機(jī)械專業(yè)本科生《微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用》課程建設(shè)與改革

蘇宇鋒　段智勇

摘要：結(jié)合機(jī)械類本科專業(yè)課程設(shè)置要求和本科生知識(shí)結(jié)構(gòu)，本文探討《微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用》課程開設(shè)實(shí)踐中存在的問題，從課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)教學(xué)和實(shí)踐環(huán)節(jié)教學(xué)等方面提出了改革建議，并結(jié)合我們的具體實(shí)施討論了適合機(jī)械類本科生的《微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用》課程建設(shè)方法。

關(guān)鍵詞：機(jī)械類本科；微型計(jì)算機(jī)原理及用；教學(xué)；改革

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2015）14-0100-02

一、引言

高校是培養(yǎng)科研技術(shù)人員的重要基地，是創(chuàng)造高科技產(chǎn)品的重要場(chǎng)所，是推動(dòng)社會(huì)科技發(fā)展的重要力量。機(jī)電一體化產(chǎn)品給傳統(tǒng)的機(jī)械行業(yè)帶來了新的發(fā)展契機(jī)和附加值增長(zhǎng)點(diǎn)。作為機(jī)電產(chǎn)品的控制核心，微控制器及其應(yīng)用技術(shù)顯得尤其重要，機(jī)電復(fù)合人才的緊缺也顯日漸突出。結(jié)合機(jī)械制造及自動(dòng)化本科專業(yè)的特點(diǎn)，將微機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)機(jī)械課程相結(jié)合，培養(yǎng)機(jī)電復(fù)合型人才，以適應(yīng)時(shí)代的需求。《微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用》已列為我校機(jī)械專業(yè)本科生的專業(yè)基礎(chǔ)課，在兄弟院校的課程設(shè)置中，該課程也通常作為專業(yè)基礎(chǔ)課。本課程是后續(xù)多門專業(yè)課程學(xué)習(xí)的需要，也是學(xué)生畢業(yè)后從事微機(jī)控制、機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)及其相關(guān)工作應(yīng)必備的。因此，《微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用》課程的重要性顯而易見。由于該課程涉及硬件與軟件，學(xué)生之前沒有接觸硬件的經(jīng)歷，因此學(xué)習(xí)難度比較大。非計(jì)算機(jī)專業(yè)研究生的計(jì)算機(jī)教育是復(fù)雜和具有挑戰(zhàn)性的。因此，為提高本課程教學(xué)水平，保證教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)能力，有必要對(duì)這門課程不斷地進(jìn)行教學(xué)探討和教學(xué)改革。

二、機(jī)械類本科生《微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用》課程現(xiàn)狀

本課程包括微型計(jì)算機(jī)硬件知識(shí)、匯編語言及編程知識(shí)、接口芯片與接口芯片的應(yīng)用等。結(jié)合機(jī)械制造及自動(dòng)化專業(yè)特點(diǎn)，及目前業(yè)界機(jī)電相結(jié)合的發(fā)展趨勢(shì)，我們應(yīng)該培養(yǎng)機(jī)電復(fù)合型人才。針對(duì)人才培養(yǎng)目標(biāo)，課程體系和教學(xué)內(nèi)容緊緊圍繞“厚基礎(chǔ)，重能力”的培養(yǎng)目標(biāo)，強(qiáng)調(diào)理論與實(shí)踐并重，注重培養(yǎng)學(xué)生知識(shí)應(yīng)用能力和適應(yīng)課程特點(diǎn)的學(xué)習(xí)方法。通過課程學(xué)習(xí)，不僅使學(xué)生掌握微機(jī)的基本組成結(jié)構(gòu)和工作原理，更重要的是通過實(shí)踐環(huán)節(jié)的訓(xùn)練，加深對(duì)理論知識(shí)理解，著重掌握計(jì)算機(jī)接口軟硬件設(shè)計(jì)能力，為相關(guān)專業(yè)學(xué)生后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)奠定理論基礎(chǔ)，培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力。目前圍繞該課程的教學(xué)工作設(shè)置56學(xué)時(shí)課堂授課、10學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)，以及為期兩周的課程設(shè)計(jì)。課堂授課側(cè)重微型計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu)、工作原理、匯編語言編程以及接口芯片基礎(chǔ)知識(shí)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)和課程設(shè)計(jì)進(jìn)一步加強(qiáng)接口芯片方面的知識(shí)，讓學(xué)生在具有一定微型計(jì)算機(jī)硬件基礎(chǔ)知識(shí)和初步掌握匯編語言編程基礎(chǔ)上加深對(duì)微型計(jì)算機(jī)的認(rèn)識(shí)和接口芯片的應(yīng)用。

