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Abstract: Based on the practice of C++ curriculum reform of electrical specialty in my school, considering from the problems of electrical specialty C++ programs in colleges and the actual needs of graduates of electrical specialty to the C++ course, this paper sums up content and method of C++ teaching reform of college electrical specialty in my school ,learning each other with relevant colleagues.
關鍵詞: 學用并存;交叉融合;面向對象
Key words: studies co-exist with using;cross fusion;object-oriented
中圖分類號:G71 文獻標識碼:A文章編號:1006-4311(2010)29-0245-01
0引言
隨著工業現代化的進展,微機控制技術在自動控制中使用越來越多,其中基于PC總線的工控機系統占了相當大的部分。這些系統多數采用Windows操作系統,采用建立在Windows操作系統上的組態軟件作為控制軟件,因此,微機控制技術的發展對專科電類專業的程序設計語言的教學提出了更高的要求。傳統的轉科電類專業講授Basic語言和C語言,這些語言已經不能滿足對控制用的組態軟件等的設計和維護的任務。C++語言是從C語言發展來的,它繼承了C語言程序設計作為一門高級實用的程序設計語言,因此我校在2000年將C++程序設計語言引入電類專業的教學中,經過多年的學習實踐,探索出了一部分經驗,現總結如下:
1提高專科電類專業C++課程的定位準確性
專科電類專業主要培養獲得電氣工程師基本的訓練,具有較高素質的綜合性應用型高級工程技術人才,畢業生主要在生產一線工作,這就要求學生具有對較先進的計算機控制系統的設計和維護能力。專科電類專業C++課程的教學目標首先應是滿足學生對VC++或VB總結學習,從而能夠滿足其對控制軟件進行設計使用維護的要求。作為VC++或VB的基礎,學生需全面掌握C++語言的基本概念和面向對象的程序設計的思想,因此,C++課程首先應是一門語言基礎課,其次,電類專業的學生多數都學習計算機控制技術和單片機,而單片機的程序設計現在多采用C語言設計,因此學習C++需同時照顧到學生學習單片機程序的要求,所以C++課程同時也是一門專業實踐課。
2提高C++課程教學內容的實用性
C++語言所涉及的概念很多,要全部學習需要很多的課時,對于專科電類專業的學生來說,課時往往都很少,因此,C++課程的教學內容應有所側重,針對學生學習單片機課程的需要,理論聯系實際,從實際應用出發,將C++語言中過程化語言的部分安排1/2以上的課時,其中函數的概念、數組的概念、指針的概念、結構的概念、三種程序的基本結構及流程控制語句應詳細講透。而針對繼續學習VC或VB等程序語言的要求,引用、繼承與函數的概念應是重點講授的內容。
3C++課程教學方法研究
C++課程內容很多,專科學校所安排的課時較少,因此學生學習起來有一定的難度,教師需采取一定的方法來引導學生盡快掌握C++的精髓,實際教學中,我采取了以下方法:
3.1 聯系實際,提高興趣,學用并存單純的語言學習往往比較單調、枯燥,因此學生往往厭學,在課程學習開始階段,我們給學生放一些先進的計算機控制的現場畫面,演示一下組態軟件在計算機控制中的作用,并告訴學生這些軟件是用建立在C++語言基礎上的VC++等語言做成的,使學生看到C++語言的應用前景,從而樹立起明確的學習目標,這樣可以有效的激發學生學習C++語言的學習興趣。
由于C++語言的前半部分是過程性語言部分,本質上是高版本的C,因此在學習的過程中,可以結合單片機的程序設計編一些短小實用的控制程序,并用單片機給學生作一些演示,讓學生體會一下用C語言來設計程序相對于匯編語言的優點,同時用一些實際小問題,讓學生自己編寫程序,解決問題,學用并行,提高學生的興趣和實際動手能力。
3.2 針對電類專業的特點,突出C++語言的控制特點電類專業的學生學習C++語言主要是以控制為目的,因此,在講授C++時應突出其控制特色,C++語言程序的基本結構及流程控制語句、函數、指針、數組、結構的概念作為與單片機的控制有關的概念是C++的重要概念,結合單片機的C語言程序設計,讓學生明白C++程序是函數驅動的,在講述它的概念時,要突出它是面向對象程序設計的基礎,具有在它的基礎上控制用的組態軟件才能夠進行模塊化設計,具有突出控制的特色。
3.3 突出對象,重點培養學生面向對象程序設計的思想現代計算機控制系統所有的組態軟件種類很多,比如國外的IFLX,國內的組態王等,這些軟件各有特色,但其共有的特色是可以自由組態,設計快捷方便,維護簡單。而要實現這些功能,沒有面向對象的程序設計語言的支持是不可能的,而C++語言正是由于引入了面向對象程序設計的思想后,才變得功能強大而使用靈活方便,因此在講授C++程序設計語言時需重點培養學生面向對象程序設計的思想,讓學生在面向對象程序設計的思想指導下來理解和掌握對象的概念,從而能夠更好的理解組態軟件的設計基礎,有利于自己對組態軟件的應用和維護。
3.4 從工程實際應用出發,加強課程之間的交叉融合C++課程理論性較強,因此從解決實際問題出發,將 C++語言程序設計和單片機應用與開發,以及拖動控制系統課程的部分內容進行有機整合,通過課程之間的交叉滲透,以及對實際調速問題的解決,提高學生的語言程序設計的應用能力。我校將C++語言程序課程設計、單片機應用課程設計,以及拖動控制系統課程設計結合一起,用C++語言程序設計,實現了對步進電機、交直流電機調速的微機控制。既提高了學生對課程的理解,又提高了他們的實踐動手能力,效果突出,受到學生的好評。
關鍵詞:教學法;單片機;項目設計
Teaching of project design in the application of SCM courses
Zhang Yujun, Li Yudong, Wang Xiaowei
Henan Polytechnic University, Jiaozuo, 454000, China
Abstract: The paper analyzed the problem of students’ pool ability according to the teaching process of SCM in college, and proposed reform program on the basis of basic experiment projects and comprehensive experiment projects, and described the process of project selection and implementation methods, and established the project design teaching as the core. In the teaching system emphasizes training model of student-centered. The teaching of project design combined theoretical teaching and practical teaching, and improved the quality of teaching and teaching efficiency, and created the conditions to improve their engineering quality and innovation.
