学术期刊发表网是专业正规学术期刊投稿|学术论文发表网站

学术期刊发表网

学术期刊发表网提供教育论文范文、教育论文发表服务
学术期刊发表网>教育论文免费文献>单片机课程“学教并重”混合式教学探索

单片机课程“学教并重”混合式教学探索

学术期刊发表网 位置:教育论文 时间:2021-05-21 09:01 (12)

摘要:摘 要: 在当前减学时强能力的教育环境下,依据单片机课程特点、教学中存在的问题,并结合本专业实际情况,提出 了实验与理论紧密结合的学教并重混合式教学模式。利用信息化教学

  摘 要: 在当前“减学时强能力”的教育环境下,依据单片机课程特点、教学中存在的问题,并结合本专业实际情况,提出 了实验与理论紧密结合的“学教并重”混合式教学模式。利用信息化教学手段对课前、课中、课后所有实验和理论教学环节进 行了设计,引进 Keil+Protues 虚拟仿真技术,采用“学教并重”教育理念,分层设计了实验项目、优化了教学内容。教学实践表 明,这种教学模式能有效提高教学效率,培养学生自主学习、实践和创新能力。

  关键词: 单片机; 混合式教学; 虚拟仿真技术; 学教并重

单片机课程“学教并重”混合式教学探索

  单片机技术被广泛应用于家用电器、工业自动化、智能 家居、物联网等领域,该课程是一门应用性、实践性和综合性 很强的课程。本课程涉及数电、模电、C 语言、控制理论、电 机学、电力电子技术等知识,是教育部和工信部举办的各项 大学生竞赛必不可少的工具[1],在大学生创新创业实践活动 中起着重要作用,在电气、自动化、机电一体化、通信等专业 课程教学体系中起着承上启下的作用。 然而,本课程学时数却在不断缩减,且很多高校的授课 对象已从大三学生变为无计算机硬件知识和无专业知识的 大二学生。在当前“减学时强能力”的教育环境下,对课程教 学改革迫在眉睫。

  一、课程教学存在的问题

  ( 一) 理论和实验教学脱节

  本课程理论知识点繁杂、内容抽象,在教学中既须掌握 硬件设计、软件设计,也须掌握硬件与软件的协调设计、协调 仿真和协调调试,因此其理论和实验教学必须紧密结合。目 前,教学多数仍是“先讲解理论、后进行实验”。授课与实验 时间可能相差 1 ~ 2 周,学生在学习中产生的想法和存在的疑 问不能得到及时验证和解决,学习主动性下降。

  ( 二) 教学模式待改进

  教学模式主要有三种: “以教师为中心”填鸭式、以“学生 为中心”翻转课堂式和“学教并重”混合式。填鸭教学,学生 被动学习,不适合创新性人才培养。翻转课堂教学可培养学 生自主学习能力,但对于无计算机硬件知识的大二学生来 说,很难掌握单片机“软硬件兼施开发与应用”。课堂面授、 MOOC、翻转课堂、虚拟仿真实验等相结合的“学教并重”混 合式教学开始出现[2-4],而如何根据本课程特点,进行混合式 教学需要深入研究。

  ( 三) 教学内容需更新

  实验系统集成度高,实验中学生常只进行简单连线,不 能自行设计与搭建硬件,使得学生对实验原理不能充分掌 握,且常因实验器材等的限制,放弃有创新的设计,挫伤学生 实验的积极性。虽然不少高校开展“虚拟仿真实验教学”,旨 在探索个性化、智能化、泛在化实验教学新模式,但还处于起 步阶段。此外,随着单片机技术( 如嵌入式、云技术、物联网、 互联网+人工智能等) 迅猛发展,需更新教学内容,来满足应 用创新型人才培养需求。

