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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.
关键词: 学用并存;交叉融合;面向对象
Key words: studies co-exist with using;cross fusion;object-oriented
中图分类号:G71 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)29-0245-01
0引言
随着工业现代化的进展,微机控制技术在自动控制中使用越来越多,其中基于PC总线的工控机系统占了相当大的部分。这些系统多数采用Windows操作系统,采用建立在Windows操作系统上的组态软件作为控制软件,因此,微机控制技术的发展对专科电类专业的程序设计语言的教学提出了更高的要求。传统的转科电类专业讲授Basic语言和C语言,这些语言已经不能满足对控制用的组态软件等的设计和维护的任务。C++语言是从C语言发展来的,它继承了C语言程序设计作为一门高级实用的程序设计语言,因此我校在2000年将C++程序设计语言引入电类专业的教学中,经过多年的学习实践,探索出了一部分经验,现总结如下:
1提高专科电类专业C++课程的定位准确性
专科电类专业主要培养获得电气工程师基本的训练,具有较高素质的综合性应用型高级工程技术人才,毕业生主要在生产一线工作,这就要求学生具有对较先进的计算机控制系统的设计和维护能力。专科电类专业C++课程的教学目标首先应是满足学生对VC++或VB总结学习,从而能够满足其对控制软件进行设计使用维护的要求。作为VC++或VB的基础,学生需全面掌握C++语言的基本概念和面向对象的程序设计的思想,因此,C++课程首先应是一门语言基础课,其次,电类专业的学生多数都学习计算机控制技术和单片机,而单片机的程序设计现在多采用C语言设计,因此学习C++需同时照顾到学生学习单片机程序的要求,所以C++课程同时也是一门专业实践课。
2提高C++课程教学内容的实用性
C++语言所涉及的概念很多,要全部学习需要很多的课时,对于专科电类专业的学生来说,课时往往都很少,因此,C++课程的教学内容应有所侧重,针对学生学习单片机课程的需要,理论联系实际,从实际应用出发,将C++语言中过程化语言的部分安排1/2以上的课时,其中函数的概念、数组的概念、指针的概念、结构的概念、三种程序的基本结构及流程控制语句应详细讲透。而针对继续学习VC或VB等程序语言的要求,引用、继承与函数的概念应是重点讲授的内容。
3C++课程教学方法研究
C++课程内容很多,专科学校所安排的课时较少,因此学生学习起来有一定的难度,教师需采取一定的方法来引导学生尽快掌握C++的精髓,实际教学中,我采取了以下方法:
3.1 联系实际,提高兴趣,学用并存单纯的语言学习往往比较单调、枯燥,因此学生往往厌学,在课程学习开始阶段,我们给学生放一些先进的计算机控制的现场画面,演示一下组态软件在计算机控制中的作用,并告诉学生这些软件是用建立在C++语言基础上的VC++等语言做成的,使学生看到C++语言的应用前景,从而树立起明确的学习目标,这样可以有效的激发学生学习C++语言的学习兴趣。
由于C++语言的前半部分是过程性语言部分,本质上是高版本的C,因此在学习的过程中,可以结合单片机的程序设计编一些短小实用的控制程序,并用单片机给学生作一些演示,让学生体会一下用C语言来设计程序相对于汇编语言的优点,同时用一些实际小问题,让学生自己编写程序,解决问题,学用并行,提高学生的兴趣和实际动手能力。
3.2 针对电类专业的特点,突出C++语言的控制特点电类专业的学生学习C++语言主要是以控制为目的,因此,在讲授C++时应突出其控制特色,C++语言程序的基本结构及流程控制语句、函数、指针、数组、结构的概念作为与单片机的控制有关的概念是C++的重要概念,结合单片机的C语言程序设计,让学生明白C++程序是函数驱动的,在讲述它的概念时,要突出它是面向对象程序设计的基础,具有在它的基础上控制用的组态软件才能够进行模块化设计,具有突出控制的特色。
