摘要微機原理及接口技術(shù)是機械工程等理工科專業(yè)重要課程。首先分析課程教學(xué)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(xué)改革和創(chuàng)新，以此激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，增強學(xué)生學(xué)習(xí)動力，提高機械工程專業(yè)學(xué)生專業(yè)素質(zhì)。

關(guān)鍵詞機械工程專業(yè)；微機原理及接口技術(shù)；教學(xué)改革；虛擬仿真軟件；實驗；單片機學(xué)習(xí)開發(fā)板；課程網(wǎng)站

1前言

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，純機械結(jié)構(gòu)產(chǎn)品逐漸減少，取而代之的是集成機械和電氣技術(shù)的產(chǎn)品設(shè)備。結(jié)合實際情況，上海工程技術(shù)大學(xué)機械工程專業(yè)專業(yè)選修課包括機械設(shè)計制造和電氣控制自動化兩大模塊，微機原理及接口技術(shù)課程是電氣控制自動化模塊重要課程[1]。通過課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠掌握微型計算機基本原理及接口技術(shù)，具有一定的最小系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計能力。目前課程選擇MCS-51單片微型機為主要對象，授課內(nèi)容涉及單片機硬件基礎(chǔ)、匯編語言程序設(shè)計以及接口技術(shù)。與電氣信息類專業(yè)學(xué)生相比，機械工程專業(yè)學(xué)生控制類基礎(chǔ)知識相對薄弱。因此，考慮學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)和專業(yè)水平，在教學(xué)內(nèi)容和方法等方面進行改革，在達到專業(yè)人才培養(yǎng)目標的同時，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增加學(xué)生的學(xué)習(xí)動力，在使學(xué)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(xué)過程中存在的問題

機械工程專業(yè)學(xué)生在學(xué)習(xí)該課程之前[3]，雖然進行了電工技術(shù)、電子技術(shù)等相關(guān)課程的學(xué)習(xí)，但針對性和系統(tǒng)性不強，在學(xué)習(xí)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(nèi)容多，課時少在該課程學(xué)習(xí)過程中，涉及的前期相關(guān)知識較多，從而導(dǎo)致學(xué)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(xué)期，學(xué)時不多且包含課內(nèi)實驗時間。大三下學(xué)期正處于學(xué)生找工作以及備戰(zhàn)考研等關(guān)鍵時期，進一步導(dǎo)致學(xué)生對課程學(xué)習(xí)的投入嚴重不足，很難達到預(yù)期學(xué)習(xí)效果。因此，必須對課程內(nèi)容進行整合和精簡，以保證在有限的時間內(nèi)能系統(tǒng)地開展教學(xué)工作。教學(xué)手段單一該課程存在名詞概念較多、知識關(guān)聯(lián)性強、內(nèi)容較抽象等特點[5-6]。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中一旦對某個知識點理解不夠，就會導(dǎo)致后續(xù)學(xué)習(xí)過程中存在困難。而目前采用的教學(xué)方式以教師課堂講解為主，學(xué)生參與度不高。因此要不斷調(diào)整教學(xué)方法，在有限的時間內(nèi)系統(tǒng)地介紹課程知識，并在教學(xué)中調(diào)動學(xué)生的積極性，讓學(xué)生主動地參與教學(xué)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(nèi)實驗的方式。由于學(xué)生人數(shù)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(jù)實驗指導(dǎo)書提示，輸入程序，運行并記錄結(jié)果即可。學(xué)生在實驗過程中缺乏獨立思考，導(dǎo)致創(chuàng)新設(shè)計能力以及獨立思考能力沒有得到很好的開發(fā)和提升，達不到實驗教學(xué)的目的，最終導(dǎo)致課程學(xué)習(xí)效果不佳。

