段相结合
DSP技术属于现代尖端科技,应用领域与工程实例众多,需要熟悉和掌握的内容繁多,而课程理论教学时数相当有限,适合于采用传统板书和现代化多媒体教学方式相结合的授课方式。DSP教学过程中,涉及CPU总线结构、存储空间结构、指令流水线操作,在有限课时内采用传统的板书方法就存在一定的困难;特别工程应用实例,涉及大量的软件代码,采用板书方式给学生进行课堂展示几乎是不可能的;而现在学校大部分的教室配备综合电教平台,具有投影仪等多媒体设备,操作简单方便,能够有效地解决这个问题,学生也容易接受。板书与多媒体结合,适当控制每学时的教学内容和进度,可以有效提高教学效果和学生的学习效率。
四、实践培养模式探索
学校实验室目前已经配备了充足TMS320C28xx系列教学实验平台和开发板,为学生实验提供了良好的硬件基础。
1.发挥学校资源优势
DSP需要大量的实践联系才能够掌握,而课程的授课时数必定是有限的,因此需要引导和鼓励学生采用DSP进行电子设计和制作。充分利用学校现有的资源,依托学校和TI公司共建的“数字信号处理方案实验室”,通过设置开放式培训项目,允许学生在课余时间完成感兴趣的DSP实验项目。[4]学校通过多年的努力和发展,各级别的电子竞赛有序开展,学生参与积极性高涨;将电子设计竞赛的模式引入DSP实践培训中,发挥电子竞赛融合多门课程知识和注重实践动手能力培养的特点,根据学生的能力水平,采取不同难度的培养模式,引导和培训学生使用DSP,培养学生的工程思维。
2.改进考核评价方式
DSP课程学习既有硬件体系,又包括应用实例和软件代码,内容涉及广泛,重点是DSP综合运用和实践能力培养,仅仅依靠期末考试难以综合评价学生的学习和掌握情况。既然DSP学习侧重于应用,就应该增加实践能力在学生考核评价体系中的权重;因此在教学过程中,学校和教师应该在基础理论学习的基础上,努力为学生创造动手实践的机会,并全面考察学生在实践过程中的表现,以及实践成果的水平,相应给出学生的平时成绩,而不是以到课率和理论作业来评定平时成绩。最终的课程考核成绩,是理论考试成绩、实验成绩、平时成绩等指标的综合,并且实验成绩和平时成绩的权重要加大,避免死记硬背的学习方式和高分低能的现象。
五、结束语
DSP课程的重要性已经得到广泛认同,针对DSP教学存在的不足,提出了相应的改进方法和建议,实际的教学实践证明这些方法促进了学生积极性和教学水平的提高,取得了一定的成功经验,为DSP课程教学水平提高和学生能力全面培养提供有力保障。
参考文献:
[1]宋宇飞,刘化君,周正,等.《DSP原理与应用》教学的创新与实践[J].中国现代教育装备,2008,(4):90-91.
[2]刘爱民.一种DSP教学改革方法研究及实践[J].信息与电脑,
2012,(10):188-189.
[3]倪福银,朱幼莲,钱志文.《DSP技术与应用》课程教学改革研究[J].江苏技术师范学院学报,2010,16(6):85-88.
