機械專業本科生《微型計算機原理及應用》課程建設與改革

蘇宇鋒　段智勇

摘要：結合機械類本科專業課程設置要求和本科生知識結構，本文探討《微型計算機原理及應用》課程開設實踐中存在的問題，從課堂教學、實驗環節教學和實踐環節教學等方面提出了改革建議，并結合我們的具體實施討論了適合機械類本科生的《微型計算機原理及應用》課程建設方法。

關鍵詞：機械類本科；微型計算機原理及用；教學；改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）14-0100-02

一、引言

高校是培養科研技術人員的重要基地，是創造高科技產品的重要場所，是推動社會科技發展的重要力量。機電一體化產品給傳統的機械行業帶來了新的發展契機和附加值增長點。作為機電產品的控制核心，微控制器及其應用技術顯得尤其重要，機電復合人才的緊缺也顯日漸突出。結合機械制造及自動化本科專業的特點，將微機技術與傳統機械課程相結合，培養機電復合型人才，以適應時代的需求。《微型計算機原理及應用》已列為我校機械專業本科生的專業基礎課，在兄弟院校的課程設置中，該課程也通常作為專業基礎課。本課程是后續多門專業課程學習的需要，也是學生畢業后從事微機控制、機電產品開發及其相關工作應必備的。因此，《微型計算機原理及應用》課程的重要性顯而易見。由于該課程涉及硬件與軟件，學生之前沒有接觸硬件的經歷，因此學習難度比較大。非計算機專業研究生的計算機教育是復雜和具有挑戰性的。因此，為提高本課程教學水平，保證教學質量和教學效果，激發學生學習興趣，增強學生學習能力，有必要對這門課程不斷地進行教學探討和教學改革。

二、機械類本科生《微型計算機原理及應用》課程現狀

本課程包括微型計算機硬件知識、匯編語言及編程知識、接口芯片與接口芯片的應用等。結合機械制造及自動化專業特點，及目前業界機電相結合的發展趨勢，我們應該培養機電復合型人才。針對人才培養目標，課程體系和教學內容緊緊圍繞“厚基礎，重能力”的培養目標，強調理論與實踐并重，注重培養學生知識應用能力和適應課程特點的學習方法。通過課程學習，不僅使學生掌握微機的基本組成結構和工作原理，更重要的是通過實踐環節的訓練，加深對理論知識理解，著重掌握計算機接口軟硬件設計能力，為相關專業學生后續專業課程的學習奠定理論基礎，培養學生分析問題、解決問題的能力。目前圍繞該課程的教學工作設置56學時課堂授課、10學時實驗，以及為期兩周的課程設計。課堂授課側重微型計算機基本結構、工作原理、匯編語言編程以及接口芯片基礎知識，實驗教學和課程設計進一步加強接口芯片方面的知識，讓學生在具有一定微型計算機硬件基礎知識和初步掌握匯編語言編程基礎上加深對微型計算機的認識和接口芯片的應用。

通過多年的教學實踐，發現機械類本科生由于前期電類課程開設有限，且首次接觸微型計算機硬件層面知識，在學習過程存在以下現象：（1）對微處理器的工作過程理解有難度；（2）對微型計算機的主要組成部件存儲器的工作特性理解不透徹，尤其是不容易理解存儲器地址的概念；（3）普遍對匯編語言理解、掌握較好；（4）對接口芯片使用，特別是微處理器對接口芯片的控制、訪問以實現數據傳輸控制有一定難度。

三、機械類本科生《微型計算機原理及應用》課程教學改革探討

經過多年的教學實踐摸索，以及長期和同學們討論交流，結合課程教學、實驗教學和課程設計中存在的現象，茲提出以下改善措施和建議。

1.課堂教學的改革。目前以多媒體課堂教學為主。雖然能夠重點突出并且增加課堂信息量，但是，由于學生初步接觸計算機硬件知識，對一些概念理解不夠深入，PPT幻燈片翻頁之后學生不能及時做好筆記、跟進講課進度。因此，我們在準備課件時將一些重點難點知識通過動畫的方式展示給學生。通過詳細動畫演示，學生們對微處理器內部邏輯功能有了形象的認識，加深理解。結合課堂講解，如果輔以教學網站以及相應的師生交流互動平臺，能夠給學生提供信息量更大的輔導資料；并能及時解答學生的問題。該教學網站可以提供如下信息：在線學習、在線答疑、問題征解、動畫演示、在線自測、網絡考場等功能，進一步改進完善了教學手段，豐富了教學方法。