3.3 突出对象,重点培养学生面向对象程序设计的思想现代计算机控制系统所有的组态软件种类很多,比如国外的IFLX,国内的组态王等,这些软件各有特色,但其共有的特色是可以自由组态,设计快捷方便,维护简单。而要实现这些功能,没有面向对象的程序设计语言的支持是不可能的,而C++语言正是由于引入了面向对象程序设计的思想后,才变得功能强大而使用灵活方便,因此在讲授C++程序设计语言时需重点培养学生面向对象程序设计的思想,让学生在面向对象程序设计的思想指导下来理解和掌握对象的概念,从而能够更好的理解组态软件的设计基础,有利于自己对组态软件的应用和维护。
3.4 从工程实际应用出发,加强课程之间的交叉融合C++课程理论性较强,因此从解决实际问题出发,将 C++语言程序设计和单片机应用与开发,以及拖动控制系统课程的部分内容进行有机整合,通过课程之间的交叉渗透,以及对实际调速问题的解决,提高学生的语言程序设计的应用能力。我校将C++语言程序课程设计、单片机应用课程设计,以及拖动控制系统课程设计结合一起,用C++语言程序设计,实现了对步进电机、交直流电机调速的微机控制。既提高了学生对课程的理解,又提高了他们的实践动手能力,效果突出,受到学生的好评。
关键词:教学法;单片机;项目设计
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
单片机应用技术课程是高校电子信息类专业的主干课程,也是多年来的“问题课程”。在教学过程中反映出课程内容抽象、逻辑性强、与其他课程关联度大等特点。教学过程极易陷入难教、难学的恶性循环[1]。随着集成电路技术和软硬件技术的飞速发展,单片机应用技术课程的内容与教学方法都发生了很大变化。如何充分利用多种开发工具和仿真软件,掌握单片机的综合运用能力,是单片机课程教学中面临的新挑战。笔者依据教学过程中存在的问题和多年教学经验进行深入探讨,提出了“项目设计”教学法的新思路,以提高单片机类课程的教学质量和效率。
1 传统单片课程机教学中存在的问题
目前,在部分高校单片机课程教学中,普遍存在以下几方面的问题:
(1)教材结构不合理。多数单片机教材内容主要是依照单片机硬件结构、指令系统、汇编语言、系统接口技术顺序编写,注重了课程的学科性与系统性,但未考虑学生的认知特点,从而影响了学生的学习兴趣。而课程的教学过程也是以教材为主线,先介绍单片机的硬件结构,指令讲解和软件编程,然后是单片机的扩展和器件应用,最后是应用实例。这种教学方式使学生对复杂的电路和抽象的指令缺乏了解,从而产生难学、厌学的情绪[2]。
(2)部分教材较为陈旧,所介绍知识与实际应用不符。在部分单片机教材中,还介绍74LS273/373锁存器、74LS244/245总线驱动器、8279键盘显示器件等,这些器件在单片机的开发中已很少应用。而一些新型单片机,如支持在线编程的AT89S系列单片机,支持串口编程的STC系列单片机,32位CORTEX-M3核心的单片机,特殊功能单片机(具备语音,A/D,D/A,抗干扰,SPI扩展等)被广泛应用[2],但这些单片机和电路在目前课堂教学中很少涉及,从而影响实际教学效果。
(3)理论教学与实践教学严重脱节。在教学形式上,单片机教学多以课堂教学结合少量验证性实验教学为主。在教学过程中,则是先理论后实践,或者理论与实践分阶段交叉进行,这种教学方法使理论教学与实践教学严重脱节。全部教学活动结束后,许多学生也未能真正了解单片机应用及系统开发过程,不会使用调试工具,不会使用开发工具,无法掌握单片机系统开发的方法[3]。
(4)教师队伍中缺乏高素质工程人员。长期以来,教师受传统教学模式的影响,重视理论教学,轻视实践教学。使得在工科类专业课程中,教师对提高工程素质认识不足,使得教学活动缺乏技术性、实用性和工程实践性[2]。所以才出现将单片机课程教学演绎为以单片机为蓝本的微机原理课程教学的误区,这种纸上谈兵的教学模式使许多教师在技术应用能力、工程实践能力和科研开发能力上有缺失,致使单片机课程教学活动无法适应当今对技术人才的需求,难以培养出具有应用能力、开发能力和创新能力的高素质人才。
2 项目设计教学法的实施方案
2.1 项目的确定
单片机类课程是实践性很强的课程,项目设计教学法则是将实践项目与理论教学紧密联系起来,提高学生实践能力与理论知识水平的方法,合理的实践项目保证了教学效果。在教学过程中,综合考虑学生的培养目标和培养方案,以单片机课程的各知识点为依据,制定出合理的实践项目。这些项目既能与理论相联系,又能保留一定的发挥空间。在项目设置时,为了提高学生的兴趣,则围绕日常电子设备由浅入深,由易到难,设置10个实践项目(见表1)。这些项目之间紧密联系,并能逐渐增加新的知识点,最后达到课程教学的目的。
