“微機原理及接口技術(shù)”課程的研究性教學(xué)探索

萬里冰 霍凱 趙嘉蔚 肖燕彩

[摘 要]“微機原理與接口技術(shù)”是測控技術(shù)與儀器專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課。針對課程內(nèi)容瑣碎、實踐性強的特點，教師在教學(xué)過程中應(yīng)重視案例的設(shè)計，突出專題研究的地位，并對課程實驗的設(shè)計和考核方式的改進進行了嘗試，以提高學(xué)生的系統(tǒng)設(shè)計能力和解決工程實際問題的能力。

[關(guān)鍵詞]微機原理與接口技術(shù);研究性教學(xué);實驗;專題研究

[中圖分類號] G642.0[文獻標(biāo)識碼] A [文章編號] 2095-3437（2019）09-0007-03

研究性教學(xué)是目前國際上普遍認同和采用的一種大學(xué)教學(xué)模式，具有重過程、重應(yīng)用、重體驗、重全員參與的特點，對于培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、研究能力和創(chuàng)新能力具有重要的促進作用。研究性教學(xué)的具體形式多種多樣，其實質(zhì)是采用科學(xué)研究的基本步驟和思維方式來組織教學(xué)，促進學(xué)生提升學(xué)習(xí)能力，增強學(xué)習(xí)效果，使學(xué)生能夠在獨立思考、探索和實踐過程中理解知識、應(yīng)用知識并解決工程實際問題[1-3]。

“微機原理及接口技術(shù)”是我校機電大類各專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，授課對象是機電大類專業(yè)的二年級本科生，在課程體系中居于較重要的地位。課程的主要內(nèi)容是以MCS-51系列單片微型計算機為例，講授微型計算機的工作原理、系統(tǒng)擴展以及接口技術(shù)，著重培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、應(yīng)用能力和工程意識，使學(xué)生掌握解決測控領(lǐng)域復(fù)雜工程問題的方法。該課程內(nèi)容較瑣碎，具有理論基礎(chǔ)性、工程實踐性、知識交叉性強的特點，單純的課堂講授配合若干實驗的傳統(tǒng)教學(xué)方法已經(jīng)不能適應(yīng)和滿足當(dāng)今知識的發(fā)展和社會的需求。因此，為了幫助學(xué)生更深刻地理解和掌握書本知識，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)探究的能力和綜合運用所學(xué)知識解決實際工程問題的能力，課程組改傳統(tǒng)“填鴨式教學(xué)”為“智慧啟迪式教學(xué)”，開展了研究性教學(xué)的探索。

一、研究性教學(xué)方案的制訂

“微機原理及接口技術(shù)”課程由于具有應(yīng)用性、實踐性強的特點，根據(jù)“以學(xué)生為中心，培養(yǎng)和提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)、自主探究能力”的指導(dǎo)思想，十分適合開展研究性教學(xué)[4-5]。課程組在對課程內(nèi)容進行了梳理，對沿襲多年的傳統(tǒng)教學(xué)方法的不足進行了分析之后，基于機電類專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)要求，首先確定了課程目標(biāo)，并根據(jù)課程目標(biāo)制訂了研究性教學(xué)方案。通過逐步開展基于問題與案例的教學(xué)活動和基于研究性教學(xué)的主動學(xué)習(xí)，并加強實踐訓(xùn)練，以提升學(xué)生的學(xué)習(xí)能力與實踐能力。本課程教學(xué)目標(biāo)的重新優(yōu)化具體表現(xiàn)在引導(dǎo)學(xué)生掌握以下幾個方面的知識與能力。

（1）能夠解釋說明微型計算機與單片微型計算機的基本知識、基本工作原理，并能正確運用單片微型計算機軟硬件系統(tǒng)構(gòu)成的基本原理和基本設(shè)計方法，為解決測控系統(tǒng)的復(fù)雜工程問題奠定專業(yè)基礎(chǔ)。

（2）能夠應(yīng)用本課程所學(xué)的基本原理及基本設(shè)計方法并結(jié)合文獻檢索等，針對測控系統(tǒng)復(fù)雜工程問題的設(shè)計開發(fā)要求，明確設(shè)計目標(biāo)并進行功能原理分析，提出可行的系統(tǒng)設(shè)計方案。

