李志臣 王海巧 李國(guó)利

[摘 要] “微機(jī)原理”是一門涉及硬件和軟件知識(shí)、理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的課程，學(xué)習(xí)難度大而導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣低。以計(jì)算機(jī)控制車輛的某一項(xiàng)功能作為“微機(jī)原理”的教學(xué)案例，積極地引導(dǎo)學(xué)生參與“微機(jī)原理”的學(xué)習(xí)，激發(fā)了車輛工程專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)“微機(jī)原理”的積極性，提高了學(xué)生的自主探究能力和群組問(wèn)題解決的能力。學(xué)生的評(píng)價(jià)結(jié)果證明了針對(duì)車輛控制實(shí)踐的“微機(jī)原理”的案例教學(xué)，取得了良好的教學(xué)效果，很好地完成了車輛工程專業(yè)“微機(jī)原理”的教學(xué)目標(biāo)。

[關(guān)鍵詞] 車輛工程;“微機(jī)原理”;案例教學(xué);教學(xué)評(píng)價(jià)

[中圖分類號(hào)] TP3-4? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A? ?[文章編號(hào)] 1674-9324（2021）01-0146-04? ?[收稿日期] 2020-05-29

案例教學(xué)在高等學(xué)校獲得廣泛的理論研究和教學(xué)實(shí)踐，案例教學(xué)能夠提高學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，是加深學(xué)生對(duì)基本原理和概念的理解的一種特定的教學(xué)方法[1]。案例教學(xué)具有八大特性：強(qiáng)調(diào)材料鮮活性、注重思想教育性、堅(jiān)持啟發(fā)和思考性、提倡生動(dòng)活潑的趣味性、遵循科學(xué)性、講究典型性、追求知識(shí)性、加強(qiáng)針對(duì)性[2]。

針對(duì)“微機(jī)原理”的案例教學(xué)，許多教師開展了有意義的探索，李鵬以“微機(jī)原理與應(yīng)用”為對(duì)象，分析了案例教學(xué)的特點(diǎn)與合理性，闡述了案例庫(kù)的開發(fā)、建設(shè)和效果評(píng)價(jià)[3]。王艷芬采用案例教學(xué)法，讓學(xué)生自主進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)、算法及軟件編程，在案例實(shí)施過(guò)程中，學(xué)生掌握著設(shè)計(jì)的主動(dòng)權(quán)，提高了學(xué)生的興趣，培養(yǎng)了學(xué)生獨(dú)立分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，取得了很好的教學(xué)效果[4]。王焱開展了一個(gè)綜合性案例，要求學(xué)生設(shè)計(jì)一臺(tái)出租車計(jì)價(jià)器，學(xué)生把所學(xué)知識(shí)和具體應(yīng)用聯(lián)系了起來(lái)，實(shí)現(xiàn)了開設(shè)“微機(jī)原理”課程的目的[5]。

這些“微機(jī)原理”的案例教學(xué)的對(duì)象都是計(jì)算機(jī)專業(yè)類的學(xué)生，針對(duì)工科類學(xué)生尤其是車輛工程專業(yè)學(xué)生進(jìn)行“微機(jī)原理”的案例教學(xué)，方法和案例要有所不同。

一、車輛工程專業(yè)“微機(jī)原理”課程特點(diǎn)

近年來(lái)，微型計(jì)算機(jī)成為汽車的應(yīng)用上必不可少的一個(gè)重要器件，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油噴射控制、電子點(diǎn)火的控制等都離不開計(jì)算機(jī)的運(yùn)算和輸出控制命令;車載計(jì)算機(jī)的多媒體娛樂(lè)、通信、移動(dòng)辦公及聯(lián)網(wǎng)的信息查詢都離不開計(jì)算機(jī);無(wú)人駕駛的智能型車輛更是離不開計(jì)算機(jī)的環(huán)境感知和規(guī)劃決策等功能。

