興趣導向的《微機原理與控制技術》課程教學改革探討

盧曉紅　王福吉　陳星

摘要：針對通過學生調查問卷發現現有的《微機原理與控制技術》課程存在教學內容龐雜、知識內容理論性過強、實踐性不夠、學生對重點和脈絡難以把握、以死記硬背為主等問題，通過改革課程知識體系，改良教學內容，采用興趣導向的啟發式教學方法，完善配套的實驗，切實提高該課程教學的靈活性和開放性，調動學生的主觀能動性，激發學生學習“微機原理與控制技術”的熱情，提高學生的微機控制工程實踐意識和動手組裝簡單微機控制系統的能力。

關鍵詞：《微機原理與控制技術》；工程實踐教學；興趣導向；啟發式教學

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）53-0128-02

《微機原理與控制技術》課程是為滿足計算機應用領域對計算機應用人才的需要而設置的，屬于計算機科學與技術專業本科階段的專業必修課程，也是相關工程類專業學生的一門重要課程[1]。該課程在我校機械設計及自動化、機械制造及自動化、機械測試等專業經過了長期的建設，在課程體系、實驗設備、教學方法與手段、師資隊伍、教材等各方面積累了較為雄厚的基礎。主要教學內容由“微機原理”和“微型計算機控制技術”兩部分結合而成。其內容包括微型計算機原理及常用接口技術、匯編語言程序設計、計算機控制技術等方面。該課程涉及的相關知識范圍很廣，如模擬電路、數字電路、自動控制理論和計算機相關內容。根據筆者以往教學效果的反饋和對學生學習情況的調研，本課程當前存在的問題有以下四點：（1）課程的知識內容繁雜冗長，理論性過強，連貫性和邏輯性不強，導致學生對該課程的學習感覺壓力大，缺乏信心、耐心和興趣；（2）匯編語言程序學過后，學生評價是晦澀難懂，不知道為什么學，做什么用，非常迷茫；（3）配套驗證性實驗內容阻礙了發散性的思維。（4）教學方法和考核方式陳舊導致學生習慣于死記硬背，以應試為目的學習這門課程。鑒于這些原因，必須進行《微機原理與控制技術》課程的教學改革。

一、改革課程知識體系，改良教學內容

1.堅持工程教育與創新教育相結合，加強基礎，強化工程，激發興趣。筆者在第一堂課上，展示美國“Big Dog”機器人視頻，告訴學生該機器人涉及的微機控制相關技術；通過講解NI公司的“鉛筆自動分揀”視頻案例，讓學生對于檢測環節、控制環節有直觀的認識；另外，“電鋸緊急制動”視頻案例也生動、形象地凸顯了微機控制的重要性。在第一堂課上就讓學生看到該課程涉及到的技術的應用前景，體會到在應用該課程的知識解決具體工程技術問題的樂趣，進而提高學生的學習興趣、積極性和學習質量。

2.教學體系改革。為了提高教學內容的系統性，在該課程之前要求學生先修《計算機基礎》、《自動控制原理》、《模擬電路》、《數字電路》及《傳感器技術與應用》等課程[2]?！段C原理與控制技術》課程的開設時間在上述課程之后，這樣，課程理論講解過程涉及到數制、拉式變化、電路的相關內容，學生已經比較熟悉，講解可以側重于離散化控制系統的相關理論，如Z變換、數字控制器的模擬化設計與數字控制器的直接設計上，注重理論授課過程與教學案例的結合，縮減純理論的授課時間，實現與傳感技術、自動控制、模擬電路和數字電路等課程內容的結合。該課程可以為后續“單片機原理與應用”奠定基礎。配合該課程的理論教學，開設微機接口應用試驗、步進電機實驗、溫度測控試驗及工程訓練內容，達到理論知識的靈活運用，鞏固教學成果。

