王紅茹 唐 煒

江蘇科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 江蘇鎮(zhèn)江 212003

微機(jī)原理與應(yīng)用是我校機(jī)械類專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，主要講授單片機(jī)硬件知識(shí)、匯編語言程序設(shè)計(jì)方法和單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[1]。對(duì)學(xué)生而言，課程內(nèi)容比較抽象、知識(shí)點(diǎn)多，學(xué)習(xí)難度大；對(duì)教師而言，由于計(jì)算機(jī)的快速發(fā)展而需要不斷更新、補(bǔ)充教學(xué)內(nèi)容，但學(xué)時(shí)卻在不斷減少。因此，結(jié)合微機(jī)原理與應(yīng)用課程的特點(diǎn)及現(xiàn)狀，研究提高教學(xué)質(zhì)量的方法和思路具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 課程特點(diǎn)及現(xiàn)狀

我校機(jī)械類本科專業(yè)對(duì)微機(jī)原理與應(yīng)用課程的基本要求是學(xué)生熟練掌握單片機(jī)技術(shù)，并初步具備單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)能力。因此要求該課程的教學(xué)必須既重視理論知識(shí)的傳授，又要加強(qiáng)實(shí)踐、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

1.1 內(nèi)容繁雜，概念抽象

微機(jī)原理與應(yīng)用課程的主要內(nèi)容有單片機(jī)的基本組成、工作原理、接口電路、匯編程序設(shè)計(jì)，以及單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)等[1]，其中每一部分都包含諸多知識(shí)點(diǎn)和抽象概念。例如半導(dǎo)體存儲(chǔ)器部分，包含的知識(shí)點(diǎn)有半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的分類、特點(diǎn)、性能指標(biāo)、基本結(jié)構(gòu)、ROM和RAM的基本工作原理、片選信號(hào)產(chǎn)生方法、常用存儲(chǔ)器芯片引腳功能，以及外存儲(chǔ)器擴(kuò)展的基本方法等；涉及的主要概念有ROM和RAM、片選線和片內(nèi)地址線、地址總線和地址引腳、字選和片選，以及基本地址范圍和重疊地址范圍等，這些概念均比較抽象，理解起來有一定的難度。

1.2 學(xué)時(shí)較少，內(nèi)容更新快

機(jī)械類本科專業(yè)由于其自身的特點(diǎn)，分配給微機(jī)原理與應(yīng)用課程的學(xué)時(shí)本身就較少，再加上近年來隨著國(guó)家對(duì)人才需求的變化，修訂后的教學(xué)培養(yǎng)計(jì)劃幾乎每門課程的教學(xué)時(shí)數(shù)都在減少[2]。另外，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，教學(xué)內(nèi)容也需要不斷地更新、補(bǔ)充。

1.3 學(xué)生學(xué)習(xí)興趣普遍較低

由于單片機(jī)的工作原理看不見、摸不著，且匯編語言是面向機(jī)器的語言，再加上機(jī)械類專業(yè)學(xué)生的電路以及計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)相對(duì)比較薄弱，因此學(xué)生感到抽象、枯燥，多數(shù)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣較低，學(xué)習(xí)主動(dòng)性不強(qiáng)。

通過上述分析可以看出，如何在有限的時(shí)間內(nèi)將如此繁雜的內(nèi)容高效傳授給學(xué)生，并培養(yǎng)他們的創(chuàng)新能力，成為提高微機(jī)原理與應(yīng)用課程教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵。

2 教學(xué)改革

為提高微機(jī)原理與應(yīng)用課程的教學(xué)質(zhì)量，筆者從教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法與手段兩方面提出一些有針對(duì)性的改革措施。

2.1 教學(xué)內(nèi)容改革

目前，國(guó)內(nèi)高校的微機(jī)原理與應(yīng)用課程大多是以Intel 80x86系列或MCS-51系列單片機(jī)為主要教學(xué)內(nèi)容，也有采用其他類型中央處理器的單片機(jī)的。雖然處理器類型不同，但是介紹的主要內(nèi)容基本相同。我校機(jī)械類專業(yè)微機(jī)原理與應(yīng)用課程是以MCS-51系列單片機(jī)為主要內(nèi)容組織教學(xué)。然而，近年來隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，出現(xiàn)了高性能嵌入式中央處理器，這對(duì)教與學(xué)而言均是一個(gè)較大的挑戰(zhàn)。因此，如何處理好教學(xué)內(nèi)容與實(shí)際應(yīng)用之間的矛盾，成為微機(jī)原理與應(yīng)用課程教學(xué)改革亟待解決的問題。

2.1.1 緊扣教學(xué)大綱，精選教材，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

選用經(jīng)典教材是提高教學(xué)效果、改善教學(xué)質(zhì)量的基礎(chǔ)。經(jīng)典教材應(yīng)具備概念清晰、結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)、內(nèi)容覆蓋全面等特點(diǎn)。筆者在日常的教學(xué)過程中，選用胡漢才主編的《單片機(jī)原理及其接口技術(shù)》。