另外,实践项目都需教师先期试做,在学生进行实验之前先进行演示,让学生明确目标,也对项目有全面的了解。便于学生顺利地完成实验任务。
表1 单片机类课程的实践项目
2.2 项目的实施
项目设计教学法的实施主要分为项目确定、项目实施和项目总结3个过程。
2.2.1 项目确定
在项目确定过程中,将学生分成2~3人一组,由学生根据所学知识选择项目(项目1~6各选做1个,项目7~10则为选做)。选好项目后,教师根据项目任务、目标及相关知识点进行讲解,让学生了解项目中的知识点和难点。最后学生根据实践项目进行资料查阅、小组讨论,提出合理的设计方案。
2.2.2 项目实施
在项目实施中以倒计时交通信号灯的设计为例说明项目设计教学法的实施过程。
(1)教学目标:要求学生根据所学知识,设计出交通信号灯控制电路,编写相应的控制程序,完成硬件连接和系统调试,达到控制要求;并撰写设计报告。
(2)项目描述:利用单片机及相关器件设计一个倒计时交通信号灯。
①基本要求:信号灯分东西、南北两组,分别有红、黄、绿3种颜色,并由LED显示倒计时。具体控制要求:南北方向绿灯亮30秒后,黄灯闪3秒,红灯亮;同时东西方向红灯亮30秒后,黄灯闪3秒,绿灯亮,循环点亮。②创新部分:倒计时调整和路口紧急通过功能。
(3)实施过程:利用实验室的设备设计调试出倒计时交通信号灯。
①硬件设计。学生根据项目要求设计出合理的电路,并根据电路在实验箱上进行连接,完成系统所需电路,这是项目实施的重点。硬件设计不仅能考查学生的动手能力,还能考查学生使用仪器设备(万用表、示波器等)的熟练程度。在此过程中,教师引导学生正确使用仪器设备,为硬件设计提供帮助,也为今后发展打下坚实基础[3]。②控制软件设计。教师引导学生进行模块化软件设计,依据项目要求将软件分为几个相对独立的子程序,最后形成合理、高效的软件结构体,这是项目实施的另一重点。通过软件设计培养学生独立思考、分析问题、解决问题和创造性思维的能力。③系统联调。在各模块设计完成后,对软硬件进行联调。调试中,引导学生分析问题、解决问题,不断地进行软硬件调整,实现分析问题修正错误再分析再修正成功的过程。通过反复调试实践,学生的自信心和创造力得到进一步提升,他们的综合能力在潜移默化中提高。
2.2.3 项目的总结验收
项目总结验收是项目设计教学法的重要环节。
首先,学生进行自我评价,写出项目实施的任务、目标、方法、手段、结果以及收获和体会。然后,教师根据项目评价标准对学生作品的工艺、完成情况、评价报告等材料做出评价,评出优劣。项目评价标准为:完成时间(10%),完成效果(工艺10%,基本30%,创新10%,答辩10%,报告20%),综合表现(10%)。通过这种评价可以发现不同学生的长处和缺点,针对缺点引导他们再学习、再提高,以达到单片机类课程的学习要求。
3 项目设计教学法的实施效果
经过几年的教学实践,新的教学法在我校电类专业单片机课程教学中取得了良好效果,完全达到教学培养目标的要求,其具体成效主要表现在:
(1)教学效果明显提高。项目设计教学法打破了理论教学与实践教学的界限,使理论教学和实践教学有机结合,提高了教学效果。此教学方式,使抽象、难学的知识点变得简单,激发了学生的学习兴趣。使学生充分利用实验室各种资源,实现多种教学资源的有机融合[4]。
(2)学生学习主动性明显提高。传统的教学模式中,学生都是被动接受知识,而新的项目设计教学法中,学生是主动学习,学习兴趣被有效激发。
(3)学生的创新能力得到加强。通过两年的教学实践,一大批学生喜爱上了单片机技术课程,并参加一些电子竞赛活动。近两年参加电子竞赛的学生1 000余人次,其中获省级以上奖项100余项。可以看出,学生的实践能力和创新能力得到明显增强。
4 结束语
经过近几年的教学实践,项目设计教学法在单片机类课程教学中取得了良好的效果,学生的知识掌握和动手能力得到显著提高,充分体验了创新的艰辛与乐趣。通过该教学法的实施,培养了学生的团队精神与合作能力,发掘了学生的创造潜能。通过这种教学方式的实施,学生的学习兴趣得到提高,为后续专业课的学习提供了有效帮助,也为社会培养了大量优秀的应用型、创造型技能人才。
参考文献
[1] 彭芳远,陆勤.基于“项目驱动法”的单片机课程一体化教学的探索与实践[J].计算机教育,2010(3):78-81.
[2] 唐炜.基于“项目驱动”的单片机课程实践教学改革[J].实验室研究与探索,2010(5):130-132.
[3] 贡雪梅.项目教学法在单片机原理课程设计中的应用[J].实验技术与管理,2009(7):115-116.
