面向機械工程專業的微機原理及接口技術課程改革探討

徐斌

摘? 要 微機原理及接口技術是機械工程等理工科專業重要課程。首先分析課程教學過程中存在的一些問題，并針對這些問題提出一些有效的課程教學改革和創新，以此激發學生學習興趣，增強學生學習動力，提高機械工程專業學生專業素質。

關鍵詞 機械工程專業;微機原理及接口技術;教學改革;虛擬仿真軟件;實驗;單片機學習開發板;課程網站

中圖分類號：G642.3? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2019）06-0077-03

Mechanical Engineering Major Oriented Reform on Course of Microcomputer Principle and Interface Technology//XU Bin

Abstract Microcomputer principle and interface technology course are those of the key courses in mechanical engineering major. This

paper first discussed some problems during the teaching and learning

procedure， then proposed some reform and innovation for the pro-blems. The reform and innovation can inspire the students to work hard with more enthusiasm， which also improve the professional qualities of students in mechanical engineering major.

Key words mechanical engineering major; microcomputer principle and interface technology; teaching reform; virtual simulation soft-ware; experiment; SCM learning levelopment board; course website

1 前言

隨著信息技術的發展，純機械結構產品逐漸減少，取而代之的是集成機械和電氣技術的產品設備。結合實際情況，上海工程技術大學機械工程專業專業選修課包括機械設計制造和電氣控制自動化兩大模塊，微機原理及接口技術課程是電氣控制自動化模塊重要課程[1]。通過課程的學習，學生能夠掌握微型計算機基本原理及接口技術，具有一定的最小系統硬件和軟件設計能力。目前課程選擇MCS-51單片微型機為主要對象，授課內容涉及單片機硬件基礎、匯編語言程序設計以及接口技術。

與電氣信息類專業學生相比，機械工程專業學生控制類基礎知識相對薄弱。因此，考慮學生的知識結構和專業水平，在教學內容和方法等方面進行改革，在達到專業人才培養目標的同時，激發學生的學習興趣，增加學生的學習動力，在使學生快速準確掌握該課程基本知識等方面具有重要意義[2]。

2 課程教學過程中存在的問題

機械工程專業學生在學習該課程之前[3]，雖然進行了電工技術、電子技術等相關課程的學習，但針對性和系統性不強，在學習過程中難免存在一些難以理解和掌握的知識。目前主要有下面幾個問題。

內容多，課時少? 在該課程學習過程中，涉及的前期相關知識較多，從而導致學生對課程中的知識點難以掌握和消化[4]。同時，該課程安排在大三下學期，學時不多且包含課內實驗時間。大三下學期正處于學生找工作以及備戰考研等關鍵時期，進一步導致學生對課程學習的投入嚴重不足，很難達到預期學習效果。因此，必須對課程內容進行整合和精簡，以保證在有限的時間內能系統地開展教學工作。

教學手段單一? 該課程存在名詞概念較多、知識關聯性強、內容較抽象等特點[5-6]。學生在學習過程中一旦對某個知識點理解不夠，就會導致后續學習過程中存在困難。而目前采用的教學方式以教師課堂講解為主，學生參與度不高。因此要不斷調整教學方法，在有限的時間內系統地介紹課程知識，并在教學中調動學生的積極性，讓學生主動地參與教學過程。

實驗項目不完善? 實驗課程是該課程的重要組成部

分[7]，目前沒有單獨的實驗課程，而是采用課內實驗的方式。由于學生人數較多，場地有限，因此安排的實驗課多為驗證性實驗。實驗過程中只需要根據實驗指導書提示，輸入程序，運行并記錄結果即可。學生在實驗過程中缺乏獨立思考，導致創新設計能力以及獨立思考能力沒有得到很好的開發和提升，達不到實驗教學的目的，最終導致課程學習效果不佳。

3 課程教學改革和創新

課時量有限，但是課程內容較多、信息量大，與前期課程以及課程本身各章節之間相互關聯比較大[6，8]。為了保證學生在有限的時間內掌握課程相關知識，需要對當前課程體系與教學過程進行改革和創新，具體實施思路如圖1所示。下面將重點介紹在后續的課程教學過程中需要注意的幾個方面。

精簡教學內容? 結合專業實際情況并參考大部分兄弟院校課程安排情況，課程安排八個部分，包含七個部分的理論授課和一個部分的實驗安排，如圖2所示。該安排對部分知識點進行刪除、規整和精簡，如中斷系統章節，刪除了中斷控制器8259A教學內容，要求學生重點掌握中斷基本概念以及8051中斷系統。對部分章節進行合并，如對于存儲器章節不單獨設置，將其歸入并行I/O接口章節，要求學生重點掌握單片機與外部存儲器的擴展。教學內容中要加強微機在機電一體化行業的應用教學，有利于吸引學生的學習興趣，激發學生的學習欲望，增強學生學習的主動性和積極性，達到預期教學目標。

改革課堂教學方式? 調動學生學習的積極性是教學設計和安排的基本原則[6]。筆者通過與學生交談發現，大部分學生在課程前期學習過程中都具有很高的積極性，也能跟上教學進度;但是當教學內容進入第三部分時，發現該章節記憶性知識點比較多，且知識點之間聯系較大，區分度較高。因此，學生學習動力直線下降，學習效果非常不理想。

在課堂授課過程中首先要注意把握理論深度，減少陳述性以及記憶性的知識。對部分知識點進行歸并分類介紹，如介紹MOV、MOVX以及MOVC指令時，首先應讓學生理解數據傳送的基本概覽，然后分析三種不同指令的適應場合，掌握它們之間的區別和聯系。