在教學(xué)過程中，避開了傳統(tǒng)教學(xué)進(jìn)程，即以單片機(jī)結(jié)構(gòu)為主線，按照單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)—指令系統(tǒng)—匯編程序設(shè)計(jì)—單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的順序進(jìn)行講授，而是充分考慮了學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，首先將繁雜的教學(xué)內(nèi)容按相關(guān)性進(jìn)行分解，這樣就可將整個(gè)內(nèi)容分解成包含一定知識(shí)點(diǎn)的多個(gè)任務(wù)單元，然后針對(duì)每個(gè)教學(xué)任務(wù)單元設(shè)置一個(gè)包含其所有知識(shí)點(diǎn)的項(xiàng)目。在實(shí)際教學(xué)過程中，采用由簡(jiǎn)單任務(wù)逐漸向復(fù)雜任務(wù)過渡的方法，使得整個(gè)學(xué)習(xí)過程變成一個(gè)循序漸進(jìn)積累知識(shí)的過程。采用這種新穎的教學(xué)內(nèi)容組織方式，可以避免學(xué)生感到教學(xué)內(nèi)容枯燥乏味的情況，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣。

另外，教學(xué)過程中始終貫徹“以應(yīng)用為目的”思想，重點(diǎn)講解元器件工作原理、功能以及使用方法，而不必在元器件的內(nèi)部電路上花費(fèi)太多時(shí)間，使得學(xué)生在了解原理的基礎(chǔ)上，能根據(jù)性能指標(biāo)在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)正確選型，培養(yǎng)他們的設(shè)計(jì)興趣和系統(tǒng)開發(fā)能力。

2.1.2 緊跟計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，結(jié)合科研成果，及時(shí)更新教學(xué)內(nèi)容

筆者選用的教材雖然具有代表性，能達(dá)到觸類旁通的效果，但所介紹的單片機(jī)技術(shù)明顯落后于計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展。因此，在實(shí)際教學(xué)過程中，應(yīng)在保證基本教學(xué)內(nèi)容的同時(shí)，結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和自己的科研成果，及時(shí)更新教學(xué)內(nèi)容，例如，在任務(wù)單元?jiǎng)澐趾晚?xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)，將計(jì)算機(jī)新技術(shù)，如USB接口技術(shù)、1394接口技術(shù)和閃存技術(shù)等考慮進(jìn)去。在教學(xué)過程中，將自己與單片機(jī)相關(guān)的研究成果展示給學(xué)生。及時(shí)更新教學(xué)內(nèi)容不僅可以拓寬學(xué)生的視野，還會(huì)讓學(xué)生感到所學(xué)知識(shí)有用武之地，進(jìn)而學(xué)習(xí)熱情高漲，學(xué)習(xí)主動(dòng)性得以充分發(fā)揮。

2.1.3 重視能力培養(yǎng)，加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)

實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)不僅是鞏固理論教學(xué)的重要手段，同時(shí)也是培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力的重要途徑[3]。微機(jī)原理與應(yīng)用是一門實(shí)踐性極強(qiáng)的課程，因此，必須重視并做好實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。

我校機(jī)械類本科專業(yè)通過如下方式來加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)：一是開設(shè)緊扣理論教學(xué)內(nèi)容的課內(nèi)實(shí)驗(yàn)，這些實(shí)驗(yàn)均要求學(xué)生獨(dú)立完成。通過課內(nèi)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生對(duì)課堂上所學(xué)單片機(jī)軟、硬件知識(shí)有更進(jìn)一步的理解，同時(shí)也提高了他們的動(dòng)手能力。二是開展內(nèi)容豐富的工程實(shí)訓(xùn)。通過提供一些標(biāo)準(zhǔn)硬件(包括機(jī)械結(jié)構(gòu)件和電子元器件)，要求學(xué)生根據(jù)所學(xué)知識(shí)構(gòu)建具有一定功能的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，旨在培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。

2.2 教學(xué)方法與手段改革

教學(xué)方法與手段是影響教學(xué)質(zhì)量的重要因素。良好的教學(xué)方法與手段不僅能夠達(dá)到傳授知識(shí)的目的，更重要的是能培養(yǎng)學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)能力。

2.2.1 “以教師為主導(dǎo)，以學(xué)生為主體”的授課模式

在教學(xué)過程中，避開傳統(tǒng)的灌輸式教學(xué)模式，而是注重學(xué)生參與課堂教學(xué)[4]，采用啟發(fā)式、引導(dǎo)式和互動(dòng)式等靈活多變的教學(xué)方法。例如，在講到中斷這部分內(nèi)容時(shí)，可以舉學(xué)生喜聞樂見的事件，如某人在看書的過程中，突然手機(jī)鈴聲響了，那么停止看書去接電話的過程即可被看做是大腦響應(yīng)接電話這一中斷請(qǐng)求；聽完電話再接著看書這個(gè)過程則可被看做是返回執(zhí)行原程序。通過這個(gè)實(shí)例引導(dǎo)學(xué)生解決如下兩個(gè)問題：一是為什么要引入中斷；二是什么是中斷。針對(duì)這兩個(gè)問題，先讓學(xué)生自己思考總結(jié)，并進(jìn)行口頭表述，然后由任課教師進(jìn)行講評(píng)。這種循序漸進(jìn)的啟發(fā)、引導(dǎo)學(xué)生思考的提問方式，明顯改善了以往僅靠教師講授的效果，同時(shí)也增強(qiáng)了學(xué)生的自信心。

