申東 李強(qiáng) 楊桂芹

摘? 要 “微機(jī)原理與接口技術(shù)”是通信工程專業(yè)的一門必修課，課程內(nèi)容龐雜，知識(shí)點(diǎn)理論性過強(qiáng)、實(shí)踐性不夠，當(dāng)前的教學(xué)模式存在較多缺陷。結(jié)合CDIO教育模式，明確教學(xué)體系改革的方向，對(duì)教學(xué)方式和考核方式進(jìn)行改革，使學(xué)生不僅更好地掌握基礎(chǔ)理論知識(shí)，也有更好的實(shí)踐機(jī)會(huì)，充分提升學(xué)生的創(chuàng)新能力、項(xiàng)目實(shí)踐能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。

關(guān)鍵詞 微機(jī)原理;接口技術(shù);CDIO;課程改革

中圖分類號(hào)：G642.3? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2019）22-0096-03

Microcomputer Principle and Interface Technology Course Re-form based on CDIO//SHEN Dong， LI Qiang， YANG Guiqin

Abstract Microcomputer Principle and Interface Technology is a compulsory course of communication engineering specialty. This course is complex in content， strong in theory and inadequate in prac-

tice. There are many defects in the current teaching mode. Combi-ning with CDIO educating mode， the teaching mode and assessment mode are formed through the direction of teaching system reform. Students not only better grasp the basic theoretical knowledge， but

also gain more practice opportunity. The mode fully enhances stu-

dents innovation ability， project practice ability and team coopera-tion ability.

Key words microcomputer principle; interface technology; CDIO; course reform

1 引言

21世紀(jì)是一個(gè)科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的嶄新時(shí)代，同時(shí)，國際環(huán)境也在不斷惡化，使得很多處于制造行業(yè)鏈末端的制造企業(yè)遭到?jīng)_擊，需要將“中國制造”轉(zhuǎn)換為“中國創(chuàng)新”[1]。這就要求高校教育以培養(yǎng)具有創(chuàng)新思維、創(chuàng)新水平、創(chuàng)新精神且厚基礎(chǔ)、強(qiáng)能力和寬口徑的綜合型技術(shù)人才為目標(biāo)，使得培養(yǎng)優(yōu)秀的工程師成為必不可少的要求之一。

為了適應(yīng)21世紀(jì)對(duì)于人才培養(yǎng)的需求，原國家教委組織實(shí)施“面向21世紀(jì)高等工程教育教學(xué)內(nèi)容和課程體系改革計(jì)劃”，并由此提出我國高等工程教育的課程改革要根據(jù)社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)和科學(xué)技術(shù)發(fā)展的需求做出相應(yīng)的調(diào)整。

CDIO工程教育模式包括構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（De-sign）、實(shí)現(xiàn)（Implement）、運(yùn)作（Operate），是2000年由美國麻省理工學(xué)院等高校聯(lián)合提出的一種工程教育改革體系，是國際工程教育模式改革的重要成果，繼承且更好地發(fā)展了歐美近年來提出的各種工程教育改革理念，具有較強(qiáng)的操作性[2]。該理念將產(chǎn)品研發(fā)至產(chǎn)品運(yùn)行看作整個(gè)產(chǎn)品生命周期的載體，與傳統(tǒng)教育模式區(qū)別在于，要求學(xué)生不僅掌握基礎(chǔ)學(xué)科知識(shí)，而且要求學(xué)生自主參與從理論知識(shí)學(xué)習(xí)到產(chǎn)品開發(fā)完成的學(xué)習(xí)過程，旨在培養(yǎng)學(xué)生個(gè)人素質(zhì)和發(fā)展能力、工程基礎(chǔ)知識(shí)學(xué)習(xí)能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力以及工程系統(tǒng)能力這四個(gè)方面的能力，能夠適應(yīng)現(xiàn)代團(tuán)隊(duì)合作的工程環(huán)境。CDIO工程教育模式要求突出實(shí)踐性、經(jīng)濟(jì)學(xué)、綜合性、創(chuàng)新性，盡可能將實(shí)踐與理論相結(jié)合，課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)先從具體的實(shí)際出發(fā)，上升至理論知識(shí)，隨后再回到實(shí)際的操作中，教學(xué)目標(biāo)是創(chuàng)作出最終產(chǎn)品。

