劉黎明

(商丘師范學院 物理與電氣信息學院， 河南 商丘 476000)

基于能力培養(yǎng)的微機原理課程一體化教學研究

劉黎明

(商丘師范學院 物理與電氣信息學院， 河南 商丘 476000)

微機原理是一門理論性和應用性強、學生反映相對難學的專業(yè)基礎課程.本文從培養(yǎng)高素質(zhì)應用型人才的角度出發(fā)，根據(jù)地方應用型本科高校的特點和當?shù)厣鐣?jīng)濟發(fā)展對就業(yè)創(chuàng)業(yè)人才的需求，以培養(yǎng)具有實踐能力和創(chuàng)新精神的高素質(zhì)應用型人才為目標，形成“理論教學+實踐教學+科技創(chuàng)新”三位一體的教學模式，構(gòu)建以能力培養(yǎng)為核心，分層次、模塊化、系統(tǒng)化的教學實踐體系，從課外社團活動、課堂講授、創(chuàng)新項目實踐等不同層面上激發(fā)和調(diào)動學生學習的主動性，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識與創(chuàng)新能力，探究培養(yǎng)具有工程實踐能力的高素質(zhì)應用型本科人才.

微機原理；層次化教學；教學探索；開放式實驗教學

0 引 言

為適應社會發(fā)展的需求，解決大學生就業(yè)難與企業(yè)所需技術(shù)技能型人才供給不足的問題，2014年教育部明確了高校改革方向，全國近600所地方本科高校向應用技術(shù)、職業(yè)教育類型進行轉(zhuǎn)變，我校也確立了向應用型本科高校轉(zhuǎn)型發(fā)展的辦學思想.對于應用型本科人才而言，微機原理課程的目標是培養(yǎng)學生解決工程實際問題的能力.

1 存在的問題

微機原理課程是電子信息工程、自動化、通信等工科專業(yè)一門理論性和實踐性都很強的專業(yè)基礎課程，在整個專業(yè)教學體系中起到承上啟下的作用[1].然而實際的教學過程中，學生反映課程內(nèi)容比較抽象難以理解，學起來枯燥缺乏興趣，唯一感興趣的動手實踐環(huán)節(jié)，又由于實驗形式單一、方法單調(diào)導致對課程的學習興趣大大降低[2].

2 基于能力培養(yǎng)的一體化教學研究

當前，高等教育的根本問題是人才培養(yǎng)的質(zhì)量問題，單方面的強調(diào)課堂教學并不能從根本上提高人才培養(yǎng)的質(zhì)量，基于能力培養(yǎng)的微機原理課程的教學研究著眼于三個課堂的有機結(jié)合，落腳點為課堂教學、實驗教學與課外科技實踐的有機融合，注重培養(yǎng)學生的自主學習和個性化發(fā)展，基于能力培養(yǎng)的一體化教學研究如圖1所示.

2.1 以現(xiàn)實需求為引導，講好第一堂課，激發(fā)學生學習興趣

作為層次化教學的第一階段，以現(xiàn)實需求及學生的興趣愛好引導學生，講好第一堂課，這個階段學生依據(jù)其興趣愛好加入學校的各種社團，如我院的家電維修社、電子興趣班等，我院依托大學生科技創(chuàng)新活動興趣班每年都在新生入學軍訓結(jié)束后，對新生進行宣傳、組織報名、測試選拔興趣班學員，并利用業(yè)余時間對其進行培訓，目的就是培養(yǎng)興趣，增加動手實踐的機會，同時增加“行業(yè)背景”知識[4].隨著人工智能、嵌入式的發(fā)展，智能化產(chǎn)品如雨后春筍般蜂擁而出，硬件在產(chǎn)品設計中的比重越來越高，特別是當前智能穿戴設備的興起，如智能手表、智能手環(huán)等，在課堂講授的同時進行適當?shù)囊肟梢约ぐl(fā)學生學習的興趣和上課的積極性，以現(xiàn)實社會中的需求引導學生對本行業(yè)的前沿領域進行了解，既增加了學生對行業(yè)知識儲備，也為其下一步的職業(yè)發(fā)展奠定基礎，在其求職應聘過程中具備了更強的競爭力和針對性，這不僅有利于學生拓寬就業(yè)渠道，也可為社會輸送急需的復合型人才.

