机械专业本科生《微型计算机原理及应用》课程建设与改革

1/7机械专业本科生微型计算机原理及应用课程建设与改革机械专业本科生微型计算机原理及应用课程建设与改革一、引言高校是培养科研技术人员的重要基地，是创造高科技产品的重要场所，是推动社会科技发展的重要力量。机电一体化产品给传统的机械行业带来了新的发展契机和附加值增长点。作为机电产品的控制核心，微控制器及其应用技术显得尤其重要，机电复合人才的紧缺也显日渐突出。结合机械制造及自动化本科专业的特点，将微机技术与传统机械课程相结合，培养机电复合型人才，以适应时代的需求。微型计算机原理及应用已列为我校机械专业本科生的专业基础课，在兄弟院校的课程设置中，该课程也通常作为专业基础课。本课程是后续多门专业课程学习的需要，也是学生毕业后从事微机控制、机电产品开发及其相关工作应必备的。因此，微型计算机原理及应用课程的重要性显而易见。由于该课程涉及硬件与软件，学生之前没有接触硬件的经历，因此学习难度比较大。非计算机专业研究生的计算机教育是复杂和具有挑战性的。因此，为提高本课程教学水平，保证教学质量和教学效果，激发学2/7生学习兴趣，增强学生学习能力，有必要对这门课程不断地进行教学探讨和教学改革。二、机械类本科生微型计算机原理及应用课程现状本课程包括微型计算机硬件知识、汇编语言及编程知识、接口芯片与接口芯片的应用等。结合机械制造及自动化专业特点，及目前业界机电相结合的发展趋势，我们应该培养机电复合型人才。针对人才培养目标，课程体系和教学内容紧紧围绕“厚基础，重能力”的培养目标，强调理论与实践并重，注重培养学生知识应用能力和适应课程特点的学习方法。通过课程学习，不仅使学生掌握微机的基本组成结构和工作原理，更重要的是通过实践环节的训练，加深对理论知识理解，着重掌握计算机接口软硬件设计能力，为相关专业学生后续专业课程的学习奠定理论基础，培养学生分析问题、解决问题的能力。目前围绕该课程的教学工作设置56学时课堂授课、10学时实验，以及为期两周的课程设计。课堂授课侧重微型计算机基本结构、工作原理、汇编语言编程以及接口芯片基础知识，实验教学和课程设计进一步加强接口芯片方面的知识，让学生在具有一定微型计算机硬件基础知识和初步掌握汇编语言编程基础上加深对微型计本文由论文联盟HTTP/收集整理算机的认识和接口芯片的应用。3/7通过多年的教学实践，发现机械类本科生由于前期电类课程开设有限，且首次接触微型计算机硬件层面知识，在学习过程存在以下现象对微处理器的工作过程理解有难度；对微型计算机的主要组成部件存储器的工作特性理解不透彻，尤其是不容易理解存储器地址的概念；普遍对汇编语言理解、掌握较好；对接口芯片使用，特别是微处理器对接口芯片的控制、访问以实现数据传输控制有一定难度。三、机械类本科生微型计算机原理及应用课程教学改革探讨经过多年的教学实践摸索，以及长期和同学们讨论交流，结合课程教学、实验教学和课程设计中存在的现象，兹提出以下改善措施和建议。1课堂教学的改革。目前以多媒体课堂教学为主。虽然能够重点突出并且增加课堂信息量，但是，由于学生初步接触计算机硬件知识，对一些概念理解不够深入，PPT幻灯片翻页之后学生不能及时做好笔记、跟进讲课进度。因此，我们在准备课件时将一些重点难点知识通过动画的方式展示给学生。通过详细动画演示，学生们对微处理器内部逻辑功能有了形象的认识，加深理解。结合课堂讲解，如果辅以教学网站以及相应的师生交流互动平台，能够给学生提供信息量更大的辅导资料；并能及时解答学生的问4/7题。该教学网站可以提供如下信息在线学习、在线答疑、问题征解、动画演示、在线自测、网络考场等功能，进一步改进完善了教学手段，丰富了教学方法。