面向机械工程专业的微机原理及接口技术课程改革探讨

徐斌

摘  要 微机原理及接口技术是机械工程等理工科专业重要课程。首先分析课程教学过程中存在的一些问题，并针对这些问题提出一些有效的课程教学改革和创新，以此激发学生学习兴趣，增强学生学习动力，提高机械工程专业学生专业素质。

关键词 机械工程专业;微机原理及接口技术;教学改革;虚拟仿真软件;实验;单片机学习开发板;课程网站

中图分类号：G642.3    文献标识码：B

文章编号：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

隨着信息技术的发展，纯机械结构产品逐渐减少，取而代之的是集成机械和电气技术的产品设备。结合实际情况，上海工程技术大学机械工程专业专业选修课包括机械设计制造和电气控制自动化两大模块，微机原理及接口技术课程是电气控制自动化模块重要课程[1]。通过课程的学习，学生能够掌握微型计算机基本原理及接口技术，具有一定的最小系统硬件和软件设计能力。目前课程选择MCS-51单片微型机为主要对象，授课内容涉及单片机硬件基础、汇编语言程序设计以及接口技术。

与电气信息类专业学生相比，机械工程专业学生控制类基础知识相对薄弱。因此，考虑学生的知识结构和专业水平，在教学内容和方法等方面进行改革，在达到专业人才培养目标的同时，激发学生的学习兴趣，增加学生的学习动力，在使学生快速准确掌握该课程基本知识等方面具有重要意义[2]。

2 课程教学过程中存在的问题

机械工程专业学生在学习该课程之前[3]，虽然进行了电工技术、电子技术等相关课程的学习，但针对性和系统性不强，在学习过程中难免存在一些难以理解和掌握的知识。目前主要有下面几个问题。

内容多，课时少  在该课程学习过程中，涉及的前期相关知识较多，从而导致学生对课程中的知识点难以掌握和消化[4]。同时，该课程安排在大三下学期，学时不多且包含课内实验时间。大三下学期正处于学生找工作以及备战考研等关键时期，进一步导致学生对课程学习的投入严重不足，很难达到预期学习效果。因此，必须对课程内容进行整合和精简，以保证在有限的时间内能系统地开展教学工作。

教学手段单一  该课程存在名词概念较多、知识关联性强、内容较抽象等特点[5-6]。学生在学习过程中一旦对某个知识点理解不够，就会导致后续学习过程中存在困难。而目前采用的教学方式以教师课堂讲解为主，学生参与度不高。因此要不断调整教学方法，在有限的时间内系统地介绍课程知识，并在教学中调动学生的积极性，让学生主动地参与教学过程。

实验项目不完善  实验课程是该课程的重要组成部

分[7]，目前没有单独的实验课程，而是采用课内实验的方式。由于学生人数较多，场地有限，因此安排的实验课多为验证性实验。实验过程中只需要根据实验指导书提示，输入程序，运行并记录结果即可。学生在实验过程中缺乏独立思考，导致创新设计能力以及独立思考能力没有得到很好的开发和提升，达不到实验教学的目的，最终导致课程学习效果不佳。

3 课程教学改革和创新

课时量有限，但是课程内容较多、信息量大，与前期课程以及课程本身各章节之间相互关联比较大[6，8]。为了保证学生在有限的时间内掌握课程相关知识，需要对当前课程体系与教学过程进行改革和创新，具体实施思路如图1所示。下面将重点介绍在后续的课程教学过程中需要注意的几个方面。

精简教学内容  结合专业实际情况并参考大部分兄弟院校课程安排情况，课程安排八个部分，包含七个部分的理论授课和一个部分的实验安排，如图2所示。该安排对部分知识点进行删除、规整和精简，如中断系统章节，删除了中断控制器8259A教学内容，要求学生重点掌握中断基本概念以及8051中断系统。对部分章节进行合并，如对于存储器章节不单独设置，将其归入并行I/O接口章节，要求学生重点掌握单片机与外部存储器的扩展。教学内容中要加强微机在机电一体化行业的应用教学，有利于吸引学生的学习兴趣，激发学生的学习欲望，增强学生学习的主动性和积极性，达到预期教学目标。

改革课堂教学方式  调动学生学习的积极性是教学设计和安排的基本原则[6]。笔者通过与学生交谈发现，大部分学生在课程前期学习过程中都具有很高的积极性，也能跟上教学进度;但是当教学内容进入第三部分时，发现该章节记忆性知识点比较多，且知识点之间联系较大，区分度较高。因此，学生学习动力直线下降，学习效果非常不理想。

在课堂授课过程中首先要注意把握理论深度，减少陈述性以及记忆性的知识。对部分知识点进行归并分类介绍，如介绍MOV、MOVX以及MOVC指令时，首先应让学生理解数据传送的基本概览，然后分析三种不同指令的适应场合，掌握它们之间的区别和联系。

