信息化教學(xué)在《嵌入式系統(tǒng)》中的應(yīng)用

王麗輝

摘要：信息化教學(xué)應(yīng)用在嵌入式系統(tǒng)課程中，把傳統(tǒng)的以教為主、學(xué)為輔的教學(xué)模式轉(zhuǎn)變?yōu)橐越處煘橐龑?dǎo)，以學(xué)生為主體的自主性、探究性的教學(xué)模式。通過列舉教學(xué)實(shí)踐“單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)”，充分展示了信息化教學(xué)在嵌入式系統(tǒng)課程中的作用。

關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng) 信息化教學(xué) 教學(xué)實(shí)施 教學(xué)過程

信息化教學(xué)就是在信息化環(huán)境中，教學(xué)雙方借助現(xiàn)代教育媒體、教育信息資源和教育技術(shù)方法進(jìn)行的雙邊活動(dòng)。信息化教學(xué)的特點(diǎn)是：以現(xiàn)代信息技術(shù)為支撐；以現(xiàn)代教育理論為指導(dǎo)；強(qiáng)調(diào)構(gòu)建新型教學(xué)模式；強(qiáng)調(diào)在“做中學(xué)”，信息化教學(xué)更適合學(xué)生的學(xué)習(xí)需要和特點(diǎn)。

《嵌入式系統(tǒng)》課程是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)大四學(xué)員的專業(yè)必修課程。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)員掌握嵌入式系統(tǒng)的組成；熟練掌握嵌入式系統(tǒng)軟硬件的設(shè)計(jì)方法；掌握應(yīng)用系統(tǒng)的分析流程、設(shè)計(jì)步驟等；能夠運(yùn)用嵌入式系統(tǒng)的基本知識(shí)，解決裝備中的微計(jì)算機(jī)控制問題。本課程與其它多門學(xué)科聯(lián)系緊密，交叉性強(qiáng)，適合學(xué)生在老師的指導(dǎo)下進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。課程中涉及到的硬件工作原理以及程序設(shè)計(jì)，對(duì)于學(xué)生來說都比較抽象、難以理解，因此使用傳統(tǒng)的知識(shí)傳授方式很難達(dá)到理想的教學(xué)效果。

通過采用信息化教學(xué)，引入視頻、動(dòng)畫演示及仿真軟件等，讓學(xué)生自己動(dòng)手實(shí)踐，經(jīng)過學(xué)生的探究式自主學(xué)習(xí)、分組合作實(shí)現(xiàn)，可以調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，活躍學(xué)生的思維，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力，提高教學(xué)質(zhì)量。

下面以“單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)”這一實(shí)踐環(huán)節(jié)來說明信息化教學(xué)在《嵌入式系統(tǒng)》課程中的應(yīng)用。該任務(wù)的教學(xué)實(shí)施過程分為六個(gè)環(huán)節(jié)。

一、教學(xué)情境導(dǎo)入

使用真實(shí)教學(xué)情境，由十字路口交通燈場(chǎng)景引出本次任務(wù)。本次課利用單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱、面包板、AT89S52單片機(jī)及相應(yīng)的元器件等實(shí)現(xiàn)十字路口交通燈控制的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。首先讓學(xué)生觀察視頻中交叉路口紅、綠、黃三個(gè)交通燈的運(yùn)行，結(jié)合前面學(xué)習(xí)的單片機(jī)最小系統(tǒng)相關(guān)知識(shí)，啟發(fā)學(xué)生把生活中的現(xiàn)象與問題變?yōu)閷W(xué)習(xí)的對(duì)象，將生活中的實(shí)際問題和需要學(xué)習(xí)的相關(guān)知識(shí)緊密地聯(lián)系起來。從實(shí)際問題出發(fā)，運(yùn)用單片機(jī)知識(shí)對(duì)任務(wù)進(jìn)行思考，讓學(xué)生意識(shí)到可以利用已經(jīng)學(xué)習(xí)過的單片機(jī)知識(shí)來解決生活中的實(shí)際問題，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生全身心地更投入到學(xué)習(xí)中去。

二、仿真軟件使用

隨著仿真技術(shù)的快速發(fā)展，現(xiàn)在常用的仿真軟件除了能進(jìn)行原理布圖，自動(dòng)或人工布線及電路仿真的功能外，還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程，并實(shí)現(xiàn)軟件源碼級(jí)的實(shí)時(shí)調(diào)試，如有顯示及輸出，還能看到運(yùn)行后的輸入輸出效果。

在《嵌入式系統(tǒng)》課程的授課過程中，常利用Proteus仿真軟件進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)室教學(xué)，使學(xué)生完成硬件電路設(shè)計(jì)、軟件編程以及調(diào)試的過程。硬件電路設(shè)計(jì)結(jié)束后，學(xué)生可以通過編寫程序，使單片機(jī)的引腳按照人的需要輸出高低電平，來控制作為交通燈的二極管顯示來驗(yàn)證軟硬件設(shè)計(jì)是否正確。

引入Proteus仿真軟件，學(xué)生可以很直觀、完整地看到本次課要完成的任務(wù)，這是老師難以用語(yǔ)言來描述或利用一般教具來展示的。學(xué)生利用Proteus仿真軟件進(jìn)行軟件仿真調(diào)試時(shí)，可以很及時(shí)地發(fā)現(xiàn)硬件電路及軟件編程中存在的錯(cuò)誤，并及時(shí)調(diào)整，整個(gè)的軟硬件設(shè)計(jì)過程跟實(shí)際設(shè)計(jì)過程吻合，讓學(xué)生在發(fā)現(xiàn)問題，解決問題的過程中培養(yǎng)了自己軟硬件設(shè)計(jì)能力。

