国产日韩欧美一区二区三区三州_亚洲少妇熟女av_久久久久亚洲av国产精品_波多野结衣网站一区二区_亚洲欧美色片在线91_国产亚洲精品精品国产优播av_日本一区二区三区波多野结衣 _久久国产av不卡

?

基于虛擬軟件Proteus的綜合項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)方法應(yīng)用研究

2018-06-17 17:53張白周春艷潘俊濤
關(guān)鍵詞:模塊設(shè)計(jì)翻轉(zhuǎn)課堂

張白 周春艷 潘俊濤

摘 要:項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法是一種以項(xiàng)目為主線,引導(dǎo)學(xué)生掌握項(xiàng)目開(kāi)發(fā)全過(guò)程以及涉及的相關(guān)知識(shí)的教學(xué)方法,目前廣泛應(yīng)用于工程性質(zhì)的課程教學(xué)。嵌入式系統(tǒng)相關(guān)課程是以應(yīng)用為目標(biāo)的典型工程性質(zhì)課程,具體包括嵌入式操作系統(tǒng)、嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)、單片機(jī)原理等課程,涉及內(nèi)容繁雜,在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中存在理論知識(shí)相對(duì)枯燥且繁雜,創(chuàng)造性實(shí)驗(yàn)偏少,課程之間缺乏統(tǒng)籌教學(xué)等問(wèn)題。為此文章研究基于Proteus軟件的綜合項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)方法,統(tǒng)籌規(guī)劃嵌入式相關(guān)課程,將理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合,以綜合性項(xiàng)目為總體目標(biāo),采用模塊化設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)平臺(tái),在理論教學(xué)中引入實(shí)驗(yàn)演示與分析;在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中采用翻轉(zhuǎn)課堂式教學(xué),以模塊二次開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目子任務(wù),最終實(shí)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的提升與創(chuàng)新思維的建立。

關(guān)鍵詞:綜合項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué);Proteus;翻轉(zhuǎn)課堂;模塊設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào):G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):1673-8454(2018)08-0089-05

提高教學(xué)質(zhì)量,改進(jìn)教學(xué)方法是教學(xué)活動(dòng)的永恒主題[1]。對(duì)于綜合性與應(yīng)用性強(qiáng)的工程性質(zhì)課程,例如嵌入式系統(tǒng)相關(guān)課程如何突破傳統(tǒng)的教學(xué)模式,提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,主動(dòng)探索相關(guān)理論知識(shí),鍛煉實(shí)踐動(dòng)手能力,是相關(guān)任課教師不懈追求的目標(biāo)。嵌入式系統(tǒng)課程是電子信息工程、測(cè)控技術(shù)與儀器、信息工程等專業(yè)重要的專業(yè)課程,具有較強(qiáng)的綜合性與實(shí)踐性,課程內(nèi)容涉及嵌入式操作系統(tǒng)、單片機(jī)原理與應(yīng)用、DSP原理與應(yīng)用、傳感器技術(shù)、微機(jī)原理與接口技術(shù)、計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)以及信號(hào)與系統(tǒng)等諸多課程[2]。在傳統(tǒng)的教學(xué)方法中,理論教學(xué)通常采用課堂教學(xué)的模式,實(shí)踐教學(xué)采用驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的模式,嵌入式相關(guān)課程銜接不通暢,各門課程獨(dú)立教學(xué),缺乏統(tǒng)一規(guī)劃,且存在部分課程內(nèi)容重復(fù)等問(wèn)題,造成在實(shí)際教學(xué)活動(dòng)中,嵌入式系統(tǒng)相關(guān)課程普遍成為學(xué)生最難懂、更難學(xué)以致用的課程。因此如何通過(guò)教學(xué)方式的改進(jìn),提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性與嵌入式系統(tǒng)相關(guān)課程教學(xué)效果,促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)探索相關(guān)理論知識(shí),提高靈活應(yīng)用嵌入式相關(guān)知識(shí)開(kāi)發(fā)各類嵌入式系統(tǒng)的能力,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維成為任課教師的研究重點(diǎn)。

筆者以北方民族大學(xué)學(xué)生的實(shí)際情況為基礎(chǔ),結(jié)合本校應(yīng)用型人才培養(yǎng)方案, 研究基于虛擬軟件Proteus的綜合項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)方法在嵌入式系統(tǒng)相關(guān)課程中的應(yīng)用,突破傳統(tǒng)教學(xué)方式存在的弊端,統(tǒng)籌規(guī)劃嵌入式相關(guān)課程教學(xué)思路,設(shè)計(jì)相輔相成的綜合性教學(xué)項(xiàng)目,將理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合;以綜合性項(xiàng)目為嵌入式系統(tǒng)相關(guān)課程的總體目標(biāo),不同課程實(shí)現(xiàn)不同的子項(xiàng)目;項(xiàng)目開(kāi)發(fā)采用模塊化設(shè)計(jì);在理論教學(xué)中引入實(shí)驗(yàn)演示與分析;在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中采用翻轉(zhuǎn)課堂式教學(xué);最終實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)相關(guān)課程的教學(xué)總體目標(biāo)。

