车辆工程专业“微机原理”的案例教学

李志臣 王海巧 李国利

[摘 要] “微机原理”是一门涉及硬件和软件知识、理论性和实践性都很强的课程，学习难度大而导致学生的学习兴趣低。以计算机控制车辆的某一项功能作为“微机原理”的教学案例，积极地引导学生参与“微机原理”的学习，激发了车辆工程专业学生学习“微机原理”的积极性，提高了学生的自主探究能力和群组问题解决的能力。学生的评价结果证明了针对车辆控制实践的“微机原理”的案例教学，取得了良好的教学效果，很好地完成了车辆工程专业“微机原理”的教学目标。

[关键词] 车辆工程;“微机原理”;案例教学;教学评价

[中图分类号] TP3-4    [文献标识码] A   [文章编号] 1674-9324（2021）01-0146-04   [收稿日期] 2020-05-29

案例教学在高等学校获得广泛的理论研究和教学实践，案例教学能够提高学生分析问题和解决问题的能力，是加深学生对基本原理和概念的理解的一种特定的教学方法[1]。案例教学具有八大特性：强调材料鲜活性、注重思想教育性、坚持启发和思考性、提倡生动活泼的趣味性、遵循科学性、讲究典型性、追求知识性、加强针对性[2]。

针对“微机原理”的案例教学，许多教师开展了有意义的探索，李鹏以“微机原理与应用”为对象，分析了案例教学的特点与合理性，阐述了案例库的开发、建设和效果评价[3]。王艳芬采用案例教学法，让学生自主进行硬件设计、算法及软件编程，在案例实施过程中，学生掌握着设计的主动权，提高了学生的興趣，培养了学生独立分析问题和解决问题的能力，取得了很好的教学效果[4]。王焱开展了一个综合性案例，要求学生设计一台出租车计价器，学生把所学知识和具体应用联系了起来，实现了开设“微机原理”课程的目的[5]。

这些“微机原理”的案例教学的对象都是计算机专业类的学生，针对工科类学生尤其是车辆工程专业学生进行“微机原理”的案例教学，方法和案例要有所不同。

一、车辆工程专业“微机原理”课程特点

近年来，微型计算机成为汽车的应用上必不可少的一个重要器件，汽车发动机的燃油喷射控制、电子点火的控制等都离不开计算机的运算和输出控制命令;车载计算机的多媒体娱乐、通信、移动办公及联网的信息查询都离不开计算机;无人驾驶的智能型车辆更是离不开计算机的环境感知和规划决策等功能。

“微机原理”涉及多方面的硬件和软件知识，涉及的芯片多，但“微机原理”的教学只有48学时，其中实验8学时，在实际教学过程中，汇编语言这部分内容就占据了相当一部分教学学时。“微机原理”课程是一门实用性和动手性都很强的计算机课程，实践教学环节主要包括软件实验与硬件实验，软件实验主要是通过编写程序、上机调试并运行的过程，提高学生阅读与编写程序的能力，硬件实验让学生设计硬件、编制接口程序、完成输出控制的程序，实现控制的目标。

“微机原理”的教学内容高度抽象、前后知识点逻辑性及相关性强，实验安排多以汇编语言的上机验证为主，使得很多学生仅仅简单模仿实验，知其然而不知其所以然。随着课程难度的增加，学生的学习积极性随着教学过程的进行而降低，导致学生对计算机原理知识掌握得不全面、不系统，学生学完计算机原理后也还是不知道怎么应用，相关的工程能力还是欠缺。车辆控制案例教学的方法能很好地解决“微机原理”的理论知识与汽车电子控制实践的衔接。

二、教学案例设计

（一）“微机原理”单章内容的教学案例设计

操作时序是“微机原理”的教学难点之一，为了使学生更好地理解并掌握操作时序的内容，设计了CPU打印机输出word文档的案例，这个案例学生经常操作，所以容易接受。利用虚拟仿真软件Proteus把CPU向打印机输出word文档的写操作时序仿真结果演示给学生[6]。

