兴趣导向的《微机原理与控制技术》课程教学改革探讨

摘要：针对通过学生调查问卷发现现有的《微机原理与控制技术》课程存在教学内容庞杂、知识内容理论性过强、实践性不够、学生对重点和脉络难以把握、以死记硬背为主等问题，通过改革课程知识体系，改良教学内容，采用兴趣导向的启发式教学方法，完善配套的实验，切实提高该课程教学的灵活性和开放性，调动学生的主观能动性，激发学生学习“微机原理与控制技术”的热情，提高学生的微机控制工程实践意识和动手组装简单微机控制系统的能力。

关键词：《微机原理与控制技术》；工程实践教学；兴趣导向；启发式教学

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）53-0128-02

《微机原理与控制技术》课程是为满足计算机应用领域对计算机应用人才的需要而设置的，属于计算机科学与技术专业本科阶段的专业必修课程，也是相关工程类专业学生的一门重要课程[1]。该课程在我校机械设计及自动化、机械制造及自动化、机械测试等专业经过了长期的建设，在课程体系、实验设备、教学方法与手段、师资队伍、教材等各方面积累了较为雄厚的基础。主要教学内容由“微机原理”和“微型计算机控制技术”两部分结合而成。其内容包括微型计算机原理及常用接口技术、汇编语言程序设计、计算机控制技术等方面。该课程涉及的相关知识范围很广，如模拟电路、数字电路、自动控制理论和计算机相关内容。根据笔者以往教学效果的反馈和对学生学习情况的调研，本课程当前存在的问题有以下四点：（1）课程的知识内容繁杂冗长，理论性过强，连贯性和逻辑性不强，导致学生对该课程的学习感觉压力大，缺乏信心、耐心和兴趣；（2）汇编语言程序学过后，学生评价是晦涩难懂，不知道为什么学，做什么用，非常迷茫；（3）配套验证性实验内容阻碍了发散性的思维。（4）教学方法和考核方式陈旧导致学生习惯于死记硬背，以应试为目的学习这门课程。鉴于这些原因，必须进行《微机原理与控制技术》课程的教学改革。

一、改革课程知识体系，改良教学内容

1.坚持工程教育与创新教育相结合，加强基础，强化工程，激发兴趣。笔者在第一堂课上，展示美国“Big Dog”机器人视频，告诉学生该机器人涉及的微机控制相关技术；通过讲解NI公司的“铅笔自动分拣”视频案例，让学生对于检测环节、控制环节有直观的认识；另外，“电锯紧急制动”视频案例也生动、形象地凸显了微机控制的重要性。在第一堂课上就让学生看到该课程涉及到的技术的应用前景，体会到在应用该课程的知识解决具体工程技术问题的乐趣，进而提高学生的学习兴趣、积极性和学习质量。

2.教学体系改革。为了提高教学内容的系统性，在该课程之前要求学生先修《计算机基础》、《自动控制原理》、《模拟电路》、《数字电路》及《传感器技术与应用》等课程[2]。《微机原理与控制技术》课程的开设时间在上述课程之后，这样，课程理论讲解过程涉及到数制、拉式变化、电路的相关内容，学生已经比较熟悉，讲解可以侧重于离散化控制系统的相关理论，如Z变换、数字控制器的模拟化设计与数字控制器的直接设计上，注重理论授课过程与教学案例的结合，缩减纯理论的授课时间，实现与传感技术、自动控制、模拟电路和数字电路等课程内容的结合。该课程可以为后续“单片机原理与应用”奠定基础。配合该课程的理论教学，开设微机接口应用试验、步进电机实验、温度测控试验及工程训练内容，达到理论知识的灵活运用，巩固教学成果。

3.教学内容改革。“微机原理与自动控制技术”课程的任务是使学生在掌握微机原理的基础上，对以前所学电类课程知识有更加深入的理解和综合运用的能力，并对微机系统及其控制应用有足够的理解，为学生建立机电结合的知识结构奠定基础。具体教学内容安排如下：①微机原理与接口技术。该部分教学内容安排如下：微型计算机的基本结构及工作原理；半导体存储器的特点、分类及应用；可编程并行接口8255的功能与接口方法；可编程串行接口8251；可编程定时器/计数器接口8253；可编程中断控制器接口8259的功能及与8086/8088微处理器的中断配合应用等知识简单掌握；重点掌握A/D和D/A接口的程序控制；输入输出接口与过程通道的功能及主要分类；典型电路的使用；常用抗干扰技术的原理与应用；常用传感器工作原理及测量数据预处理技术。②数字程序控制和数字控制器的设计。首先以典型的矩阵式顺序控制器、继电接触控制、可编程序控制器及微型计算机顺序控制器为例讲述顺序控制。其次介绍数字程序控制原理，接下来讲述数字控制器的模拟化设计和离散化设计。重点讲述PID控制器，包括PID控制器的控制算法、数字PID控制器的改进、PID控制器的参数整定等。最后简单讲述工程中会遇到的最少拍控制、纯滞后控制、串级控制、前馈控制及解耦控制等。③计算机控制系统的工程实现。在计算机控制系统的工程实现中，摒弃原有的晦涩难懂、应用性不强的汇编语言程序设计，学生可以利用已学的《C语言》来实现汇编语言同样的功能。该部分授课以案例教学为主，讲解城市交通管理控制系统分析与设计，该案例让学生模拟实现；啤酒发酵过程计算机控制系统，重点让学生了解传感器、执行器等元器件的选型、控制算法的设计、系统接口电路的制作、硬件设计和软件设计。结合实际课题，讲解本人团队所研发的微型铣床的控制系统，带学生现场参观。通过这部分的学习，让大家知道该课程的工程实际用途。④增加实践教学环节，可以把“微机原理与控制技术”的实践教学分成实验教学和工程实训教学两个主要的环节。实验教学训练学生的创造力。设计一个基于微机的具有A/D和D/A功能的信号测控装置[3]。要求该信号测控装置能够接入典型传感器、变送器信号，同时可输出标准电压/电流信号，并满足抗干扰、通用性、安全性、性价比等原则性要求。工程实训教学依托工程训练中心和本人所在的科研实验室，让学生自主完成一个计算机控制系统的分析、设计、安装和调试。

