基于融合理念的獨(dú)立學(xué)院微機(jī)原理課程教學(xué)方法

容愛(ài)瓊 鐘書(shū)棋 呂馬仟 徐展熙 劉文達(dá) 唐明煜

摘要：針對(duì)獨(dú)立學(xué)院的微機(jī)原理課程，提出了基于融合理念的教學(xué)方法。分析了獨(dú)立學(xué)院微機(jī)原理課程教學(xué)現(xiàn)存問(wèn)題;分析了該教學(xué)方法的意義，論述了“融合式”的教學(xué)實(shí)踐。教學(xué)實(shí)踐表明，基于融合理念的微機(jī)原理課程教學(xué)方法為學(xué)生建立了課程間有機(jī)聯(lián)系的知識(shí)體系，有助于強(qiáng)化學(xué)生對(duì)知識(shí)的認(rèn)識(shí)及應(yīng)用能力、培育學(xué)生的系統(tǒng)觀念，教學(xué)效果較好。

關(guān)鍵詞：融合理念;獨(dú)立學(xué)院;微機(jī)原理;知識(shí)體系

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ?文章編號(hào)：1674-9324（2019）51-0159-02

微機(jī)原理是一門(mén)應(yīng)用性和綜合性較強(qiáng)的機(jī)電類(lèi)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程，與多門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程存在知識(shí)關(guān)聯(lián)。當(dāng)前，大工程觀培養(yǎng)與新工科建設(shè)得到教育界的廣泛關(guān)注，前者注重學(xué)科之間的交叉與關(guān)聯(lián)[1-3]，后者內(nèi)含交叉、融合、關(guān)聯(lián)、注重工程實(shí)踐、關(guān)注前沿發(fā)展等先進(jìn)理念[4-5]。對(duì)于微機(jī)原理課程，以先進(jìn)教育理論為指導(dǎo)，加強(qiáng)課程間關(guān)聯(lián)、構(gòu)筑知識(shí)體系具有較大現(xiàn)實(shí)意義。

本文結(jié)合獨(dú)立學(xué)院實(shí)際情況，提出了基于融合理念的微機(jī)原理課程教學(xué)方法。在教學(xué)實(shí)踐中，理論講授和實(shí)驗(yàn)應(yīng)用聯(lián)動(dòng)進(jìn)行，理論講授與實(shí)驗(yàn)教學(xué)同步進(jìn)行，基于“項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)型”的教學(xué)方法設(shè)計(jì)多個(gè)課題項(xiàng)目;引入單片機(jī)行業(yè)的新工具新技術(shù)，搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái);融入C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)、電工電子、自動(dòng)控制原理等多門(mén)相關(guān)課程的知識(shí)，建立較為完善的知識(shí)體系。該方法可強(qiáng)化學(xué)生的工程應(yīng)用能力，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的大工程觀具有較好的促進(jìn)作用。

一、教學(xué)方法研究背景

獨(dú)立學(xué)院的辦學(xué)定位是培養(yǎng)應(yīng)用型人才，對(duì)于工科專(zhuān)業(yè)強(qiáng)調(diào)工程教育的實(shí)踐性與學(xué)生工程應(yīng)用能力的培養(yǎng)。目前，獨(dú)立學(xué)院的微機(jī)原理教學(xué)存在以下主要問(wèn)題：（1）機(jī)電課程教學(xué)之間缺乏知識(shí)關(guān)聯(lián)，常規(guī)教學(xué)順序是“電工電子、C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)、微機(jī)原理”，不同課程往往跨學(xué)期開(kāi)展，在教學(xué)過(guò)程中缺少知識(shí)點(diǎn)的串聯(lián);（2）實(shí)驗(yàn)平臺(tái)一般采用傳統(tǒng)的MS-51系列單片機(jī)，對(duì)復(fù)雜電控應(yīng)用的適用性較差;（3）學(xué)生普遍存在基礎(chǔ)較差等問(wèn)題，缺乏知識(shí)體系的整合能力。

因此，在課程教學(xué)上，一方面須完善實(shí)驗(yàn)實(shí)踐平臺(tái)，強(qiáng)化工程應(yīng)用能力的培養(yǎng);另一方面須注重知識(shí)體系的建立，串聯(lián)多門(mén)課程之間的知識(shí)和信息。

二、基于融合理念的教學(xué)方法

1.融合理念的教學(xué)意義。對(duì)于機(jī)電類(lèi)專(zhuān)業(yè)，微機(jī)原理與多門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程存在知識(shí)關(guān)聯(lián)。良好的教學(xué)應(yīng)當(dāng)明晰不同課程的知識(shí)與信息之間的聯(lián)系，以培養(yǎng)學(xué)生的“關(guān)聯(lián)力”。

針對(duì)目前微機(jī)原理教學(xué)中存在的問(wèn)題，基于融合理念的教學(xué)方法可通過(guò)建立較為完整的知識(shí)體系、實(shí)施融合式教學(xué)來(lái)破解不同課程之間的“知識(shí)壁壘”，讓學(xué)生在相關(guān)課程有機(jī)聯(lián)系的知識(shí)體系中進(jìn)行學(xué)習(xí)，如圖1所示。促進(jìn)相關(guān)知識(shí)的融會(huì)貫通，對(duì)于具體一門(mén)課程而言可起到強(qiáng)化記憶、強(qiáng)化認(rèn)識(shí)、強(qiáng)化應(yīng)用的作用，對(duì)于知識(shí)體系而言可幫助學(xué)生建立課程交叉、知識(shí)融合的意識(shí)，有助于培養(yǎng)學(xué)生的“大工程觀”。

