微机原理课程设计的改革与实践

微机原理课程设计的改革与实践
摘要：本文以天津大学电气与自动化工程学院开设的微机原理课程设计为例，将GPS（全球定位系统）、LCD（液晶显示系统）、LED（发光二极管）等紧密结合学科前沿和工程实际的技术引入课程设计，构建了多种新的微机接口综合设计系统；不断更新和优化课程设计内容，开发高水平的综合设计项目，增设综合设计扩展选题；创新教学方法和手段，注重引导，激发学生的创造激情和对知识的渴望；将创新性与工程规范纳入考核体系，改革考核和成绩评定方法，注重课程设计过程考核，取得了较好的实践效果。

关键词：微机原理；课程设计；教学方法；考核体系
课程设计是一种课程形式，也是一种教学方法[1]，其基本教学目的是加深学生对课程基础理论和基本知识的理解与掌握，培养学生综合运用基础理论和技能分析与解决实际问题的实践能力以及勇于探索的创新精神。

微型计算机原理与接口技术是计算机硬件基础的重要组成部分，是高等学校很多专业都开设的一门基础性课程，也是一门应用性、实践性很强的课程。

由于其开设量大，受益面广，国内高校都加强了该课程的建设，深化课程改革。

一方面，缩短了课堂授课学时，加大实验学时，特别是加大课程设计学时；另一方面，加大课程设计的改革力度，不断更新设计内容，改革教学方法和考核方法，突出学生的自主性、主动性，激发学生的创新意识，注重学生设计能力的培养和工程能力的训练[2]。

天津大学电气与自动化工程学院开设的微机原理课程设计，基于多个围绕微机原理课程设计的天津大学教改课题的实践成果，结合学科前沿和工程实际，创新微机原理课程设计平台，不断优化和更新设计内容。

结合学生特点和兴趣，注重引导、激发学生的创造激情和对知识的渴望，创新教学方法和手段。

并且将创新性与工程规范纳入考核体系，改革考核和成绩评定方法，引导学生从注重结果转变到注重过程，从注重成绩转变到注重成效。

一、创新微机原理课程设计平台与内容
1.微机接口实验系统综合设计项目开发
基于“通用微机接口实验系统”，利用实验系统的外扩展接口，开发利用各种外扩展板，构建多种新的微机接口综合设计系统。

主要包括以下几个方面：（1）开发了GPS（全球定位系统）导航系统扩展实验板[3]，并与“通用微机接口实验系统”系统连接，以及与液晶显示系统或LED键盘控制实验板互联，构成全新的综合设计实验系统。

设计并开设基于导航系统实验扩展板的综合设计性实验，与学科前沿相结合，增加了设计深度与广度，丰富了实验教学内容。

（2）实现了“通用微机接口实验系统”与LCD（液晶显示系统）连接[4]。

新的实验系统可完成主要内容包括各种字符与图形的编程与显示、薄膜按键开关实验等。

实验系统还可与电机等执行元件相连，通过编程在液晶显示器上显示输入输出及控制和执行信息等综合设计性实验内容。

（3）实现了“通用微机接口实验系统”与LED（发光二极管）键盘控制实验板的连接[5]。

该实验系统通过8279芯片等的应用完成了综合设计性实验题目的开发，主要包括总线控制以及对控制对象进行显示、管理和操作，使课程设计内容更符合电气与自动化专业对控制技术的要求。

（4）学生自主进行创新设计。

实验室提供红外收发、温湿度或压力传感器等实验扩展板及相关技术资料，在课程设计中学生利用实验室的各种设备与“通
用微机接口实验系统”相结合，自定课题进行创新设计与实践。

2.微机接口实验系统综合设计性实验应用
拓展设计内容，更新设计项目，做好设计实验之间的科学衔接，使学生在课堂上更多地接触前沿技术，为他们未来接触工程实际奠定良好的基础。

注意将本课程所学知识与“电子技术”、“自动控制原理”、“检测技术”和“机器人学”等相关课程内容融会贯通，提高学生综合运用和工程应用能力。

（1）课程设计内容的设立。

根据微机原理课程设计的要求，不断进行实验系统选题的设计与开发，精心设计课程设计内容，注重先进性和开放性，并与学科的前沿技术相结合，在课程设计的综合性、设计性环节给予学生更多的选择。

设计课题包括基础性选题和扩展性选题两部分。

基础性选题主要包括：自定义字符显示编程，汉字字符显示编程，图形显示编程，特效显示编程，总线控制LED显示实验，微机接口、键盘、LED综合实验，GPS通讯实验，GPS编程实验，GPS手持机实验，各种外扩展板设计实验。

