機械工程專業(yè)微機原理及接口技術(shù)課程實驗教學(xué)改革討論〔〕:

摘要：實驗教學(xué)是微機原理及接口技術(shù)課程的重要組成部分。分析了當(dāng)前實驗教學(xué)過程中存在的問題，并針對這些問題提出了基于多層次的實驗教學(xué)改革方法，進一步培養(yǎng)學(xué)生動手操作才能，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，進步學(xué)習(xí)動力，獲得良好的學(xué)習(xí)效果，到達預(yù)期教學(xué)目的。

關(guān)鍵詞：微機原理與接口技術(shù)；機械工程；實驗教學(xué)；教學(xué)改革

本文引用格式：徐斌，等.機械工程專業(yè)微機原理及接口技術(shù)課程實驗教學(xué)改革討論[J].教育現(xiàn)代化,2022,6(16):53-55.

微機原理與接口技術(shù)是一門理論性很強的專業(yè)課【1】。結(jié)合我校機械工程專業(yè)實際情況，選擇MCS-51單片微型機為主要研究對象。授課內(nèi)容主要涉及微機型計算機根底、單片機硬件構(gòu)造、匯編語言程序設(shè)計以及I/O接口技術(shù)等。該課程主要包括理論授課和課內(nèi)實驗兩部分。由于課時較少，因此課內(nèi)實驗主要采用開發(fā)軟件Keil以及高度集成的DVCC-51JB多功能微機/單片機實驗裝置進展的一種驗證性實驗。學(xué)生在實驗過程中只需參照實驗指導(dǎo)書，按操作提示進展連線、輸入程序、編譯仿真即可完成整個實驗過程。這類實驗相對簡單，在幫助學(xué)生理解實驗過程具有重要的意義。但是在培養(yǎng)學(xué)生動手操作和獨立考慮才能等方面，卻有一定的缺乏。假設(shè)簡單地更改實驗內(nèi)容和方式，由于課時和實驗場地限制，學(xué)生可能無法在規(guī)定的時間內(nèi)完成實驗內(nèi)容，反而影響學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，不能到達預(yù)期教學(xué)目的。因此，有必要針對實際情況，合理地選擇實驗內(nèi)容，滿足絕大多數(shù)學(xué)生的需求【2】。同時考慮學(xué)生學(xué)習(xí)才能、興趣愛好以及實驗需求等差異因素，設(shè)計一些多層次、多款式、多角度的擴展實驗工程，可滿足不同學(xué)生的需求。隨著計算機仿真技術(shù)的不斷開展，在實物實驗的同時積極引入虛擬實驗，可有效地解決當(dāng)前傳統(tǒng)式實驗教學(xué)過程中存在的場地有限、設(shè)備缺乏等問題[3,4]。虛擬實驗是指借助計算機仿真軟件，通過計算機模擬技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)實物演示的一種實驗方式，具有本錢低、操作方便、效率高等特點，目前在電子技術(shù)實驗中得到了廣泛的應(yīng)用。

一目前實驗教學(xué)過程中存在的問題

目前我校機械工程專業(yè)微機原理及接口技術(shù)課程實驗仍然采用傳統(tǒng)的實驗方式，即采用開發(fā)軟件Keil以及高度集成的DVCC-51JB多功能微機/單片機實驗裝置進展的一種驗證性實驗。由于課時較少，安排了兩次課內(nèi)實驗，分別為匯編語言程序設(shè)計以及A/D接口實驗。通過幾次實驗發(fā)現(xiàn)，學(xué)生按照實驗指導(dǎo)書，確實能按部就班，很快完成實驗。但是當(dāng)進步實驗要求時，進展相應(yīng)的擴展時，往往感到無從下手。根據(jù)作者近年來的教學(xué)經(jīng)歷以及和部分學(xué)生交流后，總結(jié)了部分原因如下。

