论文部分内容阅读
摘要:充分利用扬州大学机械专业单片机课程计划紧接在8086微机原理课程之后的有利条件,采用对比教学方法,要求学生重点掌握单片机的特点,单片机各种片内外设的应用,单片机软件编写的基本规律, 着重培养学生应用单片机设计控制系统及编写程序的能力。课程内容方面既保持理论的系统性, 又注意联系工程实际, 并且重视思维方法的培养。
关键词:单片机;研究型教学;定时器
作者简介:王昌龙(1963-),男,江苏扬州人,扬州大学机械工程学院,教授,工学博士,主要研究方向:传感器及智能测控系统。(江苏 扬州 225009)
基金项目:本文系江苏省教委基金项目(项目编号:06KJB510135)的研究成果。
单片机在智能仪器、工业控制、机电一体化等方面应用非常广泛,扬州大学(以下简称“我校”)机械专业开设单片机类的课程已有若干年历史。在当前形势下,实践能力和创新精神是对21世纪高素质人才的基本要求,如何运用现代化的教学手段,充分利用学院搬迁到新校区较为充裕的机电实验实习教学条件,提高学生的动手能力和创新能力,是当前机械专业单片机教学亟待解决的问题。
我们以培养学生的实践能力和创新精神为目标,不断地改革和完善单片机教学的内容和方法,激发学生学习单片机技术的学习兴趣,从而充分发挥学生的主观能动性和创造性。因此,对于这门课程的教学,我们转变授课观念,在讲述的过程中尽量联系生产生活实际。
一、贯彻以学生为学习主体的教学理念
我校机械电子工程专业集中了一批经验丰富、水平较高的从事单片机教学和科研活动的老师,这是我们开展单片机课程研究型教学的基础。为了培养学生的创新意识和创新能力,必须进行教学改革,确立学生是教育过程主体的观念,激发学生学习的主动性。[1]首先要改变教学观念,在充分发挥教师主导作用的同时,培养学生主动学习的兴趣,大胆提出自己的见解,改变单向接受知识、死记硬背的旧模式,使师生间能够在平等和谐的气氛中进行交流和沟通,增强学生的学习主动性和学习过程中的主体意识。
通过开展研究型教学,强化学生学习最终必须靠学习者自己完成的观念,使更多学生参与到教学研究活动中,让课堂充满活力。通过生动有趣的应用案例教学,在学生中形成“单片机不仅好学而且有乐趣”的气氛,并且引导他们不断深入,体验单片机程序变幻无穷的功能。鼓励学生超前进行自学,带着问题上课,创造条件帮助部分学生开始进行单片机应用系统的设计,参与到教师的科研课题中来。
二、理论教学模式改革
1.改革传统的教学思路, 不同章节有所侧重
传统的教学思路是按照教材的顺序,先讲单片机硬件基础知识,再讲指令系统和汇编语言程序的编制,最后讲系统扩展技术和单片机应用实例。学生只有在课程学习到最后才接触到单片机的实际应用系统,而在此之前的学习由于应用性不明确,学生感到枯燥乏味,故而学习的兴趣不高。实际上市面上的单片机品种成千上万,从8位到32位应有尽有,从简单到复杂功能品种齐全,系统扩展变得意义不大,这部分内容可以一带而过,省下时间侧重解决应用问题。[2]
为提高学生的学习兴趣,在课程学习的开始,先给学生展示了我们开发的单片机应用产品,如一次性体温计、直流电机控制器、汽车空调单片机控制系统等,使学生体会到单片机技术的实用性,从而激发他们学习的兴趣和求知欲,然后再开始讲解课程内容。
在单片机内部定时器教学过程中,我们采用以日常生活中的应用为突破口,进行启发式教学的方法,举一反三,发散思维,教学效果较好。
2.课题早布置,带着使命去学习
创新人才的特点之一是具有创新能力。所谓研究型教学,就是教师指导学生,一开课就布置与所授课程紧密相关的课题,逐步深入进行研究,并使学生掌握课题研究方法,培养学生学以致用的能力和从事科研工作的能力,课程结束,问题解决。以往这种教学是采用“课程设计”、“毕业设计”、“大学生科技竞赛活动”等方式进行,这一次我们寓于课程教学过程中,收效很好,并对类似问题类推解决。[3]
其实我们在多年来的单片机教学过程中,早就注意到有些学生对这门课程表现出很浓厚的兴趣,甚至有强烈的研究愿望,看到老师课堂上演示的各种单片机应用系统就跃跃欲试。有的学生主动买来各种元器件和电烙铁等制作工具动手尝试,我们就因势利导,指导他们购买合适的简易单片机开发装置,首先在评估板上实现各种功能,降低由于硬件电路制作水平有限造成开发失败的风险,提高积极性。再以此为出发点,把教师的科研项目分解成一些比较简单的单片机应用系统模块,让学生们搭建自己的应用系统,实现一定的功能,满足一定的工程需要。