3課程教學(xué)改革和創(chuàng)新

課時量有限，但是課程內(nèi)容較多、信息量大，與前期課程以及課程本身各章節(jié)之間相互關(guān)聯(lián)比較大[6,8]。為了保證學(xué)生在有限的時間內(nèi)掌握課程相關(guān)知識，需要對當前課程體系與教學(xué)過程進行改革和創(chuàng)新，具體實施思路如圖1所示。下面將重點介紹在后續(xù)的課程教學(xué)過程中需要注意的幾個方面。精簡教學(xué)內(nèi)容結(jié)合專業(yè)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(guī)整和精簡，如中斷系統(tǒng)章節(jié)，刪除了中斷控制器8259A教學(xué)內(nèi)容，要求學(xué)生重點掌握中斷基本概念以及8051中斷系統(tǒng)。對部分章節(jié)進行合并，如對于存儲器章節(jié)不單獨設(shè)置，將其歸入并行I/O接口章節(jié)，要求學(xué)生重點掌握單片機與外部存儲器的擴展。教學(xué)內(nèi)容中要加強微機在機電一體化行業(yè)的應(yīng)用教學(xué)，有利于吸引學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望，增強學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性，達到預(yù)期教學(xué)目標。改革課堂教學(xué)方式調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性是教學(xué)設(shè)計和安排的基本原則[6]。筆者通過與學(xué)生交談發(fā)現(xiàn)，大部分學(xué)生在課程前期學(xué)習(xí)過程中都具有很高的積極性，也能跟上教學(xué)進度；但是當教學(xué)內(nèi)容進入第三部分時，發(fā)現(xiàn)該章節(jié)記憶性知識點比較多，且知識點之間聯(lián)系較大，區(qū)分度較高。因此，學(xué)生學(xué)習(xí)動力直線下降，學(xué)習(xí)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(yīng)讓學(xué)生理解數(shù)據(jù)傳送的基本概覽，然后分析三種不同指令的適應(yīng)場合，掌握它們之間的區(qū)別和聯(lián)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(xué)，讓學(xué)生參與其中，這樣學(xué)生才會更加主動地深入課堂。精選實驗內(nèi)容根據(jù)專業(yè)培養(yǎng)方案和課程教學(xué)大綱，目前該課程設(shè)置了兩個實驗，即匯編語言程序設(shè)計和單片機與A/D和D/A接口技術(shù)實驗。1）在匯編語言程序設(shè)計實驗中，重點要求學(xué)生掌握典型程序的設(shè)計方法，如分支程序、循環(huán)程序、查表程序與子程序。通過這些實驗，學(xué)生可掌握指令系統(tǒng)中指令集和使用方法，并對匯編語言設(shè)計思想有初步掌握。2）在單片機與A/D和D/A接口技術(shù)實驗中，要求學(xué)生掌握單片機與ADC0809的連接方法，并根據(jù)連接方式，計算轉(zhuǎn)換芯片的端口地址。同時要求學(xué)生采用中斷方式和查詢方式，讀取EOC線上的狀態(tài)信息，從而判斷轉(zhuǎn)換過程是否結(jié)束。課外擴展和畢業(yè)設(shè)計由于該課程學(xué)時較少，且學(xué)院實驗室場地受限，僅僅依靠課內(nèi)實驗就想讓學(xué)生理解和掌握單片機基本工作原理并進行相關(guān)電子系統(tǒng)設(shè)計是遠遠不夠的�，F(xiàn)在由于個人電腦比較普及，學(xué)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(tǒng)仿真。這樣不僅可以節(jié)約成本，同時不會受到實驗場地的限制，極大地提升學(xué)生的學(xué)習(xí)樂趣和動力。由英國LabCenterElectronics公司推出的Proteus軟件是專門用于電子系統(tǒng)設(shè)計和仿真的軟件[9]，特別適合單片機系統(tǒng)設(shè)計和仿真。另一方面，可建議學(xué)生購置單片機學(xué)習(xí)開發(fā)板，目前開發(fā)板功能較強大，且價格便宜，在學(xué)生可承受范圍之內(nèi)。借助于實際開發(fā)板，學(xué)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(xù)實際項目設(shè)計開發(fā)過程中快速融入。因此，在課內(nèi)教學(xué)過程中，可以積極向?qū)W生推薦這些課外學(xué)習(xí)擴展途徑，這樣可進一步深入將理論教學(xué)與實踐結(jié)合起來，使學(xué)生在實驗過程中回憶課堂知識點，并將其應(yīng)用于系統(tǒng)開發(fā)過程，既能做到鞏固所學(xué)，又能融入時間，得到事半功倍的效果。此外，大學(xué)第八學(xué)期是學(xué)生畢業(yè)設(shè)計階段，教師可提供一些單片機相關(guān)畢業(yè)設(shè)計課題，讓學(xué)生通過畢業(yè)設(shè)計綜合設(shè)計，進一步鞏固所學(xué)。豐富網(wǎng)絡(luò)資源網(wǎng)絡(luò)資源是課堂教學(xué)的有益補充[10]，因此可以建設(shè)課程網(wǎng)站，在網(wǎng)上實時公布最新的教學(xué)大綱、多媒體課件、教學(xué)進度安排以及其他教學(xué)相關(guān)資料。在條件允許情況下，可建立網(wǎng)上答疑工作室，學(xué)生有問題可以在網(wǎng)上發(fā)布，其他學(xué)生和教師都可以看到問題并進行解答，最后由教師對學(xué)生的回答做出點評。這樣既方便學(xué)生提出問題，同時別的學(xué)生也可以參與其中，參與回答問題的學(xué)生可以進一步鞏固知識點，有利于提高學(xué)習(xí)的動力和樂趣。其他學(xué)生可以通過參與討論的方式檢驗自己的學(xué)習(xí)效果。此外，在網(wǎng)上建立兄弟院校相關(guān)課程鏈接，特別是一些國家精品課程網(wǎng)站，擴展學(xué)生的視野。強化隊伍建設(shè)目前，機電一體化教學(xué)團隊主要承擔學(xué)院微機原理及接口技術(shù)等相關(guān)電氣控制類課程的教學(xué)工作。多年來，上海工程技術(shù)大學(xué)機械與汽車工程學(xué)院和團隊領(lǐng)導(dǎo)都非常重視青年教師的培養(yǎng)和引進工作。在積極引進相關(guān)專業(yè)國內(nèi)外高水平大學(xué)優(yōu)秀畢業(yè)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(yè)務(wù)水平，將項目過程中成功的方法和成果引入課題，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性；另一方面鼓勵團隊教師積極參加各類教學(xué)技能競賽和各類研討會，學(xué)習(xí)他人優(yōu)秀的教學(xué)方法，不斷提升教師的綜合業(yè)務(wù)技能。