智能中压开关装置的在线监测技术
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关键词:EDA技术;电子技术;现代教育
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2015)12-0172-02
电子技术是电子类教学的基础课程,同时也是电工电子以及电气专业的基础专业课,它具有很强的专业性与强大的实用性。电子技术的教学意义在于让学生掌握基本的电子技术理论知识,熟悉掌握电子技术实验操作步骤以及实验器材的使用及保管,能够在一定程度上独立自主地具备基本的电子技术问题的能力与素养,因此在全面推进电子技术教学改革的过程中,如何不断提高学生的创新能力是每个教师所必须要去解决的难题。EDA技术是以计算机大规模可编程器件的开发软件及实验开发系统为设计工具,通过相关软件的开发,促进学生自主能力的提高,学生能够在实际运用中综合运用自己的理论知识,以提高学生的电子技术能力,因此EDA在电子技术教学中的应用具有重要的作用。
一、传统电子技术基础教学中存在的问题
1.硬件教材相对落后,跟不上现代的要求。受制于教学条件的限制,目前电子技术教学中采用的硬件设施与实际联系相差较大。而且相关的教学内容也比较陈旧,远远达不到现代电子技术教学的要求,更谈不上体现当今电子技术领域新技术,许多学校教学的电子设备陈旧。由于现有的电子设备跟不上教学要求,学生对于电子技术掌握情况很不乐观。再加上电子设备本身内部结构就比较复杂,如果学生不能够熟练掌握电子技术课程的相关知识,对于硬件课程不熟悉,那么对于枯燥的电子技术课程很快就会失去兴趣。其次落后的硬件设施以及教学方法,已经远远跟不上现代社会对于综合性电子技术人才的培养需求,只有具有综合能力的电子技术人才才是社会所需要的。
2.实践教学环节得不到有效保证。电子技术是一门理论结合实践较强的课程,其涉及到的内容较广。这些内容只有通过实践才能够真正理解与掌握。受制于现有的教学条件,中职学校在教学经费、师资管理以及教学观念上都没有对于这门课给予足够的重视,甚至于很多学校都没有专门的电子技术实验室,因此电子技术这门课无法正常进行。很多院校电子技术相关课程使用的单片机都是已经淘汰的旧机器,很少用新的单片机设备来进行教学,这导致了教学活动与生产实践使用的单片机差距仍然较大。学生在学习电子技术这门课程后,真正到了社会上仍然对那些电子技术问题束手无策。
二、基于EDA技术的电子技术教学
EDA技术是基于电子计算机发展起来的新技术,是以电子技术为基础,计算机技术为辅助载体,软件技术为核心元素的综合性技术。它摆脱了传统电子技术微电子电路设计复杂以及控制程序编写困难等技术问题,进一步提高了电子技术的发展水平,因此将EDA技术引入到电子技术教学中具有极强的现实意义。
1.基于EDA技术的电子技术理论教学。模拟电子技术和数字技术是电子技术的两大组成部分,长期以来这两个部分都是相互独立的。随着科技的不断发展,大规模集成电路以及微电子电路的出现,相互独立的局面已被打破,同时也改变了电路元器件以及电子控制等系统限制。在现代的电子技术中模拟电子技术部分包括为半导体PN结、微变等效电路、电路的控制与正负反馈电路、集成运放等效电路、偏置电路等内容。模拟数字技术则强调电路的规律性与控制性,由于在模拟电子技术中的使用的半导体晶体都是非线性器件,因此产生的控制信号都是非线性信号,各种放大电路的组成都是通过加偏执电路,利用半导体的单向导电性以及稳压性来实现的。因此将EDA技术引入到电子技术理论教学,重点要放在各种放大电路的处理、分析以及衍生,因为所有的放大电路以及偏置电路运用的都是最基本的二级管放大原理。在教学上要将各种离散的电子技术知识串接起来进行教学,使得包括逻辑电路、定时器和触发器以及数模转化等知识在EDA这一主线能够统一起来,更好地提高电子技术教学质量。在进行理论知识教学的同时要配合适当的实验讲解,培养学生良好的思考能力与动手分析能力。
