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机械类微机原理和单片机课程教学探讨
摘 要：本文结合非 计算 机类各专业的计算机 教育 ，针对机械类微机原理和单片机课程的教学 方法 、手段进行探讨。提出一种侧重实际 应用 的 学习 ，从实际入手，注重掌握其应用方法和技能的教学方法。教学方法的改革实践证明，该教学方法实际可行并取得良好的效果。
关键词：教学方法 教学手段 机械类 微机原理和单片机课程
一、引言
计算机基础教育是面向非计算机类各专业学生的计算机教育<1>。与其它传统的基础课如数学、物理、化学、外语等一样，计算机基础教育已成为大学本科生基础教学的重要组成部分。计算机基础教育大致可分为三个层次：计算机文化基础、计算机技术基础和计算机应用基础。计算机文化基础课程是为了培养人们的计算机认识，课程不主要讲解计算机基础知识和基本操作技能。计算机技术基础课程则是为学生后续课程学习、毕业设计以及计算机应用开发打下一个较为全面的基础，课程主要讲解计算机中软件、硬件的基础知识。计算机应用基础课程则是针对当前计算机的主要应用领域，讲述一些必要的知识、方法和技能，以解决实际 问题 。
《微机原理与应用》和《单片机原理与接口技术》课程是机械类各专业所开设的课程，分别属于计算机技术基础和计算机应用基础层次。本文讨论了有关机械类《微机原理与应用》和《单片机原理与接口技术》课程的教学方法和教学手段。
二、机械类微机原理与应用和单片机原理及接口技术课程的教学特点
(一) 课程 内容 简介
《微机原理与应用》课程内容主要包括：计算机的基础知识(计算机的 发展 概述、计算机中的数、无符号二进制数的算术运算和逻辑运算、带符号二进制数的表示及运算、二进制编码)、8086/8088微型计算机基础知识(微型计算机基本结构、8086/8088微处理器、8088的外部引脚及其功能、8086/8088的功能结构、8086/8088的存储器组织、8086/8088的工作时序)、8088/8086的指令系统、汇编语言程序设计、中断技术等。课程详细地讲述8088/8086微处理器的编程结构及8088/8086的汇编语言编程技巧。微机原理与应用课程为以后从事机电控制技术以及微机的应用打下一个较为全面的基础。
《单片机原理与接口技术》课程内容主要包括：mcs-51系列单片机的硬件结构、组成原理、寻址方式、指令系统、扩展技术、中断系统机制、定时器、计数器、串行通信接口技术等。课程详细地讲述mcs-51系列单片机汇编语言的编程技巧，重点阐明单片机的扩展方法及组成单片机应用系统的设计技术。单片机原理及接口技术课程为以后从事自动控制、智能仪器仪表、机电一体化技术以及各类单片机的应用打下一个较为全面的基础。可以说《单片机原理及接口技术》课程是提高单片机应用设计能力，适应 科学 技术和 经济 发展的重要保证。
(二)课程内容教学特点
随着21世纪科学技术高速发展，新能源、新技术不断出现，尤其是信息处理和控制技术的飞速发展，使得传统的机械产品正逐渐向高度自动化机械产品转换。可以说纯机械产品已逐渐被机电系统所取代，机电系统是机械设备和电气动力相组合的系统，而 目前 所有的机电系统都是基于计算机控制技术来实现的，所开发的 机电产品的控制系统都是以计算机控制技术为基础的，控制系统的发展方向是智能和柔性。由此可知，《微机原理与应用》和《单片机原理与接口技术》课程是掌握高新科学技术的基础。
从《微机原理与应用》和《单片机原理与接口技术》课程内容可以看出，两门课程具有很多的共性知识，其重复面较大。这主要表现在以下几个方面：
第一是两门课程均为技术基础类课程，其先修课均为 电子 技术基础课，可以说两门课均为复杂同步时序逻辑电路的应用，应归属于电子技术应用范畴，所以学好电子技术基础课将有助于这两门课程的学习。
第二是两门课程体现着强烈的概念性、抽象性和原理性，两门课程均强调硬件结构加上软件的执行构成的微机原理。
第三，两门课程同时也是实践性很强的课程，有一定的实用技能，在学习过程中应充分注重 理论 与实践相结合，软件与硬件相结合，只有这样才能学到真正的知识。
