機械類專業課程教學研究與實踐

劉萍

摘要：用實例探討機械類專業課程中的微機原理課程是一種新的教學模式，這個教學模式由三個環節組成：分別采用案例系統教學、自主動手開發實踐和變通的考試機制。在學習周期縮短的情況下，使學生能夠夯實理論知識，同時提高自主學習能力，從而有力地保證了教學的質量。在國家“卓越工程師”這一大的環境下，運用這種教學理念，同時與企業進行合作，為國家輸送了一批有著實際的操作能力和創造能力的人才。

關鍵詞：機械類專業課；微機原理與接口技術；卓越工程師；教學研究

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）41-0147-02

一、案例系統教學

1.總論。機械類專業課程在教學時如果能夠注重于理論和實際的結合，教學結果會更加使人滿意。現在我們以《微機原理與接口技術》為代表進行舉例，深入地分析采用怎樣的教學方法對機械類專業課程最為有效。《微機原理與接口技術》是一門對動手能力和自主學習能力要求極高的學科，這門課程主要包括微機的工作原理、匯編語言、接口技術和應用實例。在我國高等院校的教育改革中，機械類專業《微機原理與接口技術》課程理論課時越來越少，到目前為止總課時數為48學時，理論課時為22學時。為了回應國家對于培養“卓越工程師”的號召，我們通過開設卓越班來培養滿足企業需要，面向工商業、面向世界、面向未來，并且能夠適應經濟社會發展的優秀人才。

2.材料內容與案例相結合。在教學中把各個案例都與教材中的理論相結合，再把理論知識放到實際問題中去，從而實現了將教學的內容與實際中存在的問題相互聯系。例如，當學生在學習CPU的編程結構時，第一步使學生了解簡單的時序電路，由簡入難再向學生介紹時鐘電路、寄存器、總線這些理論概念。為了使學生更好地去理解編程定時器/計數器8253，我們可以用怎樣檢測自行車速度為例。自行車速度的檢驗，運用標準時鐘，對自行車輪胎之間的輻信號進行測量，計數檢測到的輪輻。根據單位時間計算法，檢驗出單位時間內輪輻經過的個數，另一種方法為檢驗輪輻的總數目，通過計算出每一根輪輻所使用的時間，便能得到最后的車速。在這一問題中，學生需要掌握調整控制字寄存器和每一個計數器的初始化。

3.案例環環相扣，形成系統。案例的設計要緊密相連，案例的設計第一個需要考慮的問題就是，什么樣的案例在當次的教學中能夠講解所需要的理論知識，同時可以復習上一次課程的知識并且能夠為下一次的教學課程做一個鋪墊，這樣的方法使學生在學習新的理論知識的時候能夠對上一次的課程進行一次復習，使得學生知識更加鞏固，也能激發起學生對于下一次課的新奇與憧憬。另外，工程應用所涉及的知識面較為廣泛，所需要掌握的案例要通過大量的時間來消化，有限的理論課時間，案例緊密相連，環環相扣，這樣既可以減少學生對案例領會的時間，還能使學生們更好地掌握理論的內涵。

當用感應同步器為案例時，這個系統分為8086的總線和時序、存儲器、輸入/輸出、中斷技術，可以編程的接口芯片8255、8253、8279這些微機原理接口技術中所包含的所有理論知識。在教學過程中，我們可以重復使用這個案例。在總線和時序的知識理論中，關于CPU，學生應當學會操作晶體振蕩器、復位電路和電源電路；對于存儲器的學習，學生理應了解RAM、ROM存儲器的結構與作用，且對總線和時序的知識進行鞏固，同時能夠看到余下的知識理論；對于可編程接口芯片，利用定時器/計數器8253進行檢測是學員的基本要求，運用并行接口芯片8255輸入輸出，操作8279鍵盤顯示電路，進而對參數進行設置，通過七段碼顯示參數或者感應同步器距離，一環扣一環，環環相扣，形成一個完整的系統。

二、在自制開發板上動手實踐

很多的機械類專業的學生在面臨畢業時，在實際的練習中不知道把微機原理的知識運用到工程生活中。為了使理論與實際結合得更加緊密，作者自行設計了一個簡易的CPU開發板。在線下載是CPU開發板的一個功能之一，可以進行與計算機通訊、鍵盤顯示操作、模擬量輸入等操作。在開發板中進行編程，更加容易理解微機編程結構、編繪語言、存儲器功能、輸入輸出接口、A/D轉換、定時器、計數器功能。將這種自主制作的開發板分發給每位學生，學生將會領到各不相同的編程任務，通過電路板，學生能夠在空閑的時間鞏固知識，從而掌握微機原理的內涵。

學生通過這些訓練，在完全理解了課堂內容的同時，既鍛煉了實際操作能力，又使他們在以后面對問題時能夠具有創新能力，通過手中的這塊CPU開發板，學生讓它實現了多種不同的功能。

三、靈活考試機制

每年大約有近100名的學生會去學習這門課程，這100名學生中一些會去與教師共同研究一個課題。這些幫助老師研究課題的學生的成績通常在90分以上，還有部分學生會去參加興趣小組，把微積分原理知識運用到自己的小發明中。另外，一部分學生在自己的研發板上做出了比較好的演示程序，他們的成績則由期末的卷面成績和演示程序的分數共同定奪，其他的學生的成績由平時的作業綜合成績和卷面的成績來定。

這樣靈活的考試制度，在使學生的學習積極性提高的同時，促使一些學生增強了自主性，提高了實際操作能力，促進了思維的擴展性，在參與課題研究時一些人申請了大學生創新基金項目；另有一些通過自己的課題，成立了自己的公司。這樣的考試制度，加強了學生與老師之間的溝通，有著良好的教學結果，這種教學模式，使學生提升了動手、動腦能力，使他們的基礎更加堅實。

采用上述教學方法，學生擁有很強的創新能力，并且能很好地將理論轉化到實際應用中，如圖1所示。

圖2中，有電源轉換模塊，220V交流電通過變壓整流后，變為直流電，可為整個機器人控制系統服務；直流電機驅動模塊使用L298N芯片內部集成的兩個H橋驅動電機運轉；用RS485串口通訊模塊實現PC與單片機的遠距離通信。

作為一門有著自己的專業特點的課程，機械專業課程要求理論和實踐必須緊密相連，環環相扣。通過案例來實現教學是這篇文章所重點強調的。學生通過自己對CPU開發板的理解與操作，完成了電路設計，鞏固了學生所必須了解的理論知識，促進了學生的實際操作能力，使學生在未來走向社會懂得舉一反三，提高了學生的創新創造的能力。創造能力的提高往往能夠催生出學生創造的火花來，這是一種契機，一種良好的機制。這樣，無論是在今后的教學過程中還是在今后的主動學習過程中都能夠讓學生形成一種積極探索的心態，提高學生的學習興趣。

參考文獻：

[1]劉國榮，秦祖澤，黃俊偉，等.工程應用型本科教育特性及共創新人才培養體系的研究與實踐[J].中國大學教學，2004，（12）.