论文摘要:阐明了电子类项目教学体系改革的必要性,探讨了项目教学体系改革的和基本思路,进一步明确了项目教学的目的和手段,提出了师资队伍建设的重要性。
随着社会的进步,社会对电子技术人才的要求越来越高,从一般的生产一线工人发展到不仅仅会操作还要能进行项目开发和设计的专业人才。在课程体制和实践项目设计时应充分考虑学生实际,以最大发挥学生自主学习性和知识在实际中应用为标准,项目设计上采用循序渐进的方式,逐步加深知识难度构建学生完善的知识体系。最终将实现学生不但掌握了知识还拥有了设计项目的能力。
1 构建完善的项目教学体系
电子类专业主要培养的是实用型人才,其培养的主体是中专生和高职生,它要求教学内容能够促进学生把知识与实际联系、体现学以致用,注重培养动手能力和利用知识的能力,因此对以往的教学体系都要进行全面改革,不再分什么理论课和实训课,全部课程都是在动手和组装。大力促进实践动手能力的培养,是项目教学体系改革的重要内容。
在制订教学计划时应根据实际需求和培养目标出发,从有利于培养学生的创新意识、项目合作意识、项目动手能力、社会实践能力出发,对理论课程、训练课程教学环节进行整体的、系统的优化设计,明确各项目实践教学环节在总体培养目标中的作用。把基础知识和专业技术知识与项目教学有机融合在一起,通过项目实践完成基础和专业知识的学习,注重创新意识、创新能力的培养,并贯穿于人才培养的全过程,逐步形成完善的、能够体现基础性、系统性、实践性和现代性教学内容的项目教学体系。
2 实施全方位的项目教学活动
全面系统安排项目教学环节,就是在每个学期均安排有不同的项目教学环节,保证项目训练的连续性。在教学中方面,有计划地开设设计型、综合性、创新性实训项目,充分调动学生的自主性,开发他们的思维潜能。在每个项目实训完成后都要有一个学生学习的心得体会,从中让学生找到知识点和知识在实际中应用的实例。同时教师也要进行项目训练的反思工作,力争不断完善项目教学的不足。
3 建立完善的管理体系
项目教学的管理是一个系统复杂工程,其内容要靠相应制度来保证。制度制订要准确、合理、可行、方便。首先应明确教师的职责范围,明确项目教学在各个训练环节和各训练阶段上教师的角色,教师应该是指导和辅助学生完成项目训练。其次明确项目训练的内容,确定准确的教学内容和目标,组织完善的管理和检查机制,确保项目内容的顺利进行。使管理全面步入规范化和制度化的轨道;再次项目训练仪器器材进行科学管理,在中职教学中实践课程器材的损坏很严重,应建立严格的器材交接制度,进行资源的合理有效利用。
4 改革教学的方法和手段
电子工程类专业是一门实践性很强的、以培养技术应用型人才为目标的专业。因此,在教学过程的每一个环节都必须配合相应的训练项目进行教学,通过项目技能训练培养学生自己的操作动手能力和对理论知识的理解能力,在中职学校学生实验实训设备有限、实训条件相对较差时,可以通过引入计算机教育技术,改变传统的“定时定点”的教学方式,构建一种以学生能力为中心的项目教学新模式,在教学方法和手段上出现的难题,笔者提出以下几点建议和设想。
在中职学校实训是培养学生能力重要途径,也是各类中职院校的必修课,它对学生素质的培养和对学生进行电子制造能力和电子产品工艺教育都起到了十分重要的作用,尤其是对可编程控制技术和单片机技术等现代设备的操作和编程能力的培养、先进制造工艺的熟悉。因此,应该把工作的重点放到实训中如何把相应理论知识结合起来,让学生通过更多的实训项目去掌握专业技能和适应知识,达到硬件软件兼备;加强课程设计环节,建立课程设计方案,加大综合设计力度,鼓励改革课程教学内容,注重学生综合能力的培养。
(1)进行集体课程设计,结合各家所长。充分听出学生意见,结合调查大量教师,根据教学目标把理论知识进行总结,然后通过课程设计将学生需要掌握的知识进行融会贯通加入到设计的实训项目中。让学生每个项目学习都能有新的知识和动手能力的提高。
(2)购买或录制大型化制造的高性能加工装备、先进制造过程的光盘,使学生对项目有直观形象的认识,对现代制造技术有更深的了解,尤其可以开阔学生的视野,使学生清楚地了解各项目在制造业中的地位,增强学生的信心,培养学生的兴趣,提高学生的积极性。