2.基于EDA技术的电子技术实践教学。电子技术实验教学是辅助电子技术理论教学,是提高学生灵活运用所学的理论知识的实践,而EDA技术的引入更是给传统的电子技术实践教学带来了全新的体验。在传统的电子技术教学实验中,学生使用分开的电子元器件在实验台上进行搭线桥接各种电路,即使在进行数字技术实验也是通过接线的方式来进行试验。这种搭积木式的试验方式大大降低了学生对于电子技术试验的兴趣。同时这种实验方法对于电子元器件、试验台等精度要求较高,学生在实验中遇到的问题较多,而老师则是把主要精力放在处理学生实验中遇到的各种实验问题,如接线错误以及元器件损坏等,这样极大地降低了电子技术实验效果。在采用EDA技术后,老师通过运用强大的EDA仿真软件以及EDA实验平台,可以大大提高电子技术的实验效果。在进行试验之前,学生利用EDA进行模拟实验,可以提前发现试验中的问题,并且进行独立思考。进而在实际的硬件试验中,学生可以更快更好地完成电子技术相关实验内容。利用这种EDA仿真软件以及EDA实验平台和硬件实验相结合的方式,既锻炼了学生综合运用EDA技术的能力,也使得学生对于电子技术的相关知识掌握得更加牢固。
三、促进EDA在电子技术教学中的应用的措施
EDA技术教学在电子技术教学中有着重要的运用,但是受制于传统电子教学中存在的问题,EDA技术教学不能够很好地开展开来,因此我们需要改变现有的电子技术教学状况,促进EDA在电子技术教学中的应用。
(一)改革目前的应试考试制度
考试是检验学生对于知识的掌握情况,是教学成果中重要的一个环节。在电子教学中不仅要让学生掌握最基本的计算机内部结构理论知识,更要让学生具备较强的实践能力、思考能力、自我总结能力以及创新能力,这些综合能力才能体现出学生综合素质。但是目前的考试制度是一张试卷定分数,仅仅体现出学生的考试能力,其他能力体现不出来,因此需要改革现有的应试考试制度。
1.在实验考核中,应该包含各个方面的考核,才能体现出学生对于知识的掌握程度以及运用程度。应该包括实验报告、实验操作、实验总结等,这样才能体现出教学过程中的以人为本思想,提高学生的创新能力。只有在制度上有了创新,才能提高学生将理论知识运用在实际中的能力。
2.在考试中,应该加大开放性试题以及实验性试题在总分数中的比例,引导学生不断在学习过程中注意观察,不断思考,细心总结。提高学生发现问题以及解决问题的能力,培养学生自我思考的能力。
(二)通过教育媒体的运用来提高教学效果
随着网络的发展,多媒体教学已经越来越广泛地被运用到教学中来。所以我们在电子技术这门课程中,可以运用多媒体来进行辅助教学。通过在多媒体上展示出电子技术的基本原理以及这些原理在电子设备上的运用,然后对于电子设备进行模拟拆解,并且将这些拆解后模块各自的功能以及在使用中容易出现的问题等进行分析。而EDA技术作为较新的技术,融合了应用电子技术、计算机技术、信息处理及智能化技术等高新技术,因此通过EDA技术可以自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合及优化、布局布线、仿真以及对于特定目标芯片的适配编译和编程下载等工作。所以在多媒体这一平台进行EDA电子技术教学比单纯的讲解教学效果要好得多,学生更能清晰明了地掌握电子技术相关知识。所以老师要学会借助多媒体来进行EDA电子教学,不仅要考虑到教学的方法,也要考虑到教学的效果。只有学生真正掌握了电子技术知识,老师的教学任务才算完成了。
(三)引进专业的教师队伍
在我们在电子技术教学中,老师的专业素质和教学水平是一个不容忽视的因素,因为学生的学习方法以及知识的获取都来源于老师,如果在老师的这个环节出现问题,那么将在很大程度上影响我们的教学水平,更不用是提高学生理论结合实践的能力了。但是就目前的情况来看,这个问题非常突出且普遍存在,尤其是在一些经济不发达地区表现得更为严重。由于在一些偏远的农村等落后地区,经济条件对于骨干、一线教师没有足够大的新引力,而这些教师掌握着最新的教学方法,拥有丰富的教学经验,因此这些地方的电子技术教学就明显达不到要求。再加上一些老师本身的教学素质不高,缺乏一定的教学经验,这样对于我们开设电子技术教学来说是非常不利的。因为如果老师的专业素质达不到的话,就会使得老师的教学指导的规范化出现问题,长期下去对于学生的学习以及专业素质的提高来说是非常不利的,因此需要大力引进专业的教师队伍,来提高电子技术的教学效果。
电子技术教学是一门理论性较强的课程,也是电工电子以及电气等专业的基础专业课,它具有很强的专业性与强大的实用性。电子技术教学意义在于让学生掌握基本的电子技术知识,熟悉掌握常见的电子技术相关的试验方法以及研究方法,培养学生能够在一定程度上独立自主地灵活运用电子技术的能力与素养。在电子技术教学中运用EDA,能够进一步提高学生的学习积极性,提高电子技术教学的教学成果。
参考文献:
[1]潘松,黄继业.EDA技术实用教程[M].北京:科学出版社,2005.