“微機(jī)原理”涉及多方面的硬件和軟件知識(shí)，涉及的芯片多，但“微機(jī)原理”的教學(xué)只有48學(xué)時(shí)，其中實(shí)驗(yàn)8學(xué)時(shí)，在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，匯編語(yǔ)言這部分內(nèi)容就占據(jù)了相當(dāng)一部分教學(xué)學(xué)時(shí)?！拔C(jī)原理”課程是一門實(shí)用性和動(dòng)手性都很強(qiáng)的計(jì)算機(jī)課程，實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)主要包括軟件實(shí)驗(yàn)與硬件實(shí)驗(yàn)，軟件實(shí)驗(yàn)主要是通過(guò)編寫程序、上機(jī)調(diào)試并運(yùn)行的過(guò)程，提高學(xué)生閱讀與編寫程序的能力，硬件實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生設(shè)計(jì)硬件、編制接口程序、完成輸出控制的程序，實(shí)現(xiàn)控制的目標(biāo)。

“微機(jī)原理”的教學(xué)內(nèi)容高度抽象、前后知識(shí)點(diǎn)邏輯性及相關(guān)性強(qiáng)，實(shí)驗(yàn)安排多以匯編語(yǔ)言的上機(jī)驗(yàn)證為主，使得很多學(xué)生僅僅簡(jiǎn)單模仿實(shí)驗(yàn)，知其然而不知其所以然。隨著課程難度的增加，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性隨著教學(xué)過(guò)程的進(jìn)行而降低，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)原理知識(shí)掌握得不全面、不系統(tǒng)，學(xué)生學(xué)完計(jì)算機(jī)原理后也還是不知道怎么應(yīng)用，相關(guān)的工程能力還是欠缺。車輛控制案例教學(xué)的方法能很好地解決“微機(jī)原理”的理論知識(shí)與汽車電子控制實(shí)踐的銜接。

二、教學(xué)案例設(shè)計(jì)

（一）“微機(jī)原理”單章內(nèi)容的教學(xué)案例設(shè)計(jì)

操作時(shí)序是“微機(jī)原理”的教學(xué)難點(diǎn)之一，為了使學(xué)生更好地理解并掌握操作時(shí)序的內(nèi)容，設(shè)計(jì)了CPU打印機(jī)輸出word文檔的案例，這個(gè)案例學(xué)生經(jīng)常操作，所以容易接受。利用虛擬仿真軟件Proteus把CPU向打印機(jī)輸出word文檔的寫操作時(shí)序仿真結(jié)果演示給學(xué)生[6]。

中斷是“微機(jī)原理”課程的重點(diǎn)和難點(diǎn)，尤其是8259A芯片，內(nèi)容煩瑣抽象，教材中給出了寫操作字和命令字的例子，但跟具體的工程實(shí)踐沒(méi)有什么聯(lián)系，同學(xué)們還是不能很好地理解。設(shè)計(jì)如圖1所示的案例，8259A的27腳上連有一系統(tǒng)地址線A0，端口地址為20H、21H。20H用來(lái)寫ICW1， 21H用來(lái)寫ICW2、ICW3、ICW4，初始化命令字寫好后，再寫操作命令字。OCW2、OCW3端口地址20H，OCW1端口地址21H。IR3插孔和SP插孔相連，邊沿觸發(fā)方式，按一次按鈕就向8259A發(fā)出中斷請(qǐng)求信號(hào)。如果中斷源電平信號(hào)不符規(guī)定要求則自動(dòng)轉(zhuǎn)到7號(hào)中斷，顯示“Error”。CPU響應(yīng)中斷后，在中斷服務(wù)中，對(duì)中斷次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)并顯示，計(jì)滿5次結(jié)束，顯示器顯示“perfect”。通過(guò)這個(gè)案例的講解，學(xué)生不僅體驗(yàn)了不同的操作字和命令字寫入不同地址端口的具體操作過(guò)程，還徹底理解了8259A的工作原理和工作過(guò)程。

（二）綜合性案例教學(xué)