2 “微機(jī)原理與接口技術(shù)”課程現(xiàn)狀

“微機(jī)原理與接口技術(shù)”是大學(xué)本科電氣類、信息類、機(jī)電類等非計(jì)算機(jī)專業(yè)所學(xué)習(xí)的一門基礎(chǔ)課程，通過CPU結(jié)構(gòu)、接口技術(shù)和匯編語言的學(xué)習(xí)，不僅可以使學(xué)生掌握軟硬件的組成和工作原理，而且可以學(xué)習(xí)到存儲(chǔ)器的性能和原理、中斷系統(tǒng)及中斷技術(shù)、輸入輸出技術(shù)，對(duì)于畢業(yè)設(shè)計(jì)有很大程度的幫助[3]。

“微機(jī)原理與接口技術(shù)”的特色是內(nèi)容抽象，軟、硬件緊密結(jié)合且相互滲透，尤其是實(shí)踐部分，可以培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際工程意識(shí)及能力、創(chuàng)新水平及意識(shí)。而當(dāng)前的教學(xué)存在一些缺陷。

1）課程內(nèi)容繁雜且乏味，具有很強(qiáng)的理論性和技術(shù)性，內(nèi)容涉及面廣，前后知識(shí)點(diǎn)緊密聯(lián)系、邏輯性強(qiáng)。由于學(xué)時(shí)有限、教學(xué)內(nèi)容陳舊，教師講課通常是大滿灌形式，無法表達(dá)正確的工程實(shí)際需求，缺少趣味和創(chuàng)新，留給學(xué)生獨(dú)立思考的時(shí)間極少，使學(xué)生對(duì)課程缺乏感性認(rèn)識(shí)，很難調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，使學(xué)生感覺學(xué)習(xí)壓力大，得不到理想的教學(xué)效果。

2）實(shí)踐時(shí)間少，在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)過程中都是使用試驗(yàn)箱，提供源程序，學(xué)生只是照抄程序，根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書中的步驟進(jìn)行連線，運(yùn)行程序后看結(jié)果，只有極少數(shù)學(xué)生可以獨(dú)立思考實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)原理，分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，自己嘗試修改程序。由于配套性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容操作簡單，試驗(yàn)箱硬件結(jié)構(gòu)固定，里面的器件品種難以擴(kuò)展，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的突破被試驗(yàn)箱所限制，雖然在一定程度上起到復(fù)習(xí)鞏固基礎(chǔ)知識(shí)的作用，但不利于培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)創(chuàng)新的能力，未能調(diào)動(dòng)學(xué)生的自主能動(dòng)性，阻礙了發(fā)散性思維的形成，與社會(huì)實(shí)際結(jié)合度不高。

3）考核的方式單一，忽視了學(xué)生的實(shí)踐水平。通常，“微機(jī)原理和接口技術(shù)”課程的考核是由平時(shí)成績和期末考試成績組成的，平時(shí)成績包括課堂表現(xiàn)、作業(yè)、課后答疑、出勤、實(shí)驗(yàn)成績組成，期末考試采取閉卷筆試的方式。根據(jù)期末成績占比重的情況，教師和學(xué)生將絕大部分的精力放在期末考試上，學(xué)生在考試前通過背知識(shí)點(diǎn)的方式應(yīng)付考試，不能很好地將知識(shí)點(diǎn)融會(huì)貫通。

3 “微機(jī)原理與接口技術(shù)”教學(xué)體系構(gòu)建思路

基于CDIO教育模式，構(gòu)建一個(gè)有效的“微機(jī)原理和接口技術(shù)”教學(xué)體系。將傳統(tǒng)的課堂教學(xué)轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)的、整體的課程體系，整合資源，從而為課程教學(xué)提供完整的解決方案，通過集體智慧，多方面、多角度進(jìn)行細(xì)致的規(guī)劃和設(shè)計(jì)，形成一個(gè)盡可能滿足社會(huì)實(shí)際需求的工程型人才培養(yǎng)方案，使學(xué)生在系統(tǒng)地學(xué)習(xí)基礎(chǔ)理論知識(shí)的同時(shí)，可以有目的地開展且參與各項(xiàng)實(shí)踐教學(xué)的活動(dòng)。

1）將課程內(nèi)容模塊化，制定新的教學(xué)大綱，剔除陳舊知識(shí)點(diǎn)，編寫適合本專業(yè)學(xué)生的教材，建立院級(jí)課程體系，使教學(xué)內(nèi)容具有科學(xué)性和先進(jìn)性，可以充分顯示微機(jī)領(lǐng)域最新的科技成果和學(xué)術(shù)內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)將應(yīng)用作為教學(xué)目的，在第一堂課中就讓學(xué)生了解這門課程聯(lián)系的具體工程中的技術(shù)問題，可以通過視頻案例形象、生動(dòng)地凸顯微機(jī)的重要性。