二、提升实践能力的启发式教学方法研究

丰富课堂教学手段，梳理日常教学脉络，完善教学日历。探索一套与课程体系、内容和结构相辅相成的教学模式，以启发式教学为重点，采用先给出问题，再回到理论，最终落到工程应用和实际；先从个别现象，再到一般情况；先从添补必要的零散知识，再到构建出整体的知识系统，使学生从宏观上掌握这门课程的核心理念和应用环境，从微观上拥有运用这类知识的理念、方法和手段。尝试将实验设备和微机设备引入教室（或者将课堂转移到工程训练中心或实验室），辅以具体的项目案例，边讲解边演示边练习，产生情景教学的效果[4]。教学中摒弃“填鸭式”的教学方法，而采用“吸引式”和“诱导式”的教学方法。采用视频、动画、讲解、实训、讨论等多种教学方式，教学方法和教学手段根据课程内容灵活调整，以充分调动学生的学习积极性，提高学生的逻辑思维能力和实践动手能力，提高授课效率，并最终形成生动形象、手段丰富、与知识内容相匹配的多样化授课和学习方式。增加实际工程案例视频，增加各种创新小制作视频，丰富完善本课程的教学课件。广泛收集NI公司的视频资料、兄弟院校相关精品课件及工程实际案例等来不断丰富、完善本课程的多媒体教学课件[5，6]。在日常的教学生活中，分配好不同课时的教学内容和教学任务，针对具体的知识内容采用最有效的教学手段和教学方法，将教学改革具体深入到每一个课时的每一个单元的教学环节上，让整个教学流程脉络更加清晰，层次更为分明，最终达到以整体教学思路带动局部教学环节、以局部教学环节的完善提高整体教学质量和效率。本课程教学中的图表示例比较多，比如系统结构框图、系统动态过程的响应波形、基本单元的控制电路等，因此在教学中利用多媒体等手段，结合MATLAB工具进行仿真教学，不但可以增加教学的信息量，而且对插图和课程中的重点和难点反复地进行指点和回顾，便于学生理解和掌握课程内容。另外，学生可在计算机上进行仿真实验，观察控制效果，有利于提高课程的教学质量，增强学生解决实际工程问题的能力，也能节省实验设备的投资。

《微机原理与控制技术》是一门集理论、实践、应用于一体的核心课程，笔者通过学生调查问卷发现：现有的《微机原理与控制技术》课程存在教学内容庞杂、知识内容理论性过强、实践性不够、学生对重点和脉络难以把握、以死记硬背为主等问题。通过改革课程知识体系，改良教学内容，采用提升实践能力的启发式教学方法，完善配套的实验，切实提高了该课程教学的灵活性和开放性，有效减少了学生对该课程的畏难情绪，激发了学生对相关知识的学习兴趣，充分调动了学生的主观能动性，提高了学生的工程意识和实践能力。

参考文献：

[1]李春叶，秦文萍.培养学生创新能力的微机控制技术实验教学研究[J].中国电力教育，2011，（19）：140-142.

[2]陆锋，陈桂，林健.自动化特色专业控制类专业课程改革探讨——以“计算机控制技术”课程改革为例[J].中国电力教育，2011，（13）：58-59.

[3]侯一民，史冬琳.《计算机控制系统》课程设计改革研究[J].课程教育研究，2013，（9）：90.

[4]张雪征.微机原理与接口技术课程教学方法探讨[J].高等教育研究，2011，28（3）：37-38.

[5]吴东华.《微机原理与接口技术》课程教学方法改革初探[J].教育教学研究，2011，7（12）：120-121.

[6]尹晓君.微机原理教学方法探讨[J].高等教育研究，2001，11（4）：55-56.