摘要：以微機(jī)原理課程為實(shí)例探討機(jī)械類專業(yè)課程的一種教學(xué)新模式，主要包括三個環(huán)節(jié)：采用案例系統(tǒng)教學(xué)、在自制開發(fā)板上動手實(shí)踐和靈活考試機(jī)制。在總學(xué)時不斷壓縮的形勢下，更好地保證了教學(xué)效果，讓學(xué)生掌握了理論知識，并且讓學(xué)生有較高的自學(xué)能力；在國家關(guān)于“卓越工程師”計(jì)劃的潮流中，采用此方法，又與企業(yè)聯(lián)合，培養(yǎng)出了一批實(shí)際應(yīng)用和創(chuàng)新能力高的學(xué)生。

關(guān)鍵詞：機(jī)械類專業(yè)課 微機(jī)原理與接口技術(shù) 卓越工程師 教學(xué)研究

一、引言

機(jī)械類專業(yè)課所涵蓋的理論與應(yīng)用都比較廣泛，在教學(xué)環(huán)節(jié)中若能夠注重理論聯(lián)系實(shí)際，將會取得良好的教學(xué)效果。關(guān)于如何在教學(xué)中將理論與實(shí)踐相結(jié)合，已經(jīng)有很多教育工作者提出了自己的見解與方法。本文以《微機(jī)原理與接口技術(shù)》課程為實(shí)例，探討機(jī)械類專業(yè)課程有效的教學(xué)方式。

《微機(jī)原理與接口技術(shù)》是一門工程實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，內(nèi)容涉及微機(jī)的工作原理、匯編語言、接口技術(shù)和應(yīng)用實(shí)例等內(nèi)容。隨著我國高等院校教學(xué)改革，機(jī)械類專業(yè)微機(jī)原理與接口技術(shù)課程理論課時不斷減少，目前總時數(shù)48學(xué)時，理論講課22學(xué)時，試驗(yàn)8學(xué)時，上機(jī)10學(xué)時。據(jù)調(diào)查，在實(shí)際相關(guān)工作領(lǐng)域中，企業(yè)常對掌握一定的微機(jī)控制技術(shù)的機(jī)械專業(yè)學(xué)生有較大的需求，同時，為了順應(yīng)國家關(guān)于“卓越工程師”的培養(yǎng)計(jì)劃，我們開設(shè)了卓越班，用以為企業(yè)培養(yǎng)一批面向工業(yè)界、面向世界、面向未來，適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的工程師。為了實(shí)現(xiàn)上述教學(xué)目的，根據(jù)多年的教學(xué)和科研經(jīng)驗(yàn)，提出了一種理論與實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)方法，主要包括三個環(huán)節(jié)：案例系統(tǒng)教學(xué)、在自制開發(fā)板上動手實(shí)踐、靈活考試機(jī)制。

二、案例系統(tǒng)教學(xué)

隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展，社會需要既懂機(jī)械又懂微機(jī)控制的人才，但是機(jī)械類專業(yè)學(xué)生的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識一般比較薄弱，《微機(jī)原理與接口技術(shù)》一直是一門學(xué)生較難掌握的課程。為了幫助機(jī)械專業(yè)的學(xué)生在一定的課時內(nèi)掌握教學(xué)大綱規(guī)定的內(nèi)容，在教學(xué)中將知識點(diǎn)與工程應(yīng)用相聯(lián)系，然后對其進(jìn)行歸納和總結(jié)，形成了以案例促進(jìn)教學(xué)的模式，并將其貫穿于整個教學(xué)過程。但在實(shí)際的教學(xué)中，還要注意以下兩點(diǎn)。

1.教材內(nèi)容和案例相結(jié)合

將教學(xué)內(nèi)容中的知識與實(shí)際案例進(jìn)行結(jié)合。每個案例都結(jié)合著教材的理論知識，將理論知識應(yīng)用到解決案例中的實(shí)際問題。比如，在講解CPU的編程結(jié)構(gòu)時，先介紹一個簡單的時序電路，由此引出時鐘電路、寄存器、總線等概念。在講解可編程定時器/計(jì)數(shù)器8253時，以如何檢測自行車速度為例。為了檢測自行車速度，需要產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)時鐘，檢測自行車輪輻信號，計(jì)數(shù)檢測到了多少根輪輻。然后采用單位時間計(jì)算法，檢測單位時間內(nèi)有多少根輪輻經(jīng)過，或是檢測總的輪輻數(shù)目，計(jì)算每根輪輻經(jīng)歷的時間，由此來計(jì)算車速。為了達(dá)到上述目的，需要分析如何配置控制字寄存器、如何初始化每個計(jì)數(shù)器等。