一、教學(xué)研究現(xiàn)狀

隨著中國(guó)制造2025戰(zhàn)略規(guī)劃的實(shí)施,特別是德國(guó)提出工業(yè)4.0的時(shí)代背景下,工業(yè)產(chǎn)品的智能化與信息化融合對(duì)嵌入式系統(tǒng)相關(guān)人才的需求迅速增加。為滿足相關(guān)企業(yè)的人才需求,各大高校加大了對(duì)嵌入式系統(tǒng)相關(guān)課程的建設(shè),積極調(diào)整相關(guān)專業(yè)的課程體系,以便培養(yǎng)適應(yīng)社會(huì)需求的工程應(yīng)用型人才。總的來(lái)說(shuō),嵌入式系統(tǒng)相關(guān)專業(yè)就業(yè)前景好,學(xué)生渴望從事嵌入式相關(guān)專業(yè)的工作。但隨著繁雜的嵌入式系列教學(xué)內(nèi)容的展開(kāi),放棄嵌入式的學(xué)生逐漸增加,究其原因主要是由于嵌入式系統(tǒng)涉及課程多,課程之間缺乏統(tǒng)一規(guī)劃,教學(xué)方式單一,理論教學(xué)枯燥,實(shí)驗(yàn)教學(xué)以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)居多等問(wèn)題,客觀上影響了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情與教學(xué)效果。

1.相關(guān)課程教學(xué)缺乏統(tǒng)一規(guī)劃

嵌入式系統(tǒng)相關(guān)課程多,涉及內(nèi)容繁雜,相關(guān)課程之間銜接不通暢,缺乏統(tǒng)一規(guī)劃。嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心,以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ),軟硬件可剪裁的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。根據(jù)定義可知,嵌入式系統(tǒng)涉及硬件設(shè)計(jì)、操作系統(tǒng)定制、應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)等三大部分內(nèi)容,而每部分內(nèi)容又涉及若干相關(guān)課程。因此在嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)規(guī)劃中,務(wù)必統(tǒng)籌規(guī)劃,嵌入式硬件課程為嵌入式操作系統(tǒng)做基礎(chǔ),嵌入式操作系統(tǒng)為嵌入式應(yīng)用開(kāi)發(fā)做準(zhǔn)備,最終實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)整體教學(xué)目標(biāo)。

2.理論教學(xué)枯燥

嵌入式系統(tǒng)任何一門相關(guān)課程都具有內(nèi)容繁雜、涉及面廣的特點(diǎn)。在理論教學(xué)過(guò)程中,教師常采用傳統(tǒng)的填鴨式授課方式,首先系統(tǒng)性的對(duì)基本原理進(jìn)行詳細(xì)講解,以問(wèn)題為切入點(diǎn)引導(dǎo)學(xué)生思考,最后結(jié)合實(shí)例進(jìn)行應(yīng)用與總結(jié)。整個(gè)過(guò)程邏輯清晰,教師容易掌握,但學(xué)生被動(dòng)接受,互動(dòng)性差,參與度低。當(dāng)前隨著大學(xué)擴(kuò)招以及智能手機(jī)等新技術(shù)的影響,學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的熱情在降低,怎樣將學(xué)生的注意力從智能手機(jī)等媒介吸引過(guò)來(lái)成為教師必須研究的課題之一。

3.實(shí)驗(yàn)教學(xué)孤立化

嵌入式系統(tǒng)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的系統(tǒng)性課程,要求在掌握相關(guān)課程的基礎(chǔ)上,方可實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)。目前,嵌入式系統(tǒng)相關(guān)課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相對(duì)孤立,且實(shí)驗(yàn)以原理性驗(yàn)證為主,缺少創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn);課程內(nèi)相關(guān)實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)度低,相關(guān)課程之間實(shí)驗(yàn)缺乏連貫性;獨(dú)立性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)相對(duì)容易,且大多依賴現(xiàn)成實(shí)驗(yàn)設(shè)備,這樣造成了嵌入式系統(tǒng)的不同課程具有不同的實(shí)驗(yàn)設(shè)備,提供連貫性差的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,造成學(xué)生綜合運(yùn)用相關(guān)知識(shí)的能力不足。因此合理規(guī)劃嵌入式系統(tǒng)相關(guān)課程的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,使得相關(guān)課程內(nèi)容銜接連貫,實(shí)現(xiàn)學(xué)生綜合應(yīng)用知識(shí)能力的培養(yǎng)。

