車輛工程專業“微機原理”的案例教學

李志臣 王海巧 李國利

[摘 要] “微機原理”是一門涉及硬件和軟件知識、理論性和實踐性都很強的課程，學習難度大而導致學生的學習興趣低。以計算機控制車輛的某一項功能作為“微機原理”的教學案例，積極地引導學生參與“微機原理”的學習，激發了車輛工程專業學生學習“微機原理”的積極性，提高了學生的自主探究能力和群組問題解決的能力。學生的評價結果證明了針對車輛控制實踐的“微機原理”的案例教學，取得了良好的教學效果，很好地完成了車輛工程專業“微機原理”的教學目標。

[關鍵詞] 車輛工程;“微機原理”;案例教學;教學評價

[中圖分類號] TP3-4? ? [文獻標識碼] A? ?[文章編號] 1674-9324（2021）01-0146-04? ?[收稿日期] 2020-05-29

案例教學在高等學校獲得廣泛的理論研究和教學實踐，案例教學能夠提高學生分析問題和解決問題的能力，是加深學生對基本原理和概念的理解的一種特定的教學方法[1]。案例教學具有八大特性：強調材料鮮活性、注重思想教育性、堅持啟發和思考性、提倡生動活潑的趣味性、遵循科學性、講究典型性、追求知識性、加強針對性[2]。

針對“微機原理”的案例教學，許多教師開展了有意義的探索，李鵬以“微機原理與應用”為對象，分析了案例教學的特點與合理性，闡述了案例庫的開發、建設和效果評價[3]。王艷芬采用案例教學法，讓學生自主進行硬件設計、算法及軟件編程，在案例實施過程中，學生掌握著設計的主動權，提高了學生的興趣，培養了學生獨立分析問題和解決問題的能力，取得了很好的教學效果[4]。王焱開展了一個綜合性案例，要求學生設計一臺出租車計價器，學生把所學知識和具體應用聯系了起來，實現了開設“微機原理”課程的目的[5]。

這些“微機原理”的案例教學的對象都是計算機專業類的學生，針對工科類學生尤其是車輛工程專業學生進行“微機原理”的案例教學，方法和案例要有所不同。

一、車輛工程專業“微機原理”課程特點

近年來，微型計算機成為汽車的應用上必不可少的一個重要器件，汽車發動機的燃油噴射控制、電子點火的控制等都離不開計算機的運算和輸出控制命令;車載計算機的多媒體娛樂、通信、移動辦公及聯網的信息查詢都離不開計算機;無人駕駛的智能型車輛更是離不開計算機的環境感知和規劃決策等功能。

“微機原理”涉及多方面的硬件和軟件知識，涉及的芯片多，但“微機原理”的教學只有48學時，其中實驗8學時，在實際教學過程中，匯編語言這部分內容就占據了相當一部分教學學時?！拔C原理”課程是一門實用性和動手性都很強的計算機課程，實踐教學環節主要包括軟件實驗與硬件實驗，軟件實驗主要是通過編寫程序、上機調試并運行的過程，提高學生閱讀與編寫程序的能力，硬件實驗讓學生設計硬件、編制接口程序、完成輸出控制的程序，實現控制的目標。

“微機原理”的教學內容高度抽象、前后知識點邏輯性及相關性強，實驗安排多以匯編語言的上機驗證為主，使得很多學生僅僅簡單模仿實驗，知其然而不知其所以然。隨著課程難度的增加，學生的學習積極性隨著教學過程的進行而降低，導致學生對計算機原理知識掌握得不全面、不系統，學生學完計算機原理后也還是不知道怎么應用，相關的工程能力還是欠缺。車輛控制案例教學的方法能很好地解決“微機原理”的理論知識與汽車電子控制實踐的銜接。

二、教學案例設計

（一）“微機原理”單章內容的教學案例設計

操作時序是“微機原理”的教學難點之一，為了使學生更好地理解并掌握操作時序的內容，設計了CPU打印機輸出word文檔的案例，這個案例學生經常操作，所以容易接受。利用虛擬仿真軟件Proteus把CPU向打印機輸出word文檔的寫操作時序仿真結果演示給學生[6]。