中断是“微机原理”课程的重点和难点，尤其是8259A芯片，内容烦琐抽象，教材中给出了写操作字和命令字的例子，但跟具体的工程实践没有什么联系，同学们还是不能很好地理解。设计如图1所示的案例，8259A的27脚上连有一系统地址线A0，端口地址为20H、21H。20H用来写ICW1， 21H用来写ICW2、ICW3、ICW4，初始化命令字写好后，再写操作命令字。OCW2、OCW3端口地址20H，OCW1端口地址21H。IR3插孔和SP插孔相连，边沿触发方式，按一次按钮就向8259A发出中断请求信号。如果中断源电平信号不符规定要求则自动转到7号中断，显示“Error”。CPU响应中断后，在中断服务中，对中断次数进行计数并显示，计满5次结束，显示器显示“perfect”。通过这个案例的讲解，学生不仅体验了不同的操作字和命令字写入不同地址端口的具体操作过程，还彻底理解了8259A的工作原理和工作过程。

（二）综合性案例教学

微型计算机的基础知识结束后，笔者利用半节课的时间向学生讲解计算机控制汽车性能的实例，如发动机怠速控制系统、汽车排放控制系统、计算机控制防抱死制动系统、计算机安全控制系统等，通过这些实例的讲解，使学生明白了一个道理：汽车性能的提高离不开计算机了，学好计算机原理对车辆专业其他知识的学习是必不可少的。

教学满两周后，要求每个学生设计出针对车辆的某一项性能的计算机控制系统，具体要求是：给学生一个星期的时间查阅资料拟定自己的题目;明确自己选题的意义;确定自己选题的控制目标;“微机原理”课程结束后要独立地写出汇编语言的控制程序。

题目确定以后，同学们学习“微机原理”的热情普遍提高，课后同学们纷纷围绕到老师的身边询问关于微机控制的问题，以及如何利用汇编语言编写控制程序。老师从学生的选题中挑选了五个题目结合着课堂知识点和同学们展开讨论，激发了学生参与的热情。有一个学生选的课题是：智能车内温度调节系统，课题选得很好，但学生对选题的意义不是很明确，通过课堂讨论，同学们不仅理解了这个课题的意义，还对自己所选课题的意义进行了深度思考。

随着“微机原理”课程的进行，适时地跟同学们讨论智能车内温度调节系统的相关问题，为使问题变得简单，将该系统简化为手动控制。输入输出的内容讲解结束后，再跟同学讨论智能车内温度调节系统的课题，学生纷纷就如何把温度传感器测得的数据输入到微机发表自己的意见，有很多同学的思路是值得肯定的，还有几位同学当堂就编写出了温度数据采集和输入的汇编语言程序。当驾驶室内的温度超过或低于某一温度时，系统通过小喇叭发出警报声音，及时预警驾驶员调整空调按钮，如果是自动控制，还应该输出控制压缩机和鼓风机开关或者工作速率。经过这个过程的学习，学生对输入输出就有了深刻的理解。

“微机原理”課程结束后，有三分之二的学生就自己所选的课题编写出了控制程序，这些同学基本掌握了微型计算机的软硬件知识，没有写出控制程序的同学也画出了自己的程序框图，这部分同学在后面几周的复习过程也很好地掌握了“微机原理”的知识。

三、案例教学的学生评价

（一）评价方法选择

对教学活动的评价既有定性的方法也有定量的方法，国外有学者认为教学活动必需的三个基本条件有：成果公开化;批判性评论;成果能够交流和被应用[7]。有的学者采用定量评价方法，提出了基于粗糙集和卡诺模型的集成方法，并通过实例证明了完善的课程设计和教学内容的讲授这两项指标在学生需求中处于最重要的地位[8]。

“微机原理”案例教学评价的数据来自面向学生的问卷调查，问卷共有五个问题：“微机原理”的教学设计如何？“微机原理”的教学内容的讲授如何？“微机原理”授课时联系实际选择实例如何？激发学生的学习兴趣和主动性如何？师生双方的互动交流如何？对上述五个问题的评价标准采用通用等级优、良、中、差四个等级。