2.2 多樣化的課堂教學方法

隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，電路集成度越來越高，組成微機的各部件往往被集成在一塊芯片中，學生很難從直觀上獲得感性的認識，還沒接觸就產(chǎn)生內(nèi)容抽象枯燥不易掌握的思想[5]，由于本課程內(nèi)容繁多，知識點零散，學生學起來有“只見樹木不見森林”， “知其然，而不知其所以然” 的感覺，這就要求授課教師采用多樣化的教學方式來調(diào)動學生學習的積極性和主動性，打消其消極情緒.

采用層次化、模塊化的教學方式可以將本課程在不同的教學階段以多種模式針對不同層級的學生進行有針對性的指導，以期最大限度的理論聯(lián)系實際，培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識及動手實踐能力的高素質(zhì)應用型人才[3]，一味的強調(diào)微機原理這門課程的教學質(zhì)量，并不能從根本上提高學生的實踐能力，而需要將微機原理課程融入到專業(yè)培養(yǎng)體系中去，對大學生實踐能力的培養(yǎng)融合進入分層次、模塊化的一體化實踐教學體系，微機原理層次化、模塊化的一體化教學系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示.

圖2 層次化、模塊化的一體化實踐教學體系結(jié)構(gòu)

提升教學質(zhì)量，需要不斷的更新教學觀念，以教學改革為動力，以社會需求和就業(yè)為導向，以“厚基礎+重應用+強技能”實現(xiàn)教學理念的提升，以三個課堂相結(jié)合實現(xiàn)教學方式的提升，以科學研究和科技競賽實現(xiàn)教學水平的提升，以服務地方經(jīng)濟、承擔企業(yè)的科技攻關項目，引導學生參與對產(chǎn)業(yè)核心競爭力具有引領作用的科技創(chuàng)新活動，有效地提高學生的創(chuàng)新實踐能力.

(1)采用啟發(fā)式教學方法結(jié)合“黑板+多媒體”的教學手段.隨著科技的進步，教學設備也越來越先進，目前絕大多數(shù)高校教室都安裝有多媒體教學設施，教師也樂意采用融合有圖片、動畫、音視頻等多媒體方式進行授課，使所講知識能更加輕易的被學生接受，但使用多媒體教學也暴露出了一些弊端，比如教師上課時過分依賴課件，學生注意力難以長時間集中，容易走神，且采用課件講課速度較快，學生的思路很難跟得上教師講課的思路，一旦思路跟不上，很容易放棄聽課.為此，我們在實際教學過程中，仍是以黑板為主，多媒體為輔，采用啟發(fā)式的教學方法循序漸進的由淺入深、由易到難的進行講述，并在此過程中，不斷的引出新的問題，引導學生順應教師的授課思路不斷的思考、分析問題，同時對關鍵知識點、重點難點則以圖片、動畫的課件形式展現(xiàn)給同學們.比如，在講到存儲器與CPU的連接時，芯片之間的地址線、數(shù)據(jù)線和控制線的連接規(guī)則，需要老師根據(jù)自己的授課思路以黑板板書的形式引導學生進行講述，在結(jié)合例題進行鞏固和加深知識點的講授時，以動畫等課件形式剖析存儲器與CPU的連接方式，易引起學生上課的注意力，同時給學生以思考的余地和記筆記的時間，保證上課的效率.