通過多年的教學(xué)實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)機(jī)械類本科生由于前期電類課程開設(shè)有限，且首次接觸微型計(jì)算機(jī)硬件層面知識(shí)，在學(xué)習(xí)過程存在以下現(xiàn)象：（1）對(duì)微處理器的工作過程理解有難度；（2）對(duì)微型計(jì)算機(jī)的主要組成部件存儲(chǔ)器的工作特性理解不透徹，尤其是不容易理解存儲(chǔ)器地址的概念；（3）普遍對(duì)匯編語言理解、掌握較好；（4）對(duì)接口芯片使用，特別是微處理器對(duì)接口芯片的控制、訪問以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸控制有一定難度。

三、機(jī)械類本科生《微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用》課程教學(xué)改革探討

經(jīng)過多年的教學(xué)實(shí)踐摸索，以及長(zhǎng)期和同學(xué)們討論交流，結(jié)合課程教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)和課程設(shè)計(jì)中存在的現(xiàn)象，茲提出以下改善措施和建議。

1.課堂教學(xué)的改革。目前以多媒體課堂教學(xué)為主。雖然能夠重點(diǎn)突出并且增加課堂信息量，但是，由于學(xué)生初步接觸計(jì)算機(jī)硬件知識(shí)，對(duì)一些概念理解不夠深入，PPT幻燈片翻頁之后學(xué)生不能及時(shí)做好筆記、跟進(jìn)講課進(jìn)度。因此，我們?cè)跍?zhǔn)備課件時(shí)將一些重點(diǎn)難點(diǎn)知識(shí)通過動(dòng)畫的方式展示給學(xué)生。通過詳細(xì)動(dòng)畫演示，學(xué)生們對(duì)微處理器內(nèi)部邏輯功能有了形象的認(rèn)識(shí)，加深理解。結(jié)合課堂講解，如果輔以教學(xué)網(wǎng)站以及相應(yīng)的師生交流互動(dòng)平臺(tái)，能夠給學(xué)生提供信息量更大的輔導(dǎo)資料；并能及時(shí)解答學(xué)生的問題。該教學(xué)網(wǎng)站可以提供如下信息：在線學(xué)習(xí)、在線答疑、問題征解、動(dòng)畫演示、在線自測(cè)、網(wǎng)絡(luò)考場(chǎng)等功能，進(jìn)一步改進(jìn)完善了教學(xué)手段，豐富了教學(xué)方法。

2.實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)的改進(jìn)。該課程實(shí)驗(yàn)最初包括基本實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒矫妫饕浴膀?yàn)證型”實(shí)驗(yàn)為主，這不能有效激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)積極性、培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力和解決問題能力。通過多年實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)多數(shù)學(xué)生滿足于簡(jiǎn)單完成實(shí)驗(yàn)要求內(nèi)容，對(duì)接口芯片應(yīng)用部分內(nèi)容沒有深入探討和理解。結(jié)合機(jī)械類本科生知識(shí)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，我們提出實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)內(nèi)容可以分三個(gè)層次，即基本實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)和綜合實(shí)驗(yàn)，既考慮學(xué)生對(duì)基本知識(shí)的掌握，又兼顧了學(xué)生自身能力的培養(yǎng)。使實(shí)驗(yàn)由“驗(yàn)證型”變?yōu)椤霸O(shè)計(jì)型”，使學(xué)生的動(dòng)手能力得到了很大的提高。此外，我們還提供實(shí)驗(yàn)室開放，使學(xué)生有更多的機(jī)會(huì)鍛煉動(dòng)手能力和計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力。雖然目前實(shí)驗(yàn)課時(shí)為12課時(shí)，但是為了達(dá)到上述實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)的改革，實(shí)際執(zhí)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)課時(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出計(jì)劃課時(shí)。

