接口技術(shù)研究型教學(xué)的探索與實(shí)踐

摘要:本文探討了我院接口技術(shù)課程所采用的“研究型教學(xué)和研究型實(shí)驗(yàn)”教學(xué)模式，介紹了該教學(xué)模式在實(shí)施過程中所使用的方法和手段，并總結(jié)了開展研究型教學(xué)的體會。

關(guān)鍵詞:接口技術(shù);實(shí)踐教學(xué);研究型教學(xué)

接口技術(shù)是計(jì)算機(jī)專業(yè)的一門基礎(chǔ)課程，它具有技術(shù)性、工程性和實(shí)踐性等特點(diǎn)，其教學(xué)質(zhì)量的優(yōu)劣直接關(guān)系到學(xué)生動(dòng)手能力的高低。長期以來，我們在課程建設(shè)上花了很多精力，也取得了一些成就，但是學(xué)生在計(jì)算機(jī)應(yīng)用方面的能力仍然比較弱，特別是遇到時(shí)序控制以及多接口的關(guān)聯(lián)控制時(shí)就顯得力不從心[1]。提高學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用能力，已經(jīng)成為教學(xué)改革亟待解決的問題。

1研究型教學(xué)是教學(xué)改革的必然趨勢

傳統(tǒng)的填鴨式教學(xué)已經(jīng)被淘汰，而啟發(fā)式、問題式等教學(xué)方法改善了一些教學(xué)環(huán)境，但還不能滿足當(dāng)今教學(xué)的需要。研究型教學(xué)和創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)是當(dāng)前推崇的教學(xué)方法和手段。

我院接口技術(shù)課程包括理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)兩個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)。最初我們在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中安排了6個(gè)設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)和1個(gè)綜合型實(shí)驗(yàn)，從實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)計(jì)上能夠反應(yīng)課程內(nèi)容的知識點(diǎn)，但由于各實(shí)驗(yàn)教學(xué)課堂采用實(shí)驗(yàn)內(nèi)容一致，導(dǎo)致前后做實(shí)驗(yàn)的學(xué)生之間產(chǎn)生了依賴關(guān)系，使得實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果與我們期待的有很大差距[2]。為了解決這些問題，我們設(shè)計(jì)了6套實(shí)驗(yàn)題目，確保在每個(gè)教學(xué)點(diǎn)之間兩年內(nèi)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不重復(fù)。這樣學(xué)生就能夠主動(dòng)思考完成實(shí)驗(yàn)，從而明顯地改善了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果。

學(xué)生的動(dòng)手能力有了提高，但在組織學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)相當(dāng)一部分學(xué)生缺乏自主創(chuàng)新能力，甚至缺乏創(chuàng)新的意識。經(jīng)過分析我們認(rèn)識到:我們所采用的教學(xué)方法對學(xué)生創(chuàng)新能力的提高沒有實(shí)質(zhì)性的幫助，因?yàn)閷W(xué)生在做課程實(shí)驗(yàn)時(shí)，并不考慮實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)計(jì)思路和過程，只是按實(shí)驗(yàn)的要求步驟去完成，因此學(xué)生缺乏系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)能力，缺乏知識的應(yīng)用和創(chuàng)新能力。經(jīng)過審視教學(xué)的現(xiàn)狀和學(xué)生對教學(xué)改革的要求，我們意識到開展研究型教學(xué)，以新的思路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的必要性和緊迫性。如果我們能夠通過研究型教學(xué)來轉(zhuǎn)變學(xué)生的學(xué)習(xí)方式，使其由“要我學(xué)”變?yōu)椤拔乙獙W(xué)”，從而引導(dǎo)學(xué)生自主發(fā)現(xiàn)問題、研究問題和解決問題，在此過程中積累知識并強(qiáng)調(diào)一種主動(dòng)探索和創(chuàng)新實(shí)踐的精神[3]，這對學(xué)生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的提高都是非常有益的。