关键词:现代电子系统设计;教学改革;综合素质
一、引言
现代电子系统设计是我校电子科学与技术专业(以下简称为“电子”专业)的一门选修课程。通过该课程的学习与实践,目的是使学生对现代电子系统设计及原理有一个较为完整和系统的认识,并具有一定工艺分析、解决工艺问题和提高产品质量的能力,可以掌握嵌入式系统开发的主要过程,从专业的角度对嵌入式计算机系统进行分析设计,并且掌握ARM处理器的体系结构。从课程的教学目的可知,本课程要求培养学生在知识综合应用和动手实践方面的能力,不仅要求学生具有扎实的基础知识和对知识的综合应用思维,还需要学生具有很强的动手能力和应用能力。
近年来,随着电子技术的发展,电子系统的设计方法和手段也在不断更新和进步。电子系统设计方法在快速发展的电子技术应用中不断受到挑战。从传统手工设计方法到EDA设计方法,从分立元件系统到集成电路设计,从PCB集成系统到芯片集成系统(SoC),从纯硬件系统设计到硬件与软件结合的系统开发,新型电子系统层出不穷,其设计理念也发生着革命性的变化。这使得企业不仅需要毕业生在进入该领域时具备良好的专业能力和素质,更需要他们了解和形成现代电子系统设计的团队思维方式和综合设计方法。同时,学校要促进教学知识与时俱进,培养符合社会需要的实用型工程技术人才,提高学生的就业竞争力;也要对现代电子系统设计课程的教学方法和教学模式进行深刻的思考和改进。
二、存在的问题
现代电子系统设计课程的传统教学模式主要包括理论授课和实践实验两个部分。理论授课主要包括对现代电子系统设计的方法、思维、工具、应用基础的介绍与强化,常用处理器及其体系结构的应用、设计、改进知识和FPGA重构思维、Altium Designer电路原理图及PCB绘制软件的使用,在本课程的教学授课过程中需要贯穿系统设计方法和设计思想。实践实验则以上机实验为主,进行规定实验内容的验证、观察和简单电路的原理设计。电子系统课程所存在的问题主要在教学方法和人才培养方面。
1.教学方法问题
在几年的教学过程中,笔者通过思考和分析课程教学中的问题以及学生的反馈意见,总结了以下几点问题:
(1)基础知识不牢。教师在课堂授课、实践过程中不能很好地将各门课程综合应用,各门课程间缺乏沟通,学生无法将所学知识串连起来,进行综合应用。
(2)教学内容有所欠缺。学生对处理器知识的理解和实际软件编程思维不够深刻,习惯于有实验手册指导条件下的惯性实验模式,一旦教师让他们进行开放性实验来完成设计时,就无法形成系统性思维,各自为战,团队意识不强。
(3)考核方法陈旧。课程的考核方式主要采用大众式的“本门课程成绩=平时成绩+期末考试成绩”的计算方式,学生疲于应付考试,应试态度明显,不去思考本门课程所学内容与先修课程和本学期其他课程的关联,只去死记硬背些条条框框,对于思考题和实际现象无法进行有效分析,形成了固化思维。
2.人才培养问题
除此之外,电子专业在人才培养方面也存在一些问题,主要体现在学生学习主动性以及创新活动的参与度上:
(1)2013年前,电子专业在全国大学生电子设计大赛、辽宁省机器人设计大赛、飞思卡尔杯智能汽车大赛(现更名为“恩智浦”杯智能汽车大赛)、大学生创新创业训练计划等体现和锻炼综合素质的活动中的参与度非常低,仅有3人次参与,这些都侧面反映出学生对所学习的C语言程序设计、模拟电子、数字电子、单片机原理、EDA与VHDL语言等课程的综合应用能力较差,学习和参与的主动性和积极性不高,综合设计能力不强。
(2)根据对学生就业数据的统计调查发现,学生在毕业后两年内从事与本专业相关的研发、技术设计、理论研究工作的人数不到业人数的20%,其他学生多选择改行。在校学生对本专业的认可度也普遍偏低,选择考研的学生中有90%选择了外校。