Key words: teaching; SCM; project design
單片機應用技術課程是高校電子信息類專業的主干課程,也是多年來的“問題課程”。在教學過程中反映出課程內容抽象、邏輯性強、與其他課程關聯度大等特點。教學過程極易陷入難教、難學的惡性循環[1]。隨著集成電路技術和軟硬件技術的飛速發展,單片機應用技術課程的內容與教學方法都發生了很大變化。如何充分利用多種開發工具和仿真軟件,掌握單片機的綜合運用能力,是單片機課程教學中面臨的新挑戰。筆者依據教學過程中存在的問題和多年教學經驗進行深入探討,提出了“項目設計”教學法的新思路,以提高單片機類課程的教學質量和效率。
1 傳統單片課程機教學中存在的問題
目前,在部分高校單片機課程教學中,普遍存在以下幾方面的問題:
(1)教材結構不合理。多數單片機教材內容主要是依照單片機硬件結構、指令系統、匯編語言、系統接口技術順序編寫,注重了課程的學科性與系統性,但未考慮學生的認知特點,從而影響了學生的學習興趣。而課程的教學過程也是以教材為主線,先介紹單片機的硬件結構,指令講解和軟件編程,然后是單片機的擴展和器件應用,最后是應用實例。這種教學方式使學生對復雜的電路和抽象的指令缺乏了解,從而產生難學、厭學的情緒[2]。
(2)部分教材較為陳舊,所介紹知識與實際應用不符。在部分單片機教材中,還介紹74LS273/373鎖存器、74LS244/245總線驅動器、8279鍵盤顯示器件等,這些器件在單片機的開發中已很少應用。而一些新型單片機,如支持在線編程的AT89S系列單片機,支持串口編程的STC系列單片機,32位CORTEX-M3核心的單片機,特殊功能單片機(具備語音,A/D,D/A,抗干擾,SPI擴展等)被廣泛應用[2],但這些單片機和電路在目前課堂教學中很少涉及,從而影響實際教學效果。
(3)理論教學與實踐教學嚴重脫節。在教學形式上,單片機教學多以課堂教學結合少量驗證性實驗教學為主。在教學過程中,則是先理論后實踐,或者理論與實踐分階段交叉進行,這種教學方法使理論教學與實踐教學嚴重脫節。全部教學活動結束后,許多學生也未能真正了解單片機應用及系統開發過程,不會使用調試工具,不會使用開發工具,無法掌握單片機系統開發的方法[3]。
(4)教師隊伍中缺乏高素質工程人員。長期以來,教師受傳統教學模式的影響,重視理論教學,輕視實踐教學。使得在工科類專業課程中,教師對提高工程素質認識不足,使得教學活動缺乏技術性、實用性和工程實踐性[2]。所以才出現將單片機課程教學演繹為以單片機為藍本的微機原理課程教學的誤區,這種紙上談兵的教學模式使許多教師在技術應用能力、工程實踐能力和科研開發能力上有缺失,致使單片機課程教學活動無法適應當今對技術人才的需求,難以培養出具有應用能力、開發能力和創新能力的高素質人才。
2 項目設計教學法的實施方案
2.1 項目的確定
單片機類課程是實踐性很強的課程,項目設計教學法則是將實踐項目與理論教學緊密聯系起來,提高學生實踐能力與理論知識水平的方法,合理的實踐項目保證了教學效果。在教學過程中,綜合考慮學生的培養目標和培養方案,以單片機課程的各知識點為依據,制定出合理的實踐項目。這些項目既能與理論相聯系,又能保留一定的發揮空間。在項目設置時,為了提高學生的興趣,則圍繞日常電子設備由淺入深,由易到難,設置10個實踐項目(見表1)。這些項目之間緊密聯系,并能逐漸增加新的知識點,最后達到課程教學的目的。
另外,實踐項目都需教師先期試做,在學生進行實驗之前先進行演示,讓學生明確目標,也對項目有全面的了解。便于學生順利地完成實驗任務。
表1 單片機類課程的實踐項目
2.2 項目的實施
項目設計教學法的實施主要分為項目確定、項目實施和項目總結3個過程。
2.2.1 項目確定
