基于課程鏈的微機原理與單片機課程實踐教學改革研究

孟月波 徐勝軍 劉光輝

摘要：“微機原理及接口技術”與“單片機及應用”課程涉及計算機軟、硬件及電子技術等多學科知識，實踐應用緊密結合，屬于微型計算機課程鏈教學體系下主要課程。本文面向學生創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)，改革了自動化專業(yè)“微機原理與接口技術”“單片機原理與應用”兩門課程的實踐環(huán)節(jié)，完成了初步的微型計算機課程鏈實踐體系構建。

關鍵詞：課程鏈;微機原理;單片機

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2019）19-0131-02

課程體系建設是實現(xiàn)專業(yè)培養(yǎng)目標的重要環(huán)節(jié)，自動化專業(yè)屬于工程性質非常強的專業(yè)，其培養(yǎng)的人才，是我國工業(yè)2025戰(zhàn)略規(guī)劃實現(xiàn)的主要力量之一。目前，國內自動化專業(yè)普遍開設了《微機原理與接口技術》《單片機原理與應用》《嵌入式系統(tǒng)技術及應用》《計算機控制技術》等微型計算機系列課程，我校自動化專業(yè)也是如此。這些課程均具有硬件與軟件結合緊密、理論性與實踐性強的特點。由于這些課程的教學內容既緊密相關，又表現(xiàn)出鮮明的層次化，具有遞進的“鏈式”關系，因此，這些課程構成了一條強相關的微型計算機課程鏈。

但在教學活動中，我們發(fā)現(xiàn)這條鏈上的實踐教學環(huán)節(jié)存在一系列問題，具體包括：

1.課程間的實踐環(huán)節(jié)設計完全獨立，或內容重復，或毫無相關，缺乏系統(tǒng)性和遞進性。

2.各課程實踐內容層次模糊，廣度和深度把握不均衡，綜合性、設計性不強等。

3.各課程實踐平臺重復建設，有效教學資源得不到充分利用。

4.課程理論教學與實踐環(huán)節(jié)脫節(jié)。上述問題的存在不利于學生對課程的理解和掌握，不能適應創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)要求。解決微型計算機課程鏈實踐教學環(huán)節(jié)上述問題，對發(fā)展學生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力、增強學生的工程實踐能力具有重要的現(xiàn)實意義。

本文以我校自動化專業(yè)建設為背景，以學生專業(yè)技能素質要求為導向，依托省級精品課程《微機原理及應用》項目建設，面向學生創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)，改革了自動化專業(yè)《微機原理與接口技術》、單片機原理與應用》兩門課程的實踐環(huán)節(jié)，完成了初步的微型計算機課程鏈實踐體系構建。實現(xiàn)了《微機原理與接口技術》、《單片機原理與應用》兩門課程之間的實驗教學內容系統(tǒng)化改革，完成了這兩門課程各自的基礎性、設計性、研究性有機結合的層次化實踐教學內容設置，同時探索了有效的理論教學與實踐教學融合方式，從而激發(fā)學生學習興趣和積極性，提高教學質量，進而增強自動化專業(yè)學生的專業(yè)技能與工程實踐能力，發(fā)展學生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力。

一、課程鏈課程間實踐教學內容系統(tǒng)化

結合我校自動化專業(yè)培養(yǎng)計劃，依據(jù)層次遞進、減少重復等原則設計實驗內容，調整《微機原理與接口技術》《單片機原理與應用》實驗教學內容與學時數(shù)，對內容相近或重復的部分進行整合和刪減，盡量避免內容上的冗余，同時補充新理論、新方法。同時通過市場調研及與公司企業(yè)交流合作，深入研究最新行業(yè)動向、技術方向及嵌入式工程師等職位所需資格能力，改進實驗內容以整合相關課程中相同知識點使之更加精練。根據(jù)市場和企業(yè)對硬件人才的需求，將重要、經典的基本概念、知識點連同相應的實驗串聯(lián)起來講授和實踐，幫助學生更加系統(tǒng)有效地學習硬件課程。此外，為強調微機基本原理以及硬件共性的知識點，通過對比式實驗內容突出原理的普遍性。以系統(tǒng)的存儲器擴展為例，《微機原理與接口技術》此部分實驗重點應突出利用作為數(shù)據(jù)/地址分時復用總線來完成對存儲器單元地址的確定，而在《單片機原理與應用》部分則強調用相應口線作為數(shù)據(jù)/地址時分復用總線完成地位地址設計，高位地址則用另一口線完成的方法。