2.案例環(huán)環(huán)相扣，形成系統(tǒng)

案例的設(shè)計(jì)需要周密考慮。案例在設(shè)計(jì)之初要考慮的問題是，如何在每次案例教學(xué)中即能講解當(dāng)前知識，又能復(fù)習(xí)上次課程的內(nèi)容并引出下次課程的教學(xué)內(nèi)容，這樣便使學(xué)生在接受新課之前可以完成對上次課程的回顧，又對下面的內(nèi)容充滿好奇。此外，工程應(yīng)用所采用的知識面涉及內(nèi)容非常多，掌握每個案例需要大量的課時，理論課時有限，讓案例環(huán)環(huán)相扣，形成系統(tǒng)，可以減少理解案例的時間，又能夠很好掌握課程內(nèi)容。

以感應(yīng)同步器檢測案例為例，該系統(tǒng)包括8086的總線和時序，存儲器，輸入/輸出，中斷技術(shù)，可編程接口芯片8255、8253、8279等微機(jī)原理接口技術(shù)所有內(nèi)容。在課堂教學(xué)中，我們可以不斷反復(fù)應(yīng)用該案例。在總線和時序一章中，圍繞CPU，學(xué)生可以掌握晶體振蕩器、復(fù)位電路和電源電路；在存儲器一章中，學(xué)生能很好地掌握RAM、ROM等存儲器，并復(fù)習(xí)了總線和時序一章，也能夠直觀地看到其它章節(jié)的內(nèi)容；在可編程接口芯片一章中，學(xué)生能掌握如何利用定時器/計(jì)數(shù)器8253進(jìn)行計(jì)數(shù)，利用并行接口芯片8255設(shè)計(jì)輸入輸出，利用8279設(shè)計(jì)鍵盤顯示電路，實(shí)現(xiàn)參數(shù)設(shè)置，并采用七段碼顯示參數(shù)或者感應(yīng)同步器距離，通過這樣環(huán)環(huán)相扣，一個完整的系統(tǒng)就可組成。

一個系統(tǒng)案例涵蓋整個理論課程章節(jié)內(nèi)容，學(xué)生通過一個系統(tǒng)案例，能直觀地掌握課程理論知識，并舉一反三，應(yīng)用于工程實(shí)踐中。

學(xué)生在課堂上學(xué)習(xí)的積極性來源于課堂知識所帶來的求知欲和興趣。選擇學(xué)生喜歡的內(nèi)容作為教學(xué)內(nèi)容，是提高教學(xué)質(zhì)量的一種好方法。每個學(xué)生都有自行設(shè)計(jì)自行車速度檢測方法和控制裝置想法，作為老師引導(dǎo)學(xué)生一步步實(shí)現(xiàn)，包括：設(shè)計(jì)晶振、復(fù)位、電源電路；設(shè)計(jì)存儲器接口電路，設(shè)計(jì)時鐘芯片電路、設(shè)計(jì)鍵盤顯示電路等。

三、在自制開發(fā)板上動手實(shí)踐

由于缺乏實(shí)際的練習(xí)與應(yīng)用，有相當(dāng)多的機(jī)械類專業(yè)學(xué)生快到畢業(yè)時，仍然不知道如何在工程實(shí)例中使用微機(jī)原理的理論知識。為了增加理論與實(shí)際的結(jié)合機(jī)會，在教學(xué)實(shí)踐中，作者設(shè)計(jì)了一塊簡單、成本很低的CPU開發(fā)板。CPU開發(fā)板具有在線下載功能，能夠?qū)崿F(xiàn)與計(jì)算機(jī)通信、鍵盤顯示操作、模擬量輸入等各種功能。利用開發(fā)板進(jìn)行編程，能夠很好理解掌握微機(jī)編程結(jié)構(gòu)、匯編語言、存儲器功能、輸入輸出接口、A/D轉(zhuǎn)換，定時器、計(jì)數(shù)器功能等。

這種自制開發(fā)板發(fā)給每個學(xué)生，布置各種不同的任務(wù)，讓學(xué)生在電路板上實(shí)現(xiàn)，這樣學(xué)生在課余時間能夠很好地掌握微機(jī)原理的基本知識。