(3)借助计算机和高档图形软件(如twido、keilc、prote199se、proteuspro),利用虚拟现实技术,开发单片机系统及其编程仿真系统,如亚龙公司的单片机教学系统,和微软的keilc等系统在计算机上模拟单片机和可编程控制器的控制系统、操作、编程和加工过程、故障检测;利用prote199se、proteuspro软件,开发虚拟仪器、虚拟仿真系统。
(4)探索合作的模式,把单一的培养模式改变成灵活多样的培养模式。合作教育是一种将校内学习和校外工作相结合的一种教育模式,通过与本地区企业联合建立实习基地或将学生送到企业进行实践锻炼一年的“二加一教学(即二年学校教学加一年企业教学)”,目的是为了加强学习过程中的与实践的联系,提高学生解决实际的能力,为学生广泛接触,积累工作经验,毕业后顺利就业提供机会。
(5)改革学生成绩考核模式,从以前的一张纸定学生能力改为过程式评价,更重视学生在平时的能力表现。在平时实中加强学生动手能力考查和对知识掌握情况的调查,把学生的综合能力和平时表现等作为最终评定学生能力的标准。不但能调动学生学习兴趣还能促进学生学习习惯的养成。
高校电类本科专业指通信工程专业、电子与信息工程专业、电子科学与技术专业、电子信息科学与技术专业、计算机科学与技术专业、自动化专业、电气工程和自动化专业等.这些电类专业在专业基础理论课、实践教学体系方面有许多共同之处,是参加电子设计竞赛的主力军.全国大学生电子设计竞赛是教育部倡导的大学生学科竞赛之一,是面向大学生的群众性科技活动,目的在于推动高等学校促进信息与电子类学科课程体系和课程内容的改革,有助于高等学校实施素质教育,培养大学生的实践创新意识与基本能力、团队协作的人文精神和理论联系实际的学风;有助于学生工程实践素质的培养、提高学生针对实际问题进行电子设计制作的能力;有助于吸引、鼓励广大青年学生踊跃参加课外科技活动,为优秀人才的脱颖而出创造条件.
2高校电子设计竞赛的组织
全国大学生电子设计竞赛由教育部高等教育司和信息产业部人事司共同主办,负责领导全国范围内的竞赛工作.各地竞赛事宜由地方教委(厅、局)统一领导.为保证竞赛顺利开展,组建全国及各赛区竞赛组织委员会和专家组.以高等学校为基本参赛单位,参赛学校应成立电子竞赛工作领导小组,负责本校学生的参赛事宜,包括组队、报名、赛前准备、赛期管理和赛后总结等.高校在组建成立电子竞赛工作领导小组时,如果学校电类专业单一,可设常设机构,由具体电类专业所在院系负责、教务处、学生处、团委、后勤集团等单位参与;若学校电类专业较多,可由电类专业相关院系轮流担任理事,按届组织,其它院系积极参与,教务处、学生处、团委、后勤集团等单位参加,适当引入竞争机制.在参赛小组的选拔中,首先由学生自由组队报名,要求组队后的3个队员各自具有较强的能力且队员之间能配合默契,在单片机系统设计与应用,模拟和数字电路的应用,硬件焊接与调试,计算机编程以及撰写设计报告论文等方面要有所分工;然后组织报名参赛队进行选拔考试,内容包括模拟电路、数字电路、单片机、传感器等方面的基本知识及应用,典型测量系统的设计方案,对电子竞赛的了解,参加竞赛的优势自述等;最后指导教师根据各参赛队成员选拔考试的结果、面试表现以及综合考虑各参赛队在团队合作、硬件制作、软件编程、报告撰写能力等方面的实力,确定参加竞赛的组数和各组成员.电子设计竞赛的命题范围广,涉及到电子技术(模拟电路、数字电路)、高频电子线路、通信原理、单片机技术、可编程器件等多门课程,并鼓励新技术的应用.这就要求赛前指导老师要有更宽的知识面和更丰富的实践经验.年青教师对新技术、新软件上手快,但实践经验缺乏,老教师经验丰富但计算机应用和新技术的掌握上又有不足.为了发挥特长,实现互补,在赛前指导上成立赛前指导小组,在小组中注意年龄和特长的结合,注意学科的结合.教师在指导学生的过程中相互学习,共同提高.知识和经验的相互渗透和补充促进指导老师的业务素质的提高,这使教师能够在日常的教学和科研中发挥更大的作用,推动师资队伍建设.