2）課程改革以“卓越工程師”為培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)，以社會(huì)實(shí)際行業(yè)要求和發(fā)展為導(dǎo)向[4]。工科院校的學(xué)習(xí)時(shí)長為四年，包括三年校內(nèi)理論基礎(chǔ)學(xué)習(xí)和一年校外實(shí)習(xí)以及畢業(yè)設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)教學(xué)模式的課程學(xué)習(xí)順序并不能滿足“卓越計(jì)劃”的培養(yǎng)要求，機(jī)械地課堂講解電類基礎(chǔ)課程會(huì)對(duì)后續(xù)專業(yè)的發(fā)展形成一定程度的影響，并不能為學(xué)習(xí)該門課程奠定良好基礎(chǔ)。因此，需要參照“卓越工程師”的標(biāo)準(zhǔn)和要求，制定相應(yīng)的教學(xué)路線和實(shí)踐脈絡(luò)，形成多個(gè)子方向的目標(biāo)，同時(shí)設(shè)立與之適合的教學(xué)大綱，逐步完善形成符合行業(yè)要求的“微機(jī)原理與接口技術(shù)”課程的教改方案。

3）形成理論與工程、學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、綜合與分析相交互的工程教育模式。在課堂學(xué)習(xí)結(jié)束之后，相應(yīng)地開設(shè)鍵盤和顯示器接口實(shí)驗(yàn)、溫度調(diào)試實(shí)驗(yàn)、主從式控制實(shí)驗(yàn)以及工程訓(xùn)練的內(nèi)容，有助于更好地理解基礎(chǔ)知識(shí)。引入實(shí)際訓(xùn)練課程，如設(shè)計(jì)一個(gè)基于微機(jī)的信號(hào)測控裝置[5]，該設(shè)備可以接入典型傳感器、變送器的信號(hào)，同時(shí)可以輸出標(biāo)準(zhǔn)電壓/電流信號(hào)，滿足抗干擾性、安全性、通用性、性價(jià)比等原則的要求，讓學(xué)生自主完成一個(gè)控制系統(tǒng)的分析、設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試過程。

4）以學(xué)生為主導(dǎo)，教師在實(shí)際教學(xué)過程中偏向于學(xué)生的學(xué)習(xí)過程和結(jié)果，激發(fā)學(xué)生對(duì)于微機(jī)的興致，將學(xué)生作為一個(gè)獨(dú)立的個(gè)體，尊重每個(gè)人的差異，通過分組學(xué)習(xí)的方式使學(xué)生之間相互督促，淡化課內(nèi)課外的界限，全天候開放實(shí)驗(yàn)室，鼓勵(lì)學(xué)生去實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行探索，形成良好的學(xué)習(xí)氛圍[6]。

4 課程改革重點(diǎn)

教學(xué)方式改革? “微機(jī)原理與接口技術(shù)”課程由兩部分內(nèi)容組成，即單片機(jī)原理及其編程語言和接口技術(shù)，根據(jù)CDIO教育模式，開展分段、分層次的教學(xué)方式。

第一層次為基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)。專業(yè)課的學(xué)習(xí)總是枯燥無味的，在教學(xué)過程中應(yīng)緊密聯(lián)系實(shí)際，以現(xiàn)實(shí)案例來引導(dǎo)學(xué)生，將傳統(tǒng)的知識(shí)講解轉(zhuǎn)換為解決問題，實(shí)現(xiàn)問題的具體化，使學(xué)生進(jìn)入自動(dòng)化學(xué)習(xí)的狀態(tài)。在學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識(shí)的同時(shí)，進(jìn)行一些入門級(jí)的軟、硬件驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生可以具體地掌握理論知識(shí)，熟悉實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)流程，通過提供的程序編碼和試驗(yàn)箱，學(xué)生按照要求連接接口芯片的引腳，對(duì)微機(jī)有一個(gè)初步認(rèn)識(shí)。

第二層次為綜合性實(shí)驗(yàn)，主要為了培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、設(shè)計(jì)、解決問題的能力，在掌握基本指令和程序與芯片接線的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生參與整個(gè)電路設(shè)計(jì)，深入了解芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理，通過Proteus軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)仿真，讓學(xué)生對(duì)芯片有更直觀的認(rèn)識(shí)。

第三階段為應(yīng)用性實(shí)驗(yàn)，在培養(yǎng)學(xué)生硬件開發(fā)能力過程中，采用開放式平臺(tái)、開放式課題研究形式，將硬件開發(fā)能力貫穿教學(xué)過程，在講課之余給予學(xué)生更多獨(dú)立思考的時(shí)間，精講多練，加強(qiáng)創(chuàng)新能力的實(shí)踐環(huán)節(jié)。在熟練掌握基礎(chǔ)知識(shí)、基本指令和程序的基礎(chǔ)上，啟發(fā)學(xué)生解決實(shí)際問題，采用分組的方式實(shí)施項(xiàng)目研發(fā)，遵循組長負(fù)責(zé)制度。學(xué)生自由選擇課題，自由組成課題小組，小組成員不超過六人，小組長由組內(nèi)學(xué)生競選，具體操作步驟如下：