3.實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的改進(jìn)。本課程實(shí)踐教學(xué)主要包括課程設(shè)計(jì)和大學(xué)生創(chuàng)新活動(dòng)。該課程設(shè)計(jì)初期以軟件設(shè)計(jì)為主，主要是編寫匯編語言程序，學(xué)生在這一過程中，沒能充分地體會(huì)到《微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用》課程的特點(diǎn)，有的同學(xué)甚至提出可以采用C語言或C++等高級(jí)語言更容易實(shí)現(xiàn)其軟件設(shè)計(jì)題目。特別是，沒有結(jié)合我機(jī)械制造及自動(dòng)化專業(yè)的特點(diǎn)，應(yīng)該以硬件（接口芯片）應(yīng)用為主。經(jīng)過幾年的積累，我們準(zhǔn)備了部分涉及硬件知識(shí)的課程設(shè)計(jì)題目，學(xué)生在從事硬件課程設(shè)計(jì)過程能有更強(qiáng)的主動(dòng)性和興趣，最終也能有更多的收獲。通過接口芯片課程設(shè)計(jì)題目，學(xué)生們甚至可以自學(xué)探索接口芯片的使用，極大地激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣。比如，我們提供了模數(shù)轉(zhuǎn)換（A/D）的課程設(shè)計(jì)題目，該題目中涉及ADC0809芯片的應(yīng)用以及數(shù)據(jù)的顯示，數(shù)據(jù)顯示通過可編程芯片8255來實(shí)現(xiàn)。同學(xué)們通過該課程設(shè)計(jì)題目自學(xué)了模擬量和數(shù)字量的轉(zhuǎn)換與ADC0809芯片的基礎(chǔ)應(yīng)用。進(jìn)一步，我們又安排了多路模擬量的采集與顯示題目，同學(xué)們通過這一題目深刻理解了微機(jī)接口資源的分時(shí)復(fù)用。不過，限于目前實(shí)驗(yàn)室的條件，我們能提供給學(xué)生的硬件課程設(shè)計(jì)機(jī)會(huì)是在現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上從事該課程設(shè)計(jì)，學(xué)生在此過程中的自我發(fā)揮也受到限制。下一步，我們考慮提供幾個(gè)統(tǒng)一的綜合性設(shè)計(jì)題目，讓學(xué)生自己動(dòng)手通過面包版或簡(jiǎn)單的PCB板連接自己設(shè)計(jì)的電路，進(jìn)一步對(duì)控制電路方面知識(shí)達(dá)到訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生硬件開發(fā)能力及綜合應(yīng)用能力，對(duì)微機(jī)控制有一定的接觸和理解。

我院本科生積極參與大學(xué)生創(chuàng)新活動(dòng)，結(jié)合這一契機(jī)我們積極輔導(dǎo)學(xué)生提供充分的實(shí)訓(xùn)機(jī)會(huì)。首先讓學(xué)生們通過熟悉的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展應(yīng)用，然后移植到單片機(jī)控制板上。學(xué)生通過這一訓(xùn)練，對(duì)微機(jī)的應(yīng)用有了具體深入的認(rèn)識(shí)，也激發(fā)了學(xué)生探索微機(jī)控制電路設(shè)計(jì)與編程的興趣。以《微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用》課程為基礎(chǔ)，可以進(jìn)一步開設(shè)單片機(jī)系統(tǒng)、嵌入式系統(tǒng)、DSP系統(tǒng)開發(fā)和設(shè)計(jì)課程，這些后續(xù)知識(shí)更為接近實(shí)際應(yīng)用，相信會(huì)得到學(xué)生的青睞。

四、機(jī)械類本科生《微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用》課程的教學(xué)實(shí)踐分析

通過多年的教學(xué)實(shí)踐與逐步改善，我們逐漸摸索出一套適合機(jī)械類本科生《微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用》課程的教學(xué)方法，整體效果逐步改善。從課程理解、實(shí)驗(yàn)效果、課程考試以及課程設(shè)計(jì)方面都有了極大提高。課程考試和課程設(shè)計(jì)方面的提高尤為明顯。圖1所示為2009級(jí)近341人的考試成績(jī)分布，其基本呈正態(tài)分布，不過考試中仍然反映出個(gè)別問題較為明顯，比如學(xué)生對(duì)硬件部分理解不夠好，導(dǎo)致高分段比例較小。

五、結(jié)束語

結(jié)合《微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用》課程的教學(xué)實(shí)踐及教學(xué)效果，我們針對(duì)機(jī)械類本科生制定了合適的教學(xué)方案，在提高教學(xué)水平、改善教學(xué)質(zhì)量和課程建設(shè)等方面取得了一定成績(jī)，對(duì)促進(jìn)學(xué)生理解并掌握微型計(jì)算機(jī)硬件和軟件知識(shí)起到積極的作用；激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性，對(duì)增強(qiáng)學(xué)生綜合能力和創(chuàng)新能力方面起到了積極作用，提高了微機(jī)原理及應(yīng)用課程的教學(xué)效果。

同時(shí)，教學(xué)改革與實(shí)踐并不能一蹴而就，需要一個(gè)不斷的深化過程；而且，需要結(jié)合計(jì)算應(yīng)用技術(shù)和機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展動(dòng)態(tài)，通過教學(xué)科研活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生將最新知識(shí)應(yīng)用于社會(huì)實(shí)踐和市場(chǎng)需求環(huán)境，解決實(shí)際問題，培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)，特別是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力、自學(xué)能力和創(chuàng)新思維能力。

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