其次，在授课过程中要合理抛出一些思考性问题，配合案例教学，让学生参与其中，这样学生才会更加主动地深入课堂。

精选实验内容  根据专业培养方案和课程教学大纲，目前该课程设置了两个实验，即汇编语言程序设计和单片机与A/D和D/A接口技术实验。

1）在汇编语言程序设计实验中，重点要求学生掌握典型程序的设计方法，如分支程序、循环程序、查表程序与子程序。通过这些实验，学生可掌握指令系统中指令集和使用方法，并对汇编语言设计思想有初步掌握。

2）在单片机与A/D和D/A接口技术实验中，要求学生掌握单片机与ADC0809的连接方法，并根据连接方式，计算转换芯片的端口地址。同时要求学生采用中断方式和查询方式，读取EOC线上的状态信息，从而判断转换过程是否结束。

课外扩展和毕业设计  由于该课程学时较少，且学院实验室场地受限，仅仅依靠课内实验就想让学生理解和掌握单片机基本工作原理并进行相关电子系统设计是远远不够的。现在由于个人电脑比较普及，学生几乎每人都配有笔记本电脑，因此可以借助虚拟仿真软件进行系统仿真。这样不仅可以节约成本，同时不会受到实验场地的限制，极大地提升学生的学习乐趣和动力。由英国Lab Center Electronics公司推出的Proteus软件是专门用于电子系统设计和仿真的软件[9]，特别适合单片机系统设计和仿真。

另一方面，可建议学生购置单片机学习开发板，目前开发板功能较强大，且价格便宜，在学生可承受范围之内。借助于实际开發板，学生可以更加清楚地看清和了解各元器件的全貌，有助于在后续实际项目设计开发过程中快速融入。

因此，在课内教学过程中，可以积极向学生推荐这些课外学习扩展途径，这样可进一步深入将理论教学与实践结合起来，使学生在实验过程中回忆课堂知识点，并将其应用于系统开发过程，既能做到巩固所学，又能融入时间，得到事半功倍的效果。

此外，大学第八学期是学生毕业设计阶段，教师可提供一些单片机相关毕业设计课题，让学生通过毕业设计综合设计，进一步巩固所学。

丰富网络资源  网络资源是课堂教学的有益补充[10]，因此可以建设课程网站，在网上实时公布最新的教学大纲、多媒体课件、教学进度安排以及其他教学相关资料。在条件允许情况下，可建立网上答疑工作室，学生有问题可以在网上发布，其他学生和教师都可以看到问题并进行解答，最后由教师对学生的回答做出点评。这样既方便学生提出问题，同时别的学生也可以参与其中，参与回答问题的学生可以进一步巩固知识点，有利于提高学习的动力和乐趣。其他学生可以通过参与讨论的方式检验自己的学习效果。此外，在网上建立兄弟院校相关课程链接，特别是一些国家精品课程网站，扩展学生的视野。

强化队伍建设  目前，机电一体化教学团队主要承担学院微机原理及接口技术等相关电气控制类课程的教学工作。多年来，上海工程技术大学机械与汽车工程学院和团队领导都非常重视青年教师的培养和引进工作。在积极引进相关专业国内外高水平大学优秀毕业生的同时，一方面通过参与高水平科研项目促进团队教师的业务水平，将项目过程中成功的方法和成果引入课题，提升学生的学习积极性;另一方面鼓励团队教师积极参加各类教学技能竞赛和各类研讨会，学习他人优秀的教学方法，不断提升教师的综合业务技能。

4 结语

针对上海工程技术大学机械工程专业特色和培养计划课程体系，分析当前微机原理及接口技术课程教学过程中在课程设置、理论教学以及实验教学等方面存在的一些问题。针对这些问题，根据近年的教学经验，提出一些有效可行的课程教学改革和创新，以此能激发学生的学习兴趣，增加学生的学习动力，进一步提升学生的培养质量。只有不断地进行课程改革和探索，才能建立一套适合专业实际的课程教学方案，从而丰富教学过程，激发学生兴趣，取得预期的培养目标。■

参考文献

[1]王向红，李秀坤，张殿伦，等.“微机原理及接口技术”课程教学改革与创新[J].中国现代教育装备，2007（12）：97-98.

[2]王正初，范剑，李军.机械专业单片机课程案例教学研究[J].中国教育技术装备，2015（2）：81-83.

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

[4]崔冉，吴静然.高等教育新形势下《单片机原理及其接口技术》课程教学改革探索[J].教育现代化，2017（19）：

138-139.

[5]胡瑞强，张毅刚，李成伟.单片机课程设计教学改革探讨[J].实验科学与技术，2010（3）：46-48，78.

[6]张伟.单片机与接口技术课程研究型教学模式研究[J].西南师范大学学报：自然科学版，2018，43（6）：190-194.

[7]席文平，蓝和慧.单片机原理及接口技术实验教学改革研究[J].中国教育技术装备，2018（6）：111-112，117.

[8]刘喜双，姚健.单片机课程实践教学改革探索[J].教育探索，2013（8）：31-32.

[9]张毅刚，胡瑞强.基于Proteus的单片机课程的教学改革与实践能力培养[J].教育教学论坛，2012（5）：149-150.

[10]郭亚琴，王青，顾娜.单片机技术及系统设计多媒体网络教学平台的构建[J].信息系统工程，2015（4）：152-153.