鉴于以上的课程内容教学特点，为更好地指导学生理解、领会和掌握《微机原理与应用》和《单片机原理与接口技术》课程内容，以便培养出更多的从事机电控制技术人才。
三、机械类微机原理与 应用 和单片机原理及接口技术课程的教学 方法 、手段探讨
(一)合理取舍教学 内容 、注重对学生 学习 能力的培养
《微机原理与应用》和《单片机原理与接口技术》课程内容具有很多的共性知识，其重复面比较大。为了避免课程内容的重复，应合理取舍教学内容、注重对学生能力的培养，以弥补技术基础课学时短、内容多，学生难以在课堂内准确理解、全面接受教学内容之不足。
《微机原理与应用》课是机械工程与自动化学院开设的技术基础平台课，课程讲授要分清哪些内容是 目前 暂时可以不学而留待以后学习，哪些内容是主要的，哪些内容是次要的。决不能“眉毛胡子一把抓”，不加 分析 、不分主次，使学生难以入门。例如：本课程针对学生的课程设置情况和所学内容在讲解 计算 机基础知识的内容时，对于计算机 发展 概述的内容因在计算机文化基础课已经讲述，所以就不再重复讲述。可以利用此学时重点去讲解计算机的工作方式有关的内容，使学生了解逻辑处理的三种实现方式(硬件布线逻辑方式、可编程逻辑控制方式和程序存储式的自动工作方式)，这样就使学生在课程开始就对计算机的认识上，上升了一个层次，从宏观上了解计算机的用途，达到引人入境之感。再例如，对关于机器数与真值的概念讲解，强调“人为约定”的概念，机器数是人为约定的二进制数。再例如，讲解补码时，也决不能笼统说，而是重点讲解模的概念，突出模是一个进位数。以上的举例只是在第一章中的几个例子，通过教学的实际证明，学生得到很好的效果，重点突出了对学生学习能力的培养。
(二)增加课程的实践教学环节
对于计算机知识的学习有两种不同的学习方法：一种是侧重知识的学习，从原理入手，注重 理论 和概念;另一种是侧重应用的学习，从实际入手，注重掌握其应用方法和技能。不同的人应根据其具体情况选择不同的学习方法。对于非计算机专业的学生显然应当采用后一种学习方法。
为了提高学生的实际应用能力，课程教学尽量增加实践教学环节。应当指出，检察学习的好坏的标准，不是“知道不知道”，而是“会不会用”，学习的目的全在于应用。所以，课程多注重实践环节，在《微机原理与应用》课程的指令系统讲解中，首先引导学生多上机练习，使学生不满足于“上课能听懂、教材能看懂”。有一些 问题 ，别人讲半天也不明白，而自己上机练习就清楚了。这就是增加课程的实践教学环节的目的。
(三)增加实例以拓宽学生的知识面
在机电一体化系统课程、机电一体化系统课程设计，以及机电方向学生的毕业设计等教学环节中，大量需要典型的微机知识、接口以及编程技术。尤其在毕业设计方面，学生由于此方面的欠缺，对于有关机电课题方面的毕业设计，往往在完成机械设计以后，很难很好的完成机电结合的部分。针对这些情况，机械工程与自动化学院领导以及带机电毕业设计方面的老师一致认为应加强有关 电子 设计、应用方面的环节。为此课题在以下几个方面进行改进：
第一、改革《微型计算机原理与应用》、《单片机原理及接口技术》课程的教学，开设cai教学;
第二、加强《单片机原理及接口技术》课程的实践教学环节，完善和开放机电控制实验室;
第三、设计制作单片机应用系统的典型环节，如a/d、d/a、键盘、数码和lcd显示、通信、步进电机控制等模块;
第四、力争多开设《单片机原理及接口技术》课程的综合实验课，为后续的毕业设计以及机电方面的学生就业打下坚实的基础。
四、结束语
经过两年来的课程教学实践改革后，《微机原理与应用》和《单片机原理与接口技术》课程教学可以说取得了较好的效果。使学生侧重应用的学习，从实际入手，注重掌握其应用方法与技能。正是课题组的共同努力，设计制作单片机应用系统的典型环节，如：a/d、d/a、键盘、数码和lcd显示、通信、步进电机控制等模块，使得机械工程与自动化学院的学生在2005年全国大学生电子设计大赛辽宁赛区获得二等奖、三等奖各一项。也正是课题组的共同努力，让得学生自愿走近实验室，主动利用实验室的资源设计开发一些综合性的试验。
最后，相信只要我们能够全身心的投入到课程教学改革实践中，不断 总结 教学经验，那么就一定会在今后的教学实践中取得丰硕的成果。