3.教學內容改革?！拔C原理與自動控制技術”課程的任務是使學生在掌握微機原理的基礎上，對以前所學電類課程知識有更加深入的理解和綜合運用的能力，并對微機系統及其控制應用有足夠的理解，為學生建立機電結合的知識結構奠定基礎。具體教學內容安排如下：①微機原理與接口技術。該部分教學內容安排如下：微型計算機的基本結構及工作原理；半導體存儲器的特點、分類及應用；可編程并行接口8255的功能與接口方法；可編程串行接口8251；可編程定時器/計數器接口8253；可編程中斷控制器接口8259的功能及與8086/8088微處理器的中斷配合應用等知識簡單掌握；重點掌握A/D和D/A接口的程序控制；輸入輸出接口與過程通道的功能及主要分類；典型電路的使用；常用抗干擾技術的原理與應用；常用傳感器工作原理及測量數據預處理技術。②數字程序控制和數字控制器的設計。首先以典型的矩陣式順序控制器、繼電接觸控制、可編程序控制器及微型計算機順序控制器為例講述順序控制。其次介紹數字程序控制原理，接下來講述數字控制器的模擬化設計和離散化設計。重點講述PID控制器，包括PID控制器的控制算法、數字PID控制器的改進、PID控制器的參數整定等。最后簡單講述工程中會遇到的最少拍控制、純滯后控制、串級控制、前饋控制及解耦控制等。③計算機控制系統的工程實現。在計算機控制系統的工程實現中，摒棄原有的晦澀難懂、應用性不強的匯編語言程序設計，學生可以利用已學的《C語言》來實現匯編語言同樣的功能。該部分授課以案例教學為主，講解城市交通管理控制系統分析與設計，該案例讓學生模擬實現；啤酒發酵過程計算機控制系統，重點讓學生了解傳感器、執行器等元器件的選型、控制算法的設計、系統接口電路的制作、硬件設計和軟件設計。結合實際課題，講解本人團隊所研發的微型銑床的控制系統，帶學生現場參觀。通過這部分的學習，讓大家知道該課程的工程實際用途。④增加實踐教學環節，可以把“微機原理與控制技術”的實踐教學分成實驗教學和工程實訓教學兩個主要的環節。實驗教學訓練學生的創造力。設計一個基于微機的具有A/D和D/A功能的信號測控裝置[3]。要求該信號測控裝置能夠接入典型傳感器、變送器信號，同時可輸出標準電壓/電流信號，并滿足抗干擾、通用性、安全性、性價比等原則性要求。工程實訓教學依托工程訓練中心和本人所在的科研實驗室，讓學生自主完成一個計算機控制系統的分析、設計、安裝和調試。

二、提升實踐能力的啟發式教學方法研究

豐富課堂教學手段，梳理日常教學脈絡，完善教學日歷。探索一套與課程體系、內容和結構相輔相成的教學模式，以啟發式教學為重點，采用先給出問題，再回到理論，最終落到工程應用和實際；先從個別現象，再到一般情況；先從添補必要的零散知識，再到構建出整體的知識系統，使學生從宏觀上掌握這門課程的核心理念和應用環境，從微觀上擁有運用這類知識的理念、方法和手段。嘗試將實驗設備和微機設備引入教室（或者將課堂轉移到工程訓練中心或實驗室），輔以具體的項目案例，邊講解邊演示邊練習，產生情景教學的效果[4]。教學中摒棄“填鴨式”的教學方法，而采用“吸引式”和“誘導式”的教學方法。采用視頻、動畫、講解、實訓、討論等多種教學方式，教學方法和教學手段根據課程內容靈活調整，以充分調動學生的學習積極性，提高學生的邏輯思維能力和實踐動手能力，提高授課效率，并最終形成生動形象、手段豐富、與知識內容相匹配的多樣化授課和學習方式。增加實際工程案例視頻，增加各種創新小制作視頻，豐富完善本課程的教學課件。廣泛收集NI公司的視頻資料、兄弟院校相關精品課件及工程實際案例等來不斷豐富、完善本課程的多媒體教學課件[5，6]。在日常的教學生活中，分配好不同課時的教學內容和教學任務，針對具體的知識內容采用最有效的教學手段和教學方法，將教學改革具體深入到每一個課時的每一個單元的教學環節上，讓整個教學流程脈絡更加清晰，層次更為分明，最終達到以整體教學思路帶動局部教學環節、以局部教學環節的完善提高整體教學質量和效率。本課程教學中的圖表示例比較多，比如系統結構框圖、系統動態過程的響應波形、基本單元的控制電路等，因此在教學中利用多媒體等手段，結合MATLAB工具進行仿真教學，不但可以增加教學的信息量，而且對插圖和課程中的重點和難點反復地進行指點和回顧，便于學生理解和掌握課程內容。另外，學生可在計算機上進行仿真實驗，觀察控制效果，有利于提高課程的教學質量，增強學生解決實際工程問題的能力，也能節省實驗設備的投資。

《微機原理與控制技術》是一門集理論、實踐、應用于一體的核心課程，筆者通過學生調查問卷發現：現有的《微機原理與控制技術》課程存在教學內容龐雜、知識內容理論性過強、實踐性不夠、學生對重點和脈絡難以把握、以死記硬背為主等問題。通過改革課程知識體系，改良教學內容，采用提升實踐能力的啟發式教學方法，完善配套的實驗，切實提高了該課程教學的靈活性和開放性，有效減少了學生對該課程的畏難情緒，激發了學生對相關知識的學習興趣，充分調動了學生的主觀能動性，提高了學生的工程意識和實踐能力。

參考文獻：

[1]李春葉，秦文萍.培養學生創新能力的微機控制技術實驗教學研究[J].中國電力教育，2011，（19）：140-142.

[2]陸鋒，陳桂，林健.自動化特色專業控制類專業課程改革探討——以“計算機控制技術”課程改革為例[J].中國電力教育，2011，（13）：58-59.

[3]侯一民，史冬琳.《計算機控制系統》課程設計改革研究[J].課程教育研究，2013，（9）：90.

[4]張雪征.微機原理與接口技術課程教學方法探討[J].高等教育研究，2011，28（3）：37-38.

[5]吳東華.《微機原理與接口技術》課程教學方法改革初探[J].教育教學研究，2011，7（12）：120-121.

[6]尹曉君.微機原理教學方法探討[J].高等教育研究，2001，11（4）：55-56.endprint