（3）能夠正確運用相關(guān)儀器設(shè)備完成微型計算機軟硬件系統(tǒng)的設(shè)計實驗，記錄實驗過程，進行結(jié)果分析，獲得實驗結(jié)論。

（4）能夠使用恰當(dāng)?shù)能浻布O(shè)計與分析工具開展測控系統(tǒng)復(fù)雜工程問題的仿真、分析、綜合調(diào)試與設(shè)計。

（5）在研究性專題訓(xùn)練中，能夠樹立一定的團隊合作意識和協(xié)作精神并發(fā)揮相應(yīng)的作用。

針對以上課程目標(biāo)，課程組在仔細討論的基礎(chǔ)上制定的研究性教學(xué)方案主要包括改進教學(xué)方法、增設(shè)研究性專題、改進課程實驗、完善考核方式等多個方面。方案確定主要依托工程案例、研究性專題、設(shè)計性實驗和研究報告4種載體開展本課程的研究性教學(xué)，并明確了研究載體與課程目標(biāo)以及學(xué)生能力培養(yǎng)之間如圖1所示的相互關(guān)系，這就為實施研究性教學(xué)奠定了基礎(chǔ)。

二、研究性教學(xué)的實施

在研究性教學(xué)方案的具體實施過程中，“微機原理及接口技術(shù)”課程組主要對以下幾方面進行了探索。

（一）加強案例教學(xué)

課堂講授是大學(xué)知識傳播的重要環(huán)節(jié)，課程組在課堂授課過程中著重強調(diào)課程基本概念的建立和應(yīng)用單片微型計算機解決機電工程領(lǐng)域中測控系統(tǒng)復(fù)雜工程問題的基本方法。除講解MCS-51系列單片機系統(tǒng)的原理和設(shè)計方法外，還介紹其他微型機系統(tǒng)的技術(shù)與發(fā)展。本課程內(nèi)容雖比較系統(tǒng)，但知識點細碎，學(xué)生在課堂學(xué)習(xí)中常感到乏味和細節(jié)記憶困難。因此，教師在實施研究性教學(xué)的過程中，首先應(yīng)該改變傳統(tǒng)的“滿堂灌”教學(xué)方法。為了讓學(xué)生提高學(xué)習(xí)興趣和熱情，在課堂中積極思考并能參與到教學(xué)過程中，根據(jù)課程具有應(yīng)用性、實踐性強的特點，課程組在課堂教學(xué)過程中，著重加強了案例教學(xué)這一教學(xué)方法的運用。把教改和教學(xué)研究成果及學(xué)科最新發(fā)展引入課堂教學(xué)，能使學(xué)生深化對單片機技術(shù)的基本原理、概念、新知識、新技術(shù)的理解，引導(dǎo)學(xué)生掌握用于解決測控系統(tǒng)復(fù)雜工程問題的專業(yè)基礎(chǔ)知識和技能，掌握開展系統(tǒng)功能分析、方案設(shè)計及綜合調(diào)試與仿真的方法。

課程組挑選了多個日常生活和工程實際中的具體案例，引出具體教學(xué)內(nèi)容。例如，在第1章“緒論”課中，教師講授“單片機的應(yīng)用”這部分內(nèi)容時設(shè)置了教學(xué)案例“太陽能路燈”，既緊密結(jié)合當(dāng)前低碳節(jié)能理念吸引學(xué)生，同時從單片機的控制器、傳感器、充放電過程等方面解剖系統(tǒng)功能和構(gòu)成，使得作為初學(xué)者的學(xué)生對單片機應(yīng)用有感性認識的同時，意識到單片機系統(tǒng)可以解決很多生活中的實際問題，進而對這門課產(chǎn)生濃厚的興趣。教師在講授“單片機計數(shù)器/定時器”單元時，可以先以如何設(shè)計教室內(nèi)人數(shù)計數(shù)系統(tǒng)來引導(dǎo)學(xué)生思考。由于此案例易于理解且與學(xué)生的日常學(xué)習(xí)和生活密切相關(guān)，因此快速地吸引了學(xué)生的注意力，激發(fā)了學(xué)生的思考和學(xué)習(xí)熱情，并實現(xiàn)了師生的良好互動。教師在課堂講授過程中將工程案例與課程知識有機結(jié)合起來，讓學(xué)生加深對課程基礎(chǔ)知識的理解，建立測控系統(tǒng)設(shè)計的概念，培養(yǎng)工程思維和工程意識，提高分析、解決問題和綜合運用知識的能力[6]。