参考 文献
<1> 冯博琴，《微型计算机原理与接口技术》， 北京，清华大学，2003年2月
<2> 李文英，《微机原理与接口技术》，北京，清华大学，2001年9月
<3> 林全新，《单片机原理与接口技术》，北京，人民邮电，2002年2月
<4> 李朝青，《单片机原理与接口技术》，北京，北京航天大学，2001年6月
地方高校机械类专业实践教学体系构建研究
摘要：针对地方高校机械类专业的特色和人才培养目标，建立了“一条线、双导师、三阶段、四层次、七模块”的实施实践教学体系，并探讨了该实践教学体系的具体实施方案，旨在能够真正培养出高质量，且能适应地方经济发展和社会进步需求的机械工程专业应用型创新人才。
关键词：机械专业;实践教学;地方高校
中图分类号：g642.4 文献标志码：b ?摇文章编号：1674-9324(2014)03-0236-02
如何准确定位人才培养目标，科学合理构建实践教学体系，实现教学、科研和生产有机结合，培养出高水平应用型创新人才，是地方高校亟待解决的问题[1]。长沙理工大学机械设计制造及其自动化专业的培养目标是“立足于国家及地方经济建设和行业发展的需要，培养基础宽厚、实践动手能力强、综合素质高、视野开阔、具有创新精神和社会责任感的应用型人才”，专业特色是“强化工程实践与动手能力，培养面向基层的高级应用型人才”[2]。基于此，我们在机械类专业实践教学中采取了一些措施，进行了大量探索，构建了促进学生理论联系实际、学以致用的实践教学体系。
一、“一条线、双导师、三阶段、四层次、七模块”实践教学体系的构建
实践教学是机械专业教学活动中的一个非常重要的环节，对培养学生的认知能力、创新能力和动手能力起着十分重要的作用。实践教学是巩固理论知识的有效途径，增强对生产实际感性认知的重要手段，是培养具有创新意识的高素质工程技术人员的重要环节，是理论联系实际、培养学生掌握科学方法和提高动手能力的有效方法。机械专业属于交叉专业，涉及到机、电、液、控制工程和力学等多学科知识，知识面广，技术更新换代频繁。这就要求培养的人才具有较宽的知识面、较强的适应能力，并且具有较扎实的工程实践能力。目前，机械类专业实践教学环节通常包括课程实验、金工实习、课程设计、生产实习、毕业实习、毕业设计等。这种实践教学方法是高等工科院校多年积累形成的，对学生工程实践能力的培养起到了很大作用。但是，随着科技的发展，有些学者认为该教学方法在实施过程中逐步暴露出一些问题[3]，例如有些实践环节相互独立、自成体系，缺乏层次性，有些实践环节内容还出现一些重复。基于此，我们对机械专业工程实践进行了长期的探索和实践，充分考虑各个环节之间的衔接、交叉与融合，提出了“一条线、双导师、三阶段、四层次、七模块”的实践教学体系。“一条线”的特点是将各实践教学环节视为一体，按照实践能力培养进行安排，大学学习期间实践能力培养不断线。“双导师”是指校内教学与实践经验丰富的教师和企业的高级工程师或正在承担新产品研发的技术人员共同指导实践教学工作。“三阶段”是将实践教学环节分为网上调查、定点实习和自助实习三个阶段。“四层次”是指基础知识培养层、专业知识培养层、创新能力培养层和工程能力培养层。“七模块”包含基础实践模块、专业实践模块、创新训练模块、科研训练模块、工程认知实践模块、工程项目实践模块和工程岗位实践模块。该实践教学方法使得课程实验、工程训练、创新训练和综合素质训练有计划、分步骤地融入到各个实践教学环节中，对培养应用型创新人才的综合素质、工程实践能力和创新能力具有重要意义。
二、实践教学体系的实施方案
“一条线、双导师、三阶段、四层次、七模块”实施教学体系主要包含校内实验、校内实习和校外实践等三部分，为了有效地体现产学研合作教育平台的作用，我们采取了如下具体实施方案。
