《微機(jī)原理》課程教學(xué)方法和教學(xué)內(nèi)容探討

周俊杰

（鄭州大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院，河南 鄭州 450001）

隨著人工智能的深入發(fā)展，21世紀(jì)全面進(jìn)入了計(jì)算機(jī)智能控制時(shí)代，而其中的一個(gè)重要方向就是以嵌入式計(jì)算機(jī)控制與計(jì)算。正因如此，近年來(lái)各個(gè)國(guó)家不斷加大對(duì)嵌入式計(jì)算機(jī)控制技術(shù)研究的投入力度，尤其是科研人員的培養(yǎng)。隨著人工智能技術(shù)的快速發(fā)展，吸引了越來(lái)越多的學(xué)生學(xué)習(xí)《微機(jī)原理》或《單片微型機(jī)原理》，通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)，可以幫助學(xué)生更快的進(jìn)入軟硬件結(jié)合的學(xué)習(xí)方法，同時(shí)加強(qiáng)國(guó)產(chǎn)芯片STC系列單片機(jī)的學(xué)習(xí)[1]，不僅學(xué)習(xí)了系統(tǒng)的理論知識(shí)，還培養(yǎng)了愛(ài)國(guó)情懷，提高實(shí)踐動(dòng)手能力。

《微機(jī)原理》課程是過(guò)程裝備與控制工程專(zhuān)業(yè)等機(jī)電類(lèi)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)主要課程，內(nèi)容多樣抽象，涉及學(xué)科較多，是廣大教師難教和學(xué)生難學(xué)的一門(mén)課程。隨著Proteus軟件的出現(xiàn)，越來(lái)越多的教材與該軟件結(jié)合，在教學(xué)科研過(guò)程中結(jié)合該軟件，國(guó)內(nèi)多位學(xué)者進(jìn)行了教學(xué)的探索，趙廣元[2]系統(tǒng)介紹了基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)涉及的典型案例，唐正[3]在單片機(jī)教學(xué)方面做了系統(tǒng)的探索與分析，鄭超[4]在單片機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)仿真平臺(tái)的建設(shè)方面做了分析與研究。

1 教學(xué)內(nèi)容概述

《微機(jī)原理》課程內(nèi)容有學(xué)習(xí)8086芯片為主，有的學(xué)習(xí)單片微機(jī)51芯片為主，針對(duì)過(guò)控類(lèi)或機(jī)電類(lèi)學(xué)生開(kāi)設(shè)的課程內(nèi)容主要涉及單片機(jī)的發(fā)展歷程[2]，包括：?jiǎn)纹瑱C(jī)的基礎(chǔ)、硬件、程序設(shè)計(jì)、中斷和顯示接口技術(shù)等內(nèi)容。課程以單片機(jī)為主要線索，幫助學(xué)生學(xué)習(xí)硬件電路設(shè)計(jì)和軟件程序調(diào)試的方法，幫助學(xué)生理解單片機(jī)的內(nèi)容結(jié)構(gòu)；分析和總結(jié)單片機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程中的經(jīng)典案例，從而激發(fā)學(xué)生對(duì)微機(jī)原理的好奇心、熱情和激情，為后續(xù)學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程裝備與控制工程專(zhuān)業(yè)課打下良好的基礎(chǔ)。

2 教學(xué)現(xiàn)狀分析

在課程講授前，對(duì)學(xué)生進(jìn)行調(diào)查，結(jié)果顯示學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)模擬電路部分，基本上沒(méi)有接觸過(guò)數(shù)字電路，大部分學(xué)生對(duì)程序設(shè)計(jì)有初步的學(xué)習(xí)和了解，少部分學(xué)生對(duì)程序設(shè)計(jì)有較為深入的學(xué)習(xí)。嵌入式技術(shù)發(fā)展涉及多個(gè)學(xué)科的內(nèi)容，對(duì)學(xué)生知識(shí)的全面性有著較高的要求，并且相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)如：基本的電路電子基礎(chǔ)知識(shí)，程序調(diào)試知識(shí)，尤其是仿真軟件的掌握等涉獵較少；此外單片機(jī)的寄存器、中斷等專(zhuān)業(yè)的概念較多，物理概念非常抽象，對(duì)于那些基礎(chǔ)薄弱的大多數(shù)留學(xué)生來(lái)說(shuō)學(xué)習(xí)難度很大，因此亟需尋找新的教學(xué)方法，通過(guò)硬件仿真和軟件仿真相結(jié)合的教學(xué)方法，提高學(xué)生理解知識(shí)的能力。在不斷完善教學(xué)內(nèi)容的過(guò)程中，讓學(xué)生易學(xué)、易懂、易用。