2实验教学环节的改进。该课程实验最初包括基本实验、设计实验；实验模式方面，主要以“验证型”实验为主，这不能有效激发学生学习兴趣和学习积极性、培养学生动手能力和解决问题能力。通过多年实验教学实践，发现多数学生满足于简单完成实验要求内容，对接口芯片应用部分内容没有深入探讨和理解。结合机械类本科生知识结构特点，我们提出实验环节内容可以分三个层次，即基本实验、设计实验和综合实验，既考虑学生对基本知识的掌握，又兼顾了学生自身能力的培养。使实验由“验证型”变为“设计型”，使学生的动手能力得到了很大的提高。此外，我们还提供实验室开放，使学生有更多的机会锻炼动手能力和计算机应用能力。虽然目前实验课时为12课时，但是为了达到上述实验教学环节的改革，实际执行实验教学课时远远超出计划课时。3实践教学环节的改进。本课程实践教学主要包括课程设计和大学生创新活动。该课程设计初期以软件设计为主，主要是编写汇编语言程序，学生在这一过程中，没能充分地体会到微型计算机原理及应用课程的特点，有的同学甚至提出可以采用C语言或C等高级语言更容易5/7实现其软件设计题目。特别是，没有结合我机械制造及自动化专业的特点，应该以硬件应用为主。经过几年的积累，我们准备了部分涉及硬件知识的课程设计题目，学生在从事硬件课程设计过程能有更强的主动性和兴趣，最终也能有更多的收获。通过接口芯片课程设计题目，学生们甚至可以自学探索接口芯片的使用，极大地激发他们的学习兴趣。比如，我们提供了模数转换的课程设计题目，该题目中涉及ADC0809芯片的应用以及数据的显示，数据显示通过可编程芯片8255来实现。同学们通过该课程设计题目自学了模拟量和数字量的转换与ADC0809芯片的基础应用。进一步，我们又安排了多路模拟量的采集与显示题目，同学们通过这一题目深刻理解了微机接口资源的分时复用。不过，限于目前实验室的条件，我们能提供给学生的硬件课程设计机会是在现有的实验平台上从事该课程设计，学生在此过程中的自我发挥也受到限制。下一步，我们考虑提供几个统一的综合性设计题目，让学生自己动手通过面包版或简单的PCB板连接自己设计的电路，进一步对控制电路方面知识达到训练，培养学生硬件开发能力及综合应用能力，对微机控制有一定的接触和理解。我院本科生积极参与大学生创新活动，结合这一契机我们积极辅导学生提供充分的实训机会。首先让学生们通过熟悉的实验平台实现扩展应用，然后移植到单片机控制板6/7上。学生通过这一训练，对微机的应用有了具体深入的认识，也激发了学生探索微机控制电路设计与编程的兴趣。以微型计算机原理及应用课程为基础，可以进一步开设单片机系统、嵌入式系统、DSP系统开发和设计课程，这些后续知识更为接近实际应用，相信会得到学生的青睐。四、机械类本科生微型计算机原理及应用课程的教学实践分析通过多年的教学实践与逐步改善，我们逐渐摸索出一套适合机械类本科生微型计算机原理及应用课程的教学方法，整体效果逐步改善。从课程理解、实验效果、课程考试以及课程设计方面都有了极大提高。课程考试和课程设计方面的提高尤为明显。图1所示为2016级近341人的考试成绩分布，其基本呈正态分布，不过考试中仍然反映出个别问题较为明显，比如学生对硬件部分理解不够好，导致高分段比例较小。五、结束语结合微型计算机原理及应用课程的教学实践及教学效果，我们针对机械类本科生制定了合适的教学方案，在提高教学水平、改善教学质量和课程建设等方面取得了一定成绩，对促进学生理解并掌握微型计算机硬件和软件知识起到积极的作用；激发了学生学习兴趣，调动了学生学习的主观能动性，对增强学生综合能力和创新能力方面7/