这些设计内容与微机接口技术紧密相关，并具有一定的深度与广度，同学们通过硬件连接、软件设计，软硬件调试完成集采集、显示、存储等功能于一体的设计内容。

同时，我们还给出了多个综合设计性扩展选题。

此类选题没有固定的要求，只是给出一些提示，学生可以根据自己的设想进行硬件选择、软件设计，达到自己的设计目标。

极大地发挥了学生的主观能动性和创新性。

（2）课程设计教程的编写。

微机原理课程设计综合设计性选题的主要知识点依托微机原理接口技术并结合与之相关的学科前沿。

为此，根据课程设计要求，编写了相关的设计教程，提供参考文献与网站，使学生在实验前对相关的扩展知识有个初步了解。

根据历届学生的具体情况，教师不断总结实践教学经验，逐步完善指导书的编写，使之更适应于学生的实践与创新。

在指导书编写中按知识点模块化编写，设计实验内容从易到难编排，每个设计实验都给出了预习要求和达到目标。

对于创新性设计实验我们给出一部分选题，同时鼓励同学们结合系统，将扩展板进行多种组合，自己设计课题，进行实践创新。

二、探索新的实践教学方法和手段
1.加强引导与鼓励，激发学生的创造激情和对知识的渴望
在微机原理课程设计教学实践中，首先了解不同学生的特点和学习兴趣，在此基础上有针对性地指导学生选题及团队组合。

在设计过程中，鼓励学生独立思考，通过网络、图书馆、资料室等各种渠道进行信息检索和资料查询。

教师在指导实验时，从实践应用的角度出发去引导学生的设计方法和技术路线，注重培养学生发现问题、思考问题及解决问题的方法和思路以及创新意识。

教师在课堂上注重学生课程设计过程，鼓励学生以灵活多样的方式和不同的角度完成自己的选题，激发学生的创造激情和对知识的渴望，促使学生从“要我学、要我做”转变为“我要学、我要做”。

2.改革课程设计考核和成绩评定方法
在课程设计的考核中将创新性与工程规范纳入考核体系。

指导教师从出勤次数、软硬件设计、上机调试、预习（第一次实验时检查流程图、源程序）与总结报告、创新性等方面对学生进行综合考评。

在课程设计的考核与评定过程中细化了预习、设计、创新、实验报告完成各个步骤的考核标准。

课程设计过程中为每位同学建立考核表格，其中题目1是基础性选题，题目2是自选的综合设计性扩展选题。

按照考核指标体系，在课程设计过程中同步给出各环节考核成绩，做到
公平公正，激励学生更好地完成课程设计内容，更多地进行创新性设计。

三、教学效果
2006年以来，我们不断创新微机原理课程设计硬件平台，不断扩展和更新设计内容，边实践、边改革。

目前已在电气与自动化工程学院自动化专业和电气自动化专业6届学生（平均每届学生12个班、380人）中进行了教学实践，取得了良好的教学成果。

微机原理课程设计教学过程中，学生付出了很大努力，他们要自学相关知识，查阅资料，进行实验设计、流程设计，搭建硬件平台；并通过软件设计、软硬件调试，完成整个设计，写出设计说明书和总结报告。

大部分学生对扩展性选题具有极大兴趣，有学生选用导航扩展板实验系统，通过自学相关知识，实现了GPS 地理信息的采集、显示、存储，取得了满意的效果；还有学生偏重理论研究，例如08级的同学在80X86平台上完成了FFT（快速傅里叶变换）的汇编实现，具有较强的理论价值，能在本科阶段做出这样的课程设计成果，得到了师生的广泛好评。

参考文献：
[1] 曾开富，王孙愚. “工程创新人才”培养模式的大胆探索[J]. 高等工程教育研究，2011（5）：20-31.
[2] 刘艳莉，孙雨耕，葛宝臻等. 符合工程专业人才培养模式实验教学体系的构建[J]. 中国大学教学，2010（4）：75-77.
[3] 金文，陈曦等. “微机原理与接口技术”综合设计性实验的研究与探索——GPS导航实验板的开发与应用[J]. 实验技术与管理，2011（10）：151-152.
[4] 金文，陈曦，张惠群. 液晶显示模块用于“微机接口技术”实验的教学研究[J]. 实验研究与探索，2007（9）：60-61.
[5] 陈曦，金文，张惠群. 微机接口实验板的开发与应用[J]. 电气电子教学学报，2007（4）：117-120.。