(2)基于微課和MOOC理念的教學模式，充分提煉每堂課的知識點.目前，高校微課、網(wǎng)絡MOOC的在線學習蓬勃發(fā)展，進一步影響著高校課程的教學改革，基于MOOC理念的教學模式得到進一步的探索.微課是指以視頻為載體，教師根據(jù)教學實踐要求，圍繞課程中的某個知識點開展的簡短而完整的教學的活動，其主要的學習形式是自主學習，體現(xiàn)以學生為本的教學思想，雖然時間短但知識點及內(nèi)容精煉，針對性強，學生學起來注意力更加集中，是一種非常重要的教學資源.MOOC(Massive Open Online Courses)，即大型開放式網(wǎng)絡課程.基于微課和MOOC理念的教學模式將課程內(nèi)容進行進一步的整合，形成一個個的經(jīng)典知識點或知識模塊，教師在講授這些知識點或知識模塊注重結(jié)合實際應用，如微機原理課程中，通過對某一個功能電路或典型的芯片的認知學習，使學生更加清晰的了解在一個完整的系統(tǒng)構(gòu)建過程中各元件的具體選擇規(guī)律及功用，同時，整個知識點的學習過程既符合一般的認知規(guī)律，又具有更強的目的性與實用性.

2.3 建立開放式實驗教學模式

(1)逐步開放實驗內(nèi)容，改驗證性實驗為引導性試驗.在完成教學大綱的前提下，以理論驗證為基礎，加大綜合性實驗的比例.以能力培養(yǎng)為主線，構(gòu)建理論驗證(基礎層)、系統(tǒng)綜合性實驗(拓展層)、綜合設計與創(chuàng)新實驗(提高層)三個層次的實驗教學課程體系,利用電工電子實驗教學示范中心開展網(wǎng)上預約、開放實驗室等多元化的實驗教學新模式，提高實驗室及實驗設備的利用率，更好的服務于學生，層次化的實驗教學模式如圖3所示.

圖3 層次化的實驗教學模式

(2)引進虛擬實驗技術(shù)，創(chuàng)新實驗項目.積極引入新的實驗教學手段和方法，構(gòu)建基于EDA技術(shù)的微機原理實驗體系，學生在QUARTUS II平臺上完成電路設計，然后下載到FPGA開發(fā)板上進行驗證，將虛擬仿真實驗與動手實踐相結(jié)合，增加了實驗的拓展性和挑戰(zhàn)性，從而提高學生獨立分析和解決實際問題的能力.

(3)多樣化的評價考核方式.學生在提前完成基礎實驗的前提下，允許學生以自由組合的方式結(jié)合自己專業(yè)特點及興趣提出實驗題目和實驗方案，教師依據(jù)學生自身情況進行指導，對實驗的難度和存在的不足進行有針對性的引導，對完成具備拓展性實驗的學生可以實驗考試免試或?qū)嶒灴荚嚰臃诌M行激勵，提高其學習的積極性和主動性，達到讓學生自己去思考問題、通過實驗尋求答案，使實驗教學成為課堂教學的有限延伸.在采用層次化的實驗教學模式的同時，也要相應的改變實驗教學考核的方法，采用層次化、多元化的考核方式有利于調(diào)動學生的積極性和主動性，教師的角色有主動轉(zhuǎn)為引導，層次化的實驗考核分為基礎實驗類考核(占總分值的50%)、綜合性實驗類考核(占總分值的30%)、拓展設計類考核(占總分值的20%)三種，學生在只完成一定比例的基礎實驗類實驗是達不到及格要求的，還必須進行一部分綜合性實驗，鼓勵學生根據(jù)自己的實際情況提出具有拓展性的實驗題目，為真正提高學生實際動手能力和創(chuàng)新能力，對完成拓展設計類實驗的學生給予高分、上傳至實驗中心網(wǎng)站上供大家借鑒和參考、或以論文的形式發(fā)表等多種獎勵措施，層次化的考核方式能夠清晰客觀的考察學生動手能力水平[6]，避免傳統(tǒng)實驗考核的一刀切的弊端，有效地刺激了學生學習的主動性.