4結(jié)語

針對上海工程技術(shù)大學(xué)機械工程專業(yè)特色和培養(yǎng)計劃課程體系，分析當前微機原理及接口技術(shù)課程教學(xué)過程中在課程設(shè)置、理論教學(xué)以及實驗教學(xué)等方面存在的一些問題。針對這些問題，根據(jù)近年的教學(xué)經(jīng)驗，提出一些有效可行的課程教學(xué)改革和創(chuàng)新，以此能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增加學(xué)生的學(xué)習(xí)動力，進一步提升學(xué)生的培養(yǎng)質(zhì)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(yè)實際的課程教學(xué)方案，從而豐富教學(xué)過程，激發(fā)學(xué)生興趣，取得預(yù)期的培養(yǎng)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(shù)”課程教學(xué)改革與創(chuàng)新[J].中國現(xiàn)代教育裝備,2007(12):97-98.

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

[3]胡漢才.單片機原理及其接口技術(shù)[M].北京:清華大學(xué)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(shù)》課程教學(xué)改革探索[J].教育現(xiàn)代化,2017(19):138-139.

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

[6]張偉.單片機與接口技術(shù)課程研究型教學(xué)模式研究[J].西南師范大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,2018,43(6):190-194.

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

[8]劉喜雙,姚健.單片機課程實踐教學(xué)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(xué)改革與實踐能力培養(yǎng)[J].教育教學(xué)論壇,2012(5):149-150.

[10]郭亞琴,王青,顧娜.單片機技術(shù)及系統(tǒng)設(shè)計多媒體網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的構(gòu)建[J].信息系統(tǒng)工程,2015(4):152-153.