中斷是“微機原理”課程的重點和難點，尤其是8259A芯片，內容煩瑣抽象，教材中給出了寫操作字和命令字的例子，但跟具體的工程實踐沒有什么聯系，同學們還是不能很好地理解。設計如圖1所示的案例，8259A的27腳上連有一系統地址線A0，端口地址為20H、21H。20H用來寫ICW1， 21H用來寫ICW2、ICW3、ICW4，初始化命令字寫好后，再寫操作命令字。OCW2、OCW3端口地址20H，OCW1端口地址21H。IR3插孔和SP插孔相連，邊沿觸發方式，按一次按鈕就向8259A發出中斷請求信號。如果中斷源電平信號不符規定要求則自動轉到7號中斷，顯示“Error”。CPU響應中斷后，在中斷服務中，對中斷次數進行計數并顯示，計滿5次結束，顯示器顯示“perfect”。通過這個案例的講解，學生不僅體驗了不同的操作字和命令字寫入不同地址端口的具體操作過程，還徹底理解了8259A的工作原理和工作過程。

（二）綜合性案例教學

微型計算機的基礎知識結束后，筆者利用半節課的時間向學生講解計算機控制汽車性能的實例，如發動機怠速控制系統、汽車排放控制系統、計算機控制防抱死制動系統、計算機安全控制系統等，通過這些實例的講解，使學生明白了一個道理：汽車性能的提高離不開計算機了，學好計算機原理對車輛專業其他知識的學習是必不可少的。

教學滿兩周后，要求每個學生設計出針對車輛的某一項性能的計算機控制系統，具體要求是：給學生一個星期的時間查閱資料擬定自己的題目;明確自己選題的意義;確定自己選題的控制目標;“微機原理”課程結束后要獨立地寫出匯編語言的控制程序。

題目確定以后，同學們學習“微機原理”的熱情普遍提高，課后同學們紛紛圍繞到老師的身邊詢問關于微機控制的問題，以及如何利用匯編語言編寫控制程序。老師從學生的選題中挑選了五個題目結合著課堂知識點和同學們展開討論，激發了學生參與的熱情。有一個學生選的課題是：智能車內溫度調節系統，課題選得很好，但學生對選題的意義不是很明確，通過課堂討論，同學們不僅理解了這個課題的意義，還對自己所選課題的意義進行了深度思考。

隨著“微機原理”課程的進行，適時地跟同學們討論智能車內溫度調節系統的相關問題，為使問題變得簡單，將該系統簡化為手動控制。輸入輸出的內容講解結束后，再跟同學討論智能車內溫度調節系統的課題，學生紛紛就如何把溫度傳感器測得的數據輸入到微機發表自己的意見，有很多同學的思路是值得肯定的，還有幾位同學當堂就編寫出了溫度數據采集和輸入的匯編語言程序。當駕駛室內的溫度超過或低于某一溫度時，系統通過小喇叭發出警報聲音，及時預警駕駛員調整空調按鈕，如果是自動控制，還應該輸出控制壓縮機和鼓風機開關或者工作速率。經過這個過程的學習，學生對輸入輸出就有了深刻的理解。

“微機原理”課程結束后，有三分之二的學生就自己所選的課題編寫出了控制程序，這些同學基本掌握了微型計算機的軟硬件知識，沒有寫出控制程序的同學也畫出了自己的程序框圖，這部分同學在后面幾周的復習過程也很好地掌握了“微機原理”的知識。

三、案例教學的學生評價

（一）評價方法選擇

對教學活動的評價既有定性的方法也有定量的方法，國外有學者認為教學活動必需的三個基本條件有：成果公開化;批判性評論;成果能夠交流和被應用[7]。有的學者采用定量評價方法，提出了基于粗糙集和卡諾模型的集成方法，并通過實例證明了完善的課程設計和教學內容的講授這兩項指標在學生需求中處于最重要的地位[8]。

“微機原理”案例教學評價的數據來自面向學生的問卷調查，問卷共有五個問題：“微機原理”的教學設計如何？“微機原理”的教學內容的講授如何？“微機原理”授課時聯系實際選擇實例如何？激發學生的學習興趣和主動性如何？師生雙方的互動交流如何？對上述五個問題的評價標準采用通用等級優、良、中、差四個等級。

（二）評價對象

問卷調查的對象是作者教授過的金陵科技學院車輛工程專業的本科在校學生，高一級的學生講授“微機原理”時完全按照按教材內容，實驗案例也是教材列舉的例子，幾乎沒有聯系車輛工程的控制實例（以下簡稱這一級的學生為A班）;低一級的學生講授“微機原理”時沒有完全按照按教材內容，采用案例教學并且聯系車輛工程的控制實例（以下簡稱這一級的學生為B班）。