由于接口技術(shù)課程的特殊性，我們將其研究型教學(xué)分成理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)兩部分，并將兩者緊密地結(jié)合起來。研究型教學(xué)的目的是在學(xué)生具有的實(shí)際知識構(gòu)架基礎(chǔ)上，通過閱讀資料、分析和討論，來研究一些新型接口技術(shù)的理論、方法和應(yīng)用;而研究型實(shí)驗(yàn)則是對上述方法的具體實(shí)踐，在這個(gè)過程中我們強(qiáng)調(diào)最大程度地發(fā)揮學(xué)生的潛能，強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、過程和現(xiàn)象都由學(xué)生獨(dú)立設(shè)計(jì)和完成，增加學(xué)生的自主性。只要我們努力培養(yǎng)學(xué)生的研究型學(xué)習(xí)能力和應(yīng)用型的實(shí)踐能力，就能最終鑄造出創(chuàng)新型人才，因此我院在接口技術(shù)課程的理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)中全面地采用了研究型教學(xué)。

2研究型教學(xué)的實(shí)施

2.1建設(shè)適合課程教學(xué)的研究型實(shí)驗(yàn)擴(kuò)展平臺

研究型實(shí)驗(yàn)擴(kuò)展平臺的設(shè)計(jì)是要基于學(xué)生的基本知識結(jié)構(gòu)，將課堂上沒有涉及的較新技術(shù)引入到理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)中來，學(xué)生通過研究型學(xué)習(xí)和實(shí)踐達(dá)到轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)方式和掌握新知識的目的。為此我們在現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)平臺上開發(fā)了一些新的實(shí)驗(yàn)擴(kuò)展平臺。這些實(shí)驗(yàn)擴(kuò)展平臺包括:I2C接口的存儲器訪問實(shí)驗(yàn)擴(kuò)展平臺，I2C接口的RCT時(shí)鐘控制實(shí)驗(yàn)擴(kuò)展平臺，SPI接口的EEPROM實(shí)驗(yàn)擴(kuò)展平臺，8259中斷控制器級聯(lián)實(shí)驗(yàn)擴(kuò)展平臺，RS485的全雙工和半雙工實(shí)驗(yàn)擴(kuò)展平臺，CAN總線實(shí)驗(yàn)擴(kuò)展平臺等。其中一些是插在現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)平臺的總線上使用，另外一些是通過實(shí)驗(yàn)連線與實(shí)驗(yàn)平臺連接使用，這樣就為開展研究型實(shí)驗(yàn)奠定了必要的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。

2.2設(shè)計(jì)研究型理論教學(xué)的內(nèi)容

研究型理論教學(xué)以討論、研究報(bào)告、調(diào)研報(bào)告和小論文為主線。我們在理論教學(xué)中增加了PCI總線和USB接口部分，并側(cè)重于總線的協(xié)議內(nèi)容。我們還結(jié)合課程現(xiàn)有教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)了一些討論題目，比如:8259中斷控制器內(nèi)部各端口的尋址方法和尋址特點(diǎn)，8259中斷控制器查詢方式的實(shí)現(xiàn)方法，8237 DMA控制器在主動(dòng)態(tài)和被動(dòng)態(tài)下引腳信號的變化特點(diǎn)。結(jié)合實(shí)驗(yàn)擴(kuò)展平臺還設(shè)計(jì)了另外一些題目，比如:I2C總線和SPI總線時(shí)序特點(diǎn)及時(shí)序產(chǎn)生方法，I2C總線的讀寫時(shí)序與PCI總線的讀寫時(shí)序之間的特點(diǎn)分析，CAN總線協(xié)議和數(shù)據(jù)交換過程等。 這些題目所涉及到的內(nèi)容更加深入，并伴隨整個(gè)教學(xué)過程。學(xué)生需要查閱資料，分析、總結(jié)和歸納才能得出滿意的答卷，而這個(gè)過程更加強(qiáng)化了學(xué)生的知識體系。

