机械类专业微机原理与应用教学改革与实践

王红茹 唐 炜

江苏科技大学机械工程学院 江苏镇江 212003

微机原理与应用是我校机械类专业的一门专业基础课，主要讲授单片机硬件知识、汇编语言程序设计方法和单片机应用系统的设计[1]。对学生而言，课程内容比较抽象、知识点多，学习难度大；对教师而言，由于计算机的快速发展而需要不断更新、补充教学内容，但学时却在不断减少。因此，结合微机原理与应用课程的特点及现状，研究提高教学质量的方法和思路具有重要的现实意义。

1 课程特点及现状

我校机械类本科专业对微机原理与应用课程的基本要求是学生熟练掌握单片机技术，并初步具备单片机应用系统的设计开发能力。因此要求该课程的教学必须既重视理论知识的传授，又要加强实践、创新能力的培养。

1.1 内容繁杂，概念抽象

微机原理与应用课程的主要内容有单片机的基本组成、工作原理、接口电路、汇编程序设计，以及单片机应用系统的设计等[1]，其中每一部分都包含诸多知识点和抽象概念。例如半导体存储器部分，包含的知识点有半导体存储器的分类、特点、性能指标、基本结构、ROM和RAM的基本工作原理、片选信号产生方法、常用存储器芯片引脚功能，以及外存储器扩展的基本方法等；涉及的主要概念有ROM和RAM、片选线和片内地址线、地址总线和地址引脚、字选和片选，以及基本地址范围和重叠地址范围等，这些概念均比较抽象，理解起来有一定的难度。

1.2 学时较少，内容更新快

机械类本科专业由于其自身的特点，分配给微机原理与应用课程的学时本身就较少，再加上近年来随着国家对人才需求的变化，修订后的教学培养计划几乎每门课程的教学时数都在减少[2]。另外，随着计算机技术的快速发展，教学内容也需要不断地更新、补充。

1.3 学生学习兴趣普遍较低

由于单片机的工作原理看不见、摸不着，且汇编语言是面向机器的语言，再加上机械类专业学生的电路以及计算机基础相对比较薄弱，因此学生感到抽象、枯燥，多数学生的学习兴趣较低，学习主动性不强。

通过上述分析可以看出，如何在有限的时间内将如此繁杂的内容高效传授给学生，并培养他们的创新能力，成为提高微机原理与应用课程教学质量的关键。

2 教学改革

为提高微机原理与应用课程的教学质量，笔者从教学内容和教学方法与手段两方面提出一些有针对性的改革措施。

2.1 教学内容改革

目前，国内高校的微机原理与应用课程大多是以Intel 80x86系列或MCS-51系列单片机为主要教学内容，也有采用其他类型中央处理器的单片机的。虽然处理器类型不同，但是介绍的主要内容基本相同。我校机械类专业微机原理与应用课程是以MCS-51系列单片机为主要内容组织教学。然而，近年来随着计算机技术的快速发展，出现了高性能嵌入式中央处理器，这对教与学而言均是一个较大的挑战。因此，如何处理好教学内容与实际应用之间的矛盾，成为微机原理与应用课程教学改革亟待解决的问题。

2.1.1 紧扣教学大纲，精选教材，优化教学内容

选用经典教材是提高教学效果、改善教学质量的基础。经典教材应具备概念清晰、结构严谨、内容覆盖全面等特点。笔者在日常的教学过程中，选用胡汉才主编的《单片机原理及其接口技术》。

在教学过程中，避开了传统教学进程，即以单片机结构为主线，按照单片机的硬件结构—指令系统—汇编程序设计—单片机应用系统设计的顺序进行讲授，而是充分考虑了学生的认知规律，首先将繁杂的教学内容按相关性进行分解，这样就可将整个内容分解成包含一定知识点的多个任务单元，然后针对每个教学任务单元设置一个包含其所有知识点的项目。在实际教学过程中，采用由简单任务逐渐向复杂任务过渡的方法，使得整个学习过程变成一个循序渐进积累知识的过程。采用这种新颖的教学内容组织方式，可以避免学生感到教学内容枯燥乏味的情况，激发他们的学习兴趣。

另外，教学过程中始终贯彻“以应用为目的”思想，重点讲解元器件工作原理、功能以及使用方法，而不必在元器件的内部电路上花费太多时间，使得学生在了解原理的基础上，能根据性能指标在单片机应用系统设计时正确选型，培养他们的设计兴趣和系统开发能力。

2.1.2 紧跟计算机技术的发展，结合科研成果，及时更新教学内容

笔者选用的教材虽然具有代表性，能达到触类旁通的效果，但所介绍的单片机技术明显落后于计算机技术的发展。因此，在实际教学过程中，应在保证基本教学内容的同时，结合计算机技术的发展和自己的科研成果，及时更新教学内容，例如，在任务单元划分和项目设计时，将计算机新技术，如USB接口技术、1394接口技术和闪存技术等考虑进去。在教学过程中，将自己与单片机相关的研究成果展示给学生。及时更新教学内容不仅可以拓宽学生的视野，还会让学生感到所学知识有用武之地，进而学习热情高涨，学习主动性得以充分发挥。