课程学习结束后对于有兴趣的学生,根据自愿的原则,仍可继续参与一些课外小型科研项目,对采用研究型教学培养学生的科研能力和创新能力做进一步的探索。有选择性地对一些学生开展研究型教学,不仅能培养学生的实践能力和整体素质,为毕业设计奠定基础,而且能给教师的科研工作提供一些支持,探索一条培养创新人才的新途径。
3.以定时器为突破口,思维变得活跃了
学习定时器时正值冬天,气温低于10℃,实验室的电冰箱停止了工作,切换到黄灯可以工作,但是上下都结冰,冷藏室也变成了冷冻室。提示学生能否设计基于单片机定时器和固态继电器以及热敏电阻的控制电路。气温低于10℃时间断供电,除打开黄灯外冰箱不做任何改动,但实际上已经放弃了冰箱内的温度传感器,在冰箱外根据环境温度间断供给220V交流电,因冰箱不宜频繁启动,因此定时器控制的通断周期可以设定到每小时一次,至于每次通断具体时间比由环境温度决定,既省电,又保鲜。
然后扩散思维,提出夏天为了节能减排,提倡提高空调温度,多用电风扇,可是夜间睡觉时哪怕是小风扇也不宜恒速运转,风扇恒速运转对人体不利,自然风最好。指导学生用单片机定时器控制固态继电器,每次通断周期不到1秒,采用不同的占空比模仿自然风,有时风大,有时风小,有时停,非常舒适。
推而广之,多数家庭使用价廉物美不带微机控制的电饭锅。但是煮干饭时第一次要等到水烧干才跳起,进入保温状态。这时候已有一些液体沸出,锅底米饭也形成了少量锅巴。米汤溢出损失营养、浪费电,还要打扫卫生。实际上一旦烧到100℃,只要水不干,火再大温度也不可能再上升,单片机定时器以10秒为周期控制间断供电,占空比20%左右,维持100℃即可,既省电又不会溢出。显然不可能人工操作。我们设计了图1所示的单片机控制电路,并进行了实际演示。
图1中的空城计功能令人捧腹,时值春节前后,用单片机定时功能控制一盏电灯,模仿家中有人时的开关灯规律,每天晚上亮灯,偶尔关掉几分钟,十点半左右熄灯。用于年轻人回老家过年又担心小家被盗,激发了学生浓厚的学习兴趣。
在此基础上学生举一反三,利用定时器编出了十几种功能,目前该产品已申请国家发明专利。
4.借助单片机仿真软件辅助教学
单片机仿真软件如Keil-C、Dice等都具有强大的仿真功能和良好的人机交互界面,利用仿真软件来讲解汇编语言指令及程序的编制和运行非常便利,学生立刻可以看到指令执行的结果。
由于互联网有着丰富的教学资源,可引导学生在课余时间利用网上数字图书馆来查找学习资料,访问好的单片机学习网站和技术论坛,了解单片机应用热点和发展趋势,探讨学习中的各种问题,使课堂教学延伸到课外。
三、实践教学模式改革
改革的思路与方案如下。
(1)利用新校区空间充足的优势,建设一个开放性的、规范的、有利于发挥学生聪明才智的、集教学与科研于一体的单片机创新教育教学基地。
(2)开设大型综合设计实验,注重在实验教学中学生创新设计能力的培养,并利用他们的实践成果自制教学仪器,供后续班级使用。
(3)开创实验教学的新模式,增加探究型实验、综合应用型及设计型实验和应用系统开发实验。
(4)制定并规范基地的管理制度、学科小组守则、学生创新设计守则等规章制度,不断探索实验室建设、管理模式。建成开放式创新实践基地,由教师和学科小组学生以及研究生负责管理,学生随时都可以到实验室做实验,探索建立适合素质教育、创新教育的实践环节教学运行机制和管理机制,逐步形成学研结合、课内外结合、理论教学与实践教学相结合的创新教育基地。
(5)开设大型综合设计实验项目,制定设计任务书(给出软硬件资源,实验要达到的效果等),取代原实验指导书。将科研方法训练、机电综合设计、创新设计及毕业设计等实践教学内容融合到大型综合设计实验项目中,使原来分散的小型模拟设计与训练集成为一个大型的系统设计项目,培养学生的创新设计能力和强化现代工程意识。
参考文献:
[1]屈莉莉.“单片机原理”课程教改初试[J].高等工程教育研究,2002,(1).
[2]姜仲秋.单片机课程教学改革与创新人才培养模式探讨[J].安徽警官职业学院学报,2006,(6).