二、課程鏈各門課程實踐內容層次化

我們將每門課程的實踐環(huán)節(jié)劃分為四種層次：基礎型實驗，設計型實驗，課程設計性實驗，開放性實驗與學科競賽?；A實驗側重點是要求學生掌握基本的程序設計和調試方法，能熟練掌握基本的編程與調試技巧并熟悉各種接口硬件模塊;設計型實驗其目的是讓學生的學習做到由淺入深，從基礎知識理解到綜合能力培養(yǎng);課程設計型實驗則是在前期設計型實驗的基礎上，結合實際的應用系統(tǒng)，完成一個實際系統(tǒng)的設計制作，通過這樣的一個課程設計類的實驗可以讓學生更深入地理解和掌握課程內容，提高學生的學習積極性和創(chuàng)新性;開放性實驗活動并將開放性實驗推廣至學科競賽、科研項目申報以及畢業(yè)設計當中，可以提升學生綜合實踐能力，同時也使得本課程實踐教學得以很好地延伸和發(fā)展，進一步全面提高學生的思維能力、動手能力和創(chuàng)新能力，并且令學生獲得學以致用的成就感，同時也改善為了競賽而競賽、項目申報缺少可持續(xù)發(fā)展空間及畢業(yè)設計硬件系統(tǒng)設計少的局面。

三、引入項目驅動式仿真實踐教學模式

引入項目驅動法及Proteus、Keil等仿真技術，在項目仿真實現(xiàn)過程中貫穿各知識點，解決教師難教，學生難懂問題。以教學內容為基礎，選擇一個與教學內容相吻合的實例，該實例涉及教學內容的各模塊，以實例貫穿整個教學主線，課程講授完，實例相關模塊也介紹完畢。教師借助于Proteus、Keil等仿真軟件，在課堂演示項目實例對應的硬件仿真與軟件調試，使學生形象地觀察并深刻地理解每一步軟件和硬件之間的內在關系。通過該方法，理論與實踐相結合，學生更容易對知識點產生興趣，課程內容也更便于理解，同時也使得學生進一步熟悉和理解工程設計的設計方法和設計流程。

四、其他措施

我院加大實驗室建設力度，于2015年更新了微機原理及單片機實驗設備，給學生創(chuàng)造良好的學習環(huán)境。學院積極與企業(yè)建立聯(lián)系，加強合作，建立產、學、研基地，給學生提供實踐平臺，讓學生走出校門，走進企業(yè)，在實踐中積累經驗，學以致用。

五、總結

本本改革了自動化專業(yè)《微機原理與接口技術》《單片機原理與應用》兩門課程的實踐環(huán)節(jié)，完成了初步的微型計算機課程鏈實踐體系構建：整體設計課程鏈實踐教學環(huán)節(jié)，實現(xiàn)課程鏈中的兩門主要課程之間實踐環(huán)節(jié)系統(tǒng)化，建立有機統(tǒng)一的遞進式的實踐教學體系;突出培養(yǎng)創(chuàng)新意識，課程鏈中的兩門主要課程各自形成基礎性、設計性、研究性相結合的層次化實踐教學內容;理論教學與實踐教學有效融合，突出工程背景應用，推進科研成果向教學內容的轉化，教學與科研有機結合。

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