機(jī)械類專業(yè)課程教學(xué)研究與實(shí)踐

劉萍

摘要：用實(shí)例探討機(jī)械類專業(yè)課程中的微機(jī)原理課程是一種新的教學(xué)模式，這個(gè)教學(xué)模式由三個(gè)環(huán)節(jié)組成：分別采用案例系統(tǒng)教學(xué)、自主動(dòng)手開發(fā)實(shí)踐和變通的考試機(jī)制。在學(xué)習(xí)周期縮短的情況下，使學(xué)生能夠夯實(shí)理論知識(shí)，同時(shí)提高自主學(xué)習(xí)能力，從而有力地保證了教學(xué)的質(zhì)量。在國家“卓越工程師”這一大的環(huán)境下，運(yùn)用這種教學(xué)理念，同時(shí)與企業(yè)進(jìn)行合作，為國家輸送了一批有著實(shí)際的操作能力和創(chuàng)造能力的人才。

關(guān)鍵詞：機(jī)械類專業(yè)課；微機(jī)原理與接口技術(shù)；卓越工程師；教學(xué)研究

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2018）41-0147-02

一、案例系統(tǒng)教學(xué)

1.總論。機(jī)械類專業(yè)課程在教學(xué)時(shí)如果能夠注重于理論和實(shí)際的結(jié)合，教學(xué)結(jié)果會(huì)更加使人滿意?，F(xiàn)在我們以《微機(jī)原理與接口技術(shù)》為代表進(jìn)行舉例，深入地分析采用怎樣的教學(xué)方法對(duì)機(jī)械類專業(yè)課程最為有效?！段C(jī)原理與接口技術(shù)》是一門對(duì)動(dòng)手能力和自主學(xué)習(xí)能力要求極高的學(xué)科，這門課程主要包括微機(jī)的工作原理、匯編語言、接口技術(shù)和應(yīng)用實(shí)例。在我國高等院校的教育改革中，機(jī)械類專業(yè)《微機(jī)原理與接口技術(shù)》課程理論課時(shí)越來越少，到目前為止總課時(shí)數(shù)為48學(xué)時(shí)，理論課時(shí)為22學(xué)時(shí)。為了回應(yīng)國家對(duì)于培養(yǎng)“卓越工程師”的號(hào)召，我們通過開設(shè)卓越班來培養(yǎng)滿足企業(yè)需要，面向工商業(yè)、面向世界、面向未來，并且能夠適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的優(yōu)秀人才。

2.材料內(nèi)容與案例相結(jié)合。在教學(xué)中把各個(gè)案例都與教材中的理論相結(jié)合，再把理論知識(shí)放到實(shí)際問題中去，從而實(shí)現(xiàn)了將教學(xué)的內(nèi)容與實(shí)際中存在的問題相互聯(lián)系。例如，當(dāng)學(xué)生在學(xué)習(xí)CPU的編程結(jié)構(gòu)時(shí)，第一步使學(xué)生了解簡單的時(shí)序電路，由簡入難再向?qū)W生介紹時(shí)鐘電路、寄存器、總線這些理論概念。為了使學(xué)生更好地去理解編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器8253，我們可以用怎樣檢測自行車速度為例。自行車速度的檢驗(yàn)，運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘，對(duì)自行車輪胎之間的輻信號(hào)進(jìn)行測量，計(jì)數(shù)檢測到的輪輻。根據(jù)單位時(shí)間計(jì)算法，檢驗(yàn)出單位時(shí)間內(nèi)輪輻經(jīng)過的個(gè)數(shù)，另一種方法為檢驗(yàn)輪輻的總數(shù)目，通過計(jì)算出每一根輪輻所使用的時(shí)間，便能得到最后的車速。在這一問題中，學(xué)生需要掌握調(diào)整控制字寄存器和每一個(gè)計(jì)數(shù)器的初始化。

3.案例環(huán)環(huán)相扣，形成系統(tǒng)。案例的設(shè)計(jì)要緊密相連，案例的設(shè)計(jì)第一個(gè)需要考慮的問題就是，什么樣的案例在當(dāng)次的教學(xué)中能夠講解所需要的理論知識(shí)，同時(shí)可以復(fù)習(xí)上一次課程的知識(shí)并且能夠?yàn)橄乱淮蔚慕虒W(xué)課程做一個(gè)鋪墊，這樣的方法使學(xué)生在學(xué)習(xí)新的理論知識(shí)的時(shí)候能夠?qū)ι弦淮蔚恼n程進(jìn)行一次復(fù)習(xí)，使得學(xué)生知識(shí)更加鞏固，也能激發(fā)起學(xué)生對(duì)于下一次課的新奇與憧憬。另外，工程應(yīng)用所涉及的知識(shí)面較為廣泛，所需要掌握的案例要通過大量的時(shí)間來消化，有限的理論課時(shí)間，案例緊密相連，環(huán)環(huán)相扣，這樣既可以減少學(xué)生對(duì)案例領(lǐng)會(huì)的時(shí)間，還能使學(xué)生們更好地掌握理論的內(nèi)涵。