另外，倡導(dǎo)學(xué)術(shù)平等的思想，鼓勵(lì)學(xué)生在課堂上直接提出疑問，這些問題可以由學(xué)生或教師來解答。針對(duì)設(shè)計(jì)類的課堂思考題和課后習(xí)題，由于思路不同得到的結(jié)果不盡相同，可組織學(xué)生分組討論，然后由小組代表當(dāng)堂分享其方法及方案，最后由任課教師進(jìn)行總結(jié)。這樣有利于調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，提高他們的表述能力，增強(qiáng)他們的學(xué)習(xí)自信心。

2.2.2 靈活多變的教學(xué)手段

在教學(xué)過程中，采用多媒體[5]和板書相結(jié)合的教學(xué)方式。板書式教學(xué)是一種傳統(tǒng)教學(xué)方法，是由任課教師按照設(shè)定的思路邊講授邊板書，其特點(diǎn)是重點(diǎn)突出，易于理解，但內(nèi)容展示比較枯燥。多媒體教學(xué)將聲音、圖形、文字以及動(dòng)畫等有機(jī)結(jié)合在一起，能更生動(dòng)、逼真地展示授課內(nèi)容，但授課速度相對(duì)較快。由此可見，上述兩種教學(xué)方式各有利弊。因此，筆者在教學(xué)過程中嘗試將兩種教學(xué)方式有機(jī)融合，認(rèn)真分析每一部分任務(wù)，自制形式多樣的多媒體課件并認(rèn)真準(zhǔn)備板書內(nèi)容。另外，還可以成立課外單片機(jī)興趣小組，讓學(xué)生制作一些采用單片機(jī)控制的小作品；讓部分對(duì)單片機(jī)有濃厚興趣的學(xué)生參與大學(xué)生創(chuàng)新計(jì)劃，協(xié)同教師完成科研項(xiàng)目中的部分內(nèi)容。通過這些手段，不僅有利于課程本身教學(xué)質(zhì)量的提高，同時(shí)也培養(yǎng)了學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析、解決問題的能力，并增強(qiáng)了他們的創(chuàng)新意識(shí)。

3 教學(xué)成效

將上述教改內(nèi)容應(yīng)用于微機(jī)原理與應(yīng)用課程的整個(gè)教學(xué)過程，獲得了良好的效果。教學(xué)效果明顯改善，學(xué)生普遍認(rèn)為單片機(jī)相關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)不再那么枯燥、難學(xué)，且學(xué)后思路清晰、理解較為深刻，達(dá)到了教學(xué)目標(biāo)的要求。另外，還激發(fā)了部分學(xué)生對(duì)單片機(jī)及相關(guān)領(lǐng)域進(jìn)行深入研究的興趣。通過該課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生對(duì)以前所學(xué)與自動(dòng)控制相關(guān)的課程有了更深層次的理解，增強(qiáng)了他們運(yùn)用單片機(jī)軟、硬件知識(shí)進(jìn)行機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的信心，同時(shí)也為他們今后的實(shí)際工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

4 結(jié)束語

在深入研究我校機(jī)械類本科專業(yè)微機(jī)原理與應(yīng)用課程特點(diǎn)及現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，結(jié)合自己從事該課程教學(xué)的體會(huì)，從教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法與手段兩方面提出改進(jìn)措施。教學(xué)實(shí)踐表明，這些措施在很大程度上調(diào)動(dòng)了學(xué)生的主觀能動(dòng)性，提高了教學(xué)質(zhì)量，同時(shí)也培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力。

[1] 胡漢才.單片機(jī)原理及其接口技術(shù)[M].3版.北京:清華大學(xué)出版社,2010.

[2] 陳新民.完善本科院校應(yīng)用型人才培養(yǎng)體系的幾點(diǎn)思考[J].中國(guó)大學(xué)教學(xué),2009(10):66-69.

[3] 王義康,王航平.以數(shù)學(xué)建?；顒?dòng)為平臺(tái)培養(yǎng)理工科學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力[J].重慶科技學(xué)院學(xué)報(bào):社會(huì)科學(xué)版,2012(6):176-177,193.

[4] 劉永紅.在教學(xué)實(shí)踐中探索創(chuàng)新型人才培養(yǎng)思路和方法[J].中國(guó)電力教育,2012(3):58-59.

[5] 李杭彩.基于GSM模塊的交互式多媒體課堂系統(tǒng)[J].計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展,2011,21(9):137-140.