建构主义模式下的嵌入式系统实验教学设计.pdf

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1、http:/ 建构主义模式下的嵌入式系统实验教学设计建构主义模式下的嵌入式系统实验教学设计 李红卫11江苏技术师范学院计算机科学与工程学院（213001）E-mail： 摘摘 要：要：在建构主义教学模式下提出嵌入式系统实验教学设计，将复杂的实验教学任务分解成基本型实验、验证型实验和研究创新型实验三个层次。通过实验教学培养学生的团队合作能力、总体设计能力、实践动手能力、综合创新能力和综合总结能力。关键词：关键词：嵌入式系统 建构主义 实验教学设计 1.引引 言言 嵌入式系统已被广泛地应用于工业控制系统、信息家电、通信设备、医疗仪器、智能仪器等众多领域，“嵌入式无处不在”已经成为现实。2004 年

2、 6 月，美国电气及电子工程师学会计算机协会（IEEE-CS）和美国计算机学会（ACM）公布了“计算教程 2004”(Computing Curriculum 2004，简称 CC2004)。CC2004 对原“计算教程 CC2001”给出的四个专业方向进行了修改和扩充，并给出了新的评述，其中在计算机工程专业课程中已将嵌入式系统作为核心课程之一。而社会对嵌入式技术人才的需求量也在不断增加，因此，各高校为适应社会对嵌入式人才的需求，在计算机类专业中陆续开设了与嵌入式系统相关的课程。嵌入式系统涉及计算机体系结构、操作系统、微机原理、接口技术、计算机编程等诸多知识内容，是一门综合性很强的课程，也是一

3、门实践性很强的课程，在学习这门课程中实践教学环节非常重要。通常，学生对理解和掌握嵌入式知识是在亲自动手实验、搭建硬件电路、编程的过程中完成的。所以，嵌入式系统实验教学设计就显得十分重要，本文从建构主义理论出发，对嵌入式系统实验教学设计进行探讨。2.建构主义模式下的实验教学设计建构主义模式下的实验教学设计 建构主义教学模式是指在教师指导下的，以学生为中心的学习。建构主义学习环境包含情境、协作、会话和意义建构等四大要素。在整个教学过程中，利用情境、协作、会话等学习环境要素充分发挥学生的主动性、积极性和创新精神，最终达到使学生有效地实现对当前所学知识的意义建构的目的。在这种模式中，学生是知识意义的主

4、动建构者，而不是外界刺激的被动接受者；教师是教学过程的组织者、指导者、意义建构的帮助者、促进者，而不是知识的传授者；教材所提供的知识不再是教师传授的内容，而是学生主动建构意义的对象；媒体也不再是帮助教师传授知识的手段、方法，而是用来创设情境、进行协作学习和会话交流，即作为学生主动学习、协作式探索的认知工具1。-1-http:/ 2.1 实验情境的创设实验情境的创设 学生做每一个实验，都要经历实验前的预习、实验中软硬件的调试操作和实验后完成实验报告的过程。传统的实验教学方法是先让学生预习实验指导书上有限的实验知识，再统一安排实验时间，让学生在实验室进行实验操作。在这样的环境下，学生进行实验的积极

5、性和主动性难以调动起来。建构主义学习理论认为“情境”是学习环境中的四大要素之一，情境的创设是整个实验环节中的重要一环，是学习者可以在其中进行自由探索和自主学习的场所。在嵌入式系统实验教学中，我们可以创设这样的一个情境，将实验内容分解成三个层次，提供与实验内容相关的大量资料，给予学生充分的时间进行查阅和理解资料，并开放嵌入式实验室，允许学生动态使用实验室及其内部的所有资源，充分发挥学生的主动性、积极性和创新性，大胆放手让学生自己学习，自己操作，运用已有的知识基础，学习新知识。在整个过程中，教师指导学生探索问题、解决困难，使学生对所做实验的性质、规律以及知识之间的内在联系有较深刻的理解，形成对知识

6、的意义建构。2.2 实验内容的安排实验内容的安排 嵌入式系统本身就是一个可裁剪的计算机系统，在实验教学的组织过程中，将实验分为基本型、验证型和研究创新型三个层次，每一个层次的实验包括若干个实验项目，每一个项目由一个或多个知识点构成，这些知识点就是学生意义建构的原子对象。基本型和验证型实验内容是对学生实验学习要达到的意义建构的最低要求。研究创新型实验是学生掌握基本技能后进行探索性和创造性的实验。学生借助实验设备、实验指导、交流合作进行自主学习和协作探索完成每个实验项目。在此过程中，学生建构灵活的知识基础，成为自主学习者，完成对当前所学知识的意义建构，达到充分理解课堂教学内容，形成对事物的理解和解