（二）增設(shè)專題研究

為幫助學(xué)生形成系統(tǒng)設(shè)計的概念，培養(yǎng)學(xué)生的工程意識，加深學(xué)生對“微機原理及接口技術(shù)”課程知識點的理解和掌握，并能夠初步設(shè)計和調(diào)試單片機應(yīng)用系統(tǒng)，課程組在本課程的教學(xué)過程中增設(shè)了專題研究的環(huán)節(jié)。研究性專題的布置應(yīng)在所需要的知識點已完成課堂教學(xué)的基礎(chǔ)上進行，研究性專題題目由教師給出且應(yīng)具有一定的綜合性和工程背景。學(xué)生開展專題研究與系統(tǒng)設(shè)計是在課外時間，要求學(xué)生以兩三人為一組開展專題研究。小組設(shè)組長1名，內(nèi)部有分工，但也明確要求學(xué)生應(yīng)注重合作、協(xié)調(diào)與討論，共同完成題目。要求學(xué)生經(jīng)過檢索相關(guān)文獻、閱讀技術(shù)資料以及系統(tǒng)需求分析后，小組應(yīng)能做出符合題目要求、預(yù)定功能的總體設(shè)計方案，完成單片機應(yīng)用系統(tǒng)的功能模塊劃分、CPU與存儲器等核心器件選型、外圍接口電路設(shè)計和軟件設(shè)計，并以仿真的形式給出軟硬件聯(lián)調(diào)的運行結(jié)果，驗證系統(tǒng)設(shè)計的正確性和完整性。

專題研究的考核形式為提交小組研究報告并在課堂上進行項目答辯和演示，演示與答辯安排2個課內(nèi)學(xué)時，由每個小組派出代表以PPT形式對該組的設(shè)計方案、軟硬件設(shè)計和仿真結(jié)果進行講述和演示。學(xué)生演示結(jié)束后由教師和同學(xué)提問，教師根據(jù)研究設(shè)計完成程度、報告撰寫情況和答辯演示給出研究專題總評分。評分的主要依據(jù)是學(xué)生對知識點的掌握程度、資料查閱情況、擴展知識的自主學(xué)習(xí)應(yīng)用水平、小組分工與合作情況、報告的撰寫情況、演示答辯的表現(xiàn)等，這個成績則以一定比例計入課程期末考核總成績。專題研究活動的開展鍛煉了學(xué)生總結(jié)歸納、理論聯(lián)系實際的能力，促進了學(xué)生對課堂基礎(chǔ)知識的吸收和運用，同時幫助學(xué)生較好地掌握了搜索和獲取工程技術(shù)資料和科技文獻的方法，初步具有了較為完整、規(guī)范地撰寫研究報告的能力。學(xué)生在參與專題研究的過程中，充分意識到利用網(wǎng)絡(luò)資源和信息技術(shù)的重要性，培養(yǎng)了借助互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)資源解決問題的習(xí)慣。專題研究活動的開展以項目小組的形式進行，也培養(yǎng)了學(xué)生的團隊精神，讓學(xué)生體會到分工與合作在工程項目設(shè)計中的重要性。

（三）增設(shè)設(shè)計性實驗

實驗在“微機原理及接口技術(shù)”課程中占有重要地位，做課程實驗是學(xué)生理論聯(lián)系實際的重要途徑，能夠加深學(xué)生對微型計算機工作工程的理解，在培養(yǎng)學(xué)生動手能力方面具有不可替代的重要作用。針對課程實踐性和應(yīng)用性強的特點，課程組對課程實驗進行了研討，實驗設(shè)置的基本思路是減少驗證性實驗和增加設(shè)計性實驗。每個實驗分為基本要求和提高要求，以滿足不同層次學(xué)生的需要。對于設(shè)計性實驗，要求學(xué)生在進入實驗室之前必須完成預(yù)習(xí)報告，設(shè)計出接口電路，完成程序的設(shè)計，在課內(nèi)實驗過程中則完成系統(tǒng)的軟硬件聯(lián)合調(diào)試，修改錯誤，使系統(tǒng)實現(xiàn)預(yù)定功能。設(shè)計性實驗改變了學(xué)生參照指導(dǎo)書完成實驗的方式，但要取得預(yù)期效果，還應(yīng)督促學(xué)生在課前完成實驗項目的軟硬件設(shè)計工作。實驗過程中，強調(diào)由學(xué)生自主完成全部實驗內(nèi)容，實驗指導(dǎo)教師起輔助作用。實驗完成后，還需要求學(xué)生寫出詳盡的實驗報告，鍛煉學(xué)生的總結(jié)能力，為其撰寫科技論文奠定基礎(chǔ)。