①項(xiàng)目開發(fā)之前將小組成員所收集的關(guān)于項(xiàng)目的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行匯總，制訂學(xué)習(xí)計(jì)劃并分工學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)完成后將各自的知識(shí)點(diǎn)向其他成員講解，可以有效縮短學(xué)習(xí)項(xiàng)目基礎(chǔ)知識(shí)的時(shí)間;

②開展設(shè)計(jì)研究，由小組長負(fù)責(zé)召集成員進(jìn)行項(xiàng)目研討、技術(shù)交流，及時(shí)處理研究過程中出現(xiàn)的問題，教師在此過程中組織小組長進(jìn)行階段性考察，控制項(xiàng)目進(jìn)度;

③完成硬件開發(fā)后需要準(zhǔn)備技術(shù)報(bào)告，為項(xiàng)目答辯做準(zhǔn)備，小組成員需要在答辯的時(shí)候演示自己的成果。

考核方式改革? 傳統(tǒng)的考核方式是對(duì)多個(gè)孤立的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行衡量，知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)系程度不大，并不能很好地評(píng)估課程質(zhì)量。根據(jù)CDIO教育模式的要求，最終考核成績不再以閉卷成績?yōu)橹?，選擇開放性的考核模式，著重在技術(shù)要求和目標(biāo)方向這兩個(gè)方面對(duì)“微機(jī)原理與接口技術(shù)”的內(nèi)容進(jìn)行整理分類，優(yōu)化考核模式。

最終考核成績由平時(shí)成績（30%）、期末考試成績（40%）和項(xiàng)目成績（30%）組成。其中，平時(shí)成績由課堂表現(xiàn)、課后答疑、實(shí)驗(yàn)成績、作業(yè)完成情況等組成，實(shí)驗(yàn)成績強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、實(shí)際操作過程、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及實(shí)驗(yàn)報(bào)告;期末考試是采用閉卷形式，考核學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)內(nèi)容的掌握情況;項(xiàng)目成績通過小組答辯的形式，主要考核項(xiàng)目的完成度以及組內(nèi)成員掌握知識(shí)點(diǎn)的程度，通過實(shí)物展示和PPT講解的形式，展現(xiàn)個(gè)人口頭表達(dá)水平、邏輯思維能力和團(tuán)隊(duì)合作精神。這種考核形式可以綜合、真實(shí)、公平地映射學(xué)生的水平，益于提高學(xué)生的創(chuàng)造性、自身素質(zhì)和積極性。

5 結(jié)語

CDIO教育模式下的“微機(jī)原理和接口技術(shù)”課程改革，主張實(shí)踐與理論知識(shí)綜合發(fā)展，極大地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，通過項(xiàng)目的引入，實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)際的聯(lián)系，在教學(xué)過程中以學(xué)生為中心，提高學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和實(shí)際解決問題能力，使學(xué)生在未來社會(huì)環(huán)境中可以更好適應(yīng)。在今后將進(jìn)一步探索關(guān)于“微機(jī)原理和接口技術(shù)”課程改革的方案，提高工程教育的質(zhì)量，使得這門課程更加具有科學(xué)成效性。

參考文獻(xiàn)

[1]柳飛.創(chuàng)新機(jī)制下“微機(jī)原理與接口技術(shù)”教學(xué)改革研究[J].中國電力教育，2012（26）：81-82.

[2]何金枝，趙天翔，李云強(qiáng).基于IB-CDIO理念的《微機(jī)原理》實(shí)驗(yàn)教學(xué)探索[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2016（34）：138-140.

[3]王東霞，溫秀蘭，黃家才，盛黨紅.工程教育專業(yè)認(rèn)證指導(dǎo)下的微機(jī)、單片機(jī)原理與應(yīng)用課程教學(xué)改革[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2016（21）：32-34.

[4]馬霽旻，王粟.面向“卓越計(jì)劃”的“微機(jī)原理及應(yīng)用”課程改革探索[J].中國電力教育，2013（32）：93-94.

[5]盧曉紅，王福吉，陳星.興趣導(dǎo)向的《微機(jī)原理與控制技術(shù)》課程教學(xué)改革探討[J].教育教學(xué)論壇，2014（53）：128-129.

[6]蔡李花，方海峰，高進(jìn)可.應(yīng)用型本科《微機(jī)原理與接口技術(shù)》課程探索[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2017（11）：93-94.