基于CDIO理念的微機原理及應(yīng)用課程三級項目教學(xué)改革初探

李剛+司菁菁+孫潔娣+練秋生

摘要：本文以微機原理及應(yīng)用課程為例，基于CDIO理念，研究課程三級項目的實施方案。通過該三級項目的實施，改變課程的教學(xué)模式，利用項目引導(dǎo)學(xué)生主動學(xué)習(xí)，完善自己的知識構(gòu)成，培養(yǎng)了學(xué)生的系統(tǒng)分析、設(shè)計和工程實踐能力，并在團隊協(xié)作能力上有所提高。

關(guān)鍵詞：CDIO;微機原理及應(yīng)用;三級項目

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2015）45-0090-02

一、引言

微機原理及應(yīng)用課程的主要目的是使學(xué)生掌握微機系統(tǒng)的基本構(gòu)成、指令系統(tǒng)、匯編語言、接口電路的設(shè)計及控制方法，具備微機應(yīng)用系統(tǒng)接口軟、硬件開發(fā)設(shè)計能力，是電子信息工程、通信工程等專業(yè)學(xué)生的一門重要的學(xué)科基礎(chǔ)課。CDIO是近年來工程教育領(lǐng)域的最新研究成果，是“做中學(xué)”、“項目式教學(xué)”思想的系統(tǒng)性表述和總結(jié)。其主要目的是培養(yǎng)出滿足社會、企業(yè)需求的、具有很強的工程實踐能力和適應(yīng)能力的工程技術(shù)人才。筆者學(xué)習(xí)CDIO的理念及核心思想，對微機原理及應(yīng)用課程進行教學(xué)改革嘗試，在課程中設(shè)立三級項目，改變課程的教學(xué)模式，提高學(xué)生微機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計、實踐能力。

二、微機原理及應(yīng)用課程的特點及教學(xué)中存在的問題

1.微機原理及應(yīng)用課程的特點。筆者所在教學(xué)單位為電子信息工程、通信工程兩個專業(yè)的學(xué)生開設(shè)微機原理及應(yīng)用課程，其教學(xué)目的是通過該課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生掌握微機接口電路的工作原理及控制編程方法，具備微型計算機控制下的應(yīng)用系統(tǒng)接口的軟、硬件設(shè)計、開發(fā)能力，因此該課程的側(cè)重點在于接口的設(shè)計開發(fā)能力培養(yǎng)。接口電路的工作通常需要軟件、硬件兩部分相互配合，在具備了硬件正確設(shè)計的基礎(chǔ)后，還要在控制軟件的正確控制之下，接口電路才能正常工作。課程內(nèi)容中涉及的微機系統(tǒng)構(gòu)成、指令系統(tǒng)、匯編程序設(shè)計等都是為其服務(wù)的，因此該課程的核心是設(shè)計接口電路并且編寫正確的控制軟件，教學(xué)內(nèi)容和方式都應(yīng)圍繞這一核心展開。

2.微機原理及應(yīng)用課程教學(xué)中存在的問題。該課程目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用系統(tǒng)接口的軟、硬件設(shè)計、開發(fā)能力，但是在實際的教學(xué)中，系統(tǒng)設(shè)計的思想?yún)s很少涉及。理論課教學(xué)中基本上都是按照教材的編排內(nèi)容按部就班地講授各個部分的理論知識，雖然在接口電路部分涉及到控制程序的編寫，但也只是某一種接口電路的設(shè)計及相關(guān)控制程序的編寫。在實驗教學(xué)中，也是針對某一種接口電路的設(shè)計和控制軟件的編寫，這就使得學(xué)生在學(xué)習(xí)中應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的概念極為薄弱，甚至沒有;所學(xué)的知識是分散的，無法形成完整的知識系統(tǒng)。

三、三級項目設(shè)計思路

CDIO工程教育模式強調(diào)在模擬社會化的產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)環(huán)節(jié)中，培養(yǎng)學(xué)生的工程基礎(chǔ)知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統(tǒng)能力，以項目為導(dǎo)向，指引學(xué)生的課程理論學(xué)習(xí)及實踐活動，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，引導(dǎo)其有目的地進行自主的、探索式的學(xué)習(xí)。微機原理及應(yīng)用課程是要使學(xué)生具備微機應(yīng)用系統(tǒng)接口的軟、硬件設(shè)計開發(fā)能力，面對這樣的需求，基于現(xiàn)有的實驗條件，我們在課程中設(shè)立一個三級項目。借助項目來實現(xiàn)這樣兩個目的：一是三級項目是一個相對完整的應(yīng)用控制系統(tǒng)，通過設(shè)計并實現(xiàn)這樣一個控制系統(tǒng)，使學(xué)生經(jīng)歷一個從需求分析、實現(xiàn)受限、系統(tǒng)設(shè)計、調(diào)試的完整過程，對于應(yīng)用系統(tǒng)有更為清晰、明確的認識和理解，建立應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的概念，增強了學(xué)生對于應(yīng)用系統(tǒng)的感性認識。二是盡可能多的利用課程中所學(xué)的接口電路種類，將課堂上講授的理論知識應(yīng)用在實際的系統(tǒng)設(shè)計、實踐中，達到理論與實踐相互印證及課程知識點的整合?；谏鲜鏊悸罚髮W(xué)生基于實驗室現(xiàn)有的實驗箱（HQFC-A-386EX），設(shè)計一個自動溫控系統(tǒng)，實現(xiàn)溫度采集、溫度顯示、溫度判斷、聲光報警、降溫設(shè)備啟動等功能。通過這樣一個完整的系統(tǒng)設(shè)計過程，使學(xué)生經(jīng)過分析、設(shè)計、實踐的訓(xùn)練過程，綜合運用了AD轉(zhuǎn)換接口、數(shù)碼管顯示接口、8253定時芯片接口、電機控制接口、匯編語言程序設(shè)計等知識，鍛煉、培養(yǎng)了學(xué)生的系統(tǒng)設(shè)計、實踐能力。