[3]唐锐.机械类专业单片机原理及应用课程的教改探索[J].攀枝花学院学报,2006,(1).
(责任编辑:麻剑飞)
关键词:单片机;研究型教学;定时器
作者简介:王昌龙(1963-),男,江苏扬州人,扬州大学机械工程学院,教授,工学博士,主要研究方向:传感器及智能测控系统。(江苏 扬州 225009)
基金项目:本文系江苏省教委基金项目(项目编号:06KJB510135)的研究成果。
单片机在智能仪器、工业控制、机电一体化等方面应用非常广泛,扬州大学(以下简称“我校”)机械专业开设单片机类的课程已有若干年历史。在当前形势下,实践能力和创新精神是对21世纪高素质人才的基本要求,如何运用现代化的教学手段,充分利用学院搬迁到新校区较为充裕的机电实验实习教学条件,提高学生的动手能力和创新能力,是当前机械专业单片机教学亟待解决的问题。
我们以培养学生的实践能力和创新精神为目标,不断地改革和完善单片机教学的内容和方法,激发学生学习单片机技术的学习兴趣,从而充分发挥学生的主观能动性和创造性。因此,对于这门课程的教学,我们转变授课观念,在讲述的过程中尽量联系生产生活实际。
一、贯彻以学生为学习主体的教学理念
我校机械电子工程专业集中了一批经验丰富、水平较高的从事单片机教学和科研活动的老师,这是我们开展单片机课程研究型教学的基础。为了培养学生的创新意识和创新能力,必须进行教学改革,确立学生是教育过程主体的观念,激发学生学习的主动性。[1]首先要改变教学观念,在充分发挥教师主导作用的同时,培养学生主动学习的兴趣,大胆提出自己的见解,改变单向接受知识、死记硬背的旧模式,使师生间能够在平等和谐的气氛中进行交流和沟通,增强学生的学习主动性和学习过程中的主体意识。
通过开展研究型教学,强化学生学习最终必须靠学习者自己完成的观念,使更多学生参与到教学研究活动中,让课堂充满活力。通过生动有趣的应用案例教学,在学生中形成“单片机不仅好学而且有乐趣”的气氛,并且引导他们不断深入,体验单片机程序变幻无穷的功能。鼓励学生超前进行自学,带着问题上课,创造条件帮助部分学生开始进行单片机应用系统的设计,参与到教师的科研课题中来。
二、理论教学模式改革
1.改革传统的教学思路, 不同章节有所侧重
传统的教学思路是按照教材的顺序,先讲单片机硬件基础知识,再讲指令系统和汇编语言程序的编制,最后讲系统扩展技术和单片机应用实例。学生只有在课程学习到最后才接触到单片机的实际应用系统,而在此之前的学习由于应用性不明确,学生感到枯燥乏味,故而学习的兴趣不高。实际上市面上的单片机品种成千上万,从8位到32位应有尽有,从简单到复杂功能品种齐全,系统扩展变得意义不大,这部分内容可以一带而过,省下时间侧重解决应用问题。[2]
为提高学生的学习兴趣,在课程学习的开始,先给学生展示了我们开发的单片机应用产品,如一次性体温计、直流电机控制器、汽车空调单片机控制系统等,使学生体会到单片机技术的实用性,从而激发他们学习的兴趣和求知欲,然后再开始讲解课程内容。
在单片机内部定时器教学过程中,我们采用以日常生活中的应用为突破口,进行启发式教学的方法,举一反三,发散思维,教学效果较好。
2.课题早布置,带着使命去学习
创新人才的特点之一是具有创新能力。所谓研究型教学,就是教师指导学生,一开课就布置与所授课程紧密相关的课题,逐步深入进行研究,并使学生掌握课题研究方法,培养学生学以致用的能力和从事科研工作的能力,课程结束,问题解决。以往这种教学是采用“课程设计”、“毕业设计”、“大学生科技竞赛活动”等方式进行,这一次我们寓于课程教学过程中,收效很好,并对类似问题类推解决。[3]
其实我们在多年来的单片机教学过程中,早就注意到有些学生对这门课程表现出很浓厚的兴趣,甚至有强烈的研究愿望,看到老师课堂上演示的各种单片机应用系统就跃跃欲试。有的学生主动买来各种元器件和电烙铁等制作工具动手尝试,我们就因势利导,指导他们购买合适的简易单片机开发装置,首先在评估板上实现各种功能,降低由于硬件电路制作水平有限造成开发失败的风险,提高积极性。再以此为出发点,把教师的科研项目分解成一些比较简单的单片机应用系统模块,让学生们搭建自己的应用系统,实现一定的功能,满足一定的工程需要。