2.3設(shè)計(jì)研究型實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容

研究型實(shí)驗(yàn)的目標(biāo)是進(jìn)一步提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。我們在現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)平臺上開發(fā)了一些研究型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，同時(shí)注重研究型實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的更新和充實(shí)[4]，確保兩年內(nèi)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不重復(fù)。這些實(shí)驗(yàn)的難度和研究型的成分比常規(guī)實(shí)驗(yàn)都有了很大的提高。我們還為實(shí)驗(yàn)擴(kuò)展平臺開發(fā)了相應(yīng)的研究型實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，指導(dǎo)書上只表明了實(shí)驗(yàn)擴(kuò)展平臺的電路圖和實(shí)驗(yàn)需要達(dá)到的目的，至于實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、連線設(shè)計(jì)、現(xiàn)象設(shè)計(jì)和結(jié)果的預(yù)期都完全由學(xué)生通過查閱資料、分組討論來組織實(shí)施并完成，以最大限度地體現(xiàn)研究性學(xué)習(xí)和實(shí)踐的成分。相關(guān)擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)平臺的研究型實(shí)驗(yàn)包括:I2C接口的存儲器訪問實(shí)驗(yàn)，I2C接口的RCT時(shí)鐘控制實(shí)驗(yàn)，SPI接口的EEPROM訪問實(shí)驗(yàn)，8259中斷控制器級聯(lián)向量中斷實(shí)驗(yàn)，8259中斷控制器級聯(lián)查詢中斷實(shí)驗(yàn)，8259中斷控制器級聯(lián)中斷嵌套實(shí)驗(yàn)，RS485的四線全雙工通信實(shí)驗(yàn)，RS485的二線半雙工通信實(shí)驗(yàn)等。

另外，為了幫助學(xué)生驗(yàn)證自己完成的研究型實(shí)驗(yàn)是否正確，我們還為部分實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)了測試程序和使用指導(dǎo)書。

2.4研究型實(shí)驗(yàn)教學(xué)的選題和實(shí)施方案

我們要求學(xué)生理論和實(shí)驗(yàn)配套選題，如果某學(xué)生在理論方面選擇了I2C總線的讀寫時(shí)序的討論題目，那么他的研究型實(shí)踐就應(yīng)該選擇I2C接口的存儲器訪問實(shí)驗(yàn)或I2C接口的RCT時(shí)鐘控制實(shí)驗(yàn)，這樣就可以保證通過理論研究搞清楚I2C總線的工作原理和數(shù)據(jù)讀寫時(shí)序，通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證數(shù)據(jù)的交換過程的正確性，從而使二者有機(jī)地結(jié)合起來。

我們的常規(guī)實(shí)驗(yàn)安排在第9～16周，而研究型實(shí)驗(yàn)內(nèi)容于第10周公布，第11周對學(xué)生進(jìn)行分組和選題，每組3～4人，設(shè)立組長，第12～16周以小組為單位組織實(shí)施。因此研究型實(shí)驗(yàn)伴隨了整個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程，也是學(xué)生認(rèn)識、實(shí)踐和提高的過程。由于研究型實(shí)驗(yàn)涉及了很多新知識，要獨(dú)立完成相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)有一定的難度，在此期間，任課教師輪流在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行答疑并與學(xué)生進(jìn)行交流。并在第16周安排一次課程進(jìn)行研究型教學(xué)總結(jié)，要求以實(shí)驗(yàn)小組為單位做PPT，小組長總結(jié)實(shí)驗(yàn)中遇到的問題、解決的方法和取得的成果。

3學(xué)生的能力超出了我們的預(yù)期

最初我們認(rèn)為研究型實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容可能會超出學(xué)生的承受能力，有可能達(dá)不到預(yù)期的效果。為此我們準(zhǔn)備了I2C總線和SPI總線的程序設(shè)計(jì)的基本框架，如果在第14周末還看不到學(xué)生實(shí)驗(yàn)的預(yù)期成果，我們就將這些框架程序提供給學(xué)生作為實(shí)驗(yàn)參考程序，但實(shí)踐證明我們的擔(dān)心是不必要的。使我們感到驚訝是，在第13周末就有一些學(xué)生基本完成了研究型實(shí)驗(yàn)，到第16周實(shí)驗(yàn)驗(yàn)收時(shí)，已經(jīng)有80%的實(shí)驗(yàn)小組完成了研究型實(shí)驗(yàn)，其結(jié)果令人非常滿意。從研究型實(shí)驗(yàn)的總結(jié)中發(fā)現(xiàn)，雖然很多組做相同的題目，但是他們的方案設(shè)計(jì)有明顯的差別，每個(gè)組的學(xué)生都最大發(fā)揮了他們的潛能。研究型實(shí)驗(yàn)引起學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性如此高漲，是筆者從事教學(xué)工作以來從沒有遇到過的現(xiàn)象。