針對部分學(xué)生學(xué)有余力、對科學(xué)研究興趣濃厚的特點，課程組在增設(shè)課內(nèi)設(shè)計性實驗的同時，還鼓勵學(xué)生在課余時間進入實驗室深入研究課上的專題，借助實驗室的有利條件具體實施研究專題中的設(shè)計方案，建立可真正實現(xiàn)預(yù)定功能的單片機應(yīng)用系統(tǒng)。課后實驗與專題研究項目的緊密結(jié)合不但大大提升了專題研究的層次，為學(xué)生的學(xué)習(xí)提供了廣闊的空間，也使學(xué)生真正體驗到了“從無到有”的樂趣，增加了學(xué)生對專業(yè)的理解和熱愛，促進了學(xué)生自學(xué)能力和動手實踐能力的培養(yǎng)，為學(xué)生以后的課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計奠定了基礎(chǔ)。

（四）健全考核評價體系

考核方式是影響學(xué)生對課程重視程度的重要因素，科學(xué)的考核和評價方式能有效調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性。為了能夠更準(zhǔn)確、完整地評價課程目標(biāo)的達成度，體現(xiàn)研究性專題、設(shè)計性實驗在課程中的地位與作用，本課程建立健全了“過程與結(jié)果并重”的考核評價規(guī)則。評價規(guī)則中加大了平時成績的比例，以檢查學(xué)生對知識點的掌握程度為評判標(biāo)準(zhǔn)，考核內(nèi)容包括作業(yè)與考勤、研究性專題、研究報告、實驗、期末考試。期末筆試采用開卷形式，主要考查學(xué)生對單片微型計算機基礎(chǔ)知識掌握和運用的能力。期末試卷成績僅占總評成績的60%，其他幾部分構(gòu)成平時成績，占總評成績的40%。平時成績中，作業(yè)主要考核學(xué)生對每章節(jié)知識點的復(fù)習(xí)、理解和掌握程度，每次作業(yè)按五級制單獨評分，取各次成績的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績。實驗成績是由實驗指導(dǎo)教師根據(jù)學(xué)生每次實驗的完成情況和實驗報告質(zhì)量進行評分，取各次實驗成績的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績。專題研究成績主要評價學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識解決測控系統(tǒng)工程問題的文獻檢索能力、方案設(shè)計能力、實踐能力、口頭和文字表達能力以及團隊合作能力，其具體可細分為文獻檢索（15%）、設(shè)計方案與仿真（30%）、報告的規(guī)范性與完整性（30%）、演示與答辯情況（15%）、個人完成情況（10%）5個部分。

三、結(jié)束語

近年來，在建設(shè)研究型大學(xué)的過程中，培養(yǎng)創(chuàng)新型拔尖人才已成為我國高等教育的重要任務(wù)，本科教學(xué)改革對實現(xiàn)這一目標(biāo)具有重要的作用。實踐證明，“微機原理及接口技術(shù)”課程研究性教學(xué)的實施，能夠有效地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情，提高學(xué)生主動思考和參與研究的積極性，鍛煉學(xué)生綜合運用所學(xué)知識解決實際工程問題的能力。學(xué)生通過上講臺講解設(shè)計方案、演示仿真成果及撰寫研究報告等方式，得到了多方面的鍛煉，提高了綜合素質(zhì)，為其后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)奠定了堅實基礎(chǔ)。

[ 參 考 文 獻 ]

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[5] 張妍. “微機原理及應(yīng)用”研究性教學(xué)模式探索與實踐[J]. 實驗室科學(xué)，2017（4）：117-120.

[6] 田芬. 我國高校創(chuàng)新人才培養(yǎng)目標(biāo)的提出與實踐[J].蘇州大學(xué)學(xué)報（教育科學(xué)版），2017（4）：20-27.

[責(zé)任編輯：龐丹丹]