在項目確定過程中,將學生分成2~3人一組,由學生根據所學知識選擇項目(項目1~6各選做1個,項目7~10則為選做)。選好項目后,教師根據項目任務、目標及相關知識點進行講解,讓學生了解項目中的知識點和難點。最后學生根據實踐項目進行資料查閱、小組討論,提出合理的設計方案。
2.2.2 項目實施
在項目實施中以倒計時交通信號燈的設計為例說明項目設計教學法的實施過程。
(1)教學目標:要求學生根據所學知識,設計出交通信號燈控制電路,編寫相應的控制程序,完成硬件連接和系統調試,達到控制要求;并撰寫設計報告。
(2)項目描述:利用單片機及相關器件設計一個倒計時交通信號燈。
①基本要求:信號燈分東西、南北兩組,分別有紅、黃、綠3種顏色,并由LED顯示倒計時。具體控制要求:南北方向綠燈亮30秒后,黃燈閃3秒,紅燈亮;同時東西方向紅燈亮30秒后,黃燈閃3秒,綠燈亮,循環點亮。②創新部分:倒計時調整和路口緊急通過功能。
(3)實施過程:利用實驗室的設備設計調試出倒計時交通信號燈。
①硬件設計。學生根據項目要求設計出合理的電路,并根據電路在實驗箱上進行連接,完成系統所需電路,這是項目實施的重點。硬件設計不僅能考查學生的動手能力,還能考查學生使用儀器設備(萬用表、示波器等)的熟練程度。在此過程中,教師引導學生正確使用儀器設備,為硬件設計提供幫助,也為今后發展打下堅實基礎[3]。②控制軟件設計。教師引導學生進行模塊化軟件設計,依據項目要求將軟件分為幾個相對獨立的子程序,最后形成合理、高效的軟件結構體,這是項目實施的另一重點。通過軟件設計培養學生獨立思考、分析問題、解決問題和創造性思維的能力。③系統聯調。在各模塊設計完成后,對軟硬件進行聯調。調試中,引導學生分析問題、解決問題,不斷地進行軟硬件調整,實現分析問題修正錯誤再分析再修正成功的過程。通過反復調試實踐,學生的自信心和創造力得到進一步提升,他們的綜合能力在潛移默化中提高。
2.2.3 項目的總結驗收
項目總結驗收是項目設計教學法的重要環節。
首先,學生進行自我評價,寫出項目實施的任務、目標、方法、手段、結果以及收獲和體會。然后,教師根據項目評價標準對學生作品的工藝、完成情況、評價報告等材料做出評價,評出優劣。項目評價標準為:完成時間(10%),完成效果(工藝10%,基本30%,創新10%,答辯10%,報告20%),綜合表現(10%)。通過這種評價可以發現不同學生的長處和缺點,針對缺點引導他們再學習、再提高,以達到單片機類課程的學習要求。
3 項目設計教學法的實施效果
經過幾年的教學實踐,新的教學法在我校電類專業單片機課程教學中取得了良好效果,完全達到教學培養目標的要求,其具體成效主要表現在:
(1)教學效果明顯提高。項目設計教學法打破了理論教學與實踐教學的界限,使理論教學和實踐教學有機結合,提高了教學效果。此教學方式,使抽象、難學的知識點變得簡單,激發了學生的學習興趣。使學生充分利用實驗室各種資源,實現多種教學資源的有機融合[4]。
(2)學生學習主動性明顯提高。傳統的教學模式中,學生都是被動接受知識,而新的項目設計教學法中,學生是主動學習,學習興趣被有效激發。
(3)學生的創新能力得到加強。通過兩年的教學實踐,一大批學生喜愛上了單片機技術課程,并參加一些電子競賽活動。近兩年參加電子競賽的學生1 000余人次,其中獲省級以上獎項100余項。可以看出,學生的實踐能力和創新能力得到明顯增強。
4 結束語
經過近幾年的教學實踐,項目設計教學法在單片機類課程教學中取得了良好的效果,學生的知識掌握和動手能力得到顯著提高,充分體驗了創新的艱辛與樂趣。通過該教學法的實施,培養了學生的團隊精神與合作能力,發掘了學生的創造潛能。通過這種教學方式的實施,學生的學習興趣得到提高,為后續專業課的學習提供了有效幫助,也為社會培養了大量優秀的應用型、創造型技能人才。
參考文獻
[1] 彭芳遠,陸勤.基于“項目驅動法”的單片機課程一體化教學的探索與實踐[J].計算機教育,2010(3):78-81.
