《微机原理》课程教学方法和教学内容探讨

周俊杰

（郑州大学机械与动力工程学院，河南 郑州 450001）

随着人工智能的深入发展，21世纪全面进入了计算机智能控制时代，而其中的一个重要方向就是以嵌入式计算机控制与计算。正因如此，近年来各个国家不断加大对嵌入式计算机控制技术研究的投入力度，尤其是科研人员的培养。随着人工智能技术的快速发展，吸引了越来越多的学生学习《微机原理》或《单片微型机原理》，通过该课程的学习，可以帮助学生更快的进入软硬件结合的学习方法，同时加强国产芯片STC系列单片机的学习[1]，不仅学习了系统的理论知识，还培养了爱国情怀，提高实践动手能力。

《微机原理》课程是过程装备与控制工程专业等机电类专业的一门主要课程，内容多样抽象，涉及学科较多，是广大教师难教和学生难学的一门课程。随着Proteus软件的出现，越来越多的教材与该软件结合，在教学科研过程中结合该软件，国内多位学者进行了教学的探索，赵广元[2]系统介绍了基础设计、课程设计和毕业设计涉及的典型案例，唐正[3]在单片机教学方面做了系统的探索与分析，郑超[4]在单片机教学实验仿真平台的建设方面做了分析与研究。

1 教学内容概述

《微机原理》课程内容有学习8086芯片为主，有的学习单片微机51芯片为主，针对过控类或机电类学生开设的课程内容主要涉及单片机的发展历程[2]，包括：单片机的基础、硬件、程序设计、中断和显示接口技术等内容。课程以单片机为主要线索，帮助学生学习硬件电路设计和软件程序调试的方法，帮助学生理解单片机的内容结构；分析和总结单片机设计过程中的经典案例，从而激发学生对微机原理的好奇心、热情和激情，为后续学生学习过程装备与控制工程专业课打下良好的基础。

2 教学现状分析

在课程讲授前，对学生进行调查，结果显示学生学习过模拟电路部分，基本上没有接触过数字电路，大部分学生对程序设计有初步的学习和了解，少部分学生对程序设计有较为深入的学习。嵌入式技术发展涉及多个学科的内容，对学生知识的全面性有着较高的要求，并且相关的知识点如：基本的电路电子基础知识，程序调试知识，尤其是仿真软件的掌握等涉猎较少；此外单片机的寄存器、中断等专业的概念较多，物理概念非常抽象，对于那些基础薄弱的大多数留学生来说学习难度很大，因此亟需寻找新的教学方法，通过硬件仿真和软件仿真相结合的教学方法，提高学生理解知识的能力。在不断完善教学内容的过程中，让学生易学、易懂、易用。

3 教学方法多元化

针对不同学生基础知识掌握程度不一样的问题，必须基于学生的实际情况采取多元化的授课方式，促进学生对微机原理相关知识的理解和掌握。具体的措施有线上线下相结合的授课模式、学生实验小组、现场实践授课等多角度一体化的教学方法，从而提高学生对《微机原理》这门课的掌握程度，为后面的专业课的学习打下良好的基础。

1）线上线下相结合。在开课之前，将要学习的课程内容通过雨课堂、腾讯会议或QQ平台等网络提前下发给学生，让学生提前做好预习，让学生提前做好基础知识的预习和思考。在线下，加强学生反馈的知识难点和疑点，在授课的过程中重点关注学生不清楚的内容。线下授课中首先回顾上节课的重点内容，对前一节的重点知识进行强调。在课堂中要加强师生互动环节，互动过程更能有针对性地解决学生的难点。针对一些抽象的知识，仅仅依靠语言表述很难让学生理解，为了改善学习效果适当播放动画或者实物录制视频等，让学生对该知识点有一个具体的感知，此外，视频的引入可以提高学生上课的注意力，缓解学生的疲劳。

2）学生实验小组。实验小组主要在上实验课时主要由三名同学共同完成实验，分工合作，培养团队协作能力，在有限的时间内完成更多功能的典型案例。为了强化学习效果，开展线下交流活动，线下每人独立完成一份实验报告，每周定期上交电子版实验报告，最后在单个实验基础上加强综合设计的练习，并在实验课程内完成讨论讲解，做到理解原理与实现功能，提高学生的自主学习能力，加深对综合知识的理解

3）现场实践授课。依托学校现有的STC试验箱模型，看看试验箱中的部件，拓宽学生对不同功能器件的了解。在现场授课的过程中，更能从单片机整个系统设计的角度帮助学生学习微机原理基础知识。通过上述三种方式，强化应用意识，提升了学生的参与程度，综合课程设计均以不同实际问题为导向，根据不同层次的案例难易程度，实践强度也有差异。采用理论教学和软件仿真实践相结合，同时融入科学创新的思考方法。根据学生的理论知识理解程度和实践动手能力，完成不同课程设计。

4 教学内容多样化

1）增加网上和课外知识的学习。将微机原理教学中需要掌握的数字电路的基础知识，根据不同层次，学生在上课前通过自主学习，掌握相应的基础理论知识。由于课程学时限制无法展开讲解的内容，适当利用网络资源对课堂内容进行补充，加强慕课和QQ群知识共享的使用。可以提前查阅相关的慕课视频，在该章节添加相关的慕课资源网址链接，学生通过课下的慕课在线课程，提高自学能力和学习主动性。

2）强化学生实践环节。在小组实验中，每人独立绘制电路和调试程序，互相讨论，结合试验箱，进行实物仿真，针对不同的教学案例，从输入输出口的使用，到中断和接口技术系统的设计，覆盖从典型的按钮，开关输入部件到数码管、显示器等输出部件进行系统设计与零部件选型，并积极进行半实物仿真系统设计，通过学生亲自实践，加深对理论知识的理解，强化教学授课效果。通过上述的教学模式，倡导案例教学、采取分组教学的方法，培养学生科学的思维方式和创新设计能力，实现理论知识的学习与实践动手能力的全面发展。既有线上又有线下、理论与仿真相结合，尤其是在现在课时大幅度压缩、教学内容进行整合和教学投入不足的情况下，更显示其优越性。在相同的时间内，至少可以让学生多学四分之一的内容，并且有更多时间留给学生发挥主动性，培养独立思考、提高实践动手操作能力等方面均有明显效果。

5 结束语

《微机原理》课程本身涉及的知识面很广很复杂，有些专业学习单片机为主，有些专业学习8086通用计算机为主[5]，随着教学内容和教学方法的整合，越来越多探索二者有机融合，加强核心芯片的学习，外围器件基本相同或相似，因此很有必要优化教学方法和内容。笔者通过采取多元化的教学方法和丰富的教学内容，极大地激发了学生学习的兴趣，通过一系列的有效措施，提高学生对微机原理课程学习的兴趣，加深对理论知识和实践的结合，达到学以致用。