2.實驗教學環節的改進。該課程實驗最初包括基本實驗、設計實驗；實驗模式方面，主要以“驗證型”實驗為主，這不能有效激發學生學習興趣和學習積極性、培養學生動手能力和解決問題能力。通過多年實驗教學實踐，發現多數學生滿足于簡單完成實驗要求內容，對接口芯片應用部分內容沒有深入探討和理解。結合機械類本科生知識結構特點，我們提出實驗環節內容可以分三個層次，即基本實驗、設計實驗和綜合實驗，既考慮學生對基本知識的掌握，又兼顧了學生自身能力的培養。使實驗由“驗證型”變為“設計型”，使學生的動手能力得到了很大的提高。此外，我們還提供實驗室開放，使學生有更多的機會鍛煉動手能力和計算機應用能力。雖然目前實驗課時為12課時，但是為了達到上述實驗教學環節的改革，實際執行實驗教學課時遠遠超出計劃課時。

3.實踐教學環節的改進。本課程實踐教學主要包括課程設計和大學生創新活動。該課程設計初期以軟件設計為主，主要是編寫匯編語言程序，學生在這一過程中，沒能充分地體會到《微型計算機原理及應用》課程的特點，有的同學甚至提出可以采用C語言或C++等高級語言更容易實現其軟件設計題目。特別是，沒有結合我機械制造及自動化專業的特點，應該以硬件（接口芯片）應用為主。經過幾年的積累，我們準備了部分涉及硬件知識的課程設計題目，學生在從事硬件課程設計過程能有更強的主動性和興趣，最終也能有更多的收獲。通過接口芯片課程設計題目，學生們甚至可以自學探索接口芯片的使用，極大地激發他們的學習興趣。比如，我們提供了模數轉換（A/D）的課程設計題目，該題目中涉及ADC0809芯片的應用以及數據的顯示，數據顯示通過可編程芯片8255來實現。同學們通過該課程設計題目自學了模擬量和數字量的轉換與ADC0809芯片的基礎應用。進一步，我們又安排了多路模擬量的采集與顯示題目，同學們通過這一題目深刻理解了微機接口資源的分時復用。不過，限于目前實驗室的條件，我們能提供給學生的硬件課程設計機會是在現有的實驗平臺上從事該課程設計，學生在此過程中的自我發揮也受到限制。下一步，我們考慮提供幾個統一的綜合性設計題目，讓學生自己動手通過面包版或簡單的PCB板連接自己設計的電路，進一步對控制電路方面知識達到訓練，培養學生硬件開發能力及綜合應用能力，對微機控制有一定的接觸和理解。

我院本科生積極參與大學生創新活動，結合這一契機我們積極輔導學生提供充分的實訓機會。首先讓學生們通過熟悉的實驗平臺實現擴展應用，然后移植到單片機控制板上。學生通過這一訓練，對微機的應用有了具體深入的認識，也激發了學生探索微機控制電路設計與編程的興趣。以《微型計算機原理及應用》課程為基礎，可以進一步開設單片機系統、嵌入式系統、DSP系統開發和設計課程，這些后續知識更為接近實際應用，相信會得到學生的青睞。

四、機械類本科生《微型計算機原理及應用》課程的教學實踐分析

通過多年的教學實踐與逐步改善，我們逐漸摸索出一套適合機械類本科生《微型計算機原理及應用》課程的教學方法，整體效果逐步改善。從課程理解、實驗效果、課程考試以及課程設計方面都有了極大提高。課程考試和課程設計方面的提高尤為明顯。圖1所示為2009級近341人的考試成績分布，其基本呈正態分布，不過考試中仍然反映出個別問題較為明顯，比如學生對硬件部分理解不夠好，導致高分段比例較小。

五、結束語

結合《微型計算機原理及應用》課程的教學實踐及教學效果，我們針對機械類本科生制定了合適的教學方案，在提高教學水平、改善教學質量和課程建設等方面取得了一定成績，對促進學生理解并掌握微型計算機硬件和軟件知識起到積極的作用；激發了學生學習興趣，調動了學生學習的主觀能動性，對增強學生綜合能力和創新能力方面起到了積極作用，提高了微機原理及應用課程的教學效果。

同時，教學改革與實踐并不能一蹴而就，需要一個不斷的深化過程；而且，需要結合計算應用技術和機電一體化技術的發展動態，通過教學科研活動，引導學生將最新知識應用于社會實踐和市場需求環境，解決實際問題，培養學生綜合素質，特別是培養學生實踐動手能力、自學能力和創新思維能力。

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