3参赛学生的培训
3.1参赛学生的现状参加电子设计竞赛的学生一般是大学二、三年级的学生,已学习了很多相关课程的理论知识,也具有一定的实践能力,特别是在外语能力、计算机能力、单片机编程能力、查阅文献能力方面.但是在模拟电路,单片机硬件,电路安装工艺,如何根据系统性能指标设计电路方案和确定单元电路的性能指标,单元电路调试排错能力,系统的联调方面却存在着一定的不足.学生在此前的课程中,虽然学习过一些电子设计制作中常用的软件,如Protel电子原理图的设计,印刷电路板设计绘制,以及电子逻辑分析仿真等,但是缺乏一定的深度,其熟练程度需加强.常规电子仪器(如示波器、信号发生器、仿真器、扫频仪、万用表等)的使用不够熟练.虽然学生在电工电子、电子线路等实验课中使用过常规电子仪器,但是往往更换型号后就不能很快地熟练使用,影响电路的调试速度.另外学生的“单片机原理与技术”课程实验通常采用普通的51单片机,而电子竞赛往往会使用一些功能强大的单片机,因此在开发工具和仿真器方面存在差异.学生在培训期间,要加强理论与实践的结合,使学生在电子竞赛中涉及的知识点的深度和实践动手能力方面能得到很快的提升,这样才能确保在电子竞赛期间顺利完成竞赛的设计任务.为了鼓励电类大学生积极参加电子设计竞赛培训全部过程(包括前期课程与后期竞赛培训),可在完成竞赛训练作品设计与设计报告后,由指导教师给出相应成绩,可替代相应一门课程或实践环节的成绩,如“电子系统设计”、“认识实习”、“电子技术课程设计”等.
3.2培训内容选择、方案讨论及实际制作如何在一个相对短的时间内尽快地提高参赛学生的设计开发和实践动手能力是培训阶段要解决的关键问题,在辅导中采用实战训练的方法,即模拟进行一次次的竞赛过程.包括给各组布置不同的设计题目、限时提交设计方案、全体队员集中由各组分别介绍设计方案并进行交流讨论、指导教师点评、各组分别实际制作、撰写设计总结报告,最后进行实物演示和总结答辩,这样尽管每个组只具体设计制作了一个系统,但是通过互相交流,对其它组所涉及的技术也有较系统的了解,在以后类似技术的实际设计制作过程中能起到事半功倍的效果.在培训开始时,向参赛学生详细介绍大学生电子竞赛的竞赛规则、竞赛命题、评审和评奖等方面的情况,邀请已参加过电子竞赛的高年级学生介绍参赛期间的注意事项及参赛体会;对历年的大学生电子竞赛题目、实现的方案、获奖小组的总结报告等进行深入的破析和讨论;让参赛学生对竞赛及要求有一个全面的了解.引导学生既要重视困难又不能畏惧困难,在充分认识本小组的优势与弱势的情况下,心理上充分地做好艰苦训练的准备.
组织责任心强、具有相当专业技术水平和经验丰富的老师,针对电子竞赛的特点,在模拟电路、数字电路、单片机应用技术方面进行讲解,讲解中对基本电路的原理,实现的方法,相关电路的主要性能指标及测试方法、设计及调试中需要注意的事项作简明的介绍,对涉及的电子元件进行实物展示,对一些辅助设计软件、查阅科技论文的方法及常用的电子元器件及应用的网站作一些推荐性的介绍.从历年的竞赛题目中确定各参赛小组的第一次训练题目,尽量做到各参赛小组选择不同的训练题目,按照电子竞赛的要求,规定在一个适当的时间内完成实物的制作、性能指标的测试、总结报告的撰写.然后由各小组对训练情况进行详细的介绍,各小组之间展开广泛的讨论,商讨是否有更好的实现方案,设计的电路及测试的结果是否合理,撰写的报告是否严谨,尽可能地发现训练中的不足之处,辅导老师根据各组的完成情况进行讲评.要求各小组根据讨论情况在1~2天时间内完善制作的实物及报告,同时要求各小组对另外小组的实物进行测试,通过相互交流在相对短的时间内能掌握更多的知识.在第一个实际系统设计后,协商电子设计竞赛第二次训练题目,要求尽可能多地涉及未曾接触的知识点,在规定的时间内完成设计任务,然后各小组演示实物的功能,测试电子系统的各项指标,注重测试方法是否正确,测试性能指标是否符合设计要求,对于差异较大的需要认真分析其原因,找出合理的解决方案并实施.最后,要求各参赛小组认真整理前一阶段培训完成的实物,单元电路要求注明电源要求、详细且清楚的输入输出接口信息,达到的性能指标并形成文字,软件要求有整体的说明,需要占用的资源说明、语句有详细的注释.辅导老师对培训中出现的问题向学生做详细的介绍,对竞赛中容易出现的问题也需要提醒学生.在参赛的前一天不安排具体的工作,保证学生能休息好,以极佳的状态参加电子设计竞赛.