四、三級項目實施內(nèi)容

本三級項目要求學(xué)生使用ADC0809、DAC0832、8253、8255等芯片設(shè)計并制作一個自動溫度采集、顯示、報警、控制降溫設(shè)備的應(yīng)用系統(tǒng)，可實現(xiàn)功能分別如下：①溫度采集：能夠?qū)δM輸出的溫度傳感器信號進行采集，利用AD轉(zhuǎn)換器將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，為控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)輸入做好準(zhǔn)備;②溫度顯示：根據(jù)AD轉(zhuǎn)換器輸入的數(shù)據(jù)進行基本的數(shù)據(jù)處理，并自主選擇系統(tǒng)的顯示方案;③溫度超限判斷：自主設(shè)定溫度報警門限，并能夠根據(jù)設(shè)定門限判斷溫度是否超限報警;④聲光報警：溫度超限時發(fā)出聲光報警信號;⑤降溫設(shè)備的控制：根據(jù)溫度信號控制降溫設(shè)備（風(fēng)扇）的啟動與關(guān)閉。主要內(nèi)容包括：自動溫控系統(tǒng)的需求分析;自動溫控系統(tǒng)的模塊設(shè)計;自動溫控系統(tǒng)各模塊接口電路設(shè)計;接口電路驅(qū)動程序設(shè)計;設(shè)計報告的撰寫;項目結(jié)題匯報。

五、三級項目實施方案

1.任務(wù)及要求。三級項目采用分組的方式進行。5～6名同學(xué)組成1組，每組設(shè)組長1人。為了使學(xué)生有較為充足的設(shè)計、實踐時間，并且激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主觀能動性，三級項目題目在第四章（微機總線）開始授課前下發(fā)。學(xué)生自由結(jié)成小組，選出組長，由組長依據(jù)組員的特點進行分工及項目工作進度安排。各小組應(yīng)根據(jù)項目題目及課程的進度，按時完成資料的查閱及系統(tǒng)方案的設(shè)計、實踐。系統(tǒng)實踐及軟件調(diào)試工作在實驗室完成。三級項目將以答辯和演示的形式進行驗收。答辯結(jié)束后，學(xué)生需及時上交項目研究報告和PPT。

2.進程安排。各組應(yīng)根據(jù)項目要求完成系統(tǒng)分析、設(shè)計、實踐等任務(wù)，具體進程安排見表1。

3.成績評定。項目執(zhí)行期間，嚴格考勤。學(xué)生必須按時參加項目研究，不準(zhǔn)無故缺席、早退。指導(dǎo)教師根據(jù)學(xué)生出勤情況、組內(nèi)互評情況、自動溫控系統(tǒng)的設(shè)計及實現(xiàn)程度、PPT匯報、答辯、匯報提問、研究報告撰寫等方面情況綜合評定每個學(xué)生的項目成績，在項目研究中對表現(xiàn)突出的學(xué)生給予獎勵，并記入考核成績。成績評定標(biāo)準(zhǔn)見表2。

六、實施分析

從三級項目最終的實施結(jié)果來看，三級項目的內(nèi)容和工作量是合理的，除個別小組只實現(xiàn)了部分功能外，其余小組均完成全部內(nèi)容。學(xué)生反映經(jīng)過這次三級項目的鍛煉，能夠?qū)⒄n堂上講授的理論知識應(yīng)用到實際的系統(tǒng)設(shè)計、實踐中，獲得了理論知識應(yīng)用的切身體驗，增強了感性認識，也在具體的項目實施中發(fā)現(xiàn)了原有知識的欠缺之處，主動地進行彌補，完善了知識結(jié)構(gòu)。通過具體的工程鍛煉，增強了系統(tǒng)設(shè)計能力和工程實踐能力，團隊的工作方式也培養(yǎng)了學(xué)生的團隊意識和溝通能力，利用多媒體手段進行項目匯報和答辯提高了學(xué)生的表達能力。在取得一些效果的同時，也發(fā)現(xiàn)了一些不足之處，如：相對于任務(wù)要求，每組學(xué)生數(shù)有些偏多，有學(xué)生的任務(wù)量偏少，沒有得到充分鍛煉和發(fā)揮。今后的實踐中我們將進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，使學(xué)生得到盡可能的充分鍛煉。

七、結(jié)束語

通過這次三級項目的實施，改變了原有的教學(xué)方式，利用項目做引導(dǎo)，促使學(xué)生主動的進行知識的學(xué)習(xí)、完善;相對完整的工程設(shè)計、實踐過程提高了學(xué)生的工程意識和系統(tǒng)實踐能力，為學(xué)生今后的工程實踐奠定了扎實的基礎(chǔ)。

參考文獻：

[1]楊志紅.基于CDIO模式的微機原理與接口技術(shù)課程實驗教學(xué)改革[J].網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)與應(yīng)用，2015，（2）：117，120.

[2]鄒龍成.CDIO工程教育12條標(biāo)準(zhǔn)及其對院校教學(xué)評價的啟示[J].繼續(xù)教育，2015，（4）：52-53.

[3]韓立強，劉錦.基于CDIO理念的電氣控制及PLC三級項目教學(xué)改革研究[J].教育教學(xué)論壇，2014，（28）：30-31.