三、课程改进的方法
为使学生能够更好地掌握现代电子系统设计课程内容,并真正提高系统设计思维和教学效果,我系针对上面出现的问题进行思考,对所发现的问题进行教学环节的切实改进。
1.加强实践训练和实际电路设计
实际的动手训练和电路设计,需要具体分析常用电路原理和具体电路常见故障问题,并加强对学生实际设备操作和实用能力的培养。采用理论教学和实践教学结合的项目驱动方式,由教师结合实际工作经验和教学需要,对学生下发开发板、相关元器件,改变传统仅使用多媒体课件观看图片和以教师理论说教方式完成对电子系统各组成元器件的认知,以硬件电路的设计与开发实践项目为引导,使学生全程接触实际电路和处理器,以实际项目为驱动进行电子系统设计流程、方法、步骤的掌握和训练。教师将STC单片机公司和德州仪器公司赠送的开发板下发给学生,学生2~3人一组进行实际项目的开发和学习,由浅入深,从STC89C52、MSP430单片机开始,逐步接触ARM处理器,完成电路系统的设计与开发,为后续FPGA处理器设计打下良好的应用思维基础。
2.以科技学术活动为激励
学校以全国大学生电子设计大赛、辽宁省机器人设计大赛、飞思卡尔杯智能汽车大赛(现更名为“恩智浦”杯智能汽车大赛)、大学生创新创业训练计划等科技学术活动为激励,通过相关大赛培养学生的应用能力,激发他们的学习积极性和自主性。通过这几年的积极引导,笔者发现,学生在以上竞赛和活动的参与率上得到了明显提升,共获得全国大学生电子设计大赛省级竞赛一等奖、二等奖各2项,参与3人次;获批大学生创新创业计划国家级立项2项,省级立项3项,参与14人次;获智能汽车大赛赛区一等奖1项,二等奖2项,参与2人次;获辽宁省机器人设计大赛二等奖1项,三等奖1项,参与12人次;参与校级及其他各类科技学术活动50余人次。这些大赛不但提高了学生的专业综合素质,还提高了学生的总结能力、文档设计能力、电路设计和软件编程能力。
3.教学团队形式优化学生学习内容
本专业教师联合为同一教学团队,在提高教学质量和学生动手能力的目标下,尽量为学生设计一个统一的综合性题目,增强学生的能力,同时,使各门课程的知识点相辅相成、互相印证,使学生更容易将所学知识进行综合和理解。
4.考核办法改进
考核办法从六个方面考核综合训练完成的成绩,即报告、设计能力、动手实践能力、功能完成情况、课堂研讨回答所提出问题的程度以及综合训练过程中的工作态度等。其中,报告占14%、设计和实践能力占10%、功能完成情况占8%、训练设计掌握程度占6%、课堂研讨回答出的问题占7%、综合训练过程中的工作态度(考勤)占5%。在期末考试的试题中,要增加创见性题目。同时,教师可以鼓励学生发表学术论文,以学术论文替代期末考试。
增加小组设计和小组讨论环节,教师团队设定十组中等难度的综合应用设计题目,将学生按2~3人一组进行实践项目分组,完成设计白皮书(包括系统需求描述、功能概述、拟采取的解决方法),完成系统电路设计,绘制电路图、PCB文件,完成硬件焊接、软件编程并进行答辩。组员各负其责,完成各自项目中的任务,教师和学生一起进行实际项目的需求分析、设计步骤安排、实验验证等环节。这样,可以使学生在学习之余提高团队合作能力和综合运用知识的能力。经实际操作此过程,学生反应强烈,讨论和学习动力增加,分组实践情况如图所示。
分组实践现场
四、结束语
本文在现代电子系统设计课程教学和本专业教学的基础上,对本课程的教、学、练等三个方面进行设计和改进,发挥和突出本专业应用特色,并且从几年来的实践效果看,新的改进方法增强了学生学习的主动性和教学过程中的灵活性,提高了学生综合能力素质和成果比例。
参考文献:
[1]宋晓梅.现代电子系统设计教程[M].北京:北京大学出版社,2011.