2.1.3 重视能力培养，加强实践教学环节

实践教学环节不仅是巩固理论教学的重要手段，同时也是培养学生动手能力和创新能力的重要途径[3]。微机原理与应用是一门实践性极强的课程，因此，必须重视并做好实践教学环节。

我校机械类本科专业通过如下方式来加强实践教学环节：一是开设紧扣理论教学内容的课内实验，这些实验均要求学生独立完成。通过课内实验，学生对课堂上所学单片机软、硬件知识有更进一步的理解，同时也提高了他们的动手能力。二是开展内容丰富的工程实训。通过提供一些标准硬件(包括机械结构件和电子元器件)，要求学生根据所学知识构建具有一定功能的单片机应用系统，旨在培养学生的动手能力和创新能力。

2.2 教学方法与手段改革

教学方法与手段是影响教学质量的重要因素。良好的教学方法与手段不仅能够达到传授知识的目的，更重要的是能培养学生的主动学习能力。

2.2.1 “以教师为主导，以学生为主体”的授课模式

在教学过程中，避开传统的灌输式教学模式，而是注重学生参与课堂教学[4]，采用启发式、引导式和互动式等灵活多变的教学方法。例如，在讲到中断这部分内容时，可以举学生喜闻乐见的事件，如某人在看书的过程中，突然手机铃声响了，那么停止看书去接电话的过程即可被看做是大脑响应接电话这一中断请求；听完电话再接着看书这个过程则可被看做是返回执行原程序。通过这个实例引导学生解决如下两个问题：一是为什么要引入中断；二是什么是中断。针对这两个问题，先让学生自己思考总结，并进行口头表述，然后由任课教师进行讲评。这种循序渐进的启发、引导学生思考的提问方式，明显改善了以往仅靠教师讲授的效果，同时也增强了学生的自信心。

另外，倡导学术平等的思想，鼓励学生在课堂上直接提出疑问，这些问题可以由学生或教师来解答。针对设计类的课堂思考题和课后习题，由于思路不同得到的结果不尽相同，可组织学生分组讨论，然后由小组代表当堂分享其方法及方案，最后由任课教师进行总结。这样有利于调动学生的主观能动性，提高他们的表述能力，增强他们的学习自信心。

2.2.2 灵活多变的教学手段

在教学过程中，采用多媒体[5]和板书相结合的教学方式。板书式教学是一种传统教学方法，是由任课教师按照设定的思路边讲授边板书，其特点是重点突出，易于理解，但内容展示比较枯燥。多媒体教学将声音、图形、文字以及动画等有机结合在一起，能更生动、逼真地展示授课内容，但授课速度相对较快。由此可见，上述两种教学方式各有利弊。因此，笔者在教学过程中尝试将两种教学方式有机融合，认真分析每一部分任务，自制形式多样的多媒体课件并认真准备板书内容。另外，还可以成立课外单片机兴趣小组，让学生制作一些采用单片机控制的小作品；让部分对单片机有浓厚兴趣的学生参与大学生创新计划，协同教师完成科研项目中的部分内容。通过这些手段，不仅有利于课程本身教学质量的提高，同时也培养了学生发现、分析、解决问题的能力，并增强了他们的创新意识。

3 教学成效

将上述教改内容应用于微机原理与应用课程的整个教学过程，获得了良好的效果。教学效果明显改善，学生普遍认为单片机相关知识的学习不再那么枯燥、难学，且学后思路清晰、理解较为深刻，达到了教学目标的要求。另外，还激发了部分学生对单片机及相关领域进行深入研究的兴趣。通过该课程的学习，学生对以前所学与自动控制相关的课程有了更深层次的理解，增强了他们运用单片机软、硬件知识进行机电系统设计的信心，同时也为他们今后的实际工作打下了坚实的基础。

4 结束语

在深入研究我校机械类本科专业微机原理与应用课程特点及现状的基础上，结合自己从事该课程教学的体会，从教学内容和教学方法与手段两方面提出改进措施。教学实践表明，这些措施在很大程度上调动了学生的主观能动性，提高了教学质量，同时也培养了学生的创新能力。

[1] 胡汉才.单片机原理及其接口技术[M].3版.北京:清华大学出版社,2010.

[2] 陈新民.完善本科院校应用型人才培养体系的几点思考[J].中国大学教学,2009(10):66-69.

[3] 王义康,王航平.以数学建模活动为平台培养理工科学生创新实践能力[J].重庆科技学院学报:社会科学版,2012(6):176-177,193.

[4] 刘永红.在教学实践中探索创新型人才培养思路和方法[J].中国电力教育,2012(3):58-59.

[5] 李杭彩.基于GSM模块的交互式多媒体课堂系统[J].计算机技术与发展,2011,21(9):137-140.