信息化教學在《嵌入式系統》中的應用

王麗輝

摘要：信息化教學應用在嵌入式系統課程中，把傳統的以教為主、學為輔的教學模式轉變為以教師為引導，以學生為主體的自主性、探究性的教學模式。通過列舉教學實踐“單片機最小系統設計”，充分展示了信息化教學在嵌入式系統課程中的作用。

關鍵詞：嵌入式系統 信息化教學 教學實施 教學過程

信息化教學就是在信息化環境中，教學雙方借助現代教育媒體、教育信息資源和教育技術方法進行的雙邊活動。信息化教學的特點是：以現代信息技術為支撐；以現代教育理論為指導；強調構建新型教學模式；強調在“做中學”，信息化教學更適合學生的學習需要和特點。

《嵌入式系統》課程是計算機科學與技術專業大四學員的專業必修課程。通過本課程的學習，使學員掌握嵌入式系統的組成；熟練掌握嵌入式系統軟硬件的設計方法；掌握應用系統的分析流程、設計步驟等；能夠運用嵌入式系統的基本知識，解決裝備中的微計算機控制問題。本課程與其它多門學科聯系緊密，交叉性強，適合學生在老師的指導下進行自主學習。課程中涉及到的硬件工作原理以及程序設計，對于學生來說都比較抽象、難以理解，因此使用傳統的知識傳授方式很難達到理想的教學效果。

通過采用信息化教學，引入視頻、動畫演示及仿真軟件等，讓學生自己動手實踐，經過學生的探究式自主學習、分組合作實現，可以調動學生的學習積極性，活躍學生的思維，培養學生動手能力，提高教學質量。

下面以“單片機最小系統設計”這一實踐環節來說明信息化教學在《嵌入式系統》課程中的應用。該任務的教學實施過程分為六個環節。

一、教學情境導入

使用真實教學情境，由十字路口交通燈場景引出本次任務。本次課利用單片機實驗箱、面包板、AT89S52單片機及相應的元器件等實現十字路口交通燈控制的設計與實現。首先讓學生觀察視頻中交叉路口紅、綠、黃三個交通燈的運行，結合前面學習的單片機最小系統相關知識，啟發學生把生活中的現象與問題變為學習的對象，將生活中的實際問題和需要學習的相關知識緊密地聯系起來。從實際問題出發，運用單片機知識對任務進行思考，讓學生意識到可以利用已經學習過的單片機知識來解決生活中的實際問題，激發學生學習興趣，使學生全身心地更投入到學習中去。

二、仿真軟件使用

隨著仿真技術的快速發展，現在常用的仿真軟件除了能進行原理布圖，自動或人工布線及電路仿真的功能外，還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程，并實現軟件源碼級的實時調試，如有顯示及輸出，還能看到運行后的輸入輸出效果。

在《嵌入式系統》課程的授課過程中，常利用Proteus仿真軟件進行虛擬實驗室教學，使學生完成硬件電路設計、軟件編程以及調試的過程。硬件電路設計結束后，學生可以通過編寫程序，使單片機的引腳按照人的需要輸出高低電平，來控制作為交通燈的二極管顯示來驗證軟硬件設計是否正確。

引入Proteus仿真軟件，學生可以很直觀、完整地看到本次課要完成的任務，這是老師難以用語言來描述或利用一般教具來展示的。學生利用Proteus仿真軟件進行軟件仿真調試時，可以很及時地發現硬件電路及軟件編程中存在的錯誤，并及時調整，整個的軟硬件設計過程跟實際設計過程吻合，讓學生在發現問題，解決問題的過程中培養了自己軟硬件設計能力。

三、理論知識學習

針對理論知識很難理解，教師在課前通過網絡課程安排預習任務，并在網絡課程中放置學生需要了解最新的知識點的課件、視頻、動畫演示等。學生課前在網絡課程中學習理論知識，再通過網絡課程中的在線測試對知識點進行鞏固。課上教師通過問題引導，將知識點串起來，為學生搭建整體的知識框架，這部分以“學”為中心。

四、硬件示范教學

這個環節，以“示范教學”為中心，本次課需要學生搭設硬件電路，電路的設計及搭建必須按照設計及操作規范進行，這是學生必須掌握，并且要形成操作習慣。因此在學生進行動手搭設硬件電路之前，需要教師結合以前學到的相關理論知識，根據學生利用仿真軟件設計出來的電路，按照標準操作流程進行硬件電路的搭建演示。

五、分組協作學習

課堂上經常需要學生通過仿真軟件搭建電路、編寫程序并進行軟件調試，工作量較大，由一個人獨立完成比較困難，因此實踐課上將學生分組，每組2～3個人。在進行軟硬件設計時，可以開展小組討論協商，分工合作，通過這樣的協作學習，小組成員群體的思維和智慧就可以獲得最大的成效，整個學習小組共同完成復雜任務的同時幫助學生對所學知識深入理解，也可以培養學生協作學習的意識和研究探索的精神。

在進行單片機最小系統設計的整個教學過程中，老師只是起輔助性的指導作用，多鼓勵、多肯定學生的行為，把傳統的被動式學習轉變為自主探究式學習，體現了以學生為主體的教學方式。

六、實踐環節實施

在進行實踐環節實施時，使用單片機實驗箱、面包板、AT89S52單片機及相應的元器件等實現十字路口交通燈控制的設計與實現。將實踐環節設置成三個層次的任務：（1）設計完成一個綠燈的顯示；（2）紅燈和綠燈的有序顯示；（3）紅綠黃三個交通燈的有序顯示，三個任務從易到難。

教師引導學生從簡單的任務開始，在分析問題、解決問題的過程中，培養動手能力、培養學生將理論應用于實踐的能力；同時在成功完成簡單任務的過程中，培養學員的成就感；隨著任務難度逐漸增加，調動學生的學習欲望，激發學生的學習興趣。

七、學生學習評價

從過程性評價、機評、互評、師評四個方面對學生進行評價。過程性評價主要是期末考試；在網絡課程中進行課程預習及復習成果會由機器來評價；小組成員進行互相評價；教師對于小組軟硬件設計成果進行評價。完善評價機制可以更合理地評價學生的進步、促進學生在原有水平上的提高、培養學生主動思考的意識。

信息化教學就是將信息化元素融入教學中，可以部分地解決傳統教學中的問題。針對教材更新較慢的問題：在課堂上可以教材為輔助，主要利用網絡資源，為學生提供最新的教學資源，并且創設出最貼近實際的教學情境；針對教學中的理論知識相對枯燥的問題：網上的資源相對豐富，以豐富的信息為中心，進行教學理論知識的講授和實踐部分的設計，可以激發學生學習的主動性和積極性。

隨著計算機仿真技術的發展，在信息化教學中，可以利用先進的仿真軟件，以學生為主體，引導學生進行軟硬件的設計，有利于學生知識能力和信息處理能力的提高，激發學生學習動機，有利于培養學生的創新精神。

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