接口技术多层次实验教学的探索
开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇接口技术多层次实验教学的探索范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！
摘要:本文论述了我院基于认知规律构建的多层次接口技术实验教学内容。我院将实验内容划分为基础性实验、提高性实验、综合性实验、设计性实验和研究性实验等部分,并对这些内容进行了实践。实践证明,多层次实验教学内容对于提高学生的学习兴趣、增强实践能力和创新意识都很有帮助。
关键词:接口技术;多层次;实践教学
接口技术是一门技术性和工程性都很强的课程,它不仅是数字电路和计算机组成原理课程的继续,而且也是嵌入式系统设计的基础,它在计算机硬件课程中起到承前启后的作用。接口技术包括理论教学和实验教学,由于它的工程和技术属性,实验教学的重要性是不言而喻的。通过多年的教学改革,根据学生学习和实践的认知规律,我们采用了实验内容的阶梯式教学方法,取得了很好的效果,每年在学院的综合教学评比中都排在前列。很多学生因为学习了本课程,居然有了从不喜欢硬件到喜欢硬件的大转变。
1实验教学中存在的问题
高校中普遍存在着重视理论教学,忽视实践教学的现象,受传统的“重理论、轻实践,重知识、轻能力”思想观念的影响,实验教学内容依附与理论教学。在实验安排上演示性、验证性实验类型较多,而综合性、设计性实验较少,实验教学强调模仿和训练,创新内容不多。实验教学的目标主要集中在强化学生对理论知识的学习,熟练掌握某种操作技能,培养实践型人才,而不是以培养创新型人才为主要目的。这是与“厚基础、宽口径、强能力、高素质”的创新人才培养目标不适应的[1]。理论教学和实践教学应是构成教学的两大体系,是培养学生综合素质、实践能力和创新能力的重要教学环节。但由于把实践教学作为了理论教学的从属和补充,没有从人才培养的整体性来构建实验教学,实验教学因此缺乏系统性和连续性[1]。
实验教学内容的设置也存在着很多问题:基础性的实验,缺乏实验难度的阶梯性和连贯性;提高性实验,缺少对学生综合能力和创新能力培养的内容。实验过程中学生只要按照实验指导书规定的实验步骤和要求进行操作,学生在整个实验过程中是被动地参与,没有主动思考[1]。这种实验教学模式不可能营造一种良好的教学环节,因此要转变学生的学习方式,使其由要我学变为我要学,引导学生自主发现问题、研究问题和解决问题,在此过程中积累知识并强调一种主动探索和创新的实践精神。
接口技术实验内容的设置应该遵循“实践认识再实践再认识”的认知规律,以保证实验教学和理论教学之间关系的科学性、系统性、连续性和完整性[1]。实验内容的难易程度一定要循序渐进,符合认知规律,太难了会使学生丧失信心,太简单了又会使学生失去兴趣。根据以上原则,在接口技术实验体系中构建多层次实验教学内容,根据学生在不同时期的知识背景,使用不同层次的实验教学内容,逐步深入,使学生从知识认知、知识理解、知识扩充到知识创新形成一个完整的知识体系构建过程,达到培养高素质人才的目标。
2多层次实验教学内容的建立
实践教学内容由浅入深、循序渐进是符合学习的认知规律。根据学生不同时期的知识背景,我们将实验教学内容划分成基础性实验、提高性实验、综合性实验、设计性实验和研究性实验等部分。
2.1基础性实验教学
越是基础越接近事物的本质[2]。基础性实验是以验证型为主的实验内容,它是实验课程起始的必要环节,也是实验课程的入门阶段,包括以下两个方面。
2.1.1熟练掌握实验平台的使用
熟练掌握实验平台的使用是做好实验的前题。虽然学生做过电路的基本实验,但是硬件与软件紧密结合的实验还是第一次,学生缺乏对设备管理软件与实验设备之间内在关系的认识,缺乏软件对硬件控制所引起的实验现象变化的认识。在第一次实验课前,教师使用一次课介绍实验平台的特性、使用方法和注意事项等内容。
2.1.2验证性为主的基础实验
验证性实验除了使学生加深对理论知识的认知外,更重要的是要拆除学生脑海中固有的理论知识与实际现象之间存在的难以逾越的鸿沟。必须认真学习前人的成熟实验思路和方法,认知基本理论和基本现象之间的关联性,具备扎实的基本功,才有可能更上一层楼。
验证性实验的重点是强调学生对理论知识的认识过程。比如通过执行定时器82C54的初始化程序和观测定时器的输出波形,让学生认知初始化字与输出波形之间的关系,进而理解可编程性的含义。通过在82C55串行接口上输出固定的数据并用示波器观测输出数据的波形,让学生认知串行通信数据格式的结构和示波器扫描显示方式的关系。通过并口控制指示灯的点亮和熄灭,让学生认知8255的A、B口与C口的控制差异等。学生通过做基础性实验,心里感觉踏实多了,也理解了软件对硬件可控制的真实性。
2.2提高性实验教学
提高性实验主要安排一些涉及课程重要知识点的相关内容,每个实验一般涉及1～2个接口芯片,主要以实验平台中现有的资源为依托,让学生灵活应用所学的知识,完成相应的实验,以逐步提高学生的实验编程水平、程序调试技巧和解决实际问题的能力。提高性实验的题目很多,比如采用中断方式的A/D采集数据实验,中断方式和查询方式82C51的串行通行实验,采用定时器控制D/A的数据转换实验,通过这些实验使学生掌握不同接口中断程序的编写方法和调试技巧,理解中断与查询方式在机理和程序结构上的本质差别。
2.3综合性实验教学