二、項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法

項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)是以項(xiàng)目為載體,將課程的主要內(nèi)容穿插其中, 通過(guò)項(xiàng)目分析來(lái)闡述課程相關(guān)理論,通過(guò)項(xiàng)目的實(shí)施來(lái)鍛煉學(xué)生應(yīng)用理論知識(shí)的能力,力求達(dá)到理論教學(xué)與實(shí)踐應(yīng)用相統(tǒng)一、“教、學(xué)、做”一體化的培養(yǎng)工程應(yīng)用人才的教學(xué)方法 [3-6]。為改善嵌入式系統(tǒng)相關(guān)課程的教學(xué)效果,提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與能力,本文對(duì)綜合項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)方法在嵌入式系統(tǒng)相關(guān)課程中的應(yīng)用進(jìn)行了研究。通過(guò)教學(xué)改革實(shí)現(xiàn)相關(guān)課程之間的統(tǒng)籌規(guī)劃,提供層次分明、結(jié)構(gòu)合理、課程之間分工明確的項(xiàng)目開(kāi)發(fā)任務(wù)書;將嵌入式系統(tǒng)教學(xué)項(xiàng)目分為硬件設(shè)計(jì)子項(xiàng)目、操作系統(tǒng)移植子項(xiàng)目、應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)子項(xiàng)目三部分,不同的課程以不同的子項(xiàng)目進(jìn)行項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)。項(xiàng)目采用模塊化設(shè)計(jì),在各門課程的教學(xué)過(guò)程中,逐一完成子項(xiàng)目的講授,最終在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程中實(shí)現(xiàn)完整項(xiàng)目的構(gòu)建。

1.綜合性項(xiàng)目設(shè)計(jì)

項(xiàng)目開(kāi)發(fā)任務(wù)書是綜合性項(xiàng)目設(shè)計(jì)的基礎(chǔ),學(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)首先需要了解項(xiàng)目開(kāi)發(fā)任務(wù)書的撰寫與閱讀。當(dāng)前項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)過(guò)程中,常常以項(xiàng)目為引子,完成一個(gè)具有獨(dú)立功能的小項(xiàng)目,很少涉及項(xiàng)目開(kāi)發(fā)任務(wù)書的撰寫與閱讀。由于嵌入式系統(tǒng)覆蓋內(nèi)容廣,涉及課程多,沒(méi)有詳細(xì)的、有針對(duì)性的項(xiàng)目開(kāi)發(fā)任務(wù)書很難將各門課程相關(guān)內(nèi)容連貫起來(lái)。因此根據(jù)嵌入式系統(tǒng)的典型應(yīng)用,設(shè)計(jì)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣濃厚、覆蓋知識(shí)面廣、涵蓋嵌入式系統(tǒng)所有教學(xué)重點(diǎn)的綜合性教學(xué)項(xiàng)目,并編制項(xiàng)目開(kāi)發(fā)任務(wù)書成為首要任務(wù)。

2.項(xiàng)目開(kāi)發(fā)模塊化

常規(guī)的項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)常常是以分散獨(dú)立的教學(xué)任務(wù)或?qū)嶒?yàn)內(nèi)容為目標(biāo),設(shè)計(jì)相應(yīng)的若干有應(yīng)用價(jià)值的項(xiàng)目,以應(yīng)用為目標(biāo),以理論結(jié)合實(shí)踐為手段,以實(shí)踐驗(yàn)證理論為教學(xué)過(guò)程的方式開(kāi)展教學(xué)[7]。由于目的的不同,小型項(xiàng)目最簡(jiǎn)單的方式是過(guò)程式開(kāi)發(fā),從開(kāi)始到結(jié)束一條主線,分析與講授容易。而本文提出的嵌入式系統(tǒng)綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目涉及內(nèi)容廣,相關(guān)課程多,項(xiàng)目規(guī)模大,綜合項(xiàng)目中的每一個(gè)子系統(tǒng)都可成為一個(gè)獨(dú)立的教學(xué)項(xiàng)目,子系統(tǒng)之間通過(guò)接口進(jìn)行關(guān)聯(lián),最終實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)整體功能與目標(biāo),不采用模塊化設(shè)計(jì)是無(wú)法完成若干子系統(tǒng)之間的關(guān)聯(lián)的。筆者針對(duì)目前項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法存在的問(wèn)題,采用模塊化開(kāi)發(fā)的思路,從頂層到底層采用分層設(shè)計(jì),每層內(nèi)及各層之間采用模塊化設(shè)計(jì),不僅可以使學(xué)生掌握嵌入式相關(guān)課程,還可以鍛煉學(xué)生模塊化設(shè)計(jì)的能力,進(jìn)一步提升學(xué)生的就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