4竞赛过程中的注意事项
4.1注意竞赛纪律全国电子设计竞赛采用全国统一命题、分赛区,“半封闭、相对集中”的组织方式.竞赛题目在竞赛开始时打开(如2009年全国大学生电子设计竞赛是9月2日8:00正式开始).每支参赛队限定在提供的A、B、C、D、E、F等题中任选一题;要求认真填写《登记表》内容,填写好的《登记表》由赛场巡视员暂时保存.参赛者必须是有正式学籍的全日制在校大学生,应出示能够证明参赛者学生身份的有效证件(如学生证)供随时备查.每队严格限制3人,开赛后不得中途更换队员.竞赛期间,可使用各种图书资料和网络资源,但不得在学校指定竞赛场地以外进行设计制作,不得以任何方式与他人交流,包括教师在内的非参赛队员必须回避,对违纪参赛队取消评审资格.竞赛开始后,为保证竞赛工作顺利进行,参赛学校应组织专人负责提供竞赛所需设备、元器件、后勤保障等工作.竞赛结束后(如2009年全国大学生电子设计竞赛是9月5日20:00竞赛结束),上交设计报告、制作实物及《登记表》,由专人封存,并在指定时间前送到指定地点.
4.2竞赛题目分析及方案设计参赛队员应仔细阅读所有竞赛题目,根据自己组3个队员的训练情况,选择相应的题目进行参赛制作.选择题目应注意题目中不应该有知识盲点,即要能够看懂题目要求.如果不能看懂题目要求,原则上该题目是不可选择的.设计制作分基本要求和发挥部分,一般各占50分,设计总结报告30-50分(2009年30分,以前50分).应注意的是基本要求的各项分值题目中没有给出,但在发挥部分给出了各小项的分值,选择题目时应仔细分析各项要求.确定竞赛题目的时间原则上不要超过两小时,题目一旦选定,中途不要随意更改.确定竞赛题目后,参赛小组的3个队员应认真讨论设计方案,设计方案应考虑制作的可行性,包括元器件是否能够采购到都必须考虑.设计方案可以提出一到两个,或者确定一个方案,对有些部分作出两个或者两个以上方案.同时应尽快提出元器件清单,确定元器件库中没有的元器件,提出采购清单.元器件采购清单应提供元器件名称、型号、规格、数量、替代型号及规格.确定方案的时间应不超过6小时.
4.3元器件的采购和设计装配制作元器件采购是保证竞赛顺利进行的基础,没有元器件,作品是不可能制作成功的.因为竞赛题目事先不知道,学生作出的设计方案也是各不相同,需要的元器件也是多种多样的,可以事先准备一些元器件,但不可能完全备齐.竞赛中采购是必须的.不同的院校在不同的城市,要保证能够采购到竞赛所需要的元器件,应在竞赛开始前两天,派1-2名老师到比较大的电子市场去采购,找好元器件供应商.竞赛开始后,竞赛学生不断的提出需要的元器件清单,由教师去购买,并以最快的速度运送给竞赛学生.在竞赛中,各队学生可以按照在训练中的分工,按照软件编程、硬件制作、设计总结报告写作三部分分头进行,每个队员各有侧重,注意分工合作.设计制作过程中,可以分模块设计、安装、调试,一步一步进行.3人之间要注意多沟通,多交流.遇到问题,要冷静处理,不要慌张.在设计、安装、调试的每一步,都需要两人以上进行核对和检查.特别是到总调试阶段,一定要格外小心,通电前一定要两人以上进行核对和检查,不要急于通电,否则通电烧掉作品而前功尽弃.作品应该在第四天的下午全部完成,到第四天下午没有完成的功能和指标,也就不要再做了.很有可能的是,为了追求更好的指标和功能,结果将已完成的部分弄坏了.负责设计总结报告写作的队员,要根据软件和硬件设计队员提供的电路图纸、程序清单等设计资料,按照设计总结报告写作要求进行整理.到第四天上午,除测试数据外,应全部完成.测试数据可以在作品调试完毕,竞赛结束前补充到设计总结报告中去.竞赛一般在第四天下午8点结束,上交设计报告、制作实物及《登记表》,由赛场巡视员封存.封存时应注意文件完整,符合竞赛要求.作品要妥善包装,要能防止运输和搬运过程中的冲击和振动.整个竞赛时间是四天三夜,要注意竞赛时间的合理安排,注意休息和饮食,参赛学校应组织专人负责提供饮食后勤保障,使参赛学生保持充沛的精力,圆满完成竞赛.