微型計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)結(jié)束后，筆者利用半節(jié)課的時(shí)間向?qū)W生講解計(jì)算機(jī)控制汽車性能的實(shí)例，如發(fā)動(dòng)機(jī)怠速控制系統(tǒng)、汽車排放控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)控制防抱死制動(dòng)系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)安全控制系統(tǒng)等，通過(guò)這些實(shí)例的講解，使學(xué)生明白了一個(gè)道理：汽車性能的提高離不開計(jì)算機(jī)了，學(xué)好計(jì)算機(jī)原理對(duì)車輛專業(yè)其他知識(shí)的學(xué)習(xí)是必不可少的。

教學(xué)滿兩周后，要求每個(gè)學(xué)生設(shè)計(jì)出針對(duì)車輛的某一項(xiàng)性能的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，具體要求是：給學(xué)生一個(gè)星期的時(shí)間查閱資料擬定自己的題目;明確自己選題的意義;確定自己選題的控制目標(biāo);“微機(jī)原理”課程結(jié)束后要獨(dú)立地寫出匯編語(yǔ)言的控制程序。

題目確定以后，同學(xué)們學(xué)習(xí)“微機(jī)原理”的熱情普遍提高，課后同學(xué)們紛紛圍繞到老師的身邊詢問(wèn)關(guān)于微機(jī)控制的問(wèn)題，以及如何利用匯編語(yǔ)言編寫控制程序。老師從學(xué)生的選題中挑選了五個(gè)題目結(jié)合著課堂知識(shí)點(diǎn)和同學(xué)們展開討論，激發(fā)了學(xué)生參與的熱情。有一個(gè)學(xué)生選的課題是：智能車內(nèi)溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，課題選得很好，但學(xué)生對(duì)選題的意義不是很明確，通過(guò)課堂討論，同學(xué)們不僅理解了這個(gè)課題的意義，還對(duì)自己所選課題的意義進(jìn)行了深度思考。

隨著“微機(jī)原理”課程的進(jìn)行，適時(shí)地跟同學(xué)們討論智能車內(nèi)溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的相關(guān)問(wèn)題，為使問(wèn)題變得簡(jiǎn)單，將該系統(tǒng)簡(jiǎn)化為手動(dòng)控制。輸入輸出的內(nèi)容講解結(jié)束后，再跟同學(xué)討論智能車內(nèi)溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的課題，學(xué)生紛紛就如何把溫度傳感器測(cè)得的數(shù)據(jù)輸入到微機(jī)發(fā)表自己的意見，有很多同學(xué)的思路是值得肯定的，還有幾位同學(xué)當(dāng)堂就編寫出了溫度數(shù)據(jù)采集和輸入的匯編語(yǔ)言程序。當(dāng)駕駛室內(nèi)的溫度超過(guò)或低于某一溫度時(shí)，系統(tǒng)通過(guò)小喇叭發(fā)出警報(bào)聲音，及時(shí)預(yù)警駕駛員調(diào)整空調(diào)按鈕，如果是自動(dòng)控制，還應(yīng)該輸出控制壓縮機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)開關(guān)或者工作速率。經(jīng)過(guò)這個(gè)過(guò)程的學(xué)習(xí)，學(xué)生對(duì)輸入輸出就有了深刻的理解。

“微機(jī)原理”課程結(jié)束后，有三分之二的學(xué)生就自己所選的課題編寫出了控制程序，這些同學(xué)基本掌握了微型計(jì)算機(jī)的軟硬件知識(shí)，沒(méi)有寫出控制程序的同學(xué)也畫出了自己的程序框圖，這部分同學(xué)在后面幾周的復(fù)習(xí)過(guò)程也很好地掌握了“微機(jī)原理”的知識(shí)。

三、案例教學(xué)的學(xué)生評(píng)價(jià)

（一）評(píng)價(jià)方法選擇

對(duì)教學(xué)活動(dòng)的評(píng)價(jià)既有定性的方法也有定量的方法，國(guó)外有學(xué)者認(rèn)為教學(xué)活動(dòng)必需的三個(gè)基本條件有：成果公開化;批判性評(píng)論;成果能夠交流和被應(yīng)用[7]。有的學(xué)者采用定量評(píng)價(jià)方法，提出了基于粗糙集和卡諾模型的集成方法，并通過(guò)實(shí)例證明了完善的課程設(shè)計(jì)和教學(xué)內(nèi)容的講授這兩項(xiàng)指標(biāo)在學(xué)生需求中處于最重要的地位[8]。

