面向機械工程專業(yè)的微機原理及接口技術(shù)課程改革探討

徐斌

摘? 要 微機原理及接口技術(shù)是機械工程等理工科專業(yè)重要課程。首先分析課程教學(xué)過程中存在的一些問題，并針對這些問題提出一些有效的課程教學(xué)改革和創(chuàng)新，以此激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，增強學(xué)生學(xué)習(xí)動力，提高機械工程專業(yè)學(xué)生專業(yè)素質(zhì)。

關(guān)鍵詞 機械工程專業(yè);微機原理及接口技術(shù);教學(xué)改革;虛擬仿真軟件;實驗;單片機學(xué)習(xí)開發(fā)板;課程網(wǎng)站

中圖分類號：G642.3? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2019）06-0077-03

Mechanical Engineering Major Oriented Reform on Course of Microcomputer Principle and Interface Technology//XU Bin

Abstract Microcomputer principle and interface technology course are those of the key courses in mechanical engineering major. This

paper first discussed some problems during the teaching and learning

procedure， then proposed some reform and innovation for the pro-blems. The reform and innovation can inspire the students to work hard with more enthusiasm， which also improve the professional qualities of students in mechanical engineering major.

Key words mechanical engineering major; microcomputer principle and interface technology; teaching reform; virtual simulation soft-ware; experiment; SCM learning levelopment board; course website

1 前言

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，純機械結(jié)構(gòu)產(chǎn)品逐漸減少，取而代之的是集成機械和電氣技術(shù)的產(chǎn)品設(shè)備。結(jié)合實際情況，上海工程技術(shù)大學(xué)機械工程專業(yè)專業(yè)選修課包括機械設(shè)計制造和電氣控制自動化兩大模塊，微機原理及接口技術(shù)課程是電氣控制自動化模塊重要課程[1]。通過課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠掌握微型計算機基本原理及接口技術(shù)，具有一定的最小系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計能力。目前課程選擇MCS-51單片微型機為主要對象，授課內(nèi)容涉及單片機硬件基礎(chǔ)、匯編語言程序設(shè)計以及接口技術(shù)。

與電氣信息類專業(yè)學(xué)生相比，機械工程專業(yè)學(xué)生控制類基礎(chǔ)知識相對薄弱。因此，考慮學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)和專業(yè)水平，在教學(xué)內(nèi)容和方法等方面進行改革，在達到專業(yè)人才培養(yǎng)目標的同時，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增加學(xué)生的學(xué)習(xí)動力，在使學(xué)生快速準確掌握該課程基本知識等方面具有重要意義[2]。

2 課程教學(xué)過程中存在的問題

機械工程專業(yè)學(xué)生在學(xué)習(xí)該課程之前[3]，雖然進行了電工技術(shù)、電子技術(shù)等相關(guān)課程的學(xué)習(xí)，但針對性和系統(tǒng)性不強，在學(xué)習(xí)過程中難免存在一些難以理解和掌握的知識。目前主要有下面幾個問題。

內(nèi)容多，課時少? 在該課程學(xué)習(xí)過程中，涉及的前期相關(guān)知識較多，從而導(dǎo)致學(xué)生對課程中的知識點難以掌握和消化[4]。同時，該課程安排在大三下學(xué)期，學(xué)時不多且包含課內(nèi)實驗時間。大三下學(xué)期正處于學(xué)生找工作以及備戰(zhàn)考研等關(guān)鍵時期，進一步導(dǎo)致學(xué)生對課程學(xué)習(xí)的投入嚴重不足，很難達到預(yù)期學(xué)習(xí)效果。因此，必須對課程內(nèi)容進行整合和精簡，以保證在有限的時間內(nèi)能系統(tǒng)地開展教學(xué)工作。

教學(xué)手段單一? 該課程存在名詞概念較多、知識關(guān)聯(lián)性強、內(nèi)容較抽象等特點[5-6]。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中一旦對某個知識點理解不夠，就會導(dǎo)致后續(xù)學(xué)習(xí)過程中存在困難。而目前采用的教學(xué)方式以教師課堂講解為主，學(xué)生參與度不高。因此要不斷調(diào)整教學(xué)方法，在有限的時間內(nèi)系統(tǒng)地介紹課程知識，并在教學(xué)中調(diào)動學(xué)生的積極性，讓學(xué)生主動地參與教學(xué)過程。

實驗項目不完善? 實驗課程是該課程的重要組成部

分[7]，目前沒有單獨的實驗課程，而是采用課內(nèi)實驗的方式。由于學(xué)生人數(shù)較多，場地有限，因此安排的實驗課多為驗證性實驗。實驗過程中只需要根據(jù)實驗指導(dǎo)書提示，輸入程序，運行并記錄結(jié)果即可。學(xué)生在實驗過程中缺乏獨立思考，導(dǎo)致創(chuàng)新設(shè)計能力以及獨立思考能力沒有得到很好的開發(fā)和提升，達不到實驗教學(xué)的目的，最終導(dǎo)致課程學(xué)習(xí)效果不佳。