3 教學(xué)方法多元化

針對(duì)不同學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)掌握程度不一樣的問(wèn)題，必須基于學(xué)生的實(shí)際情況采取多元化的授課方式，促進(jìn)學(xué)生對(duì)微機(jī)原理相關(guān)知識(shí)的理解和掌握。具體的措施有線上線下相結(jié)合的授課模式、學(xué)生實(shí)驗(yàn)小組、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐授課等多角度一體化的教學(xué)方法，從而提高學(xué)生對(duì)《微機(jī)原理》這門(mén)課的掌握程度，為后面的專(zhuān)業(yè)課的學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。

1）線上線下相結(jié)合。在開(kāi)課之前，將要學(xué)習(xí)的課程內(nèi)容通過(guò)雨課堂、騰訊會(huì)議或QQ平臺(tái)等網(wǎng)絡(luò)提前下發(fā)給學(xué)生，讓學(xué)生提前做好預(yù)習(xí)，讓學(xué)生提前做好基礎(chǔ)知識(shí)的預(yù)習(xí)和思考。在線下，加強(qiáng)學(xué)生反饋的知識(shí)難點(diǎn)和疑點(diǎn)，在授課的過(guò)程中重點(diǎn)關(guān)注學(xué)生不清楚的內(nèi)容。線下授課中首先回顧上節(jié)課的重點(diǎn)內(nèi)容，對(duì)前一節(jié)的重點(diǎn)知識(shí)進(jìn)行強(qiáng)調(diào)。在課堂中要加強(qiáng)師生互動(dòng)環(huán)節(jié)，互動(dòng)過(guò)程更能有針對(duì)性地解決學(xué)生的難點(diǎn)。針對(duì)一些抽象的知識(shí)，僅僅依靠語(yǔ)言表述很難讓學(xué)生理解，為了改善學(xué)習(xí)效果適當(dāng)播放動(dòng)畫(huà)或者實(shí)物錄制視頻等，讓學(xué)生對(duì)該知識(shí)點(diǎn)有一個(gè)具體的感知，此外，視頻的引入可以提高學(xué)生上課的注意力，緩解學(xué)生的疲勞。

2）學(xué)生實(shí)驗(yàn)小組。實(shí)驗(yàn)小組主要在上實(shí)驗(yàn)課時(shí)主要由三名同學(xué)共同完成實(shí)驗(yàn)，分工合作，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，在有限的時(shí)間內(nèi)完成更多功能的典型案例。為了強(qiáng)化學(xué)習(xí)效果，開(kāi)展線下交流活動(dòng)，線下每人獨(dú)立完成一份實(shí)驗(yàn)報(bào)告，每周定期上交電子版實(shí)驗(yàn)報(bào)告，最后在單個(gè)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上加強(qiáng)綜合設(shè)計(jì)的練習(xí)，并在實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)完成討論講解，做到理解原理與實(shí)現(xiàn)功能，提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，加深對(duì)綜合知識(shí)的理解