“微機(jī)原理”案例教學(xué)評(píng)價(jià)的數(shù)據(jù)來(lái)自面向?qū)W生的問(wèn)卷調(diào)查，問(wèn)卷共有五個(gè)問(wèn)題：“微機(jī)原理”的教學(xué)設(shè)計(jì)如何？“微機(jī)原理”的教學(xué)內(nèi)容的講授如何？“微機(jī)原理”授課時(shí)聯(lián)系實(shí)際選擇實(shí)例如何？激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性如何？師生雙方的互動(dòng)交流如何？對(duì)上述五個(gè)問(wèn)題的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)采用通用等級(jí)優(yōu)、良、中、差四個(gè)等級(jí)。

（二）評(píng)價(jià)對(duì)象

問(wèn)卷調(diào)查的對(duì)象是作者教授過(guò)的金陵科技學(xué)院車輛工程專業(yè)的本科在校學(xué)生，高一級(jí)的學(xué)生講授“微機(jī)原理”時(shí)完全按照按教材內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)案例也是教材列舉的例子，幾乎沒(méi)有聯(lián)系車輛工程的控制實(shí)例（以下簡(jiǎn)稱這一級(jí)的學(xué)生為A班）;低一級(jí)的學(xué)生講授“微機(jī)原理”時(shí)沒(méi)有完全按照按教材內(nèi)容，采用案例教學(xué)并且聯(lián)系車輛工程的控制實(shí)例（以下簡(jiǎn)稱這一級(jí)的學(xué)生為B班）。

A班共有學(xué)生68人，發(fā)放調(diào)查問(wèn)卷68份，收回66份，回收率97%，實(shí)際有效問(wèn)卷63份，有效率95.5%。B班由兩個(gè)小班組成，共有學(xué)生74人，發(fā)放調(diào)查問(wèn)卷74份，收回74份，回收率100%，實(shí)際有效問(wèn)卷73份，有效率98.6%。

（三）結(jié)果分析

統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖2所示，圖中縱坐標(biāo)是學(xué)生選項(xiàng)的百分比，A是教學(xué)設(shè)計(jì)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，B是教學(xué)內(nèi)容的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，C是聯(lián)系實(shí)際選擇實(shí)例的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，D是學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性統(tǒng)計(jì)結(jié)果，E是師生雙方的互動(dòng)交流統(tǒng)計(jì)結(jié)果。無(wú)論是采用案例教學(xué)法的B班還是采用傳統(tǒng)教學(xué)法的A班，都沒(méi)有差的選項(xiàng)，A班選擇“中”的占總數(shù)的5.6%，B班沒(méi)有“中”的選項(xiàng)，說(shuō)明學(xué)生認(rèn)可老師的教學(xué)。對(duì)教學(xué)內(nèi)容的講授和師生交流互動(dòng)選項(xiàng)，A班和B班學(xué)生的評(píng)價(jià)比較相近，這也反映了老師的教學(xué)風(fēng)格跟教學(xué)方法的選擇沒(méi)有什么關(guān)系，能不能跟學(xué)生互動(dòng)是教師的教學(xué)習(xí)慣而不是方法。學(xué)生認(rèn)可案例教學(xué)的教學(xué)設(shè)計(jì)，案例教學(xué)法確實(shí)能夠更好地使“微機(jī)原理”的枯燥理論聯(lián)系到工程實(shí)踐中，“微機(jī)原理”的案例教學(xué)法能夠很好地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)“微機(jī)原理”的興趣。