3.項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)理論教學(xué)

項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法是在理論教學(xué)的過(guò)程中,教師引導(dǎo)學(xué)生共同進(jìn)行一個(gè)完整的項(xiàng)目開(kāi)發(fā)而進(jìn)行的教學(xué)活動(dòng)[7]。在理論教學(xué)過(guò)程中,依照構(gòu)建主義的思想,以項(xiàng)目為基礎(chǔ),逐步拓展理論知識(shí),把知識(shí)點(diǎn)融入到項(xiàng)目中進(jìn)行講授,結(jié)合理論教學(xué)的課堂任務(wù),依次分解教學(xué)項(xiàng)目,分解過(guò)程中注意闡述清楚各任務(wù)之間的關(guān)系,不僅講授課堂相關(guān)的內(nèi)容,而且教授學(xué)生“從上到下”的項(xiàng)目設(shè)計(jì)方法。在具體教學(xué)過(guò)程中將項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法與任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法[8]有機(jī)結(jié)合,宏觀上采用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法,引導(dǎo)學(xué)生以實(shí)現(xiàn)教學(xué)項(xiàng)目為目的而學(xué)習(xí)理論知識(shí),而微觀上則采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法,將教學(xué)項(xiàng)目分解為若干獨(dú)立任務(wù),引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行任務(wù)分析、任務(wù)方案設(shè)計(jì)、任務(wù)方案對(duì)比、任務(wù)方案實(shí)施以及任務(wù)效果評(píng)價(jià),最終將項(xiàng)目的頂層設(shè)計(jì)與底層實(shí)現(xiàn)有效的結(jié)合起來(lái)。理論教學(xué)過(guò)程中,不僅教會(huì)學(xué)生課堂相關(guān)的理論知識(shí),更重要的是培養(yǎng)應(yīng)用理論知識(shí)的能力,構(gòu)建學(xué)生獨(dú)立解決問(wèn)題的思維。

4.項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是鞏固理論教學(xué)的手段,是完成理論知識(shí)消化到實(shí)踐運(yùn)用能力鍛煉的關(guān)鍵一環(huán)。斯金納提出“在教學(xué)中成功的設(shè)計(jì)問(wèn)題, 有利于激發(fā)學(xué)生積極主動(dòng)去思考, 有利于學(xué)生運(yùn)用已有知識(shí)去獲得新知識(shí)或解決新問(wèn)題”[9] 。問(wèn)題設(shè)計(jì)的方式有多種,以章節(jié)內(nèi)容提出的問(wèn)題邏輯清晰,以項(xiàng)目開(kāi)發(fā)方式提出的問(wèn)題目的明確。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中,采用倒序方式安排教學(xué),首先演示項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)后的效果,引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與求知欲望,再拆解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,闡述實(shí)驗(yàn)原理與實(shí)現(xiàn)過(guò)程。為避免學(xué)生過(guò)分依賴實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書,實(shí)驗(yàn)教學(xué)注重設(shè)計(jì)開(kāi)放性強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,提供基本實(shí)驗(yàn)范例,引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立構(gòu)建功能豐富的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。在實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書中設(shè)計(jì)難度分層要求,并指出分層設(shè)計(jì)完成后,在嵌入式系統(tǒng)綜合性項(xiàng)目中占的位置及最后可能的效果。以本實(shí)驗(yàn)在嵌入式系統(tǒng)綜合項(xiàng)目中的最終效果引導(dǎo)學(xué)生努力構(gòu)建個(gè)性化實(shí)驗(yàn),力圖使學(xué)生產(chǎn)生強(qiáng)烈的求知欲望,鍛煉學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力[5]。

三、虛擬仿真軟件Proteus在嵌入式系統(tǒng)課程中的應(yīng)用

Proteus是由英國(guó) Labcenter Electronics 公司于1989年開(kāi)發(fā)的 EDA 工具軟件,其可實(shí)現(xiàn)硬件電路設(shè)計(jì)與仿真,可以實(shí)現(xiàn)可編程芯片的軟件仿真,并可實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)軟硬件的系統(tǒng)連調(diào)[10]。非常適合于嵌入式系統(tǒng)相關(guān)課程的教學(xué),目前部分專業(yè)獨(dú)立開(kāi)設(shè)Proteus軟件課程,但脫離嵌入式系統(tǒng)等具體應(yīng)用課程而單獨(dú)講授Proteus軟件效果有限。