关键词: 电子设计工程师资格认证 创新能力 教学改革
1.引言
由于我国高校在校学生的数量急剧增加,使大学毕业生面临非常严峻的就业压力。另外,由于我国教育体制的缘故,大学毕业生普遍缺乏实践能力,所学知识不能满足用人单位的需求,这是造成大学就业难的重要原因。电子设计工程师认证的宗旨是着力提高学生的实践能力[1]。该认证以能满足企业对电子工程设计人员的要求为最终目标,认证体系以教育部电子工程类教学指导委员会的课程为依托,以企业电子设计实际工作内容为主导,并与电子设计竞赛充分结合,使通过电子设计初级工程师认证的人士能够更好地满足市场的需求。
2.电子工程师资格认证对课程体系与实践教学改革的推动作用
专业技术资格认证是国际上通行的职业准入制度。电子信息技术资格认证是促进我国电子信息行业质量和水平提高的重要手段之一。中国科协批准中国电子学会组织开展电子信息技术资格认证工作。电子设计工程师认证的性质属于同行认可、社会承认。认证坚持公开、公正、公平的原则,认证标准注重能力、追求最大的社会认可度和最终国际认可[2]。中国电子学会的电子设计工程师认证体系和标准获得美国认证协会的认可,获得电子设计工程师证书的学员可以免试申请美国认证协会的“International Certified Electronics Design Engineer”证书。
电子设计工程师认证综合知识考核范围为:基本电路元器件的知识、常用集成电路的知识、基本电路知识、单片机基本知识、微型计算机基本知识、小型电子、电路系统的设计与分析、常用测量仪器与测量方法的基本知识等。综合知识考试着重考查考生电子技术的基础知识能力、综合运用能力和解决问题的能力。实际操作考试着重考查考生电子设计和实践动手能力。试题涉及较广的专业知识面,实际操作考试由设计题、软件编程题、综合操作题等题型组成。实际操作考试分为实操机考及实操动手两部分。实操机考与综合知识考试一样,采用全国统考,计算机答题。实操动手考试是在实操机考的基础上,利用电子设计工程实训实验平成机考要求的设计任务,并在实验平台上焊接、组装、调试通过,实现要求的设计内容。实操考试着重考查的是被认证学员的综合设计能力和系统组装、焊接、编程及调试的综合动手能力。要求学生既要有稳固扎实的理论基础,又要有较强的实践动手能力。电子设计工程师认证考试的试题命题着重于基本知识和基本技能的掌握,参照教育部对部分高校教学评估时的电类学生评测试题的相关内容和国内主要高校电子信息类专业教学计划中所涉及的课程及实验的基本知识与基本技能命题,非常贴近学校的日常教学要求。参照全国大学生电子设计竞赛试题的相关知识、系统组成、电路分析等要求,兼顾企业对大学毕业生实践能力的要求,非常贴近社会的实际需求。因此,通过电子设计初级工程师认证考试,教师在授课过程中会有更明确的思路,将电子设计工程师认证考试内容渗透到教学中,改进教学手段,有助于学生更好地适应社会需求,促进大学课程体系与教学内容不断更新,适应社会需求。
3.电子工程师资格认证反映出的问题
长期以来我国高校的课程体系设置为教学计划和教学大纲规定的教学时数严重偏向于理论教学,忽视实践教学,认为实践教学是理论教学的一个环节,一种补充。认为实践教学仅仅是作为理论知识的验证而依附于理论教学,因此对实践教学的重视不够,毕业生的整体动手能力比较差,难以满足社会需求。
我院于2012年经审批获得考试认证特许,设立EDP考试认证中心,目前有实验箱30台,已组织一次认证考试,2013年春季考试通过率为81%。从考试结果和学生的学习效果看存在一些问题,如学生的基本概念掌握得不太理想,基础知识不牢固,理论用于实践的能力欠缺,动手能力差。因此,学生在上课过程中好像已经掌握了理论知识,但是在实际动手操作过程中出现问题不知所措,不知道如何找到错误的原因,因为很多问题是由于在调试过程中错误使用仪器设备或者其他干扰原因造成的,而理论教学很多情况下只是理想条件下的计算结果,实际测试会有各种各样的干扰是理论教学所无法预料到的,因此,学生的实践创新能力得不到锻炼。另外,很多实验和实践环节的设置是影响学生实践能力的因素,验证型实验和设计型实验的比例是否合适、实验设备是否充足、教师的实验指导能力高低都会不同程度地影响学生的实践动手能力。
4.完善实践教学改革和创新能力培养的措施
电子信息类专业的培养目标是掌握电子技术和信息系统的基础知识,能从事各类电子设备和信息系统的研究、设计、制造、应用、维护和管理工作,其专业特点就是宽口径,软件和硬件相结合,适应面广,而且重点培养学生的实践操作能力。电子设计工程师认证考试是检验学生理论水平和动手能力的一个有益补充。因此,我们在完善实践教学改革和创新能力培养方面可以采取以下措施:
4.1认真做好认证培训工作。培训内容涵盖电子类学生所学的电路分析基础、模拟电子技术、数字电子技术、单片机原理与应用、接口技术等知识,学生可以根据实训实验箱的技术指标,利用面包板自行设计、焊接、调试电路,并将做好的板子直接替换实训实验箱上相应的模块,等所有模块都设计并制作替换完成,学生就完成了整个电子设计的综合实践课程。实训完成,学生将具备基本的工程实践能力,该实训也可以与电子设计竞赛赛前培训相结合,作为电子设计大赛的赛前培训的基础部分。
培训以讲授为辅,实际操作为主。讲授部分主要是相关的理论与知识;实际操作部分是电路与小系统的设计与实践。实操培训可以与电子工程实训课程相结合,把电子工程设计中常遇到一些设计问题纳入到实训中。为了使学生对整个电子设计有一个连贯性的认识,利用EDP实验箱将整个设计过程分解成多个单元电路,根据一般工程设计的流程,分几个阶段逐一完成。在每一个模块完成的基础上,将所有模块组成一个系统,进行系统联调,完成一个小系统的设计过程。对于水平比较高、动手能力比较强的学生,还可以在此基础上配上相应的设备,完成一个实际的应用系统的设计。每一个学生采用的设计方法及电路可以不一样,只要能够满足系统的要求就行。教师只负责把握大致方向,其他可以让学生自行发挥。我们在实践中发现,在培训和竞赛中大部分学生能够积极进取,学以致用。学生反映通过培训和锻炼,思维活跃、敏捷,自学能力、分析问题和解决问题的能力、查找资料的能力、实际动手能力大大提高。
通过培训,提高学生的电子电路及小系统的设计能力,特别是硬件电路的设计能力与实际操作水平。从已经组织过的一次认证考试结果可以看出,培训达到了电子设计工程师的考核要求。
4.2充分利用学校的电子工艺实训平台。为加强实践教学,电子信息类专业平台的实验实践课程依托电工电子实验教学中心(省级实验教学示范中心),该中心包括电工电子实验室、电子类各专业实验室及电工电子工程实践与创新基地。该中心承担的教学任务包括电工电子技术实验、电工电子实习、电工电子课程设计、电子系统设计和课外科技活动。在这里,免费为学生提供常用仪器仪表,如信号发生器、万用表、直流稳压电源、模拟和数字示波器、失真度测试仪、晶体管毫伏计、焊接设备和简单的单面板制版机等。通过制版机,学生可以把用Protel软件设计的版图制作成板子,经过焊接进行调试,这种方式比用面包板调试效果好很多,尤其是模拟电路的调试效果更显著。实训基地的运行模式是由专业教师指导、学生自主管理的。学生可以任选课余时间进行实验、实训。同时,基地的实验实训活动面向不同年级学生、灵活多样,全天候对学生开放。如学生可以根据兴趣爱好自选实验,也可以选择学生科研实践项目竞赛等。通过这些实践教学,学生提高了分析问题和解决问题的能力,培养了创新意识和创造能力,适应了科技发展和社会应用的需要,课外科技活动为优秀学生提供了展示自己才能和脱颖而出的机会。
4.3深化实践教学改革的建议。调整理论教学学时,加强实践教学环节,增加非验证性实验比例,提高综合实验能力,采取多种形式,培养学生创新精神和实践能力,因材施教,注重学生的个性培养。各种课外科技创新活动使那些具有良好的理论基础、实践动手能力强,特别是具有创新意识和协作精神的学生有了施展自己才能的空间。将参加各种课外科技创新活动作为创新培养的必要途径,对于传统的实践教学方式是很好的补充,对学生很有吸引力[3]。以各类竞赛为平台,积极组织学生参加各种电子信息类大学生竞赛,包括电子设计竞赛、“挑战杯”竞赛、创新创业大赛等。重视竞赛的训练过程,把培养学生创新精神作为重要工作,从而极大地提高了参赛学生的实践能力。实践证明,各种学科竞赛是培养学生创新能力的一个有效的手段和途径。
5.结语
电子设计工程师认证为我院电子信息类专业的实践教学改革创新能力的培养指明了方向,对我院的教学改革起到了积极的推动作用,对我们的教学改革成果起到了检验作用,促使高校教师提高素质、能力和教学水平,有效激发了学生的创新思维,培养了学生严谨的科学态度、脚踏实地的实际动手能力。如何培养符合市场需求,为社会接纳和具有竞争力的人才是我们应该解决的问题,我们要应充分借助电子设计工程师认证这个平台抓好实践教学,培养出企业和社会急需的高素质人才。
参考文献:
[1]戴茗.电子设计工程师认证介绍[J].电子世界,2010.3:47.