1.校内实验。校内实验分为验证性实验和开放性实验，由基础实践模块和专业实践模块组成。各模块实验内容包含专业认知、课程实验和课程设计等，属于基础知识和专业知识培养层。校内实验通常是采用由专业老师和实验员共同指导的双导师制。专业认知一般是放在进校第一周，包含“我的大学起航”动员大会、实验室参观，主要目的是增强学生对专业的认知和热爱。课程实验根据课程的设置分布在各个学期，主要包括机械制图测绘、机械设计基础实验、机械原理实验、几何精密仪器测量技术实验、液压与液力传动实验、测试技术实验、互换性与技术测量、机电传动与控制实验、金属切削技术及设备实验、工程材料及热成型工艺、工程机械应用技术和工程机械底盘构造实验等。主要目的是使学生通过参观实物和动手拆装等活动，加深对机械结构和机械装备的感性认识。课程设计大多分布在大二、大三学年，主要包含机械原理课程设计、机械设计课程设计、专业课程综合实验和机械制图综合训练等环节。主要目的是使学生了解机械产品关键零部件结构设计的基本工程知识与过程，培养学生树立工程观念，增强解决实际工程问题的能力。此外，开放专业实验室，探索开放性实验教学模式，让学生充分利用实验设备进行有益的实践活动，探索感兴趣的课题，增强学生分析问题、解决问题的能力。
2.校内实习。校内实习包含创新训练模块和科研训练模块，各模块实验内容包含金工实习、技能竞赛和助研实习等，属于专业知识和创新能力培养层。校内实习通常是由专业老师和实验员共同指导。金工实习一般放在第三个学期，在学校机械工程训练中心进行，主要包含钳、车、刨、焊、铣、磨、钻、电火花等加工环节，主要目的是培养学生的动手能力、专业技能和创新能力。鼓励、引导和组织学生参加各种技能竞赛，主要目的是以竞赛为平台，使学生亲自体验机械产品认知过程，综合运用所学知识解决实际问题，达到学以致用的目的，同时还可以培养学生认真工作和踏实做事的态度，也能提高学生与人交往、协作的能力，培养团队合作精神。助研实习通常是高年级学生根据自己的兴趣和爱好，利用课余时间进入实验室，参与教师研究团队中的科研项目，助研实习阶段，采取老师和研究生双导师的方式进行培养。科研工作是实验的延伸与深化，让学生运用现有的理论知识对实验现象进行解释，能使学生的综合能力得到飞跃性提高。
3.校外实践。校外实践环节分为工程认知实践、工程项目实践和工程岗位实践等三个模块。各模块实践内容主要包含企业参观实习、生产实习、企业讲座、假期实践、岗位实践、毕业实习和毕业设计等教学环节，属于创新能力和工程能力培养层。校外实践通常是由专业老师和企业技术人员共同指导。主要目的是了解企业文化、研发、生产、销售和售后服务等流程，了解机械企业的组织架构、各部门之间协同创新的关系，深入一线了解工程中存在的实际问题，运用所学的书本知识提出相应解决问题的方案。毕业设计课题来源于企业生产实际，由企业和学校协商后共同制定毕业设计题目。毕业设计阶段，学生可以待在企业，直接参与企业产品研发的一些初级工作，如查阅资料、部件的设计，参与产品的总体设计、生产工艺设计、产品调试等工作，在企业完成毕业设计任务。从而使学生能够有效结合生产一线，培养其独立发现问题、提出问题、分析问题以及解决问题的能力，培养学生的创新意识和团队合作意识。总之，实践教学是一个完整的体系，在具体实施过程中需要根据学生不同时期的理论知识背景，开展相应的实践教学活动，各个实践教学环节相互穿插、相互补充、相互衔接、相互协同地进行，通过这种循序渐进的实施方式，提高学生的工程意识和创新意识。
根据长沙理工大学机械设计制造及其自动化专业的特色和人才培养目标，结合湖南省打造“工程机械之都”这一经济建设和社会发展实际，在产学研合作教育大趋势下进行了实践教学改革，提出了“一条线、双导师、三阶段、四层次、七模块”的实施教学方法，建立了与生产实际紧密结合的实践教学体系，推进了人才培养与企业发展相适应的模式，从而真正能够培养出高质量，且能适应地方经济发展和社会进步需求的机械工程专业应用型创新人才。
参考文献：
[1]董明晓，李瑞川，张明勤，张瑞军.地方高校机械工程专业产学研合作教育模式下实践教学改革[j].教育教学论坛，2013，(9)：49-51.
[2]吴康雄.机械设计制造及其自动化专业认证自评报告[m].长沙理工大学，2013.
基金项目：本论文获长沙理工大学2011年教研教改项目支持(项目编号：jg1134，jg1135)。
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