嵌入式系統(tǒng)涉及課程眾多,覆蓋內(nèi)容繁雜,完整的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)涉及硬件電路、操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件綜合設(shè)計(jì),獨(dú)立教學(xué)很難使學(xué)生建立軟硬件綜合設(shè)計(jì)的能力。以項(xiàng)目為驅(qū)動(dòng)進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)相關(guān)課程教學(xué)時(shí),無(wú)法演示項(xiàng)目運(yùn)行過(guò)程及結(jié)果的教學(xué)是蒼白無(wú)力的。很多時(shí)候我們會(huì)在教學(xué)過(guò)程中告訴學(xué)生,通過(guò)這樣的過(guò)程,運(yùn)行結(jié)果就出來(lái)了。教師往往認(rèn)為已經(jīng)講解很透徹了,而學(xué)生怎么也想不明白這樣的過(guò)程到底是怎么得出結(jié)果的,其根本原因是教師根據(jù)自己的知識(shí)體系,在潛意識(shí)里自動(dòng)將該過(guò)程與結(jié)果聯(lián)系起來(lái),而學(xué)生還未建立起自己的知識(shí)體系,自然無(wú)法將過(guò)程與結(jié)果聯(lián)系起來(lái)。理論性強(qiáng)的課程鮮有這樣的情況,但應(yīng)用性強(qiáng)的課程,這樣的問(wèn)題就比較突出。仿真教學(xué)是通常采用專業(yè)軟件設(shè)計(jì)各種虛擬環(huán)境來(lái)模擬真實(shí)環(huán)境,并在虛擬的環(huán)境中對(duì)真實(shí)環(huán)境中實(shí)際操作情況進(jìn)行操作、驗(yàn)證、設(shè)計(jì)、運(yùn)行等的教學(xué)方式[11]。合理使用虛擬仿真軟件,結(jié)合嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程的具體項(xiàng)目,可以使學(xué)生沉浸在虛擬的現(xiàn)實(shí)嵌入式系統(tǒng)環(huán)境中,感受到嵌入式系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與運(yùn)行過(guò)程,學(xué)生通過(guò)交互性操作可以直接控制、修改、操作、運(yùn)行虛擬設(shè)備,最終知識(shí)在虛擬交互中得以掌握[12]。

1.硬件電路設(shè)計(jì)

硬件電路是實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)的基礎(chǔ),脫離硬件設(shè)計(jì)的嵌入式系統(tǒng)是無(wú)根之水。為在嵌入式系統(tǒng)教學(xué)中有效地應(yīng)用Proteus軟件,首先采用模塊化設(shè)計(jì)原則規(guī)劃綜合性項(xiàng)目相應(yīng)的硬件電路。同時(shí)為達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生綜合能力、豐富學(xué)生知識(shí)體系的目的,針對(duì)典型電路設(shè)計(jì)若干套可獨(dú)立使用的模塊電路,學(xué)生可以獨(dú)立運(yùn)行、分析以及套用各模塊電路,不斷積累典型硬件電路知識(shí)。為實(shí)現(xiàn)教學(xué)目的,將每一個(gè)綜合性項(xiàng)目的硬件電路以處理器為核心,分別設(shè)計(jì)核心模塊(包括晶振模塊、電源模塊、存儲(chǔ)模塊)、輸入輸出模塊(包括鍵盤模塊、傳感器模塊、LED顯示模塊以及LCD顯示模塊)以及輔助模塊(包括濾波模塊、通信模塊以及特殊功能模塊)。針對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)的特點(diǎn),以易學(xué)為主要特點(diǎn)的51內(nèi)核的片上系統(tǒng)構(gòu)建相關(guān)模塊以便學(xué)生學(xué)習(xí),以應(yīng)用廣、功能強(qiáng)的STM32系列單片機(jī)構(gòu)建相關(guān)模塊以便學(xué)生開(kāi)發(fā)自主嵌入式硬件電路。為達(dá)到鍛煉學(xué)生的目的,每一個(gè)獨(dú)立模塊分別設(shè)計(jì)若干經(jīng)典實(shí)現(xiàn)方案,例如傳感器電路,分別設(shè)計(jì)以溫度傳感器DS18B20芯片為基礎(chǔ)的信號(hào)采集模塊,以濕度傳感器HS1101為基礎(chǔ)的信號(hào)采集模塊,以熱電偶及MAX6675芯片為基礎(chǔ)的信號(hào)采集模塊,讓學(xué)生了解常用的信號(hào)采集模塊。當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)資源豐富,各式功能的電路遍布網(wǎng)絡(luò),教會(huì)學(xué)生分析電路與應(yīng)用電路的能力更具實(shí)用價(jià)值。因此在模塊電路之間接口統(tǒng)一定義,并提供不同接口之間的轉(zhuǎn)換電路,通過(guò)搭積木式電路設(shè)計(jì),最終構(gòu)建完整的嵌入式系統(tǒng)電路。學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中,根據(jù)項(xiàng)目要求構(gòu)建符合接口定義的電路模塊,并將筆者信息明確標(biāo)注在模塊信息中,這不僅可以豐富教學(xué)過(guò)程中相關(guān)電路模塊庫(kù),更有助于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與參與程度。