〔一〕實驗課時較少

由于課程總體學(xué)分較少，目前課程安排了兩次課內(nèi)實驗，分別為匯編語言程序設(shè)計和單片機和A/D接口實驗。匯編語言程序設(shè)計實驗過程中，重點要求學(xué)生掌握開發(fā)軟件Keil的使用，并能根據(jù)實驗指導(dǎo)書完成簡單程序、分支程序、循環(huán)程序、子程序以及查表程序的輸入、編譯和運行，并能記錄和分析實驗結(jié)果。單片機和A/D接口技術(shù)實驗主要要求學(xué)生能動手完成電路連線，系統(tǒng)調(diào)試等，從屢次實驗過程中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生僅僅可以根據(jù)實驗指導(dǎo)書一步一步操作，假設(shè)在實驗過程中參加學(xué)生程序獨立設(shè)計環(huán)節(jié)，通常不能在有限的課內(nèi)實驗期間系統(tǒng)地完成整個實驗。

〔二〕實驗方法單一

目前本課程所設(shè)置的課內(nèi)實驗都是驗證性實驗，所謂驗證性實驗，是指學(xué)生在實驗之前已經(jīng)對實驗對象以及預(yù)期結(jié)果有一定的認識,為驗證這種認識是否正確而進展的一種實驗。該類主要強調(diào)演示和證明科學(xué)內(nèi)容的活動,科學(xué)知識和科學(xué)過程別離。實驗過程中，只需要學(xué)生按照指導(dǎo)書一步一步輸入程序，運行程序即可得到結(jié)果，然后記錄結(jié)果即可。驗證性實驗在學(xué)生入門階段，可方便學(xué)生迅速掌握實驗過程中所需的工具，但是這類實驗缺乏學(xué)生獨立考慮的環(huán)節(jié)，一方面導(dǎo)致學(xué)生實驗的積極性不高，另一方面導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)效果不佳，不能有效地鍛煉學(xué)生的動手操作才能。

〔三〕實驗考核方式不完善

目前課內(nèi)實驗不進展單獨考試和考核，將其納入平時作業(yè)部分，并占期末總評成績20%。實驗安排往往是多人一組，實驗過程中很多同學(xué)是"走馬觀花";式，一組中只需個別同學(xué)完成，其他同學(xué)或依樣畫瓢，或干脆不動手實驗，使學(xué)消費生"實驗做與不做一個樣，做好做壞一個樣";的心理，出現(xiàn)學(xué)生最終對實驗不夠重視、敷衍了事的狀況。而最終學(xué)生實驗成績的斷定主要以實驗報告或簡單結(jié)合課堂表現(xiàn)后給出成績，一定程度上不能直接反映學(xué)生的實驗情況。這直接導(dǎo)致了學(xué)生對實驗環(huán)節(jié)的不重視，認為只要寫好實驗報告即可，降低了學(xué)生動手實驗的積極性，影響實驗環(huán)節(jié)的教學(xué)效果。

二實驗教學(xué)改革探究

針對上述存在的問題，結(jié)合作者近年來在教學(xué)過程中和同行以及學(xué)生交談，總結(jié)了一些針對性的改革措施，期望能通過改革，有效提升課內(nèi)實驗的地位，進步課程教學(xué)效率，實在能進步學(xué)生動手和操作才能，進一步提升學(xué)生學(xué)習(xí)效率。

〔一〕精選實驗內(nèi)容

根據(jù)當(dāng)前理論課程教學(xué)大綱，設(shè)定兩次不同的實驗。實驗一為匯編語言程序設(shè)計，仍包含簡單程序、分支程序、循環(huán)程序、子程序以及查表程序5個部分，并將這5個局部分為3個層次。第一層次為驗證性實驗，即將完好程序提供應(yīng)學(xué)生，學(xué)生只需要輸入層序，運行即可。該類試驗的主要目的是幫助學(xué)生熟悉Keil編程環(huán)境，掌握匯編語言輸入、編譯與運行等根本過程，為后續(xù)實驗開展打下根底。第二層次為指導(dǎo)性實驗，即指導(dǎo)教師提供設(shè)計需求和必要的提示信息，學(xué)生需要根據(jù)提示信息完成實驗。如循環(huán)程序，可設(shè)計如下實驗：