為了定量化地比較“微機(jī)原理”案例教學(xué)和傳統(tǒng)教學(xué)的差別，統(tǒng)計(jì)時(shí)對(duì)五個(gè)問(wèn)題的權(quán)重做出了不同的安排[8]：“微機(jī)原理”的教學(xué)設(shè)計(jì)和“微機(jī)原理”的教學(xué)內(nèi)容的講授這兩項(xiàng)內(nèi)容的權(quán)重高一些，分別為0.25?！拔C(jī)原理”授課時(shí)聯(lián)系實(shí)際選擇實(shí)例、激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性、師生雙方的互動(dòng)交流的權(quán)重分別是1.67、1.67、1.66，對(duì)通用等級(jí)優(yōu)、良、中、差賦予量化分?jǐn)?shù)10、8、6、4。按照公式1計(jì)算A班和B班每個(gè)調(diào)查內(nèi)容得分均值，如圖3所示，圖中縱坐標(biāo)是評(píng)價(jià)分值，滿分為10分。

Mi=（10×a1×8×a2×6×a3×4×a4）÷a（1）

i=1，2，3，4，5

Mi—第i個(gè)調(diào)查內(nèi)容的得分均值，a1—回答優(yōu)的同學(xué)數(shù)量;a2—回答良的同學(xué)數(shù)量;a3—回答中的同學(xué)數(shù)量;a4—回答差的同學(xué)數(shù)量;a—學(xué)生總數(shù);評(píng)價(jià)終值是五個(gè)調(diào)查問(wèn)題按不同權(quán)重（公式2）計(jì)算的總分均值，傳統(tǒng)教學(xué)法評(píng)價(jià)的總分均值為9.36，案例教學(xué)法評(píng)價(jià)的終值為9.88，在傳統(tǒng)教學(xué)法評(píng)價(jià)已經(jīng)得分較高的基礎(chǔ)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、結(jié)論

一是計(jì)算機(jī)在車輛中的地位和作用越發(fā)強(qiáng)大，“微機(jī)原理”等涉計(jì)算機(jī)的課程必將成為車輛工程專業(yè)學(xué)生的必修課程，針對(duì)車輛工程專業(yè)學(xué)生的“微機(jī)原理”的案例化教學(xué)既可以使課堂的教學(xué)氣氛更加活躍，又可以使學(xué)生學(xué)習(xí)“微機(jī)原理”的積極性提高。

二是針對(duì)車輛控制實(shí)踐的“微機(jī)原理”案例教學(xué)，通過(guò)問(wèn)題引導(dǎo)、任務(wù)驅(qū)動(dòng)的方法使學(xué)生的自主探究能力有很大的提高，使學(xué)生具備了群組問(wèn)題解決的能力。

三是教師是案例教學(xué)的主體，案例的選擇要有針對(duì)性，既要有針對(duì)章節(jié)的理論知識(shí)的案例，又要有針對(duì)車輛工程實(shí)踐的涉及“微機(jī)原理”的綜合性案例，這樣才能達(dá)到良好的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)

[1]張家軍，靳玉樂(lè).論案例教學(xué)的本質(zhì)與特點(diǎn)[J].中國(guó)教育學(xué)刊，2004（01）：51-53+65.

[2]許小平.案例教學(xué)的八大特性[J].繼續(xù)教育，2002（05）：58.

[3]李鵬，劉紅.“微機(jī)原理與應(yīng)用”的案例教學(xué)法[J].成都紡織高等專科學(xué)校學(xué)報(bào)，2003（04）：15-17.

[4]王艷芬，高敬格.案例教學(xué)在“微機(jī)原理”課程中的應(yīng)用[J].科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2007（18）：251-252.

[5]王焱，鄭俊輝，易發(fā)勝.“微機(jī)原理與接口技術(shù)”課程的案例教學(xué)探討[J].計(jì)算機(jī)教育，2009（23）：136-138.

[6]朱敏玲，張偉，侯凌燕.基于Proteus的微機(jī)原理與接口技術(shù)教學(xué)改革[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，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，李延來(lái).大學(xué)教學(xué)評(píng)價(jià)中基于知識(shí)的學(xué)生需求優(yōu)先性分析方法[J].遼寧師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2012，35（01）：41-47.