关键词:嵌入式技术; 教学方法
0前言
嵌入式技术是当今计算机技术中发展最快最热门的技术,嵌入式技术在当今得到了极其广泛的应用,已深入到各个应用领域,几乎是无所不及,主导应用的潮流,以致一些学者断言嵌入式技术将成为后PC时代的主宰。另伴随着巨大的产业需求,我国嵌入式系统产业的人才需求量也一路高涨,嵌入式开发将成为未来几年最热门最受欢迎的职业之一。嵌入式课程也在各个高校中逐步展开,我校《嵌入式技术与应用》课程在2009年12月作为校级精品课程申报,于2010年3月被批准为校级在建的精品课程,精品课程的建设过程中遇到许多的困难与问题,精品课程的建设过程也是我们解决这些问题与困难的过程。我们主要从以下几个方面做了一些工作。
1有针对性的制定培养目标,确定对学生的职业能力要求
嵌入式技术的涉及领域有几个方面常见的智能仪表、工业控制领域,机顶盒、路由器等方面的应用,个人电子产品的应用(这些产品往往需要友好的GUI图形界面),高端智能设备(涉及到智能机器人,医疗仪器、军事领域,航空航天领域)。为此,我们基于本专业学生毕业后大多就业于珠三角和长三角及湖北地区的中小型企业的现实,我们将学生将来就业的定位于中小型企业,经过我们专业教师的调研,我们对这些企业技术部门设置的岗位及岗位要求有了较好的认识,我们对每一个嵌入式行业相关必需具备的职业能力进行分解,然后再分析选取相应的教学内容,对不同的应用岗位所对应的不同的能力与知识要求作出了归纳与总结(如图1),为教学目标与教学内容的确定提供了依据。
图1职业岗位与能力要求
2让课程具有非常强的时效性,本课程是近来才刚刚设立的一门新兴课程,应该让学生接触与掌握社会上最新和最前沿的应用技术
IT领域的新技术发展令人应接不暇,虽然大学生在校期间需要学习的都是一些基础知识,但他们毕业走向社会后,必然要面对这些新技术,如果我们的教学内容陈旧,就会加长学生毕业后的适应周期;如果我们能够提供给学生更多接触这些新知识、新技术的机会,就会使学生毕业后能够迅速地融入到社会实际中。同时也能使我们的教学内容与这些新技术基本保持同步。
例如,在以往单片机的学习中只涉及到静态存储器的扩展,而在嵌入式系统中就会使用到动态存储器DDR技术,DDR技术的动态刷新、行列扫描和地址线的接法上都是比较新又比较有有用的技术,会让一些没有经验的学生感到困惑,在教学过程中,我们利用S3C44B0X芯片来构建最小系统的过程中来教给学生动态存储器的使用(如图2)。
图2 SDRAM HY57V641620与S3C44B0X的硬件接口电路
3本课程是一门综合性的课程,要学会它,必须能够综合应用计算机专业中所学的几乎所有软硬件技术
本课程会应用到计算机专业中所学的几乎所有软硬件技术、模拟电子技术、数字电子技术、计算机组成原理、C语言程序设计、单片机技术、微机原理、面向对象的程序设计、计算机操作系统原理、LINUX操作系统的应用等多种知识,这些知识在嵌入式系统中都会有所应用,嵌入式系统就是这些知识的综合体,实际上,嵌入式系统为学生掌握计算机技术提供了一个非常好的平台,要想很好地掌握嵌入式技术也必须掌握好这些知识。要让学生掌握这么多的知识就必须在项目中去学习,对教学内容与方法进行设计。针对学习的不同阶段,设计不同的项目与其对应(如图3),让学生在实践中体会这些知识的作用,掌握这些内容,以避免教学内容的枯燥。
图3 不通阶段都有对应的实践
4课程的实践性很强,在传递知识的同时要更加注重培养学生的实践动手能力,让学生积累经验
在教学的各个阶段中都安排有不同实践任务,让学生的能力由初级到高级逐步提升,在教学的最后还安排了课程设计,进行综合的 实践(如图4)。分层次逐步提高,由易到难,逐步综合首先让学生掌握基本的知识与技能,难度大的知识先放一下,在实践教学中通过实例来讲解,使学生更容易理解,采用直观、生动的教学方法 将知识与能力目标融入到具体的项目中以培养高等技术应用型人才为根本任务,将加强应用能力训练作为课程各项改革建设的中心 引导学生将“学”与“做”相结合,以达到学以致用,建立以“递进式模块化”的课程内容 ,初级阶段有基本实验、中级阶段有实训课程、高级阶段有课程设计任务。 转贴于
图4 由简单到复杂的训练方法
5积极开展课程设计,进行综合性的训练
例如,自制基于S3C4510的嵌入式系统及JTAG下载烧写工具。设计内容:在老师指导下设计S3C4510系统的原理图、PCB板图以及JTAG线缆的原理图与PCB板图,亲自买元件、制版、焊接、调试。编译、固化uClinux;完成JTAG烧写程序的编写,可以用标准C,也可以用VC,也编写LINUX系统下使用的版本。
图5自制基于S3C4510的嵌入式系统及JTAG下载烧写工具
图6 自制JTAG下载烧写工具原理图