信息化教学在《嵌入式系统》中的应用

王丽辉

摘要：信息化教学应用在嵌入式系统课程中，把传统的以教为主、学为辅的教学模式转变为以教师为引导，以学生为主体的自主性、探究性的教学模式。通过列举教学实践“单片机最小系统设计”，充分展示了信息化教学在嵌入式系统课程中的作用。

关键词：嵌入式系统 信息化教学 教学实施 教学过程

信息化教学就是在信息化环境中，教学雙方借助现代教育媒体、教育信息资源和教育技术方法进行的双边活动。信息化教学的特点是：以现代信息技术为支撑；以现代教育理论为指导；强调构建新型教学模式；强调在“做中学”，信息化教学更适合学生的学习需要和特点。

《嵌入式系统》课程是计算机科学与技术专业大四学员的专业必修课程。通过本课程的学习，使学员掌握嵌入式系统的组成；熟练掌握嵌入式系统软硬件的设计方法；掌握应用系统的分析流程、设计步骤等；能够运用嵌入式系统的基本知识，解决装备中的微计算机控制问题。本课程与其它多门学科联系紧密，交叉性强，适合学生在老师的指导下进行自主学习。课程中涉及到的硬件工作原理以及程序设计，对于学生来说都比较抽象、难以理解，因此使用传统的知识传授方式很难达到理想的教学效果。

通过采用信息化教学，引入视频、动画演示及仿真软件等，让学生自己动手实践，经过学生的探究式自主学习、分组合作实现，可以调动学生的学习积极性，活跃学生的思维，培养学生动手能力，提高教学质量。

下面以“单片机最小系统设计”这一实践环节来说明信息化教学在《嵌入式系统》课程中的应用。该任务的教学实施过程分为六个环节。

一、教学情境导入

使用真实教学情境，由十字路口交通灯场景引出本次任务。本次课利用单片机实验箱、面包板、AT89S52单片机及相应的元器件等实现十字路口交通灯控制的设计与实现。首先让学生观察视频中交叉路口红、绿、黄三个交通灯的运行，结合前面学习的单片机最小系统相关知识，启发学生把生活中的现象与问题变为学习的对象，将生活中的实际问题和需要学习的相关知识紧密地联系起来。从实际问题出发，运用单片机知识对任务进行思考，让学生意识到可以利用已经学习过的单片机知识来解决生活中的实际问题，激发学生学习兴趣，使学生全身心地更投入到学习中去。

二、仿真软件使用

随着仿真技术的快速发展，现在常用的仿真软件除了能进行原理布图，自动或人工布线及电路仿真的功能外，还可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程，并实现软件源码级的实时调试，如有显示及输出，还能看到运行后的输入输出效果。

在《嵌入式系统》课程的授课过程中，常利用Proteus仿真软件进行虚拟实验室教学，使学生完成硬件电路设计、软件编程以及调试的过程。硬件电路设计结束后，学生可以通过编写程序，使单片机的引脚按照人的需要输出高低电平，来控制作为交通灯的二极管显示来验证软硬件设计是否正确。

引入Proteus仿真软件，学生可以很直观、完整地看到本次课要完成的任务，这是老师难以用语言来描述或利用一般教具来展示的。学生利用Proteus仿真软件进行软件仿真调试时，可以很及时地发现硬件电路及软件编程中存在的错误，并及时调整，整个的软硬件设计过程跟实际设计过程吻合，让学生在发现问题，解决问题的过程中培养了自己软硬件设计能力。

三、理论知识学习

针对理论知识很难理解，教师在课前通过网络课程安排预习任务，并在网络课程中放置学生需要了解最新的知识点的课件、视频、动画演示等。学生课前在网络课程中学习理论知识，再通过网络课程中的在线测试对知识点进行巩固。课上教师通过问题引导，将知识点串起来，为学生搭建整体的知识框架，这部分以“学”为中心。

四、硬件示范教学

这个环节，以“示范教学”为中心，本次课需要学生搭设硬件电路，电路的设计及搭建必须按照设计及操作规范进行，这是学生必须掌握，并且要形成操作习惯。因此在学生进行动手搭设硬件电路之前，需要教师结合以前学到的相关理论知识，根据学生利用仿真软件设计出来的电路，按照标准操作流程进行硬件电路的搭建演示。

五、分组协作学习

课堂上经常需要学生通过仿真软件搭建电路、编写程序并进行软件调试，工作量较大，由一个人独立完成比较困难，因此实践课上将学生分组，每组2～3个人。在进行软硬件设计时，可以开展小组讨论协商，分工合作，通过这样的协作学习，小组成员群体的思维和智慧就可以获得最大的成效，整个学习小组共同完成复杂任务的同时帮助学生对所学知识深入理解，也可以培养学生协作学习的意识和研究探索的精神。

在进行单片机最小系统设计的整个教学过程中，老师只是起辅助性的指导作用，多鼓励、多肯定学生的行为，把传统的被动式学习转变为自主探究式学习，体现了以学生为主体的教学方式。

六、实践环节实施

在进行实践环节实施时，使用单片机实验箱、面包板、AT89S52单片机及相应的元器件等实现十字路口交通灯控制的设计与实现。将实践环节设置成三个层次的任务：（1）设计完成一个绿灯的显示；（2）红灯和绿灯的有序显示；（3）红绿黄三个交通灯的有序显示，三个任务从易到难。

教师引导学生从简单的任务开始，在分析问题、解决问题的过程中，培养动手能力、培养学生将理论应用于实践的能力；同时在成功完成简单任务的过程中，培养学员的成就感；随着任务难度逐渐增加，调动学生的学习欲望，激发学生的学习兴趣。

七、学生学习评价

从过程性评价、机评、互评、师评四个方面对学生进行评价。过程性评价主要是期末考试；在网络课程中进行课程预习及复习成果会由机器来评价；小组成员进行互相评价；教师对于小组软硬件设计成果进行评价。完善评价机制可以更合理地评价学生的进步、促进学生在原有水平上的提高、培养学生主动思考的意识。

信息化教学就是将信息化元素融入教学中，可以部分地解决传统教学中的问题。针对教材更新较慢的问题：在课堂上可以教材为辅助，主要利用网络资源，为学生提供最新的教学资源，并且创设出最贴近实际的教学情境；针对教学中的理论知识相对枯燥的问题：网上的资源相对丰富，以丰富的信息为中心，进行教学理论知识的讲授和实践部分的设计，可以激发学生学习的主动性和积极性。

随着计算机仿真技术的发展，在信息化教学中，可以利用先进的仿真软件，以学生为主体，引导学生进行软硬件的设计，有利于学生知识能力和信息处理能力的提高，激发学生学习动机，有利于培养学生的创新精神。

参考文献：

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