2.4 推動三個課堂的有機融合，培養(yǎng)學生自主學習創(chuàng)新能力

(1)以特色講座為載體，開闊學生視野，激發(fā)學生的創(chuàng)新思維.

(2)以社團活動、校園文化活動、社會實踐為基本點，活躍校園科技文化氛圍，鍛煉學生社會活動能力，積累實踐經(jīng)驗，提升大學生的人文素質(zhì).

(3)以學科競賽、創(chuàng)新性項目為平臺，激發(fā)大學生的創(chuàng)新潛能.同時積極開展校企合作項目，為學生提供一個既可以提高其實踐能力、又可以增加其對創(chuàng)業(yè)企業(yè)的感性認識的平臺和機會.為充分調(diào)動學生學習的積極性和主動性，培養(yǎng)創(chuàng)新能力，以全國電子設計大賽、機器人大賽等為契機，結(jié)合我校創(chuàng)新性實驗項目，廣泛開展科技創(chuàng)新活動.競賽不僅能夠綜合考察學生的綜合實踐能力，而且通過與其他院校的比賽，還能夠開闊視野，了解行業(yè)最新進展，把握行業(yè)發(fā)展方向，帶來新理念、新技術(shù).從近幾年我校設立的創(chuàng)新性實驗項目取得的成果來看，創(chuàng)新性實驗項目不僅提高了學生的實際動手能力，而且鍛煉了其團隊合作能力，注重對學生基礎理論、基本技能和綜合實踐能力的考察，尤其注重的是在完成課題的過程中對學生創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，圖4為我院電子興趣班學生的一些作品.

圖4 電子興趣班學生作品

3 結(jié)束語

在微機原理的教學實踐過程中，采用分層次、模塊化、系統(tǒng)化的教學實踐體系，形成三個課堂的有機結(jié)合，不僅能夠激發(fā)學生自主學習的積極性，而且對學生實踐能力的培養(yǎng)是一個有益的嘗試，培養(yǎng)和提高了學生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力.隨著科學技術(shù)的發(fā)展，微機原理課程的教學改革還需要進一步深化，以達到應用型本科人才培養(yǎng)的目的.

[1] 唐朔飛,劉旭東,王誠，等.“計算機組成原理”課程教學實施方案[J].中國大學教育,2010,11:42-45.

[2] 韓松.“微機原理與接口技術(shù)”教學改革與探討[J].中國電力教育,2012,10:36-38.

[3] 李娜,王愛民,王丁磊，等.微機原理教學改革研究[J].計算機教育,2010,10(21):69-72.

[4] 武英.“微機原理”課程教學體系的改革與實踐[J].中國電力教育,2013,17:55-56.

[5] 白媛,張興.“計算機組成原理”課程階梯化教學研究[J].計算機教育,2007,01(20):50-52.

[6] 張宏偉,王新環(huán),閻有運.微機系列課程實驗教學改革研究[J].實驗室科學,2010,13(1):38-40.

[責任編輯：徐明忠]

Exploration and practice on the teaching of microcomputer principle based on the students’ practical ability

LIU Liming

(Schoon of Physics and Electrical Information,Shangqiu Normal University,Shangqiu 476000,China)

Microcomputer principle is a professional basic course which has a strong theoretical and the students are relatively difficult to learn.In this paper, from the perspective of cultivating high-quality applied talents, to form the model of "theory teaching, practice teaching and scientific and technological innovation", we use the hierarchical teaching method in order to inspire and mobilize students’ learning initiative from different level of the community activities, lectures and the innovation project, so as to explore the cultivating high-quality applied undergraduate talents with engineering practice ability.

microcomputer principle; hierarchical teaching; teaching exploration; open experimental teaching

2014-12-15

河南省教育廳項目(JYB2014230)

劉黎明(1982-)，男，河南夏邑人，商丘師范學院助教，主要從事嵌入式系統(tǒng)應用與開發(fā)，復雜系統(tǒng)仿真的研究.

G642

A

1672-3600(2015)09-0128-05