當(dāng)用感應(yīng)同步器為案例時(shí)，這個(gè)系統(tǒng)分為8086的總線和時(shí)序、存儲(chǔ)器、輸入/輸出、中斷技術(shù)，可以編程的接口芯片8255、8253、8279這些微機(jī)原理接口技術(shù)中所包含的所有理論知識(shí)。在教學(xué)過程中，我們可以重復(fù)使用這個(gè)案例。在總線和時(shí)序的知識(shí)理論中，關(guān)于CPU，學(xué)生應(yīng)當(dāng)學(xué)會(huì)操作晶體振蕩器、復(fù)位電路和電源電路；對(duì)于存儲(chǔ)器的學(xué)習(xí)，學(xué)生理應(yīng)了解RAM、ROM存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)與作用，且對(duì)總線和時(shí)序的知識(shí)進(jìn)行鞏固，同時(shí)能夠看到余下的知識(shí)理論；對(duì)于可編程接口芯片，利用定時(shí)器/計(jì)數(shù)器8253進(jìn)行檢測是學(xué)員的基本要求，運(yùn)用并行接口芯片8255輸入輸出，操作8279鍵盤顯示電路，進(jìn)而對(duì)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，通過七段碼顯示參數(shù)或者感應(yīng)同步器距離，一環(huán)扣一環(huán)，環(huán)環(huán)相扣，形成一個(gè)完整的系統(tǒng)。

二、在自制開發(fā)板上動(dòng)手實(shí)踐

很多的機(jī)械類專業(yè)的學(xué)生在面臨畢業(yè)時(shí)，在實(shí)際的練習(xí)中不知道把微機(jī)原理的知識(shí)運(yùn)用到工程生活中。為了使理論與實(shí)際結(jié)合得更加緊密，作者自行設(shè)計(jì)了一個(gè)簡易的CPU開發(fā)板。在線下載是CPU開發(fā)板的一個(gè)功能之一，可以進(jìn)行與計(jì)算機(jī)通訊、鍵盤顯示操作、模擬量輸入等操作。在開發(fā)板中進(jìn)行編程，更加容易理解微機(jī)編程結(jié)構(gòu)、編繪語言、存儲(chǔ)器功能、輸入輸出接口、A/D轉(zhuǎn)換、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器功能。將這種自主制作的開發(fā)板分發(fā)給每位學(xué)生，學(xué)生將會(huì)領(lǐng)到各不相同的編程任務(wù)，通過電路板，學(xué)生能夠在空閑的時(shí)間鞏固知識(shí)，從而掌握微機(jī)原理的內(nèi)涵。

學(xué)生通過這些訓(xùn)練，在完全理解了課堂內(nèi)容的同時(shí)，既鍛煉了實(shí)際操作能力，又使他們?cè)谝院竺鎸?duì)問題時(shí)能夠具有創(chuàng)新能力，通過手中的這塊CPU開發(fā)板，學(xué)生讓它實(shí)現(xiàn)了多種不同的功能。

三、靈活考試機(jī)制

每年大約有近100名的學(xué)生會(huì)去學(xué)習(xí)這門課程，這100名學(xué)生中一些會(huì)去與教師共同研究一個(gè)課題。這些幫助老師研究課題的學(xué)生的成績通常在90分以上，還有部分學(xué)生會(huì)去參加興趣小組，把微積分原理知識(shí)運(yùn)用到自己的小發(fā)明中。另外，一部分學(xué)生在自己的研發(fā)板上做出了比較好的演示程序，他們的成績則由期末的卷面成績和演示程序的分?jǐn)?shù)共同定奪，其他的學(xué)生的成績由平時(shí)的作業(yè)綜合成績和卷面的成績來定。

這樣靈活的考試制度，在使學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性提高的同時(shí)，促使一些學(xué)生增強(qiáng)了自主性，提高了實(shí)際操作能力，促進(jìn)了思維的擴(kuò)展性，在參與課題研究時(shí)一些人申請(qǐng)了大學(xué)生創(chuàng)新基金項(xiàng)目；另有一些通過自己的課題，成立了自己的公司。這樣的考試制度，加強(qiáng)了學(xué)生與老師之間的溝通，有著良好的教學(xué)結(jié)果，這種教學(xué)模式，使學(xué)生提升了動(dòng)手、動(dòng)腦能力，使他們的基礎(chǔ)更加堅(jiān)實(shí)。

采用上述教學(xué)方法，學(xué)生擁有很強(qiáng)的創(chuàng)新能力，并且能很好地將理論轉(zhuǎn)化到實(shí)際應(yīng)用中，如圖1所示。

圖2中，有電源轉(zhuǎn)換模塊，220V交流電通過變壓整流后，變?yōu)橹绷麟姡蔀檎麄€(gè)機(jī)器人控制系統(tǒng)服務(wù)；直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊使用L298N芯片內(nèi)部集成的兩個(gè)H橋驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)；用RS485串口通訊模塊實(shí)現(xiàn)PC與單片機(jī)的遠(yuǎn)距離通信。

作為一門有著自己的專業(yè)特點(diǎn)的課程，機(jī)械專業(yè)課程要求理論和實(shí)踐必須緊密相連，環(huán)環(huán)相扣。通過案例來實(shí)現(xiàn)教學(xué)是這篇文章所重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)的。學(xué)生通過自己對(duì)CPU開發(fā)板的理解與操作，完成了電路設(shè)計(jì)，鞏固了學(xué)生所必須了解的理論知識(shí)，促進(jìn)了學(xué)生的實(shí)際操作能力，使學(xué)生在未來走向社會(huì)懂得舉一反三，提高了學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)造的能力。創(chuàng)造能力的提高往往能夠催生出學(xué)生創(chuàng)造的火花來，這是一種契機(jī)，一種良好的機(jī)制。這樣，無論是在今后的教學(xué)過程中還是在今后的主動(dòng)學(xué)習(xí)過程中都能夠讓學(xué)生形成一種積極探索的心態(tài)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉國榮，秦祖澤，黃俊偉，等.工程應(yīng)用型本科教育特性及共創(chuàng)新人才培養(yǎng)體系的研究與實(shí)踐[J].中國大學(xué)教學(xué)，2004，（12）.