综合性实验主要是培养学生综合应用各种接口的基本能力。它主要选自于各种接口的综合设计应用案例,有些实验是从工程应用中提取一些很有价值的内容,其目的是使学生能尽早地涉及工程设计。综合性实验一般是由学生根据问题的性质,综合应用所学知识设计实验方案,编写实验程序,通过研究各种接口的基本特性,时序控制方法,来进一步掌握各种接口芯片的设计原理和多接口的联合使用方法。综合实验一般涉及2～3个接口芯片,比如利用A/D、D/A和中断控制器完成一个实际的自动采集与控制实验;利用定时器82C54、中断控制器、键盘显示接口8279完成实时钟的设计实验;利用定时器82C54、并行接口82C55、中断控制器和步进电机完成多拍多相的步进电机的速度和方向控制实验;利用定时器82C54、中断控制器和喇叭完成音符发声实验等。
2.4设计性实验教学
设计性实验要求学生根据已经学过的知识,结合实际应用,完成一个特定的目标任务。主要包括两方面,一是由教师提出一个实验目标,要求学生完成;二是要求学生自行设计实验目标。无论采用哪种方式,确定实验方案、设计实验现象、编写实验程序,都要由学生独立完成,教师在实验过程中仅起指导作用。
我们曾提出一个实验目标,要求学生用定时器输出周期为2ms,占空比从0%～100%的矩形波。这个问题看似简单,但是不经过仔细研究也是不容易实现的。我们要求学生在实验平台(单片中断控制器)上完成中断嵌套和中断轮换优先级的实验,这个实验包含了设计多个中断源,设计实验现象来证明中断嵌套和中断轮换优先级的关系。我们还要求学生在两个实验平台之间通过设计的通信协议完成文件传输,学生必须要设计一套通信协议,不仅要考虑数据格式和时间关系,而且还要考虑容错问题,这就大大地增强了学生对协议的理解以及实现协议的能力。
2.5研究性实验教学
研究性实验的宗旨是培养和提高学生的创造性,激发学生的潜力,发扬和完善学生的个性。所有题目中都应包含学生可以发挥创造性的空间,使他们真正有机会思考、想象、设计和创新。
我们在现有的实验平台上开发了一些研究性实验扩展平台,同时注重研究性实验教学内容的更新和充实,这些实验的难度和研究型的成分比其他实验都有了很大的提高。我们还为实验扩展平台编写了相应的研究性实验指导书,指导书上只表明了实验扩展平台的电路图和实验需要达到的目的,至于实验方案设计、连线设计、现象设计和结果的预期都完全由学生通过查阅资料、分组讨论来组织实施并完成,以最大限度体现研究性学习和实践的成分。相关扩展实验平台的研究型实验包括I2C接口的存储器访问实验、I2C接口的RTC时钟控制实验、SPI接口的EEPROM访问实验、8259中断控制器级联向量中断实验、8259中断控制器级联查询中断实验、RS485四线全双工/二线半双工通信实验等[3]。
3多层次实验教学的实施
接口技术实验为16学时,可以完成8个实验,主要包括基础性实验、提高性实验、综合性实验和设计性实验;而研究性实验在课后进行,预定8个学时。为了满足实验课时要求,综合性实验和设计性实验遍及一整周的时间,在此期间教师安排答疑时间,解决学生提出的各种问题。同时,要求学生进实验室之前必须完成实验的前期设计工作,做实验时教师要进行抽查,结果作为实验成绩的一部分。
为了保证实验的效果,我们设计和编写了多组实验和相应的实验指导书,保证两年内各个实验教学课堂的实验内容有所区别。这样不仅避免了部分学生相互抄袭实验结果的现象,也为部分同学提供了可选择的实验内容。
研究性实验分组进行,每组3人,设立小组长,实验过程的每一步由小组长组织实施,在结课前安排一次研究性实验研讨会,每个小组做PPT进行总结发言,大家进行相互交流。
4多层次实验教学的效果
多层次实验内容的教学实施两年来,取得了可喜的成绩。接口技术实验室从来没有像现在这样人气旺,业余时间总可以看到几个学生围在一起做实验,充满了热烈研讨的气氛。阶梯式实验教学内容的构建,符合学生学习过程中的认知规律,逐步地调动了学习积极性和学习热情,有很多同学从此对硬件产生了兴趣,从以前的害怕硬件到喜欢上了硬件设计,还有一些同学在后来参加的大赛中获奖。实践证明,多层次实验教学对提高学生乐趣,促进他们实践能力的提升有重要积极的作用。
参考文献:
[1] 石继红,武保林,王洪顺,等. 金属材料工程专业多层次实验教学的研究与实践[J]. 实验技术与管理,2009(9):120-122.
[2] 王静,邢冰冰,罗文,等. 电路分析实验教学改革的实施[J]. 实验技术与管理,2009(9):131-133.
[3] 李济生. 接口技术研究型教学的探索与实践[J]. 计算机教育,2010(6):69-71.
Multi-level Experimental Exploration of Teaching Contents of Interface Technology
LI Ji-sheng
(School of Computer &Information Technology, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, China)
Abstract: Based on cognitive rules, build a multi-level Interface Technology teaching content, and the implementation of these content. Practice shows that experimental teaching content for multi-level interest in learning, innovation and capacity to enhance the practice is helpful.
Key words: Interface Technology; multi-level; practice teaching