3 課程教學(xué)改革和創(chuàng)新

課時量有限，但是課程內(nèi)容較多、信息量大，與前期課程以及課程本身各章節(jié)之間相互關(guān)聯(lián)比較大[6，8]。為了保證學(xué)生在有限的時間內(nèi)掌握課程相關(guān)知識，需要對當(dāng)前課程體系與教學(xué)過程進行改革和創(chuàng)新，具體實施思路如圖1所示。下面將重點介紹在后續(xù)的課程教學(xué)過程中需要注意的幾個方面。

精簡教學(xué)內(nèi)容? 結(jié)合專業(yè)實際情況并參考大部分兄弟院校課程安排情況，課程安排八個部分，包含七個部分的理論授課和一個部分的實驗安排，如圖2所示。該安排對部分知識點進行刪除、規(guī)整和精簡，如中斷系統(tǒng)章節(jié)，刪除了中斷控制器8259A教學(xué)內(nèi)容，要求學(xué)生重點掌握中斷基本概念以及8051中斷系統(tǒng)。對部分章節(jié)進行合并，如對于存儲器章節(jié)不單獨設(shè)置，將其歸入并行I/O接口章節(jié)，要求學(xué)生重點掌握單片機與外部存儲器的擴展。教學(xué)內(nèi)容中要加強微機在機電一體化行業(yè)的應(yīng)用教學(xué)，有利于吸引學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望，增強學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性，達到預(yù)期教學(xué)目標。

改革課堂教學(xué)方式? 調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性是教學(xué)設(shè)計和安排的基本原則[6]。筆者通過與學(xué)生交談發(fā)現(xiàn)，大部分學(xué)生在課程前期學(xué)習(xí)過程中都具有很高的積極性，也能跟上教學(xué)進度;但是當(dāng)教學(xué)內(nèi)容進入第三部分時，發(fā)現(xiàn)該章節(jié)記憶性知識點比較多，且知識點之間聯(lián)系較大，區(qū)分度較高。因此，學(xué)生學(xué)習(xí)動力直線下降，學(xué)習(xí)效果非常不理想。

在課堂授課過程中首先要注意把握理論深度，減少陳述性以及記憶性的知識。對部分知識點進行歸并分類介紹，如介紹MOV、MOVX以及MOVC指令時，首先應(yīng)讓學(xué)生理解數(shù)據(jù)傳送的基本概覽，然后分析三種不同指令的適應(yīng)場合，掌握它們之間的區(qū)別和聯(lián)系。

其次，在授課過程中要合理拋出一些思考性問題，配合案例教學(xué)，讓學(xué)生參與其中，這樣學(xué)生才會更加主動地深入課堂。

精選實驗內(nèi)容? 根據(jù)專業(yè)培養(yǎng)方案和課程教學(xué)大綱，目前該課程設(shè)置了兩個實驗，即匯編語言程序設(shè)計和單片機與A/D和D/A接口技術(shù)實驗。

1）在匯編語言程序設(shè)計實驗中，重點要求學(xué)生掌握典型程序的設(shè)計方法，如分支程序、循環(huán)程序、查表程序與子程序。通過這些實驗，學(xué)生可掌握指令系統(tǒng)中指令集和使用方法，并對匯編語言設(shè)計思想有初步掌握。

2）在單片機與A/D和D/A接口技術(shù)實驗中，要求學(xué)生掌握單片機與ADC0809的連接方法，并根據(jù)連接方式，計算轉(zhuǎn)換芯片的端口地址。同時要求學(xué)生采用中斷方式和查詢方式，讀取EOC線上的狀態(tài)信息，從而判斷轉(zhuǎn)換過程是否結(jié)束。

課外擴展和畢業(yè)設(shè)計? 由于該課程學(xué)時較少，且學(xué)院實驗室場地受限，僅僅依靠課內(nèi)實驗就想讓學(xué)生理解和掌握單片機基本工作原理并進行相關(guān)電子系統(tǒng)設(shè)計是遠遠不夠的。現(xiàn)在由于個人電腦比較普及，學(xué)生幾乎每人都配有筆記本電腦，因此可以借助虛擬仿真軟件進行系統(tǒng)仿真。這樣不僅可以節(jié)約成本，同時不會受到實驗場地的限制，極大地提升學(xué)生的學(xué)習(xí)樂趣和動力。由英國Lab Center Electronics公司推出的Proteus軟件是專門用于電子系統(tǒng)設(shè)計和仿真的軟件[9]，特別適合單片機系統(tǒng)設(shè)計和仿真。

另一方面，可建議學(xué)生購置單片機學(xué)習(xí)開發(fā)板，目前開發(fā)板功能較強大，且價格便宜，在學(xué)生可承受范圍之內(nèi)。借助于實際開發(fā)板，學(xué)生可以更加清楚地看清和了解各元器件的全貌，有助于在后續(xù)實際項目設(shè)計開發(fā)過程中快速融入。