2.理論、實(shí)驗(yàn)、課程項(xiàng)目三者融合。教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是“先完成全部理論后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)”，還是“先完成部分理論再完成對(duì)應(yīng)實(shí)驗(yàn)”，都存在理論與實(shí)驗(yàn)在時(shí)空和銜接上分離的問(wèn)題。理論與實(shí)驗(yàn)往往由不同教師完成，在知識(shí)講授上缺乏銜接。而以設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)為牽引，促使學(xué)生自主學(xué)習(xí)的教學(xué)方法在獨(dú)立學(xué)院實(shí)行具有一定的難度。

因此，對(duì)于獨(dú)立學(xué)院，須要將理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)實(shí)踐緊密融合在一起，如圖2所示。將理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)統(tǒng)一安排在多媒體教學(xué)機(jī)房;每?jī)擅麑W(xué)生為一組，分配一套自制的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，包括一塊STM32單片機(jī)最小系統(tǒng)板、一個(gè)仿真器、一塊電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)板、一套智能小車(chē)平臺(tái)，如圖3所示;結(jié)合單片機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)講授理論知識(shí)，并在課堂上指導(dǎo)學(xué)生完成基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)“理論知識(shí)即學(xué)即用”，幫助學(xué)生快速入門(mén)。完成入門(mén)后，采用“項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)型”教學(xué)方法，設(shè)置多個(gè)課程項(xiàng)目以培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。

當(dāng)前單片機(jī)行業(yè)發(fā)展迅速，對(duì)此全面試行以ST公司32位單片機(jī)為教學(xué)工具的課程改革，芯片型號(hào)為STM32F103VET6。與MS-51相比，選用STM32具有以下優(yōu)勢(shì)：ST公司提供了豐富的函數(shù)庫(kù)，容易入門(mén);ST公司開(kāi)發(fā)了新工具STM32CubeMX，可自動(dòng)生成寄存器配置代碼;國(guó)內(nèi)學(xué)習(xí)STM32的資源非常豐富，便于學(xué)生自學(xué)自練。

3.C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)與微機(jī)原理融合。對(duì)C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)與微機(jī)原理兩門(mén)課程進(jìn)行融合教學(xué)，具有以下優(yōu)點(diǎn)：?jiǎn)纹瑱C(jī)程序設(shè)計(jì)提供了一個(gè)貼近工程應(yīng)用的編程對(duì)象;C語(yǔ)言課程為學(xué)生理解和應(yīng)用ST公司基于C語(yǔ)言的函數(shù)庫(kù)準(zhǔn)備了基礎(chǔ)知識(shí)，可改善微機(jī)原理教學(xué)效果。

在課程安排上，C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)在前，微機(jī)原理緊接其后;在教學(xué)內(nèi)容上，微機(jī)原理使用C語(yǔ)言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。

4.電工電子與微機(jī)原理關(guān)聯(lián)?？紤]到獨(dú)立學(xué)院學(xué)生的實(shí)際情況，對(duì)微機(jī)原理所涉及的硬件電路知識(shí)采用“迂回式教學(xué)”。教學(xué)初期，不深入講解硬件電路方面知識(shí)。在完成微機(jī)原理基礎(chǔ)理論的講授和主要模塊的實(shí)驗(yàn)后，大部分學(xué)生已完成微機(jī)原理的入門(mén)，此時(shí)以單片機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)為對(duì)象，對(duì)原理圖中所涉及的電工電子知識(shí)進(jìn)行適時(shí)講解，為學(xué)生建立以單片機(jī)為核心的電子控制系統(tǒng)硬件部分的知識(shí)體系，如圖4所示。

5.自動(dòng)控制原理與微機(jī)原理關(guān)聯(lián)。單片機(jī)在各類(lèi)自動(dòng)控制系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。自動(dòng)控制原理與微機(jī)原理這兩門(mén)課程存在較大聯(lián)系，但前者知識(shí)點(diǎn)比較抽象，單純進(jìn)行課堂講授，學(xué)生較難理解。

對(duì)此，以課程項(xiàng)目的形式，指導(dǎo)學(xué)生利用單片機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行智能小車(chē)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制等實(shí)驗(yàn)。結(jié)合具體控制應(yīng)用，講授閉環(huán)系統(tǒng)、反饋控制、PID算法、穩(wěn)態(tài)分析和動(dòng)態(tài)分析等教學(xué)內(nèi)容和知識(shí)點(diǎn)，便于學(xué)生理解自動(dòng)控制原理。

三、結(jié)語(yǔ)

常規(guī)微機(jī)原理課程教學(xué)缺乏融合和關(guān)聯(lián)，本文針對(duì)獨(dú)立學(xué)院實(shí)際情況，提出了基于融合理念的教學(xué)方法。在教學(xué)中以微機(jī)原理課程為關(guān)聯(lián)中心，融入了多方面的知識(shí)和信息，取得了較好的教學(xué)效果，今后將進(jìn)一步改進(jìn)和推廣。

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