  二、课程教学模式改革探索

  依据课程特点和教学中存在的问题,结合本校电气工程 与自动化专业实际情况: 授课学时仅 40、授课人数 400 多人, 授课对象为无计算机硬件知识和专业知识的大二学生,课程 组引进 Keil+Protues 虚拟仿真技术,采用“学教并重”教育理 念,利用雨课堂、MOOC、超星、单片机技术等各种网络平台, 打破教学上时间与空间的壁垒,提出下图所示的实验与理论 紧密结合的混合式教学模式,对课前、课中、课后所有教学环 节进行了设计。实践教学中,将单片机实验分为 4 个层次, 并依据这 4 个层次实验、优化教学方式和内容。

  (一)基础层实验

  基础层实验,如 Keil+Proteus 流水灯控制实验,是针对 51 系列单片机理论知识点设置的验证性实验,教学方式上以教 师为主。理论课上,教师借助雨课堂将知识点与虚拟仿真实 验结合( 例表 1 仿真实验与理论知识点的链接) ,实现课堂信 息化沟通,采用演示法、讲练互评等教学方法,营造自主学习 氛围,学生依据资料和授课,快速掌握课程基础知识、Keil+ Proteus 仿真软件及其调试等技能。

  (二)设计层实验

  设计层实验是融合若干知识点设置的“虚拟仿真+实物 验证”实验。课程将输入、输出电路加上单片机的查询、中断 及定时器控制等,构成难度适中的“硬件模块+软件模块”设 计层实验,如按键控制数码管、外部中断温度预警控制、定时 器按键扫描 LCD 显示等。教学方式上教师与学生并重。理 论课上,教师借助雨课堂演示和讲练该类实验的知识点、设 计思想和难点。课堂下,学生利用 Keil+Protues 软件编写程 序、设计电路完成整个仿真调试。实验课上,学生利用实验 器材,依据仿真原理进行实物连接,排查电路,进行实物调 试,最终完成“虚拟仿真+实物验证”相结合的实践体检。此 类实验可加强学生对课程三大主题: “软硬件的协同设计、协 同仿真和协同调试”的理解和灵活运用。

  ( 三) 应用层实验

  设计具有应用背景的单片机系统,是单片机走向应用的 关键。为了保证应用层实验顺利完成,将实验由易到难分为 三个模块: ( 1) 模块 1,数字时钟、简易报警器、可调 PWM 输 出控制器、简易计算器等; ( 2) 模块 2,波形发生器、电压采集 显示控制、步进电机控制等; ( 3) 模块 3,温度检测报警系统、 出租车计价器、万年历等。教学方式上以教师为辅,学生为 主。学期开课时,教师将实验项目发放,并为学生提供参考 资料,学生可按照自身水平进行选择。课堂下,学生基于“软 硬件模块化设计思想”,利用 Keil+Protues 仿真软件编写主程 序和各个模块化子程序,并设计各模块硬件电路,完成整个 “硬件模块+软件模块”仿真调试、PCB 制版和三维 PCB 生成 等“虚拟仿真系统”内容。限于学时少和学生过多,实验课上 仅要求学生展示和互评“虚拟仿真系统”。对于有制作实物 需求的学生,实验室提供辅导。该实验过程包含着对课程内 容的全面领悟、对应用的初步体验、以及对模电、数电、电机 学等知识的综合应用,这三者均属于深刻的实践经历。

  ( 四) 创新综合层实验

  创新综合层实验为结合社会研究热点和本专业特点的 具有极强应用背景的实验,如电机智能控制系统[1,5]、电磁馈 能悬架控制系统[6,7]和环境智能监测仪等。教学方式上,学 生和教师共同利用课余时间完成收集资料、商定方案、调试 和验证等过程。 步进电机作为电气自动化专业的典型执行元件,具有成 本低、快速启停、定位准确及步距误差不累计等优点,被广泛 用在数控设备、机器人、家居和医疗等领域中[5],也在大学生 各种科技竞赛中广泛采用[1]。本课程将“基于 STM32 的步 进电机智能控制系统”实物制作实验作为创新综合层实验项 目。该系统分为手动按钮、语音、手机 APP、电机驱动、电机 等模块,可通过按钮、语音、手机远程这三种方式控制步进电 机,极大拓宽了电机的使用范围,真正实现了理论、实践与应 用的高度融合。