（二）评价对象

问卷调查的对象是作者教授过的金陵科技学院车辆工程专业的本科在校学生，高一级的学生讲授“微机原理”时完全按照按教材内容，实验案例也是教材列举的例子，几乎没有联系车辆工程的控制实例（以下简称这一级的学生为A班）;低一级的学生讲授“微机原理”时没有完全按照按教材内容，采用案例教学并且联系车辆工程的控制实例（以下简称这一级的学生为B班）。

A班共有学生68人，发放调查问卷68份，收回66份，回收率97%，实际有效问卷63份，有效率95.5%。B班由两个小班组成，共有学生74人，发放调查问卷74份，收回74份，回收率100%，实际有效问卷73份，有效率98.6%。

（三）结果分析

统计结果如图2所示，图中纵坐标是学生选项的百分比，A是教学设计的统计结果，B是教学内容的统计结果，C是联系实际选择实例的统计结果，D是学习兴趣和主动性统计结果，E是师生双方的互动交流统计结果。无论是采用案例教学法的B班还是采用传统教学法的A班，都没有差的选项，A班选择“中”的占总数的5.6%，B班没有“中”的选项，说明学生认可老师的教学。对教学内容的讲授和师生交流互动选项，A班和B班学生的评价比较相近，这也反映了老师的教学风格跟教学方法的选择没有什么关系，能不能跟学生互动是教师的教学习惯而不是方法。学生认可案例教学的教学设计，案例教学法确实能够更好地使“微机原理”的枯燥理论联系到工程实践中，“微机原理”的案例教学法能够很好地激发学生学习“微机原理”的兴趣。

为了定量化地比较“微机原理”案例教学和传统教学的差别，统计时对五个问题的权重做出了不同的安排[8]：“微机原理”的教学设计和“微机原理”的教学内容的讲授这两项内容的权重高一些，分别为0.25。“微机原理”授课时联系实际选择实例、激发学生的学习兴趣和主动性、师生双方的互动交流的权重分别是1.67、1.67、1.66，对通用等级优、良、中、差赋予量化分数10、8、6、4。按照公式1计算A班和B班每个调查内容得分均值，如图3所示，图中纵坐标是评价分值，满分为10分。

Mi=（10×a1×8×a2×6×a3×4×a4）÷a（1）

i=1，2，3，4，5

Mi—第i个调查内容的得分均值，a1—回答优的同学数量;a2—回答良的同学数量;a3—回答中的同学数量;a4—回答差的同学数量;a—学生总数;评价终值是五个调查问题按不同权重（公式2）计算的总分均值，传统教学法评价的总分均值为9.36，案例教学法评价的终值为9.88，在传统教学法评价已经得分较高的基础上又提高了5.6%。

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

四、结论

一是计算机在车辆中的地位和作用越发强大，“微机原理”等涉计算机的课程必将成为车辆工程专业学生的必修课程，针对车辆工程专业学生的“微机原理”的案例化教学既可以使课堂的教学气氛更加活跃，又可以使学生学习“微机原理”的积极性提高。

二是针对车辆控制实践的“微机原理”案例教学，通过问题引导、任务驱动的方法使学生的自主探究能力有很大的提高，使学生具备了群组问题解决的能力。

三是教师是案例教学的主体，案例的选择要有针对性，既要有针对章节的理论知识的案例，又要有针对车辆工程实践的涉及“微机原理”的综合性案例，这样才能达到良好的教学效果。

参考文献

[1]张家军，靳玉乐.论案例教学的本质与特点[J].中国教育学刊，2004（01）：51-53+65.

[2]许小平.案例教学的八大特性[J].继续教育，2002（05）：58.

[3]李鹏，刘红.“微机原理与应用”的案例教学法[J].成都纺织高等专科学校学报，2003（04）：15-17.

[4]王艳芬，高敬格.案例教学在“微机原理”课程中的应用[J].科技情报开发与经济，2007（18）：251-252.

[5]王焱，郑俊辉，易发胜.“微机原理与接口技术”课程的案例教学探讨[J].计算机教育，2009（23）：136-138.

[6]朱敏玲，张伟，侯凌燕.基于Proteus的微机原理与接口技术教学改革[J].实验室研究与探索，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，李延来.大学教学评价中基于知识的学生需求优先性分析方法[J].辽宁师范大学学报（自然科学版），2012，35（01）：41-47.