2.軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)是嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的靈魂,是實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)相關(guān)功能的關(guān)鍵。嵌入式系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)是基于硬件平臺(tái)而開(kāi)展的,所以首先針對(duì)綜合項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)設(shè)計(jì)的綜合性項(xiàng)目規(guī)劃的硬件電路設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng),特別是不同的微處理器具有不同的開(kāi)發(fā)方法。其次根據(jù)微處理器設(shè)計(jì)相應(yīng)的嵌入式操作系統(tǒng),對(duì)于本科教學(xué)而言,可以優(yōu)先采用uC/OS系列嵌入式操作系統(tǒng),對(duì)于研究生教學(xué)而言,可以優(yōu)先采用嵌入式Linux系列嵌入式操作系統(tǒng)。由于嵌入式操作系統(tǒng)移植相對(duì)復(fù)雜,因此主要將操作系統(tǒng)移植的共性問(wèn)題在Proteus軟件中重點(diǎn)進(jìn)行注解,方便學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)。對(duì)于嵌入式應(yīng)用軟件,可以根據(jù)功能進(jìn)行模塊化開(kāi)發(fā),對(duì)于相同功能設(shè)計(jì)若干有代表性的模塊,模塊采用最小粒度函數(shù)設(shè)計(jì),豐富學(xué)生的軟件知識(shí)。

為實(shí)現(xiàn)教學(xué)目的,將每一個(gè)綜合性項(xiàng)目的軟件系統(tǒng)分為操作系統(tǒng)初始化模塊、中斷配置模塊、鍵盤模塊、A/D模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、D/A模塊、LED模塊、LCD模塊、通信模塊以及特殊功能模塊[13]。為達(dá)到鍛煉學(xué)生的目的,每一個(gè)獨(dú)立模塊同樣設(shè)計(jì)若干方案,以嵌入式系統(tǒng)中最基礎(chǔ)的中斷配置模塊為例,分別設(shè)計(jì)串口通信中斷處理模塊、矩陣鍵盤中斷處理模塊。為實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化軟件開(kāi)發(fā),鍛煉學(xué)生團(tuán)隊(duì)式軟件開(kāi)發(fā)能力,軟件模塊之間定義標(biāo)準(zhǔn)接口。學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中,根據(jù)項(xiàng)目要求構(gòu)建符合接口定義的功能模塊,并將筆者信息明確標(biāo)注在模塊信息中,同樣可以豐富軟件功能庫(kù),提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與參與程度。

四、教學(xué)應(yīng)用

當(dāng)前利用仿真軟件進(jìn)行教學(xué)還處于探索階段,不同的課程有不同的應(yīng)用方法,沒(méi)有形成廣泛共識(shí)的系統(tǒng)理論。本文針對(duì)嵌入式系統(tǒng)相關(guān)課程的特點(diǎn),研究以項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)為教學(xué)方法,以Proteus虛擬軟件為教學(xué)平臺(tái)的嵌入式系統(tǒng)教學(xué)方法。

1.理論教學(xué)