[2] 唐煒.基于“項目驅動”的單片機課程實踐教學改革[J].實驗室研究與探索,2010(5):130-132.
[3] 貢雪梅.項目教學法在單片機原理課程設計中的應用[J].實驗技術與管理,2009(7):115-116.
論文摘要:闡明了電子類項目教學體系改革的必要性,探討了項目教學體系改革的和基本思路,進一步明確了項目教學的目的和手段,提出了師資隊伍建設的重要性。
隨著社會的進步,社會對電子技術人才的要求越來越高,從一般的生產一線工人發展到不僅僅會操作還要能進行項目開發和設計的專業人才。在課程體制和實踐項目設計時應充分考慮學生實際,以最大發揮學生自主學習性和知識在實際中應用為標準,項目設計上采用循序漸進的方式,逐步加深知識難度構建學生完善的知識體系。最終將實現學生不但掌握了知識還擁有了設計項目的能力。
1 構建完善的項目教學體系
電子類專業主要培養的是實用型人才,其培養的主體是中專生和高職生,它要求教學內容能夠促進學生把知識與實際聯系、體現學以致用,注重培養動手能力和利用知識的能力,因此對以往的教學體系都要進行全面改革,不再分什么理論課和實訓課,全部課程都是在動手和組裝。大力促進實踐動手能力的培養,是項目教學體系改革的重要內容。
在制訂教學計劃時應根據實際需求和培養目標出發,從有利于培養學生的創新意識、項目合作意識、項目動手能力、社會實踐能力出發,對理論課程、訓練課程教學環節進行整體的、系統的優化設計,明確各項目實踐教學環節在總體培養目標中的作用。把基礎知識和專業技術知識與項目教學有機融合在一起,通過項目實踐完成基礎和專業知識的學習,注重創新意識、創新能力的培養,并貫穿于人才培養的全過程,逐步形成完善的、能夠體現基礎性、系統性、實踐性和現代性教學內容的項目教學體系。
2 實施全方位的項目教學活動
全面系統安排項目教學環節,就是在每個學期均安排有不同的項目教學環節,保證項目訓練的連續性。在教學中方面,有計劃地開設設計型、綜合性、創新性實訓項目,充分調動學生的自主性,開發他們的思維潛能。在每個項目實訓完成后都要有一個學生學習的心得體會,從中讓學生找到知識點和知識在實際中應用的實例。同時教師也要進行項目訓練的反思工作,力爭不斷完善項目教學的不足。
3 建立完善的管理體系
項目教學的管理是一個系統復雜工程,其內容要靠相應制度來保證。制度制訂要準確、合理、可行、方便。首先應明確教師的職責范圍,明確項目教學在各個訓練環節和各訓練階段上教師的角色,教師應該是指導和輔助學生完成項目訓練。其次明確項目訓練的內容,確定準確的教學內容和目標,組織完善的管理和檢查機制,確保項目內容的順利進行。使管理全面步入規范化和制度化的軌道;再次項目訓練儀器器材進行科學管理,在中職教學中實踐課程器材的損壞很嚴重,應建立嚴格的器材交接制度,進行資源的合理有效利用。
4 改革教學的方法和手段
電子工程類專業是一門實踐性很強的、以培養技術應用型人才為目標的專業。因此,在教學過程的每一個環節都必須配合相應的訓練項目進行教學,通過項目技能訓練培養學生自己的操作動手能力和對理論知識的理解能力,在中職學校學生實驗實訓設備有限、實訓條件相對較差時,可以通過引入計算機教育技術,改變傳統的“定時定點”的教學方式,構建一種以學生能力為中心的項目教學新模式,在教學方法和手段上出現的難題,筆者提出以下幾點建議和設想。
在中職學校實訓是培養學生能力重要途徑,也是各類中職院校的必修課,它對學生素質的培養和對學生進行電子制造能力和電子產品工藝教育都起到了十分重要的作用,尤其是對可編程控制技術和單片機技術等現代設備的操作和編程能力的培養、先進制造工藝的熟悉。因此,應該把工作的重點放到實訓中如何把相應理論知識結合起來,讓學生通過更多的實訓項目去掌握專業技能和適應知識,達到硬件軟件兼備;加強課程設計環節,建立課程設計方案,加大綜合設計力度,鼓勵改革課程教學內容,注重學生綜合能力的培養。
(1)進行集體課程設計,結合各家所長。充分聽出學生意見,結合調查大量教師,根據教學目標把理論知識進行總結,然后通過課程設計將學生需要掌握的知識進行融會貫通加入到設計的實訓項目中。讓學生每個項目學習都能有新的知識和動手能力的提高。