因此，在課內(nèi)教學(xué)過程中，可以積極向?qū)W生推薦這些課外學(xué)習(xí)擴展途徑，這樣可進一步深入將理論教學(xué)與實踐結(jié)合起來，使學(xué)生在實驗過程中回憶課堂知識點，并將其應(yīng)用于系統(tǒng)開發(fā)過程，既能做到鞏固所學(xué)，又能融入時間，得到事半功倍的效果。

此外，大學(xué)第八學(xué)期是學(xué)生畢業(yè)設(shè)計階段，教師可提供一些單片機相關(guān)畢業(yè)設(shè)計課題，讓學(xué)生通過畢業(yè)設(shè)計綜合設(shè)計，進一步鞏固所學(xué)。

豐富網(wǎng)絡(luò)資源? 網(wǎng)絡(luò)資源是課堂教學(xué)的有益補充[10]，因此可以建設(shè)課程網(wǎng)站，在網(wǎng)上實時公布最新的教學(xué)大綱、多媒體課件、教學(xué)進度安排以及其他教學(xué)相關(guān)資料。在條件允許情況下，可建立網(wǎng)上答疑工作室，學(xué)生有問題可以在網(wǎng)上發(fā)布，其他學(xué)生和教師都可以看到問題并進行解答，最后由教師對學(xué)生的回答做出點評。這樣既方便學(xué)生提出問題，同時別的學(xué)生也可以參與其中，參與回答問題的學(xué)生可以進一步鞏固知識點，有利于提高學(xué)習(xí)的動力和樂趣。其他學(xué)生可以通過參與討論的方式檢驗自己的學(xué)習(xí)效果。此外，在網(wǎng)上建立兄弟院校相關(guān)課程鏈接，特別是一些國家精品課程網(wǎng)站，擴展學(xué)生的視野。

強化隊伍建設(shè)? 目前，機電一體化教學(xué)團隊主要承擔(dān)學(xué)院微機原理及接口技術(shù)等相關(guān)電氣控制類課程的教學(xué)工作。多年來，上海工程技術(shù)大學(xué)機械與汽車工程學(xué)院和團隊領(lǐng)導(dǎo)都非常重視青年教師的培養(yǎng)和引進工作。在積極引進相關(guān)專業(yè)國內(nèi)外高水平大學(xué)優(yōu)秀畢業(yè)生的同時，一方面通過參與高水平科研項目促進團隊教師的業(yè)務(wù)水平，將項目過程中成功的方法和成果引入課題，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性;另一方面鼓勵團隊教師積極參加各類教學(xué)技能競賽和各類研討會，學(xué)習(xí)他人優(yōu)秀的教學(xué)方法，不斷提升教師的綜合業(yè)務(wù)技能。

4 結(jié)語

針對上海工程技術(shù)大學(xué)機械工程專業(yè)特色和培養(yǎng)計劃課程體系，分析當(dāng)前微機原理及接口技術(shù)課程教學(xué)過程中在課程設(shè)置、理論教學(xué)以及實驗教學(xué)等方面存在的一些問題。針對這些問題，根據(jù)近年的教學(xué)經(jīng)驗，提出一些有效可行的課程教學(xué)改革和創(chuàng)新，以此能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增加學(xué)生的學(xué)習(xí)動力，進一步提升學(xué)生的培養(yǎng)質(zhì)量。只有不斷地進行課程改革和探索，才能建立一套適合專業(yè)實際的課程教學(xué)方案，從而豐富教學(xué)過程，激發(fā)學(xué)生興趣，取得預(yù)期的培養(yǎng)目標。■

參考文獻

[1]王向紅，李秀坤，張殿倫，等.“微機原理及接口技術(shù)”課程教學(xué)改革與創(chuàng)新[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2007（12）：97-98.

[2]王正初，范劍，李軍.機械專業(yè)單片機課程案例教學(xué)研究[J].中國教育技術(shù)裝備，2015（2）：81-83.

[3]胡漢才.單片機原理及其接口技術(shù)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2010.

[4]崔冉，吳靜然.高等教育新形勢下《單片機原理及其接口技術(shù)》課程教學(xué)改革探索[J].教育現(xiàn)代化，2017（19）：

138-139.

[5]胡瑞強，張毅剛，李成偉.單片機課程設(shè)計教學(xué)改革探討[J].實驗科學(xué)與技術(shù)，2010（3）：46-48，78.

[6]張偉.單片機與接口技術(shù)課程研究型教學(xué)模式研究[J].西南師范大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2018，43（6）：190-194.

[7]席文平，藍和慧.單片機原理及接口技術(shù)實驗教學(xué)改革研究[J].中國教育技術(shù)裝備，2018（6）：111-112，117.

[8]劉喜雙，姚健.單片機課程實踐教學(xué)改革探索[J].教育探索，2013（8）：31-32.

[9]張毅剛，胡瑞強.基于Proteus的單片機課程的教學(xué)改革與實踐能力培養(yǎng)[J].教育教學(xué)論壇，2012（5）：149-150.

[10]郭亞琴，王青，顧娜.單片機技術(shù)及系統(tǒng)設(shè)計多媒體網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的構(gòu)建[J].信息系統(tǒng)工程，2015（4）：152-153.