通過這些訓(xùn)練，學(xué)生不僅掌握了課堂內(nèi)容，培養(yǎng)了動手能力，而且啟發(fā)他們的創(chuàng)造能力，學(xué)生根據(jù)這塊電路板完成了各種不同的功能，如霓虹燈顯示、恒溫箱控制模擬、網(wǎng)絡(luò)功能等。人手一塊CPU開發(fā)板，進(jìn)行實(shí)際電路的設(shè)計(jì)，讓課堂理論知識緊密聯(lián)系實(shí)踐操作。

四、靈活考試機(jī)制

機(jī)械專業(yè)微機(jī)原理與接口技術(shù)是一門專業(yè)選修課程，教師在成績評定上有比較大的自主權(quán)，不能簡單拘泥于書面考試的形式。所以，這個環(huán)節(jié)要與前兩要素有機(jī)結(jié)合，靈活應(yīng)用，以取得良好的教學(xué)效果。

一般會有100個左右的學(xué)生選修這門課。在這些學(xué)生中間，每年都會有部分學(xué)生參加教師所承擔(dān)的課題研究。對于這些學(xué)生，由學(xué)生本人申請或者班導(dǎo)師推薦，他們的期末考試成績一般都在90分左右。還有部分有學(xué)習(xí)積極性的同學(xué)會參加各種科技興趣小組，利用微機(jī)原理知識，制作各種小發(fā)明、小創(chuàng)造。這部分同學(xué)通常能交出一份很好的設(shè)計(jì)方案和演示實(shí)例，期末成績將根據(jù)考試成績和小發(fā)明、小創(chuàng)造綜合評定。另外，還有部分同學(xué)在自制的開發(fā)板上設(shè)計(jì)出比較好的演示程序，期末成績則由演示程序與考試成績結(jié)合評定。其余的同學(xué)根據(jù)考試成績和平時作業(yè)綜合評定成績。

通過采用這種靈活的考試機(jī)制，不僅調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，又提高了部分學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性、動手能力和創(chuàng)造性。這種靈活的考試機(jī)制還取得了良好的輻射效應(yīng)，取得了一定的經(jīng)濟(jì)和社會效益。在參與課題研究的同學(xué)中，有些申請了上海市大學(xué)生創(chuàng)新基金項(xiàng)目；有些學(xué)生畢業(yè)后根據(jù)參與的課題研究，分別成立了自己的公司。

這種靈活的考試機(jī)制，能很好地推動教學(xué)雙方溝通的經(jīng)常性，提高了教學(xué)效果。參與課題研究的同學(xué)能夠提出他們的想法，為將來的教學(xué)改進(jìn)提供很好的思路。這種教學(xué)效果已經(jīng)產(chǎn)生多元化的效果，不僅增強(qiáng)了理論知識，而且增強(qiáng)了動手能力、創(chuàng)新能力和自學(xué)能力。

采用上述教學(xué)方法，學(xué)生擁有很強(qiáng)的創(chuàng)新能力，并且能很好地將理論轉(zhuǎn)化到實(shí)際應(yīng)用中，如圖1所示。

圖1是我校參加全國機(jī)械創(chuàng)新大賽的學(xué)生作品家庭清掃機(jī)器人的控制整體設(shè)計(jì)規(guī)劃，此作品獲得了上海市三等獎，在控制模塊中用到我們利用此教學(xué)方法所學(xué)習(xí)的知識。

圖2中，有電源轉(zhuǎn)換模塊，220V交流電通過變壓整流后，變?yōu)橹绷麟?，可為整個機(jī)器人控制系統(tǒng)服務(wù)；直流電機(jī)驅(qū)動模塊使用L298N芯片內(nèi)部集成的兩個H橋驅(qū)動電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)；用RS485串口通訊模塊實(shí)現(xiàn)PC與單片機(jī)的遠(yuǎn)距離通信。

五、總結(jié)

機(jī)械專業(yè)課程有自己的特點(diǎn)，需要很強(qiáng)的理論與實(shí)踐相結(jié)合。本文的研究以案例系統(tǒng)教學(xué)貫穿始終的教學(xué)方法，并鼓勵學(xué)生不斷拓展自己的知識面，取得了比較好的教學(xué)效果。通過提供每個學(xué)生一塊CPU開發(fā)板，完成實(shí)際電路設(shè)計(jì)，使得學(xué)生能夠很好地應(yīng)用所掌握理論知識，提高了動手能力，增強(qiáng)了創(chuàng)新能力，并往往能冒出新的思想火花。一種良好的考試機(jī)制往往能更好地提高學(xué)生全方面的素質(zhì)。在今后的教學(xué)過程中，還需要進(jìn)一步探索和總結(jié)教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

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基金項(xiàng)目：上海市“曙光”計(jì)劃（No.07SG51）資助項(xiàng)目。