课程学习结束后对于有兴趣的学生,根据自愿的原则,仍可继续参与一些课外小型科研项目,对采用研究型教学培养学生的科研能力和创新能力做进一步的探索。有选择性地对一些学生开展研究型教学,不仅能培养学生的实践能力和整体素质,为毕业设计奠定基础,而且能给教师的科研工作提供一些支持,探索一条培养创新人才的新途径。
3.以定时器为突破口,思维变得活跃了
学习定时器时正值冬天,气温低于10℃,实验室的电冰箱停止了工作,切换到黄灯可以工作,但是上下都结冰,冷藏室也变成了冷冻室。提示学生能否设计基于单片机定时器和固态继电器以及热敏电阻的控制电路。气温低于10℃时间断供电,除打开黄灯外冰箱不做任何改动,但实际上已经放弃了冰箱内的温度传感器,在冰箱外根据环境温度间断供给220V交流电,因冰箱不宜频繁启动,因此定时器控制的通断周期可以设定到每小时一次,至于每次通断具体时间比由环境温度决定,既省电,又保鲜。
然后扩散思维,提出夏天为了节能减排,提倡提高空调温度,多用电风扇,可是夜间睡觉时哪怕是小风扇也不宜恒速运转,风扇恒速运转对人体不利,自然风最好。指导学生用单片机定时器控制固态继电器,每次通断周期不到1秒,采用不同的占空比模仿自然风,有时风大,有时风小,有时停,非常舒适。
推而广之,多数家庭使用价廉物美不带微机控制的电饭锅。但是煮干饭时第一次要等到水烧干才跳起,进入保温状态。这时候已有一些液体沸出,锅底米饭也形成了少量锅巴。米汤溢出损失营养、浪费电,还要打扫卫生。实际上一旦烧到100℃,只要水不干,火再大温度也不可能再上升,单片机定时器以10秒为周期控制间断供电,占空比20%左右,维持100℃即可,既省电又不会溢出。显然不可能人工操作。我们设计了图1所示的单片机控制电路,并进行了实际演示。
图1中的空城计功能令人捧腹,时值春节前后,用单片机定时功能控制一盏电灯,模仿家中有人时的开关灯规律,每天晚上亮灯,偶尔关掉几分钟,十点半左右熄灯。用于年轻人回老家过年又担心小家被盗,激发了学生浓厚的学习兴趣。
在此基础上学生举一反三,利用定时器编出了十几种功能,目前该产品已申请国家发明专利。
4.借助单片机仿真软件辅助教学
单片机仿真软件如Keil-C、Dice等都具有强大的仿真功能和良好的人机交互界面,利用仿真软件来讲解汇编语言指令及程序的编制和运行非常便利,学生立刻可以看到指令执行的结果。
由于互联网有着丰富的教学资源,可引导学生在课余时间利用网上数字图书馆来查找学习资料,访问好的单片机学习网站和技术论坛,了解单片机应用热点和发展趋势,探讨学习中的各种问题,使课堂教学延伸到课外。
三、实践教学模式改革
改革的思路与方案如下。
(1)利用新校区空间充足的优势,建设一个开放性的、规范的、有利于发挥学生聪明才智的、集教学与科研于一体的单片机创新教育教学基地。
(2)开设大型综合设计实验,注重在实验教学中学生创新设计能力的培养,并利用他们的实践成果自制教学仪器,供后续班级使用。
(3)开创实验教学的新模式,增加探究型实验、综合应用型及设计型实验和应用系统开发实验。
(4)制定并规范基地的管理制度、学科小组守则、学生创新设计守则等规章制度,不断探索实验室建设、管理模式。建成开放式创新实践基地,由教师和学科小组学生以及研究生负责管理,学生随时都可以到实验室做实验,探索建立适合素质教育、创新教育的实践环节教学运行机制和管理机制,逐步形成学研结合、课内外结合、理论教学与实践教学相结合的创新教育基地。
(5)开设大型综合设计实验项目,制定设计任务书(给出软硬件资源,实验要达到的效果等),取代原实验指导书。将科研方法训练、机电综合设计、创新设计及毕业设计等实践教学内容融合到大型综合设计实验项目中,使原来分散的小型模拟设计与训练集成为一个大型的系统设计项目,培养学生的创新设计能力和强化现代工程意识。
参考文献:
[1]屈莉莉.“单片机原理”课程教改初试[J].高等工程教育研究,2002,(1).
[2]姜仲秋.单片机课程教学改革与创新人才培养模式探讨[J].安徽警官职业学院学报,2006,(6).
[3]唐锐.机械类专业单片机原理及应用课程的教改探索[J].攀枝花学院学报,2006,(1).
(责任编辑:麻剑飞)