要求：內(nèi)部RAM從30H到60H有一數(shù)據(jù)塊，編程將其傳送到外部3000H開始區(qū)域。提示：〔1〕30H到60H共計31H個數(shù)據(jù)；〔2〕內(nèi)部RAM與外部RAM之間不能直接進展數(shù)據(jù)傳送，可將數(shù)據(jù)先傳給累加器A，再由累加器送給外部存儲單元；〔3〕外部數(shù)據(jù)傳送指令可利用MOVX指令，此題主要利用寫指令MOVX@DPTR,A；〔4〕連續(xù)區(qū)間數(shù)據(jù)挪動可設(shè)計為循環(huán)程序，如指令DJNZ。

通過這樣的提示，可幫助學(xué)生一步一步建立程序設(shè)計思維，能根據(jù)提示完成工作。第三層次為設(shè)計性實驗，即只提供應(yīng)學(xué)生設(shè)計需求，學(xué)生需要查閱文獻，獨立自主完成實驗。這主要是為了鍛煉學(xué)生獨立考慮和思維才能。同樣對于實驗二，可設(shè)計兩個模塊。模塊一主要要求學(xué)生能動手操作，搭建硬件平臺，根據(jù)指導(dǎo)書上提示完成實驗。該模塊主要是采用查詢方式查詢A/D轉(zhuǎn)換是否完畢，假設(shè)EOC變?yōu)楦唠娖?，那么進展數(shù)據(jù)讀取。模塊二主要在模塊一的根底上，要求學(xué)生能自己通過查閱文獻資料，自主動手修改程序，將查詢方式改為中斷連接方式，判斷A/D轉(zhuǎn)換過程是否完畢。

〔二〕課外擴展和畢業(yè)設(shè)計

由于時間和場地有限，課內(nèi)實驗不能很好地鍛煉學(xué)生的動手操作才能【5】。針對該問題，可建立課外第二課堂和畢業(yè)設(shè)計環(huán)節(jié)，作為課內(nèi)實驗的有益補充，如圖1所示。第二課堂環(huán)節(jié)主要是在課內(nèi)實驗的根底上，讓學(xué)有余力的學(xué)生通過多人協(xié)作，共同完成一些設(shè)計性試驗。針對第二課堂，一方面學(xué)生可以學(xué)習(xí)單片機仿真軟件Protues通過虛擬仿真，穩(wěn)固所學(xué)課內(nèi)知識。另一方面，可購置簡單的單片機開發(fā)板，動手搭建系統(tǒng)，驗證仿真結(jié)果是否可行。畢業(yè)設(shè)計是學(xué)生在校期間對大學(xué)所學(xué)知識進展一次全面的知識檢驗和提升的最后環(huán)節(jié)。任課教師可提供一些微機原理內(nèi)容相關(guān)畢業(yè)設(shè)計課題。因此畢業(yè)設(shè)計環(huán)節(jié)主要針對少數(shù)感興趣的學(xué)生，選擇相關(guān)課題作為大學(xué)四年最后的畢業(yè)設(shè)計，選做該課題的學(xué)生需在指導(dǎo)教師的協(xié)助下，自行查閱文獻，針對被控對象和控制要求，搭建試驗系統(tǒng)，完成課題。

〔三〕改革實驗考核方式

微機原理及接口技術(shù)課程是一門理論性很強的課程，要逐步加大實驗環(huán)節(jié)占期末總評成績的必中。同時，可將實驗成績分為實驗平時成績和實驗考核成績。要注重平時成績，推行平時考核制度，即學(xué)生的平時成績可占到實驗總評成績的30％-60％。這種方法防止主要由實驗報告決定實驗成績的弊端，鼓勵學(xué)生將更多功夫用在平時，而不是實驗報告，有利于學(xué)風(fēng)建立。在考核方面，實驗平時成績主要包括實驗操作和實驗結(jié)果處理成績。實驗考核成績主要是針對學(xué)生實驗工程，采用辯論的方式，學(xué)生先進展動手實驗并進展講解，完畢后有指導(dǎo)教師和學(xué)術(shù)提問-答復(fù)環(huán)節(jié)。采用這樣的考核方式，可更好地調(diào)動學(xué)生的實驗積極性，學(xué)生更愿意參與到實驗過程中來，從而獲得較好的實驗效果。

