機械類專業微機原理與應用教學改革與實踐

王紅茹 唐 煒

江蘇科技大學機械工程學院 江蘇鎮江 212003

微機原理與應用是我校機械類專業的一門專業基礎課，主要講授單片機硬件知識、匯編語言程序設計方法和單片機應用系統的設計[1]。對學生而言，課程內容比較抽象、知識點多，學習難度大；對教師而言，由于計算機的快速發展而需要不斷更新、補充教學內容，但學時卻在不斷減少。因此，結合微機原理與應用課程的特點及現狀，研究提高教學質量的方法和思路具有重要的現實意義。

1 課程特點及現狀

我校機械類本科專業對微機原理與應用課程的基本要求是學生熟練掌握單片機技術，并初步具備單片機應用系統的設計開發能力。因此要求該課程的教學必須既重視理論知識的傳授，又要加強實踐、創新能力的培養。

1.1 內容繁雜，概念抽象

微機原理與應用課程的主要內容有單片機的基本組成、工作原理、接口電路、匯編程序設計，以及單片機應用系統的設計等[1]，其中每一部分都包含諸多知識點和抽象概念。例如半導體存儲器部分，包含的知識點有半導體存儲器的分類、特點、性能指標、基本結構、ROM和RAM的基本工作原理、片選信號產生方法、常用存儲器芯片引腳功能，以及外存儲器擴展的基本方法等；涉及的主要概念有ROM和RAM、片選線和片內地址線、地址總線和地址引腳、字選和片選，以及基本地址范圍和重疊地址范圍等，這些概念均比較抽象，理解起來有一定的難度。

1.2 學時較少，內容更新快

機械類本科專業由于其自身的特點，分配給微機原理與應用課程的學時本身就較少，再加上近年來隨著國家對人才需求的變化，修訂后的教學培養計劃幾乎每門課程的教學時數都在減少[2]。另外，隨著計算機技術的快速發展，教學內容也需要不斷地更新、補充。

1.3 學生學習興趣普遍較低

由于單片機的工作原理看不見、摸不著，且匯編語言是面向機器的語言，再加上機械類專業學生的電路以及計算機基礎相對比較薄弱，因此學生感到抽象、枯燥，多數學生的學習興趣較低，學習主動性不強。

通過上述分析可以看出，如何在有限的時間內將如此繁雜的內容高效傳授給學生，并培養他們的創新能力，成為提高微機原理與應用課程教學質量的關鍵。

2 教學改革

為提高微機原理與應用課程的教學質量，筆者從教學內容和教學方法與手段兩方面提出一些有針對性的改革措施。

2.1 教學內容改革

目前，國內高校的微機原理與應用課程大多是以Intel 80x86系列或MCS-51系列單片機為主要教學內容，也有采用其他類型中央處理器的單片機的。雖然處理器類型不同，但是介紹的主要內容基本相同。我校機械類專業微機原理與應用課程是以MCS-51系列單片機為主要內容組織教學。然而，近年來隨著計算機技術的快速發展，出現了高性能嵌入式中央處理器，這對教與學而言均是一個較大的挑戰。因此，如何處理好教學內容與實際應用之間的矛盾，成為微機原理與應用課程教學改革亟待解決的問題。

2.1.1 緊扣教學大綱，精選教材，優化教學內容

選用經典教材是提高教學效果、改善教學質量的基礎。經典教材應具備概念清晰、結構嚴謹、內容覆蓋全面等特點。筆者在日常的教學過程中，選用胡漢才主編的《單片機原理及其接口技術》。

在教學過程中，避開了傳統教學進程，即以單片機結構為主線，按照單片機的硬件結構—指令系統—匯編程序設計—單片機應用系統設計的順序進行講授，而是充分考慮了學生的認知規律，首先將繁雜的教學內容按相關性進行分解，這樣就可將整個內容分解成包含一定知識點的多個任務單元，然后針對每個教學任務單元設置一個包含其所有知識點的項目。在實際教學過程中，采用由簡單任務逐漸向復雜任務過渡的方法，使得整個學習過程變成一個循序漸進積累知識的過程。采用這種新穎的教學內容組織方式，可以避免學生感到教學內容枯燥乏味的情況，激發他們的學習興趣。

另外，教學過程中始終貫徹“以應用為目的”思想，重點講解元器件工作原理、功能以及使用方法，而不必在元器件的內部電路上花費太多時間，使得學生在了解原理的基礎上，能根據性能指標在單片機應用系統設計時正確選型，培養他們的設計興趣和系統開發能力。

2.1.2 緊跟計算機技術的發展，結合科研成果，及時更新教學內容

筆者選用的教材雖然具有代表性，能達到觸類旁通的效果，但所介紹的單片機技術明顯落后于計算機技術的發展。因此，在實際教學過程中，應在保證基本教學內容的同時，結合計算機技術的發展和自己的科研成果，及時更新教學內容，例如，在任務單元劃分和項目設計時，將計算機新技術，如USB接口技術、1394接口技術和閃存技術等考慮進去。在教學過程中，將自己與單片機相關的研究成果展示給學生。及時更新教學內容不僅可以拓寬學生的視野，還會讓學生感到所學知識有用武之地，進而學習熱情高漲，學習主動性得以充分發揮。