(2)購買或錄制大型化制造的高性能加工裝備、先進制造過程的光盤,使學生對項目有直觀形象的認識,對現代制造技術有更深的了解,尤其可以開闊學生的視野,使學生清楚地了解各項目在制造業中的地位,增強學生的信心,培養學生的興趣,提高學生的積極性。
(3)借助計算機和高檔圖形軟件(如twido、keilc、prote199se、proteuspro),利用虛擬現實技術,開發單片機系統及其編程仿真系統,如亞龍公司的單片機教學系統,和微軟的keilc等系統在計算機上模擬單片機和可編程控制器的控制系統、操作、編程和加工過程、故障檢測;利用prote199se、proteuspro軟件,開發虛擬儀器、虛擬仿真系統。
(4)探索合作的模式,把單一的培養模式改變成靈活多樣的培養模式。合作教育是一種將校內學習和校外工作相結合的一種教育模式,通過與本地區企業聯合建立實習基地或將學生送到企業進行實踐鍛煉一年的“二加一教學(即二年學校教學加一年企業教學)”,目的是為了加強學習過程中的與實踐的聯系,提高學生解決實際的能力,為學生廣泛接觸,積累工作經驗,畢業后順利就業提供機會。
(5)改革學生成績考核模式,從以前的一張紙定學生能力改為過程式評價,更重視學生在平時的能力表現。在平時實中加強學生動手能力考查和對知識掌握情況的調查,把學生的綜合能力和平時表現等作為最終評定學生能力的標準。不但能調動學生學習興趣還能促進學生學習習慣的養成。
高校電類本科專業指通信工程專業、電子與信息工程專業、電子科學與技術專業、電子信息科學與技術專業、計算機科學與技術專業、自動化專業、電氣工程和自動化專業等.這些電類專業在專業基礎理論課、實踐教學體系方面有許多共同之處,是參加電子設計競賽的主力軍.全國大學生電子設計競賽是教育部倡導的大學生學科競賽之一,是面向大學生的群眾性科技活動,目的在于推動高等學校促進信息與電子類學科課程體系和課程內容的改革,有助于高等學校實施素質教育,培養大學生的實踐創新意識與基本能力、團隊協作的人文精神和理論聯系實際的學風;有助于學生工程實踐素質的培養、提高學生針對實際問題進行電子設計制作的能力;有助于吸引、鼓勵廣大青年學生踴躍參加課外科技活動,為優秀人才的脫穎而出創造條件.
2高校電子設計競賽的組織
全國大學生電子設計競賽由教育部高等教育司和信息產業部人事司共同主辦,負責領導全國范圍內的競賽工作.各地競賽事宜由地方教委(廳、局)統一領導.為保證競賽順利開展,組建全國及各賽區競賽組織委員會和專家組.以高等學校為基本參賽單位,參賽學校應成立電子競賽工作領導小組,負責本校學生的參賽事宜,包括組隊、報名、賽前準備、賽期管理和賽后總結等.高校在組建成立電子競賽工作領導小組時,如果學校電類專業單一,可設常設機構,由具體電類專業所在院系負責、教務處、學生處、團委、后勤集團等單位參與;若學校電類專業較多,可由電類專業相關院系輪流擔任理事,按屆組織,其它院系積極參與,教務處、學生處、團委、后勤集團等單位參加,適當引入競爭機制.在參賽小組的選拔中,首先由學生自由組隊報名,要求組隊后的3個隊員各自具有較強的能力且隊員之間能配合默契,在單片機系統設計與應用,模擬和數字電路的應用,硬件焊接與調試,計算機編程以及撰寫設計報告論文等方面要有所分工;然后組織報名參賽隊進行選拔考試,內容包括模擬電路、數字電路、單片機、傳感器等方面的基本知識及應用,典型測量系統的設計方案,對電子競賽的了解,參加競賽的優勢自述等;最后指導教師根據各參賽隊成員選拔考試的結果、面試表現以及綜合考慮各參賽隊在團隊合作、硬件制作、軟件編程、報告撰寫能力等方面的實力,確定參加競賽的組數和各組成員.電子設計競賽的命題范圍廣,涉及到電子技術(模擬電路、數字電路)、高頻電子線路、通信原理、單片機技術、可編程器件等多門課程,并鼓勵新技術的應用.這就要求賽前指導老師要有更寬的知識面和更豐富的實踐經驗.年青教師對新技術、新軟件上手快,但實踐經驗缺乏,老教師經驗豐富但計算機應用和新技術的掌握上又有不足.為了發揮特長,實現互補,在賽前指導上成立賽前指導小組,在小組中注意年齡和特長的結合,注意學科的結合.教師在指導學生的過程中相互學習,共同提高.知識和經驗的相互滲透和補充促進指導老師的業務素質的提高,這使教師能夠在日常的教學和科研中發揮更大的作用,推動師資隊伍建設.