學(xué)習(xí)知識(shí)最好的途徑是“親身經(jīng)歷”,讓學(xué)生到“真實(shí)環(huán)境”中去體驗(yàn)知識(shí)的應(yīng)用過(guò)程與應(yīng)用結(jié)果,通過(guò)理論分析與“真實(shí)反饋”獲取知識(shí)與能力。本文研究的綜合項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法,采用虛擬仿真軟件Proteus開(kāi)發(fā)模塊化的仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái),以該平臺(tái)為媒介,將“可運(yùn)行的實(shí)際嵌入式系統(tǒng)”引入到課堂,實(shí)現(xiàn)理論知識(shí)融入到虛擬軟件平臺(tái),讓枯燥的理論教學(xué)動(dòng)起來(lái),實(shí)現(xiàn)平面教學(xué)到立體教學(xué)的轉(zhuǎn)變。嵌入式系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)、操作系統(tǒng)移植、應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)全過(guò)程都可以通過(guò)虛擬仿真軟件Proteus實(shí)現(xiàn)教學(xué),合理的綜合性項(xiàng)目構(gòu)建將有效提升理論教學(xué)的效果。教師在理論教學(xué)過(guò)程中,以綜合項(xiàng)目為宏觀目標(biāo),以教學(xué)實(shí)驗(yàn)子項(xiàng)目為微觀目標(biāo),以虛擬仿真軟件平臺(tái)為媒介,以運(yùn)行結(jié)果演示引起學(xué)生的興趣,合理設(shè)置若干問(wèn)題,引導(dǎo)學(xué)生思維,采用師生互動(dòng)的方式構(gòu)建教學(xué)項(xiàng)目的相關(guān)模塊,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望與創(chuàng)新思維,提高理論教學(xué)效果。

2.實(shí)驗(yàn)教學(xué)

嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的是讓學(xué)生加深理論知識(shí)的理解,掌握知識(shí)的應(yīng)用過(guò)程,培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用相關(guān)知識(shí)的能力,最終達(dá)到鍛煉學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力。本文研究的綜合項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)采用Proteus虛擬軟件進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì),實(shí)驗(yàn)平臺(tái)完全開(kāi)放給學(xué)生,學(xué)生根據(jù)本次實(shí)驗(yàn)的要求選擇合適的功能模塊,并根據(jù)自己的需要對(duì)各功能模塊進(jìn)行合適的剪裁與完善,個(gè)別有能力的學(xué)生甚至可以根據(jù)模塊接口定義實(shí)現(xiàn)具有自主風(fēng)格的模塊。同時(shí)學(xué)生以往自己完成的實(shí)驗(yàn)性項(xiàng)目也可應(yīng)用在當(dāng)前實(shí)驗(yàn)中,實(shí)現(xiàn)學(xué)生自身知識(shí)與功能模塊的積累。

結(jié)合翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)方式,實(shí)驗(yàn)前,教師將相關(guān)實(shí)驗(yàn)?zāi)K拷貝給學(xué)生,以便學(xué)生提前熟悉各功能模塊,同時(shí)將學(xué)生以往建立的功能模塊集成到本次實(shí)驗(yàn)中,并根據(jù)要求完成本次實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)課堂中,教師將學(xué)生存在疑問(wèn)的模塊進(jìn)行講解與調(diào)試,特別是將學(xué)生應(yīng)用中存在的具體問(wèn)題再次復(fù)現(xiàn)并進(jìn)行解決,提高學(xué)生模塊應(yīng)用與集成開(kāi)發(fā)能力。通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué),實(shí)驗(yàn)課將不再局限于現(xiàn)有硬件實(shí)驗(yàn)箱,實(shí)驗(yàn)內(nèi)容開(kāi)放性大,供學(xué)生自主設(shè)計(jì)的空間大,可以充分發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情,提高學(xué)生綜合應(yīng)用知識(shí)與實(shí)踐開(kāi)發(fā)能力。

3.開(kāi)放教學(xué)

學(xué)以致用是教學(xué)的永恒目標(biāo),沒(méi)有使用價(jià)值的知識(shí)屬于資源浪費(fèi)。當(dāng)前很多課程以應(yīng)試為目的,考試結(jié)束后就沒(méi)有使用的環(huán)境,使學(xué)生失去深入學(xué)習(xí)的動(dòng)力。本文基于綜合性項(xiàng)目的驅(qū)動(dòng)教學(xué)采用Proteus虛擬軟件進(jìn)行設(shè)計(jì),提供基礎(chǔ)性開(kāi)放模塊供學(xué)生使用,同時(shí)可將學(xué)生每次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的個(gè)性化模塊積累下來(lái),學(xué)生可以根據(jù)自己的需要在此平臺(tái)上仿真設(shè)計(jì)自己的項(xiàng)目。互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代屬于知識(shí)爆炸的時(shí)代,各種有用資源遍布網(wǎng)絡(luò)空間,學(xué)生利用現(xiàn)成模塊進(jìn)行模塊集成開(kāi)發(fā)也成為必須具備的能力之一。綜合項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)的仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)是一個(gè)開(kāi)放的平臺(tái),隨著師生在教學(xué)過(guò)程中逐漸積累完善,各類功能的模塊庫(kù)將不斷豐富,學(xué)生可以根據(jù)自己的實(shí)際需求選擇合適的功能模塊,并可根據(jù)自身項(xiàng)目的實(shí)際要求對(duì)基本功能模塊進(jìn)行合適的二次開(kāi)發(fā),同時(shí)引入符合項(xiàng)目要求的現(xiàn)成模塊進(jìn)行集成開(kāi)發(fā),最終完成嵌入式系統(tǒng)的快速搭建。通過(guò)開(kāi)放教學(xué)平臺(tái)的實(shí)施,真正將嵌入式系統(tǒng)相關(guān)課程實(shí)現(xiàn)學(xué)以致用。