〔四〕豐富網(wǎng)絡(luò)資源

隨著個人電腦以及智能的日益普及，越來越多的人希望通過互聯(lián)網(wǎng)獲取知識[6,7]。因此，建立微機原理及接口技術(shù)課程學(xué)習(xí)網(wǎng)站，及時公布最新的教學(xué)大綱、教學(xué)進度以及相關(guān)多媒體資料，學(xué)生可隨時通過互聯(lián)網(wǎng)獲取教學(xué)相關(guān)資料和信息，這樣極大地進步學(xué)生學(xué)習(xí)效率。另外，可在網(wǎng)站上及時公布兄弟院校精品課程網(wǎng)站，課程前沿進展和學(xué)術(shù)動態(tài)，方便學(xué)生理解學(xué)科動態(tài)，為學(xué)有余力的學(xué)生提供提升知識深度和廣度的有效途徑。此外，在學(xué)習(xí)網(wǎng)站上搭建學(xué)生在線答疑室也是學(xué)生教師溝通和學(xué)習(xí)的有效途徑。學(xué)生在在線答疑室能發(fā)起問題，教師和其余學(xué)生都可以看見問題，并能進展解答。同樣，教師通過學(xué)生提問，統(tǒng)計和分析學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中比擬普遍的問題，可進一步幫助教師在后續(xù)的教學(xué)過程中把握課程難點和重點，改革教學(xué)方式，進一步進步教學(xué)程度，到達預(yù)期教學(xué)效果。

〔五〕強化隊伍建立

目前我院機電一體化教學(xué)團隊主要承當(dāng)微機原理及接口技術(shù)等電氣信息類課程的教學(xué)工作。多年來學(xué)院和團隊指導(dǎo)高度重視師資隊伍建立。一方面學(xué)院積極從國內(nèi)外高程度大學(xué)引進青年教師，及時注入新穎血液。青年教師朝氣蓬勃，易于與學(xué)生溝通，容易拉近與學(xué)生間隔，更方便開展課程教學(xué)。另一方面，積極組織團隊教師參加各類教育教學(xué)培訓(xùn)和交流活動，大力支持中青年教師參與國際合作研究，參加高程度國際會議，增強教師在國際學(xué)術(shù)界的能見度。此外，學(xué)院正以學(xué)科建立為引領(lǐng)，鼓勵和支持中青年人才制定施行教學(xué)、科研才能自我開展方案，形成中青年教師成長、開展的內(nèi)生動力。鼓勵教師在教學(xué)過程中積極引入科研工程，以教學(xué)促進科研，以科研反哺教學(xué)，不斷提升教師的綜合業(yè)務(wù)技能。

三完畢語

課程實驗是諸多理論教學(xué)環(huán)節(jié)中的重要環(huán)節(jié)。通過課程實驗可以幫助學(xué)生穩(wěn)固所學(xué)理論知識，建立科學(xué)的實驗方法和良好的實驗習(xí)慣，讓學(xué)生受益終生。針對我校機械工程專業(yè)特色和培養(yǎng)方案課程體系，分析了當(dāng)前微機原理及接口技術(shù)課程實驗教學(xué)過程存在的一些問題。針對這些問題，根據(jù)近年的教學(xué)經(jīng)歷，提出了一些有效可行的實驗教學(xué)改革和創(chuàng)新方案，以此能調(diào)動學(xué)生的實驗積極性，增加學(xué)生學(xué)習(xí)動力，進一步提升學(xué)生的動手操作才能。只有不斷地進展實驗程改革和探究，才能建立一套能有效配合理論教學(xué)的實驗方案，進一步豐富教學(xué)過程、激發(fā)學(xué)生興趣，獲得預(yù)期培養(yǎng)目的。

參考