3參賽學生的培訓
3.1參賽學生的現狀參加電子設計競賽的學生一般是大學二、三年級的學生,已學習了很多相關課程的理論知識,也具有一定的實踐能力,特別是在外語能力、計算機能力、單片機編程能力、查閱文獻能力方面.但是在模擬電路,單片機硬件,電路安裝工藝,如何根據系統性能指標設計電路方案和確定單元電路的性能指標,單元電路調試排錯能力,系統的聯調方面卻存在著一定的不足.學生在此前的課程中,雖然學習過一些電子設計制作中常用的軟件,如Protel電子原理圖的設計,印刷電路板設計繪制,以及電子邏輯分析仿真等,但是缺乏一定的深度,其熟練程度需加強.常規電子儀器(如示波器、信號發生器、仿真器、掃頻儀、萬用表等)的使用不夠熟練.雖然學生在電工電子、電子線路等實驗課中使用過常規電子儀器,但是往往更換型號后就不能很快地熟練使用,影響電路的調試速度.另外學生的“單片機原理與技術”課程實驗通常采用普通的51單片機,而電子競賽往往會使用一些功能強大的單片機,因此在開發工具和仿真器方面存在差異.學生在培訓期間,要加強理論與實踐的結合,使學生在電子競賽中涉及的知識點的深度和實踐動手能力方面能得到很快的提升,這樣才能確保在電子競賽期間順利完成競賽的設計任務.為了鼓勵電類大學生積極參加電子設計競賽培訓全部過程(包括前期課程與后期競賽培訓),可在完成競賽訓練作品設計與設計報告后,由指導教師給出相應成績,可替代相應一門課程或實踐環節的成績,如“電子系統設計”、“認識實習”、“電子技術課程設計”等.
3.2培訓內容選擇、方案討論及實際制作如何在一個相對短的時間內盡快地提高參賽學生的設計開發和實踐動手能力是培訓階段要解決的關鍵問題,在輔導中采用實戰訓練的方法,即模擬進行一次次的競賽過程.包括給各組布置不同的設計題目、限時提交設計方案、全體隊員集中由各組分別介紹設計方案并進行交流討論、指導教師點評、各組分別實際制作、撰寫設計總結報告,最后進行實物演示和總結答辯,這樣盡管每個組只具體設計制作了一個系統,但是通過互相交流,對其它組所涉及的技術也有較系統的了解,在以后類似技術的實際設計制作過程中能起到事半功倍的效果.在培訓開始時,向參賽學生詳細介紹大學生電子競賽的競賽規則、競賽命題、評審和評獎等方面的情況,邀請已參加過電子競賽的高年級學生介紹參賽期間的注意事項及參賽體會;對歷年的大學生電子競賽題目、實現的方案、獲獎小組的總結報告等進行深入的破析和討論;讓參賽學生對競賽及要求有一個全面的了解.引導學生既要重視困難又不能畏懼困難,在充分認識本小組的優勢與弱勢的情況下,心理上充分地做好艱苦訓練的準備.
組織責任心強、具有相當專業技術水平和經驗豐富的老師,針對電子競賽的特點,在模擬電路、數字電路、單片機應用技術方面進行講解,講解中對基本電路的原理,實現的方法,相關電路的主要性能指標及測試方法、設計及調試中需要注意的事項作簡明的介紹,對涉及的電子元件進行實物展示,對一些輔助設計軟件、查閱科技論文的方法及常用的電子元器件及應用的網站作一些推薦性的介紹.從歷年的競賽題目中確定各參賽小組的第一次訓練題目,盡量做到各參賽小組選擇不同的訓練題目,按照電子競賽的要求,規定在一個適當的時間內完成實物的制作、性能指標的測試、總結報告的撰寫.然后由各小組對訓練情況進行詳細的介紹,各小組之間展開廣泛的討論,商討是否有更好的實現方案,設計的電路及測試的結果是否合理,撰寫的報告是否嚴謹,盡可能地發現訓練中的不足之處,輔導老師根據各組的完成情況進行講評.要求各小組根據討論情況在1~2天時間內完善制作的實物及報告,同時要求各小組對另外小組的實物進行測試,通過相互交流在相對短的時間內能掌握更多的知識.在第一個實際系統設計后,協商電子設計競賽第二次訓練題目,要求盡可能多地涉及未曾接觸的知識點,在規定的時間內完成設計任務,然后各小組演示實物的功能,測試電子系統的各項指標,注重測試方法是否正確,測試性能指標是否符合設計要求,對于差異較大的需要認真分析其原因,找出合理的解決方案并實施.最后,要求各參賽小組認真整理前一階段培訓完成的實物,單元電路要求注明電源要求、詳細且清楚的輸入輸出接口信息,達到的性能指標并形成文字,軟件要求有整體的說明,需要占用的資源說明、語句有詳細的注釋.輔導老師對培訓中出現的問題向學生做詳細的介紹,對競賽中容易出現的問題也需要提醒學生.在參賽的前一天不安排具體的工作,保證學生能休息好,以極佳的狀態參加電子設計競賽.
