张阳熠 谢国雄 周海军
摘要:针对应用型本科院校单片机实验教学中遇到的一些问题,基于OBE教育理念提出了“开放型”混合式实验教学模式。根据成果导向设计单片机实验内容,并基于仿真软件和开发板相结合的实验平台实施“开放型”混合式实验教学模式。
关键词:OBE教育理念;单片机实验;混合式
1、引言
单片机技术是应用型本科院校电子类专业的一门应用性非常强的专业课程。该课程开设目的在于培养学生了解单片机的基本结构,掌握单片机系统的分析、设计和研发的方法,以及培养学生的实践能力和创新能力。其中,单片机实验教学环节起到实践和实训的作用,训练学生单片机设计实战的能力,在单片机课程整个教学过程中十分重要。Outcomes-based education(OBE)教育理念是以学生为中心,基于成果导向的教育模式,根据预期的学习成果反向设计教学内容和教学过程,并分阶段对阶段性成果进行评价[1]。将OBE教育理念应用于单片机实验教学中,需要认真思考以下几个问题:(1)通过单片机实验教学想让学生获得什么样的成果?(2)如何有效的帮助学生获得这些成果?(3)如何评价学生获得的这些成果?(4)教师在实验教学过程的角色?在OBE教育理念下,单片机实验教学的核心在于明确学习成果并围绕学习成果展开教学,优化实验内容、协调实验和理论教学、以学生做实验为主教师讲授为辅,从而引导和协助学生达到预期的成果。
2、单片机课程实验教学现状
单片机技术课程在应用型本科院校电子类专业中基本都有开设。据了解,目前高校的单片机实验课大多采用以下几种方式进行[2]:
(1)采用单片机实验箱[3]。这种方式是早期单片机实验教学最常用的一种方式。使用专门的实验箱进行实验,学生只要简单的连连线搭建电路,然后加载程序即可完成实验内容。这种方式看似方便实验的开展,实则学生无法掌握所学的实验内容,达不到训练的效果。
(2)利用虚拟仿真平台进行仿真模拟[4]。仿真软件具有丰富的元器件资源和虚拟仪器仪表。目前,各种仿真平台已经在单片机教学中得到广泛的应用。在单片机实验过程中,学生可以根据实验要求利用仿真软件设计电路,然后编写程序并将其下载到单片机中进行调试。这种方式不受限于硬件电路、节约成本,适合单片机初学者。
(3)利用单片机开发板[5]。使用开发板是一种很好的方法,开发板中的模块可以任意拆卸。此外,还可以通过导线连接到自己设计的电路上。相较于单片机实验箱来说,開发板成本相对较低,可以实现学生人手一台。但是,利用开发板开展实验教学就要求学生对电路原理、数字电路等非常熟悉。因此利用单片机开发板进行实验教学,适用于学生稍有基础以后。
3、“开放型”混合式实验教学模式的设计与实施
针对上述单片机实验教学过程中遇到的一些问题,研究“开放型”混合式实验教学模式。基于OBE教育理念成果导向结合应用型本科教学定位设计,将“开放型”理念融入到实验设备的选择和梯度实验项目的设置,通过对课堂实验和课后项目完成情况的考察对学生的学习成果进行评价。
3.1 实验内容的优化。
从教学目标出发优化实验内容,遵循从简单到复杂的顺序:I/O口的控制→数码管→键盘→外部中断→定时器→串口通讯→综合性实验项目。实验内容的优化旨在实验内容设计不局限于某一个功能的实现,而是设计成包含梯度的“基本项目”、“扩展项目”和“发挥项目”等。实验教学过程中不拘泥于规定的实验项目,学生也可以根据自己的兴趣完成该实验项目相关的技术指标。这就需要教师在实验过程对每个学生给予相应的指导,以及实验结束后逐一检查。
3.2实验设备的选择
暂时放弃单片机实验箱的使用,选择利用仿真平台和开发板相结合的方式。目前来说,大学生基本上都拥有自己的电脑,学生可以随时随地进行单片机设计训练。开发板价格便宜、体积小、方便携带。仿真平台和开发板相结合使得实验场所不局限于在特定的实验教室,实现了“口袋实验室”、“宿舍实验室”等移动实验室。优化后的实验模式是先进行虚拟仿真,仿真成功后再利用开发板实现效果。
3.3 改善学习成果评价机制
基于上述单片机实验教学方案的调整和优化,对实验课学习成果的评价过程提出了更高的要求,也对教师提出了更高的要求。实验课结束后,教师需要逐一进行检查、提问,最后给出成绩。提问是非常重要的环节,可以有效地防止照搬照抄。此外,允许和鼓励学生进行“申辩”。“申辩”的目的是鼓励学生课后继续进行钻研。课后能完成实验要求,经检查提问,可以适当提高本次实验的成绩。实验报告在实验成果评价中也是十分重要的,要求学生不但要会“做”,也要会“写”,会把自己做的东西表达出来,为后续的课程设计和毕业设计等奠定基础。
4、总结
本文基于OBE教育理念对单片机实验课教学的方式、方法进行了研究、探索和优化。以虚拟仿真软件和开发板相结合为实验平台拓展“口袋实验室”、“宿舍实验室”。通过实验项目难度梯度的设置、实验内容可控范围内的灵活调整等充分激发出学生对单片机程序设计的兴趣,发挥学生的能动性,达到单片机程序设计训练的效果,实现成果导向。
参考文献:
[1]. 谢佩军.OBE理念下单片机虚拟仿真实验教学改革研究[J].计算机时代,2021,06:91-94.
[2]. 邵磊,闫晨阳,曾华鹏,徐喆,陈鹏,张敏.基于口袋实验室的项目式单片机教学改革[J].创新创业理论研究与实践,2021,4(14):42-44.
[3]. 姚松丽,周志峰.基于单片机课程的创新实验教学探索与实践[J].产业与科技论坛,2021,20(18):118-119.
[4]. 章信华,朱明英,嵇建波,柏元忠.以应用为导向的“单片机原理及应用”实验教学过程探索[J].创新创业理论研究与实践,2021,4(18):57-59.
[5]. 张守峰.基于微型开发板的单片机教学模式探索[J].商丘职业技术学院学报,2014,13(02):55-56+59.
项目支持:滁州学院教学研究项目(2021jyc031、2021jyc033)资助58ED6BB7-FD0E-4E6C-A614-E2BB7A8360B8