A班共有學生68人，發放調查問卷68份，收回66份，回收率97%，實際有效問卷63份，有效率95.5%。B班由兩個小班組成，共有學生74人，發放調查問卷74份，收回74份，回收率100%，實際有效問卷73份，有效率98.6%。

（三）結果分析

統計結果如圖2所示，圖中縱坐標是學生選項的百分比，A是教學設計的統計結果，B是教學內容的統計結果，C是聯系實際選擇實例的統計結果，D是學習興趣和主動性統計結果，E是師生雙方的互動交流統計結果。無論是采用案例教學法的B班還是采用傳統教學法的A班，都沒有差的選項，A班選擇“中”的占總數的5.6%，B班沒有“中”的選項，說明學生認可老師的教學。對教學內容的講授和師生交流互動選項，A班和B班學生的評價比較相近，這也反映了老師的教學風格跟教學方法的選擇沒有什么關系，能不能跟學生互動是教師的教學習慣而不是方法。學生認可案例教學的教學設計，案例教學法確實能夠更好地使“微機原理”的枯燥理論聯系到工程實踐中，“微機原理”的案例教學法能夠很好地激發學生學習“微機原理”的興趣。

為了定量化地比較“微機原理”案例教學和傳統教學的差別，統計時對五個問題的權重做出了不同的安排[8]：“微機原理”的教學設計和“微機原理”的教學內容的講授這兩項內容的權重高一些，分別為0.25?！拔C原理”授課時聯系實際選擇實例、激發學生的學習興趣和主動性、師生雙方的互動交流的權重分別是1.67、1.67、1.66，對通用等級優、良、中、差賦予量化分數10、8、6、4。按照公式1計算A班和B班每個調查內容得分均值，如圖3所示，圖中縱坐標是評價分值，滿分為10分。

Mi=（10×a1×8×a2×6×a3×4×a4）÷a（1）

i=1，2，3，4，5

Mi—第i個調查內容的得分均值，a1—回答優的同學數量;a2—回答良的同學數量;a3—回答中的同學數量;a4—回答差的同學數量;a—學生總數;評價終值是五個調查問題按不同權重（公式2）計算的總分均值，傳統教學法評價的總分均值為9.36，案例教學法評價的終值為9.88，在傳統教學法評價已經得分較高的基礎上又提高了5.6%。

T=（0.25×M1+0.25×M2+0.17×M3+0.17×M4+0.16×M5）÷5（2）

四、結論

一是計算機在車輛中的地位和作用越發強大，“微機原理”等涉計算機的課程必將成為車輛工程專業學生的必修課程，針對車輛工程專業學生的“微機原理”的案例化教學既可以使課堂的教學氣氛更加活躍，又可以使學生學習“微機原理”的積極性提高。

二是針對車輛控制實踐的“微機原理”案例教學，通過問題引導、任務驅動的方法使學生的自主探究能力有很大的提高，使學生具備了群組問題解決的能力。

三是教師是案例教學的主體，案例的選擇要有針對性，既要有針對章節的理論知識的案例，又要有針對車輛工程實踐的涉及“微機原理”的綜合性案例，這樣才能達到良好的教學效果。

參考文獻

[1]張家軍，靳玉樂.論案例教學的本質與特點[J].中國教育學刊，2004（01）：51-53+65.

[2]許小平.案例教學的八大特性[J].繼續教育，2002（05）：58.

[3]李鵬，劉紅.“微機原理與應用”的案例教學法[J].成都紡織高等?？茖W校學報，2003（04）：15-17.

[4]王艷芬，高敬格.案例教學在“微機原理”課程中的應用[J].科技情報開發與經濟，2007（18）：251-252.

[5]王焱，鄭俊輝，易發勝.“微機原理與接口技術”課程的案例教學探討[J].計算機教育，2009（23）：136-138.

[6]朱敏玲，張偉，侯凌燕.基于Proteus的微機原理與接口技術教學改革[J].實驗室研究與探索，2016，35（01）：155-160.

[7]Shulman L S，Hutchings P.About the scholarship of teaching and learning： the Pew Scholars National fellowship program[M].MenloPark，CA：The Carnegie Foundation for the Advance of Teaching.

[8]徐捷，李延來.大學教學評價中基于知識的學生需求優先性分析方法[J].遼寧師范大學學報（自然科學版），2012，35（01）：41-47.