4競賽過程中的注意事項
4.1注意競賽紀律全國電子設計競賽采用全國統一命題、分賽區,“半封閉、相對集中”的組織方式.競賽題目在競賽開始時打開(如2009年全國大學生電子設計競賽是9月2日8:00正式開始).每支參賽隊限定在提供的A、B、C、D、E、F等題中任選一題;要求認真填寫《登記表》內容,填寫好的《登記表》由賽場巡視員暫時保存.參賽者必須是有正式學籍的全日制在校大學生,應出示能夠證明參賽者學生身份的有效證件(如學生證)供隨時備查.每隊嚴格限制3人,開賽后不得中途更換隊員.競賽期間,可使用各種圖書資料和網絡資源,但不得在學校指定競賽場地以外進行設計制作,不得以任何方式與他人交流,包括教師在內的非參賽隊員必須回避,對違紀參賽隊取消評審資格.競賽開始后,為保證競賽工作順利進行,參賽學校應組織專人負責提供競賽所需設備、元器件、后勤保障等工作.競賽結束后(如2009年全國大學生電子設計競賽是9月5日20:00競賽結束),上交設計報告、制作實物及《登記表》,由專人封存,并在指定時間前送到指定地點.
4.2競賽題目分析及方案設計參賽隊員應仔細閱讀所有競賽題目,根據自己組3個隊員的訓練情況,選擇相應的題目進行參賽制作.選擇題目應注意題目中不應該有知識盲點,即要能夠看懂題目要求.如果不能看懂題目要求,原則上該題目是不可選擇的.設計制作分基本要求和發揮部分,一般各占50分,設計總結報告30-50分(2009年30分,以前50分).應注意的是基本要求的各項分值題目中沒有給出,但在發揮部分給出了各小項的分值,選擇題目時應仔細分析各項要求.確定競賽題目的時間原則上不要超過兩小時,題目一旦選定,中途不要隨意更改.確定競賽題目后,參賽小組的3個隊員應認真討論設計方案,設計方案應考慮制作的可行性,包括元器件是否能夠采購到都必須考慮.設計方案可以提出一到兩個,或者確定一個方案,對有些部分作出兩個或者兩個以上方案.同時應盡快提出元器件清單,確定元器件庫中沒有的元器件,提出采購清單.元器件采購清單應提供元器件名稱、型號、規格、數量、替代型號及規格.確定方案的時間應不超過6小時.
4.3元器件的采購和設計裝配制作元器件采購是保證競賽順利進行的基礎,沒有元器件,作品是不可能制作成功的.因為競賽題目事先不知道,學生作出的設計方案也是各不相同,需要的元器件也是多種多樣的,可以事先準備一些元器件,但不可能完全備齊.競賽中采購是必須的.不同的院校在不同的城市,要保證能夠采購到競賽所需要的元器件,應在競賽開始前兩天,派1-2名老師到比較大的電子市場去采購,找好元器件供應商.競賽開始后,競賽學生不斷的提出需要的元器件清單,由教師去購買,并以最快的速度運送給競賽學生.在競賽中,各隊學生可以按照在訓練中的分工,按照軟件編程、硬件制作、設計總結報告寫作三部分分頭進行,每個隊員各有側重,注意分工合作.設計制作過程中,可以分模塊設計、安裝、調試,一步一步進行.3人之間要注意多溝通,多交流.遇到問題,要冷靜處理,不要慌張.在設計、安裝、調試的每一步,都需要兩人以上進行核對和檢查.特別是到總調試階段,一定要格外小心,通電前一定要兩人以上進行核對和檢查,不要急于通電,否則通電燒掉作品而前功盡棄.作品應該在第四天的下午全部完成,到第四天下午沒有完成的功能和指標,也就不要再做了.很有可能的是,為了追求更好的指標和功能,結果將已完成的部分弄壞了.負責設計總結報告寫作的隊員,要根據軟件和硬件設計隊員提供的電路圖紙、程序清單等設計資料,按照設計總結報告寫作要求進行整理.到第四天上午,除測試數據外,應全部完成.測試數據可以在作品調試完畢,競賽結束前補充到設計總結報告中去.競賽一般在第四天下午8點結束,上交設計報告、制作實物及《登記表》,由賽場巡視員封存.封存時應注意文件完整,符合競賽要求.作品要妥善包裝,要能防止運輸和搬運過程中的沖擊和振動.整個競賽時間是四天三夜,要注意競賽時間的合理安排,注意休息和飲食,參賽學校應組織專人負責提供飲食后勤保障,使參賽學生保持充沛的精力,圓滿完成競賽.