  电磁馈能半主动悬架[6]可利用旋转或直线电机回收车 辆悬架上可观的振动能,有望解决被动悬架阻尼不可调、减 振效果差的问题,也有望克服主动悬架高能耗减振的缺陷, 因而成为研究热点。本课程将“基于单片机的电磁悬架半主 动控制系统”这一复杂工程问题的仿真实验作为创新综合层 实验项目。该控制系统采用天棚算法和双滞环电流控制器 相结合的混合控制策略,利用单片机生成晶体管 Q1-Q4 的脉 冲信号 S1-S4 来控制 AC/DC 双向变换器,来实现低能耗馈能 减振。该实验项目利用本课程应用层实验中“波形发生器” 和“电机控制”等内容,建立了单片机课程与同步课程( 如数 电、模电等) 和后续专业核心课程( 如自动控制理论、电力电 子技术、电机学等) 之间的联系,是单片机在新能源汽车智能 控制中的典型应用[7]。 该类创新综合层实验项目可促进学生综合能力提高,同 时加强教师实践性知识的积累和教学内容的整合能力,促进 教师职能向导师职能的转变。

  三、结语

  依据课程特点、教学中存在的问题,结合本专业实际情 况,提出了实验与理论紧密结合的“学教并重”混合式教学模 式。实现了“学以致用”的教学目标,培养了学生自主学习、 实践和创新能力,提高了教师的综合能力,推进了课程优质 建设。

  参考文献:

  [1]冯涛,李擎,崔家瑞,等.面向大学生科技竞赛的步进 电机控制创新教学实训平台设计[J].实验技术与管理,2020, 37( 11) : 110-115.

  [2]王通,朱士虎.“单片机原理与应用”课程教学改革研 究[J].科技风,2020,7: 35-36.

  [3]曾妍.《单片机技术》混合教学模式研究与实践[J]. 教育现代化,2018,5( 46) : 119-121.

  [4]乔莉,魏海波.基于翻转课堂和虚拟仿真的单片机教 学改革[J].实验技术与管理,2018,35( 3) : 112-114.

  [5]邵杰.单片机技术在阀门电动执行机构中的逐步应 用和发展[J].科技创新与应用,2018,6: 53-56.

  [6]戴建国,王程,刘正凡,等.馈能悬架技术研究综述 [J].科学技术与工程,2018,18( 30) : 131-139.

  [7]郜浩楠,徐俊,蒲晓晖,等.面向新能源汽车的悬架振动 能量回收在线控制方法[J].西安交通大学学报,2020,54( 4) : 19-26.

  作者:曹淑瑛 郑加驹 耿读艳 孙景峰 王宇哲

  推荐阅读:基于软硬件协同仿真的单片机课程改革


转载请注明来自:http://www.accuratebiogene.com/jylw/22356.html


与“单片机课程“学教并重”混合式教学探索”相关的学术论文范文推荐

1、混合式教学模式在电机拖动与控制课程中的应用
摘要:摘 要: 在应用型高校中,电机拖动与控制课程使用的是专业教材。除此之外,其还是多门课程的有机整合,包括电机...查看详情

2、大学物理在线开放课程建设的探索与实践
摘要:摘要:在线开放课程的建设是为了改善现有的教学方式,提高教学质量,适应新时代。在大学物理在线开放课程建设的...查看详情

3、高职学前教育专业英语网络课程资源开发与应用研究
摘要:摘要:随着二孩政策的开放,学前教育受到了社会的重视。同时,国家对学前教育的政策支持让学前教育进入了发展...查看详情

4、无线传感器网络技术课程思政建设探索
摘要:摘要:在新时代环境下,把思政教育真正贯穿于高等教育工作的全过程变得越来越重要,但如何实现专业课程与思想...查看详情

5、技工院校计算机网络技术专业课程教学的微课应用
摘要:摘要:2020年11月21日,第二届全国技工院校教师职业能力大赛落下帷幕。纵观往届大赛中,可以看出教师对于课堂的设...查看详情

学术期刊发表网提供论文、论文发表、论文修改以及期刊征稿等服务
教育论文发表热线
少女邪恶动画激情版