三、理論知識(shí)學(xué)習(xí)

針對(duì)理論知識(shí)很難理解，教師在課前通過網(wǎng)絡(luò)課程安排預(yù)習(xí)任務(wù)，并在網(wǎng)絡(luò)課程中放置學(xué)生需要了解最新的知識(shí)點(diǎn)的課件、視頻、動(dòng)畫演示等。學(xué)生課前在網(wǎng)絡(luò)課程中學(xué)習(xí)理論知識(shí)，再通過網(wǎng)絡(luò)課程中的在線測(cè)試對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行鞏固。課上教師通過問題引導(dǎo)，將知識(shí)點(diǎn)串起來，為學(xué)生搭建整體的知識(shí)框架，這部分以“學(xué)”為中心。

四、硬件示范教學(xué)

這個(gè)環(huán)節(jié)，以“示范教學(xué)”為中心，本次課需要學(xué)生搭設(shè)硬件電路，電路的設(shè)計(jì)及搭建必須按照設(shè)計(jì)及操作規(guī)范進(jìn)行，這是學(xué)生必須掌握，并且要形成操作習(xí)慣。因此在學(xué)生進(jìn)行動(dòng)手搭設(shè)硬件電路之前，需要教師結(jié)合以前學(xué)到的相關(guān)理論知識(shí)，根據(jù)學(xué)生利用仿真軟件設(shè)計(jì)出來的電路，按照標(biāo)準(zhǔn)操作流程進(jìn)行硬件電路的搭建演示。

五、分組協(xié)作學(xué)習(xí)

課堂上經(jīng)常需要學(xué)生通過仿真軟件搭建電路、編寫程序并進(jìn)行軟件調(diào)試，工作量較大，由一個(gè)人獨(dú)立完成比較困難，因此實(shí)踐課上將學(xué)生分組，每組2～3個(gè)人。在進(jìn)行軟硬件設(shè)計(jì)時(shí)，可以開展小組討論協(xié)商，分工合作，通過這樣的協(xié)作學(xué)習(xí)，小組成員群體的思維和智慧就可以獲得最大的成效，整個(gè)學(xué)習(xí)小組共同完成復(fù)雜任務(wù)的同時(shí)幫助學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)深入理解，也可以培養(yǎng)學(xué)生協(xié)作學(xué)習(xí)的意識(shí)和研究探索的精神。

在進(jìn)行單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)的整個(gè)教學(xué)過程中，老師只是起輔助性的指導(dǎo)作用，多鼓勵(lì)、多肯定學(xué)生的行為，把傳統(tǒng)的被動(dòng)式學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)樽灾魈骄渴綄W(xué)習(xí)，體現(xiàn)了以學(xué)生為主體的教學(xué)方式。

六、實(shí)踐環(huán)節(jié)實(shí)施

在進(jìn)行實(shí)踐環(huán)節(jié)實(shí)施時(shí)，使用單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱、面包板、AT89S52單片機(jī)及相應(yīng)的元器件等實(shí)現(xiàn)十字路口交通燈控制的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。將實(shí)踐環(huán)節(jié)設(shè)置成三個(gè)層次的任務(wù)：（1）設(shè)計(jì)完成一個(gè)綠燈的顯示；（2）紅燈和綠燈的有序顯示；（3）紅綠黃三個(gè)交通燈的有序顯示，三個(gè)任務(wù)從易到難。

教師引導(dǎo)學(xué)生從簡(jiǎn)單的任務(wù)開始，在分析問題、解決問題的過程中，培養(yǎng)動(dòng)手能力、培養(yǎng)學(xué)生將理論應(yīng)用于實(shí)踐的能力；同時(shí)在成功完成簡(jiǎn)單任務(wù)的過程中，培養(yǎng)學(xué)員的成就感；隨著任務(wù)難度逐漸增加，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

七、學(xué)生學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)

從過程性評(píng)價(jià)、機(jī)評(píng)、互評(píng)、師評(píng)四個(gè)方面對(duì)學(xué)生進(jìn)行評(píng)價(jià)。過程性評(píng)價(jià)主要是期末考試；在網(wǎng)絡(luò)課程中進(jìn)行課程預(yù)習(xí)及復(fù)習(xí)成果會(huì)由機(jī)器來評(píng)價(jià)；小組成員進(jìn)行互相評(píng)價(jià)；教師對(duì)于小組軟硬件設(shè)計(jì)成果進(jìn)行評(píng)價(jià)。完善評(píng)價(jià)機(jī)制可以更合理地評(píng)價(jià)學(xué)生的進(jìn)步、促進(jìn)學(xué)生在原有水平上的提高、培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)思考的意識(shí)。

信息化教學(xué)就是將信息化元素融入教學(xué)中，可以部分地解決傳統(tǒng)教學(xué)中的問題。針對(duì)教材更新較慢的問題：在課堂上可以教材為輔助，主要利用網(wǎng)絡(luò)資源，為學(xué)生提供最新的教學(xué)資源，并且創(chuàng)設(shè)出最貼近實(shí)際的教學(xué)情境；針對(duì)教學(xué)中的理論知識(shí)相對(duì)枯燥的問題：網(wǎng)上的資源相對(duì)豐富，以豐富的信息為中心，進(jìn)行教學(xué)理論知識(shí)的講授和實(shí)踐部分的設(shè)計(jì)，可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性。

隨著計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的發(fā)展，在信息化教學(xué)中，可以利用先進(jìn)的仿真軟件，以學(xué)生為主體，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行軟硬件的設(shè)計(jì)，有利于學(xué)生知識(shí)能力和信息處理能力的提高，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神。

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