4給學(xué)生提供施展才能的舞臺

學(xué)生需要有舞臺來展現(xiàn)他們的才能。在第16周的研究型教學(xué)總結(jié)研討會上，各小組爭先恐后上臺發(fā)言，給大家分享他們的實(shí)驗(yàn)體會和成果，學(xué)生具有的極大熱情和出勤率之高出于我們的預(yù)料。每次總有2～3個(gè)小組長爭先上臺發(fā)言，使我們不得不去指定某些實(shí)驗(yàn)題目的組長做總結(jié)發(fā)言。在整個(gè)總結(jié)會上，掌聲不斷，一些學(xué)生用自己實(shí)驗(yàn)的經(jīng)歷和體會幫助了另外一些同學(xué)，很多學(xué)生從中收益匪淺，因?yàn)樗麄兏信d趣的正是其他組同學(xué)完成實(shí)驗(yàn)遇到的問題和解決的方法。學(xué)生希望教學(xué)過程中應(yīng)該多增加一些這樣的教學(xué)環(huán)節(jié)。

5研究型教學(xué)的啟示

接口技術(shù)實(shí)驗(yàn)室從來沒有像這樣人氣興旺，在課余時(shí)間總可以看到幾個(gè)學(xué)生圍在一起做實(shí)驗(yàn)，充滿了研討的氣氛。研究型實(shí)驗(yàn)充分地調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和熱情，很多學(xué)生對這門課程由此產(chǎn)生了興趣。學(xué)生在評教時(shí)這樣寫到:“接口技術(shù)課程使我對硬件真正的產(chǎn)生了興趣，使我從以前害怕硬件到喜歡上了硬件設(shè)計(jì)”。很多同學(xué)還參加了今年各種大賽并獲獎(jiǎng)。

筆者認(rèn)為要正確看待大學(xué)生的學(xué)風(fēng)問題。由于周圍的環(huán)境造成了一些學(xué)生學(xué)習(xí)不努力，但大部分學(xué)生學(xué)習(xí)的確非常刻苦，總是希望尋找機(jī)會鍛煉自己，提高自身的實(shí)際應(yīng)用能力。學(xué)風(fēng)問題要從教師和學(xué)生兩個(gè)方面來分析原因，如果教師增加課堂教學(xué)的吸引力，設(shè)計(jì)出更多學(xué)生感興趣的實(shí)驗(yàn)和教學(xué)內(nèi)容，給學(xué)生提供更大的發(fā)揮空間，我們將會得到另外一個(gè)不同的結(jié)論。

總之，學(xué)生的潛能是巨大的，這些潛能能否發(fā)揮與當(dāng)前的教學(xué)模式有很大的關(guān)系，死板的教學(xué)模式絕對不會培養(yǎng)出高水平的人才。接口技術(shù)研究型教學(xué)的實(shí)施過程使我們認(rèn)識到，只要開展研究型教學(xué)，設(shè)計(jì)出學(xué)生感興趣的研究型教學(xué)和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，并給學(xué)生提供發(fā)揮和想象的空間，就能使學(xué)生由被動(dòng)學(xué)習(xí)到主動(dòng)學(xué)習(xí)，并在研究過程中應(yīng)用實(shí)踐，最大限度地調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)積極性，改善不良學(xué)習(xí)風(fēng)氣，從而營造出一個(gè)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的良好環(huán)境?？梢钥闯觯芯啃徒虒W(xué)必定是今后教學(xué)模式的發(fā)展趨勢。

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The Research and Practice in Teaching of Interface Technology Course

LI Ji-sheng

(School of Computer Information Technology， Beijing Jiaotong University， Beijing 100044)

Abstract: This article explores the research-based teaching and experimenting models which are used in an interface technology course， including various methods and means exploited in implementing the model. The experiences as well as understandings which are obtained during the development of research-based teaching are also summarized.

Key words: Interface Technology; practice teaching; research-based teaching

(編輯:姚彥如)