關鍵詞:嵌入式技術; 教學方法
0前言
嵌入式技術是當今計算機技術中發展最快最熱門的技術,嵌入式技術在當今得到了極其廣泛的應用,已深入到各個應用領域,幾乎是無所不及,主導應用的潮流,以致一些學者斷言嵌入式技術將成為后PC時代的主宰。另伴隨著巨大的產業需求,我國嵌入式系統產業的人才需求量也一路高漲,嵌入式開發將成為未來幾年最熱門最受歡迎的職業之一。嵌入式課程也在各個高校中逐步展開,我校《嵌入式技術與應用》課程在2009年12月作為校級精品課程申報,于2010年3月被批準為校級在建的精品課程,精品課程的建設過程中遇到許多的困難與問題,精品課程的建設過程也是我們解決這些問題與困難的過程。我們主要從以下幾個方面做了一些工作。
1有針對性的制定培養目標,確定對學生的職業能力要求
嵌入式技術的涉及領域有幾個方面常見的智能儀表、工業控制領域,機頂盒、路由器等方面的應用,個人電子產品的應用(這些產品往往需要友好的GUI圖形界面),高端智能設備(涉及到智能機器人,醫療儀器、軍事領域,航空航天領域)。為此,我們基于本專業學生畢業后大多就業于珠三角和長三角及湖北地區的中小型企業的現實,我們將學生將來就業的定位于中小型企業,經過我們專業教師的調研,我們對這些企業技術部門設置的崗位及崗位要求有了較好的認識,我們對每一個嵌入式行業相關必需具備的職業能力進行分解,然后再分析選取相應的教學內容,對不同的應用崗位所對應的不同的能力與知識要求作出了歸納與總結(如圖1),為教學目標與教學內容的確定提供了依據。
圖1職業崗位與能力要求
2讓課程具有非常強的時效性,本課程是近來才剛剛設立的一門新興課程,應該讓學生接觸與掌握社會上最新和最前沿的應用技術
IT領域的新技術發展令人應接不暇,雖然大學生在校期間需要學習的都是一些基礎知識,但他們畢業走向社會后,必然要面對這些新技術,如果我們的教學內容陳舊,就會加長學生畢業后的適應周期;如果我們能夠提供給學生更多接觸這些新知識、新技術的機會,就會使學生畢業后能夠迅速地融入到社會實際中。同時也能使我們的教學內容與這些新技術基本保持同步。
例如,在以往單片機的學習中只涉及到靜態存儲器的擴展,而在嵌入式系統中就會使用到動態存儲器DDR技術,DDR技術的動態刷新、行列掃描和地址線的接法上都是比較新又比較有有用的技術,會讓一些沒有經驗的學生感到困惑,在教學過程中,我們利用S3C44B0X芯片來構建最小系統的過程中來教給學生動態存儲器的使用(如圖2)。
圖2 SDRAM HY57V641620與S3C44B0X的硬件接口電路
3本課程是一門綜合性的課程,要學會它,必須能夠綜合應用計算機專業中所學的幾乎所有軟硬件技術
本課程會應用到計算機專業中所學的幾乎所有軟硬件技術、模擬電子技術、數字電子技術、計算機組成原理、C語言程序設計、單片機技術、微機原理、面向對象的程序設計、計算機操作系統原理、LINUX操作系統的應用等多種知識,這些知識在嵌入式系統中都會有所應用,嵌入式系統就是這些知識的綜合體,實際上,嵌入式系統為學生掌握計算機技術提供了一個非常好的平臺,要想很好地掌握嵌入式技術也必須掌握好這些知識。要讓學生掌握這么多的知識就必須在項目中去學習,對教學內容與方法進行設計。針對學習的不同階段,設計不同的項目與其對應(如圖3),讓學生在實踐中體會這些知識的作用,掌握這些內容,以避免教學內容的枯燥。
圖3 不通階段都有對應的實踐
4課程的實踐性很強,在傳遞知識的同時要更加注重培養學生的實踐動手能力,讓學生積累經驗
在教學的各個階段中都安排有不同實踐任務,讓學生的能力由初級到高級逐步提升,在教學的最后還安排了課程設計,進行綜合的 實踐(如圖4)。分層次逐步提高,由易到難,逐步綜合首先讓學生掌握基本的知識與技能,難度大的知識先放一下,在實踐教學中通過實例來講解,使學生更容易理解,采用直觀、生動的教學方法 將知識與能力目標融入到具體的項目中以培養高等技術應用型人才為根本任務,將加強應用能力訓練作為課程各項改革建設的中心 引導學生將“學”與“做”相結合,以達到學以致用,建立以“遞進式模塊化”的課程內容 ,初級階段有基本實驗、中級階段有實訓課程、高級階段有課程設計任務。 轉貼于
圖4 由簡單到復雜的訓練方法
5積極開展課程設計,進行綜合性的訓練
例如,自制基于S3C4510的嵌入式系統及JTAG下載燒寫工具。設計內容:在老師指導下設計S3C4510系統的原理圖、PCB板圖以及JTAG線纜的原理圖與PCB板圖,親自買元件、制版、焊接、調試。編譯、固化uClinux;完成JTAG燒寫程序的編寫,可以用標準C,也可以用VC,也編寫LINUX系統下使用的版本。
圖5自制基于S3C4510的嵌入式系統及JTAG下載燒寫工具
圖6 自制JTAG下載燒寫工具原理圖