2.1.3 重視能力培養，加強實踐教學環節

實踐教學環節不僅是鞏固理論教學的重要手段，同時也是培養學生動手能力和創新能力的重要途徑[3]。微機原理與應用是一門實踐性極強的課程，因此，必須重視并做好實踐教學環節。

我校機械類本科專業通過如下方式來加強實踐教學環節：一是開設緊扣理論教學內容的課內實驗，這些實驗均要求學生獨立完成。通過課內實驗，學生對課堂上所學單片機軟、硬件知識有更進一步的理解，同時也提高了他們的動手能力。二是開展內容豐富的工程實訓。通過提供一些標準硬件(包括機械結構件和電子元器件)，要求學生根據所學知識構建具有一定功能的單片機應用系統，旨在培養學生的動手能力和創新能力。

2.2 教學方法與手段改革

教學方法與手段是影響教學質量的重要因素。良好的教學方法與手段不僅能夠達到傳授知識的目的，更重要的是能培養學生的主動學習能力。

2.2.1 “以教師為主導，以學生為主體”的授課模式

在教學過程中，避開傳統的灌輸式教學模式，而是注重學生參與課堂教學[4]，采用啟發式、引導式和互動式等靈活多變的教學方法。例如，在講到中斷這部分內容時，可以舉學生喜聞樂見的事件，如某人在看書的過程中，突然手機鈴聲響了，那么停止看書去接電話的過程即可被看做是大腦響應接電話這一中斷請求；聽完電話再接著看書這個過程則可被看做是返回執行原程序。通過這個實例引導學生解決如下兩個問題：一是為什么要引入中斷；二是什么是中斷。針對這兩個問題，先讓學生自己思考總結，并進行口頭表述，然后由任課教師進行講評。這種循序漸進的啟發、引導學生思考的提問方式，明顯改善了以往僅靠教師講授的效果，同時也增強了學生的自信心。

另外，倡導學術平等的思想，鼓勵學生在課堂上直接提出疑問，這些問題可以由學生或教師來解答。針對設計類的課堂思考題和課后習題，由于思路不同得到的結果不盡相同，可組織學生分組討論，然后由小組代表當堂分享其方法及方案，最后由任課教師進行總結。這樣有利于調動學生的主觀能動性，提高他們的表述能力，增強他們的學習自信心。

2.2.2 靈活多變的教學手段

在教學過程中，采用多媒體[5]和板書相結合的教學方式。板書式教學是一種傳統教學方法，是由任課教師按照設定的思路邊講授邊板書，其特點是重點突出，易于理解，但內容展示比較枯燥。多媒體教學將聲音、圖形、文字以及動畫等有機結合在一起，能更生動、逼真地展示授課內容，但授課速度相對較快。由此可見，上述兩種教學方式各有利弊。因此，筆者在教學過程中嘗試將兩種教學方式有機融合，認真分析每一部分任務，自制形式多樣的多媒體課件并認真準備板書內容。另外，還可以成立課外單片機興趣小組，讓學生制作一些采用單片機控制的小作品；讓部分對單片機有濃厚興趣的學生參與大學生創新計劃，協同教師完成科研項目中的部分內容。通過這些手段，不僅有利于課程本身教學質量的提高，同時也培養了學生發現、分析、解決問題的能力，并增強了他們的創新意識。

3 教學成效

將上述教改內容應用于微機原理與應用課程的整個教學過程，獲得了良好的效果。教學效果明顯改善，學生普遍認為單片機相關知識的學習不再那么枯燥、難學，且學后思路清晰、理解較為深刻，達到了教學目標的要求。另外，還激發了部分學生對單片機及相關領域進行深入研究的興趣。通過該課程的學習，學生對以前所學與自動控制相關的課程有了更深層次的理解，增強了他們運用單片機軟、硬件知識進行機電系統設計的信心，同時也為他們今后的實際工作打下了堅實的基礎。

4 結束語

在深入研究我校機械類本科專業微機原理與應用課程特點及現狀的基礎上，結合自己從事該課程教學的體會，從教學內容和教學方法與手段兩方面提出改進措施。教學實踐表明，這些措施在很大程度上調動了學生的主觀能動性，提高了教學質量，同時也培養了學生的創新能力。

[1] 胡漢才.單片機原理及其接口技術[M].3版.北京:清華大學出版社,2010.

[2] 陳新民.完善本科院校應用型人才培養體系的幾點思考[J].中國大學教學,2009(10):66-69.

[3] 王義康,王航平.以數學建模活動為平臺培養理工科學生創新實踐能力[J].重慶科技學院學報:社會科學版,2012(6):176-177,193.

[4] 劉永紅.在教學實踐中探索創新型人才培養思路和方法[J].中國電力教育,2012(3):58-59.

[5] 李杭彩.基于GSM模塊的交互式多媒體課堂系統[J].計算機技術與發展,2011,21(9):137-140.