其次，在授課過程中要合理拋出一些思考性問題，配合案例教學，讓學生參與其中，這樣學生才會更加主動地深入課堂。

精選實驗內容? 根據專業培養方案和課程教學大綱，目前該課程設置了兩個實驗，即匯編語言程序設計和單片機與A/D和D/A接口技術實驗。

1）在匯編語言程序設計實驗中，重點要求學生掌握典型程序的設計方法，如分支程序、循環程序、查表程序與子程序。通過這些實驗，學生可掌握指令系統中指令集和使用方法，并對匯編語言設計思想有初步掌握。

2）在單片機與A/D和D/A接口技術實驗中，要求學生掌握單片機與ADC0809的連接方法，并根據連接方式，計算轉換芯片的端口地址。同時要求學生采用中斷方式和查詢方式，讀取EOC線上的狀態信息，從而判斷轉換過程是否結束。

課外擴展和畢業設計? 由于該課程學時較少，且學院實驗室場地受限，僅僅依靠課內實驗就想讓學生理解和掌握單片機基本工作原理并進行相關電子系統設計是遠遠不夠的。現在由于個人電腦比較普及，學生幾乎每人都配有筆記本電腦，因此可以借助虛擬仿真軟件進行系統仿真。這樣不僅可以節約成本，同時不會受到實驗場地的限制，極大地提升學生的學習樂趣和動力。由英國Lab Center Electronics公司推出的Proteus軟件是專門用于電子系統設計和仿真的軟件[9]，特別適合單片機系統設計和仿真。

另一方面，可建議學生購置單片機學習開發板，目前開發板功能較強大，且價格便宜，在學生可承受范圍之內。借助于實際開發板，學生可以更加清楚地看清和了解各元器件的全貌，有助于在后續實際項目設計開發過程中快速融入。

因此，在課內教學過程中，可以積極向學生推薦這些課外學習擴展途徑，這樣可進一步深入將理論教學與實踐結合起來，使學生在實驗過程中回憶課堂知識點，并將其應用于系統開發過程，既能做到鞏固所學，又能融入時間，得到事半功倍的效果。

此外，大學第八學期是學生畢業設計階段，教師可提供一些單片機相關畢業設計課題，讓學生通過畢業設計綜合設計，進一步鞏固所學。

豐富網絡資源? 網絡資源是課堂教學的有益補充[10]，因此可以建設課程網站，在網上實時公布最新的教學大綱、多媒體課件、教學進度安排以及其他教學相關資料。在條件允許情況下，可建立網上答疑工作室，學生有問題可以在網上發布，其他學生和教師都可以看到問題并進行解答，最后由教師對學生的回答做出點評。這樣既方便學生提出問題，同時別的學生也可以參與其中，參與回答問題的學生可以進一步鞏固知識點，有利于提高學習的動力和樂趣。其他學生可以通過參與討論的方式檢驗自己的學習效果。此外，在網上建立兄弟院校相關課程鏈接，特別是一些國家精品課程網站，擴展學生的視野。

強化隊伍建設? 目前，機電一體化教學團隊主要承擔學院微機原理及接口技術等相關電氣控制類課程的教學工作。多年來，上海工程技術大學機械與汽車工程學院和團隊領導都非常重視青年教師的培養和引進工作。在積極引進相關專業國內外高水平大學優秀畢業生的同時，一方面通過參與高水平科研項目促進團隊教師的業務水平，將項目過程中成功的方法和成果引入課題，提升學生的學習積極性;另一方面鼓勵團隊教師積極參加各類教學技能競賽和各類研討會，學習他人優秀的教學方法，不斷提升教師的綜合業務技能。

4 結語

針對上海工程技術大學機械工程專業特色和培養計劃課程體系，分析當前微機原理及接口技術課程教學過程中在課程設置、理論教學以及實驗教學等方面存在的一些問題。針對這些問題，根據近年的教學經驗，提出一些有效可行的課程教學改革和創新，以此能激發學生的學習興趣，增加學生的學習動力，進一步提升學生的培養質量。只有不斷地進行課程改革和探索，才能建立一套適合專業實際的課程教學方案，從而豐富教學過程，激發學生興趣，取得預期的培養目標。■

參考文獻

[1]王向紅，李秀坤，張殿倫，等.“微機原理及接口技術”課程教學改革與創新[J].中國現代教育裝備，2007（12）：97-98.

[2]王正初，范劍，李軍.機械專業單片機課程案例教學研究[J].中國教育技術裝備，2015（2）：81-83.

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

[4]崔冉，吳靜然.高等教育新形勢下《單片機原理及其接口技術》課程教學改革探索[J].教育現代化，2017（19）：

138-139.

[5]胡瑞強，張毅剛，李成偉.單片機課程設計教學改革探討[J].實驗科學與技術，2010（3）：46-48，78.

[6]張偉.單片機與接口技術課程研究型教學模式研究[J].西南師范大學學報：自然科學版，2018，43（6）：190-194.

[7]席文平，藍和慧.單片機原理及接口技術實驗教學改革研究[J].中國教育技術裝備，2018（6）：111-112，117.

[8]劉喜雙，姚健.單片機課程實踐教學改革探索[J].教育探索，2013（8）：31-32.

[9]張毅剛，胡瑞強.基于Proteus的單片機課程的教學改革與實踐能力培養[J].教育教學論壇，2012（5）：149-150.

[10]郭亞琴，王青，顧娜.單片機技術及系統設計多媒體網絡教學平臺的構建[J].信息系統工程，2015（4）：152-153.