3）現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐授課。依托學(xué)?，F(xiàn)有的STC試驗(yàn)箱模型，看看試驗(yàn)箱中的部件，拓寬學(xué)生對(duì)不同功能器件的了解。在現(xiàn)場(chǎng)授課的過(guò)程中，更能從單片機(jī)整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的角度幫助學(xué)生學(xué)習(xí)微機(jī)原理基礎(chǔ)知識(shí)。通過(guò)上述三種方式，強(qiáng)化應(yīng)用意識(shí)，提升了學(xué)生的參與程度，綜合課程設(shè)計(jì)均以不同實(shí)際問(wèn)題為導(dǎo)向，根據(jù)不同層次的案例難易程度，實(shí)踐強(qiáng)度也有差異。采用理論教學(xué)和軟件仿真實(shí)踐相結(jié)合，同時(shí)融入科學(xué)創(chuàng)新的思考方法。根據(jù)學(xué)生的理論知識(shí)理解程度和實(shí)踐動(dòng)手能力，完成不同課程設(shè)計(jì)。

4 教學(xué)內(nèi)容多樣化

1）增加網(wǎng)上和課外知識(shí)的學(xué)習(xí)。將微機(jī)原理教學(xué)中需要掌握的數(shù)字電路的基礎(chǔ)知識(shí)，根據(jù)不同層次，學(xué)生在上課前通過(guò)自主學(xué)習(xí)，掌握相應(yīng)的基礎(chǔ)理論知識(shí)。由于課程學(xué)時(shí)限制無(wú)法展開(kāi)講解的內(nèi)容，適當(dāng)利用網(wǎng)絡(luò)資源對(duì)課堂內(nèi)容進(jìn)行補(bǔ)充，加強(qiáng)慕課和QQ群知識(shí)共享的使用?？梢蕴崆安殚喯嚓P(guān)的慕課視頻，在該章節(jié)添加相關(guān)的慕課資源網(wǎng)址鏈接，學(xué)生通過(guò)課下的慕課在線課程，提高自學(xué)能力和學(xué)習(xí)主動(dòng)性。

2）強(qiáng)化學(xué)生實(shí)踐環(huán)節(jié)。在小組實(shí)驗(yàn)中，每人獨(dú)立繪制電路和調(diào)試程序，互相討論，結(jié)合試驗(yàn)箱，進(jìn)行實(shí)物仿真，針對(duì)不同的教學(xué)案例，從輸入輸出口的使用，到中斷和接口技術(shù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，覆蓋從典型的按鈕，開(kāi)關(guān)輸入部件到數(shù)碼管、顯示器等輸出部件進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)與零部件選型，并積極進(jìn)行半實(shí)物仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)，通過(guò)學(xué)生親自實(shí)踐，加深對(duì)理論知識(shí)的理解，強(qiáng)化教學(xué)授課效果。通過(guò)上述的教學(xué)模式，倡導(dǎo)案例教學(xué)、采取分組教學(xué)的方法，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的思維方式和創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力，實(shí)現(xiàn)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)與實(shí)踐動(dòng)手能力的全面發(fā)展。既有線上又有線下、理論與仿真相結(jié)合，尤其是在現(xiàn)在課時(shí)大幅度壓縮、教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行整合和教學(xué)投入不足的情況下，更顯示其優(yōu)越性。在相同的時(shí)間內(nèi)，至少可以讓學(xué)生多學(xué)四分之一的內(nèi)容，并且有更多時(shí)間留給學(xué)生發(fā)揮主動(dòng)性，培養(yǎng)獨(dú)立思考、提高實(shí)踐動(dòng)手操作能力等方面均有明顯效果。

5 結(jié)束語(yǔ)

《微機(jī)原理》課程本身涉及的知識(shí)面很廣很復(fù)雜，有些專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)單片機(jī)為主，有些專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)8086通用計(jì)算機(jī)為主[5]，隨著教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法的整合，越來(lái)越多探索二者有機(jī)融合，加強(qiáng)核心芯片的學(xué)習(xí)，外圍器件基本相同或相似，因此很有必要優(yōu)化教學(xué)方法和內(nèi)容。筆者通過(guò)采取多元化的教學(xué)方法和豐富的教學(xué)內(nèi)容，極大地激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，通過(guò)一系列的有效措施，提高學(xué)生對(duì)微機(jī)原理課程學(xué)習(xí)的興趣，加深對(duì)理論知識(shí)和實(shí)踐的結(jié)合，達(dá)到學(xué)以致用。