五、綜合性項(xiàng)目案例設(shè)計(jì)

綜合性嵌入式系統(tǒng)項(xiàng)目必須覆蓋嵌入式系統(tǒng)各個(gè)部分,并來(lái)源于市場(chǎng)需求,符合科技創(chuàng)新熱點(diǎn),提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣與動(dòng)力。智能物聯(lián)網(wǎng)是當(dāng)前熱門的話題,是未來(lái)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的方向,因此設(shè)計(jì)一個(gè)以智能物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)為背景的嵌入式系統(tǒng)項(xiàng)目必將吸引學(xué)生目光。以智慧農(nóng)業(yè)的核心智能溫室為對(duì)象設(shè)計(jì)嵌入式智能溫室物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng),具有溫度、濕度、光照、土壤墑情等信息的測(cè)量功能,具有信息顯示及通信功能、聲光報(bào)警功能、閉環(huán)控制功能、自組網(wǎng)功能等。單片機(jī)原理與應(yīng)用課程相配套的教學(xué)項(xiàng)目為綜合性嵌入式系統(tǒng)項(xiàng)目中的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)子項(xiàng)目,該子項(xiàng)目分別以51內(nèi)核單片機(jī)與STM32F系列單片機(jī)構(gòu)建兩套系統(tǒng)。硬件電路部分按照核心模塊(包括處理器模塊、電源模塊、晶振模塊、存儲(chǔ)模塊等)、輸入輸出模塊(包括鍵盤模塊、LED模塊、LCD模塊、)以及輔助模塊(包括傳感器模塊、濾波模塊、無(wú)線通信模塊、報(bào)警模塊、串口通信模塊等)進(jìn)行獨(dú)立模塊設(shè)計(jì)[13]。項(xiàng)目主要以教學(xué)為目的,所以部分功能可以采用仿真形式,完成項(xiàng)目的功能需求。以閉環(huán)控制功能為例,溫度高于設(shè)定值時(shí)僅對(duì)某一IO引腳設(shè)置信號(hào),通過(guò)該引腳仿真實(shí)現(xiàn)控制降溫設(shè)備工作即可。嵌入式操作系統(tǒng)課程相配套的教學(xué)項(xiàng)目為綜合性嵌入式系統(tǒng)項(xiàng)目中的操作系統(tǒng)移植子項(xiàng)目,該子項(xiàng)目分別實(shí)現(xiàn)uC/OS系列與嵌入式Linux系列操作系統(tǒng)的移植。嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程相配套的教學(xué)項(xiàng)目為綜合性嵌入式系統(tǒng)項(xiàng)目中的應(yīng)用軟件子項(xiàng)目,該子系統(tǒng)按照鍵盤處理模塊、LCD模塊、LED模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、A/D模塊、D/A模塊、無(wú)線通信模塊、聲光報(bào)警模塊、自組網(wǎng)模塊以及串口功能模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)[13]。各應(yīng)用軟件模塊采用最小粒度的函數(shù)進(jìn)行功能設(shè)計(jì),函數(shù)調(diào)用接口標(biāo)準(zhǔn)化,方便學(xué)生使用及創(chuàng)建新功能模塊。

猜你喜歡
模塊設(shè)計(jì)翻轉(zhuǎn)課堂
基于小型ERP管理系統(tǒng)
試論HIS系統(tǒng)中病區(qū)管理模塊的設(shè)計(jì)以及管理效果
基于J2EE的牛奶銷售系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)
基于企業(yè)安全審計(jì)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程的研究
基于翻轉(zhuǎn)課堂的高職英語(yǔ)口語(yǔ)教學(xué)研究
翻轉(zhuǎn)課堂在高職公共英語(yǔ)教學(xué)中的應(yīng)用現(xiàn)狀分析及改善建議
翻轉(zhuǎn)課堂在小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用
翻轉(zhuǎn)模式在“液壓與氣動(dòng)”教學(xué)中的應(yīng)用研究
翻轉(zhuǎn)課堂在英語(yǔ)語(yǔ)法教學(xué)中的運(yùn)用研究
翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式在《PLC應(yīng)用技術(shù)》課程教學(xué)中的應(yīng)用