7、决问题的能力，同时，在此过程中也培养了学生的团队合作精神。2.2.1 基本型实验基本型实验 对于基本型实验，强调基础知识的了解和学习，是学生进行知识意义建构的原子知识。通过这部分实验，让学生了解嵌入式软件和硬件的一般开发环境与流程，熟悉掌握某一种嵌入式系统开发工具，能熟练地按正确的方法操作仪器、设备及工具，对嵌入式设备驱动程序的编写有初步的认识。本层次开设的实验主要有：熟悉ARM SDT 2.5或ADS 1.2软件开发环境；ARM串口实验；LCD的驱动控制实验；CAN总线通信实验；BootLoader实验和C/OS-在ARM微处理器上的移植及编译；键盘驱动程序设计。2.2.2 验证型实验验证型

8、实验 这部分实验的目的是让学生掌握基本的嵌入式程序开发能力，可以按照实验指导书的实验步骤进行实验平台的搭建，软件的设计和整个系统的调试。要求理解实验内容，并能读懂-2-http:/ 实验源代码。在整个实验过程中，逐步培养学生分析问题和解决问题的能力，并能掌握软硬件开发流程，形成良好的软硬件开发习惯。本层次开设的实验主要有：定时器控制实验；DMA编程实验；PWM控制步进电机实验；PWM的DMA控制直流电机实验；A/D采样实验；IIS音频播放实验。2.2.3 研究创新型实验研究创新型实验 对于这部分实验，教师可针对学生的具体情况设计一些小课题，将学生分成小组，每个小组完成一个课题。这是综合应用学生

9、所学知识和技能，在老师、同学的协作下，每一位学生通过一个完整的课题，从功能分析到系统设计到编程实现，对一个嵌入式系统开发的流程就有了一定的了解，掌握了嵌入式系统开发的方法。同时也激发了学生的学习兴趣，对学生以后的学习和工作都是很有价值的。通过这部分实验提高学生的自学能力及创造能力，培养学生的合作意识和团队精神。2.3 实验教学的评价实验教学的评价 对学生实验成绩的评定是督促学生掌握知识的一种手段，不仅要考核实验的成败、实验报告的质量，还要对学生的团队合作精神和创新能力方面进行考核。应加大创新实验在总分中的权重，放宽学生完成实验的次数与时间，激励创新意识。总之，评价内容应围绕学生的团队合作能力、

10、总体设计能力、实践动手能力、综合创新能力和综合总结能力五个方面进行，综合反映学生的实际能力。3.结束语结束语 实验教学是培养大学生专业素质的重要环节和有效途径。以建构主义学习理论对嵌入式系统实验教学进行设计，是对实验教学方法进行有益的探索。通过实验教学证明，以建构主义学习理论指导实验课教学，能够提高学生的学习效率和知识积累，有助于提高学生的分析问题、解决问题和创造性思维的能力。参考文献参考文献 1 何克抗.建构主义的教学模式、教学方法与教学设计.北京师范大学学报(社会科学版)，1997,5 2 李淑艳,任满杰.建构主义教学观下的嵌入式系统实验教学方案设计.第三届全国高等院校嵌入式系统教学研讨会

11、论文集.北京:清华大学出版社,2005:54-57 3 陈露.运用建构主义理论指导实验课教学.实验室研究与探索，2002,21(5):17-18 4 程如歧,高艺.嵌入式实验教学的思考.第三届全国高等院校嵌入式系统教学研讨会论文集.北京:清华大学出版社,2005:35-37 5 刘成章,许洪杰,邹显春.信息技术教育学.北京:高等教育出版社.2002 -3-http:/ Design of Experiment Teaching of Embedded System under Constructivism Model LI Hongwei School of Computer Science

12、and Engineering,Jiangsu Teachers University of Technology,Changzhou 213001,China Abstract In this paper,we propose the design of experimental teaching of embedded system under constructivism model.It resolves the complex experiment teaching task into the basic experiment,the confirmation experiment

13、and the research innovation experiment three levels.Raises students group team cooperation ability,the system design ability,the practical operating ability,the synthesis innovation ability and the synthesis summary ability through the experiment teaching.Keywords:embedded system constructivism experiment teaching design -4-