苑廣軍,孫繼元,白 晶( 北華大學 電氣信息工程學院,吉林 吉林 132021 )
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基于工程對象法的微機原理課程教學實踐
苑廣軍,孫繼元,白 晶
( 北華大學 電氣信息工程學院,吉林 吉林 132021 )
摘 要:分析微機原理課程的特點,提出工程對象教學法,即課堂教學以某一工程專題為核心,采用任務(wù)驅(qū)動模式講解課程的知識點,強調(diào)在實踐教學的過程中利用實驗教學平臺并結(jié)合課程的知識點,分步設(shè)計實現(xiàn)各個專題的功能模塊,在課程設(shè)計和實習中完成該工程專題。
關(guān)鍵詞:工程對象教學法;微機原理;教學實踐;創(chuàng)新
微機原理課程是高校工科非計算機專業(yè)類的重要專業(yè)基礎(chǔ)課之一[1]。雖然微機原理課程以電路理論、模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)為基礎(chǔ),但是其核心知識點也廣泛應(yīng)用在單片機、嵌入式系統(tǒng)和DSP相關(guān)課程中。此外,通過學習該課程中的匯編語言,學生編程邏輯的嚴謹性也可得到很大的提高。但是,微機原理課程還存在知識點比較抽象、教學內(nèi)容分散、理論與實際脫節(jié)、課程教學不能引起學生的學習興趣等問題,學生普遍反映課程不好學,也加大了課程的教學難度。如何對微機原理課程進行教學改革,是擺在教師面前的重要課題[2]。通過分析,筆者認為在微機原理課程中引入工程對象教學法可以有效解決以上問題。
1.1教學思路
工程對象教學法的目標是服務(wù)于學生的實踐教學和課程教學,這不僅體現(xiàn)了工程教育的需要,還體現(xiàn)了本教學法的自身特點,即淺顯易懂又易于概念推廣。大學的工程教育應(yīng)該重點提高學生的實踐能力以及創(chuàng)新能力已經(jīng)成為共識[3-4],但在教學方法上不能僅從工程訓練環(huán)節(jié)入手,應(yīng)該從教材編排、教學方法、教學模式、實驗平臺設(shè)計、工程訓練體系、工程訓練平臺設(shè)計等多方面系統(tǒng)考慮,應(yīng)該涵蓋學生微機原理課程學習的整個過程。
1.2教學模式
工程對象教學法的教學模式是一種基于典型工程對象進行教學,是MBA案例教學法在工程教育中的應(yīng)用[5]。工程對象教學法的特征是在將工程對象引入理論教學中時,使學生深入理解微機原理各要點及其運用;將工程對象引入實踐教學中時,使學生更系統(tǒng)全面地理解并掌握所學知識和各項技能,使學生對知識點融會貫通;豐富而實際的對象類型可使學生對課程產(chǎn)生濃厚的學習興趣[6]。工程對象教學法的優(yōu)勢在于,適當?shù)墓こ虒ο罂纱聿糠只蚨囗椀湫偷膶I(yè)應(yīng)用,可適用于某大類專業(yè)或具有一定的專業(yè)覆蓋面,可靈活拆解或擴展。工程對象教學法的體系構(gòu)架是按“任務(wù)驅(qū)動”的模式分解各個知識點,用“實踐—歸納—推理—再實踐”的模式進行授課,將授課和實驗合二為一,老師“在講中做、在做中講”,學生“在學中做、在做中學”。教學方案的進程將理論教學和實踐教學分為不同層次和階段,如此來實現(xiàn)提高創(chuàng)新能力、實踐能力和工程素質(zhì)的目標。
工程對象教學法教學模式的研究是培養(yǎng)學生的工程素質(zhì)與能力,課程方案需針對學生特點和課程特點進行全面改革。因此,需要在新的理念基礎(chǔ)上編寫教材、培養(yǎng)師資和制作課件,需要利用新的教學平臺,創(chuàng)建新的教學模式和教學方法,開展新的工程教學設(shè)備及教學工作的研究。
2.1工程對象的選擇
工程對象的選擇決定了課程改革的成敗。選擇工程對象的原則是:學生易于接受,即以學生現(xiàn)有的理論基礎(chǔ)能夠理解該工程對象;涵蓋面廣,即可涵蓋微機原理課程大綱要求的所有知識點;可擴展性強,即與微機原理相關(guān)的后續(xù)課程所選的工程對象可在微機原理的工程對象基礎(chǔ)上進行擴展[7]。在微機原理課程中選擇8086和80286作為主要講解芯片,因為這兩款CPU內(nèi)部基本結(jié)構(gòu)、匯編指令的尋址方式、中斷的基本概念、響應(yīng)流程等對目前的科研和生產(chǎn)仍然具有指導意義,有利于學生后續(xù)對嵌入式系統(tǒng)和DSP的學習[8];8086和80286內(nèi)部沒有集成RAM、ROM、中斷控制器等功能模塊,可以鍛煉學生擴展芯片的能力,也為學生后續(xù)學習和理解單片機課程打下基礎(chǔ)。此外,教師在講解基本概念的同時,還可以介紹其在當前技術(shù)中的發(fā)展和應(yīng)用。
2.2課堂教學內(nèi)容的組織
課堂教學分為課程導入、知識點講解及任務(wù)節(jié)點解析和課程總結(jié)3個部分。其中,課程導入是最關(guān)鍵的部分,教師利用多媒體flash、結(jié)合自身科研工程經(jīng)驗將工程對象按知識點分解成多個任務(wù)節(jié)點,使學生直觀地了解微機原理課程的主線以及各知識點之間的關(guān)系;知識點講解及任務(wù)節(jié)點解析中,教師通過講解知識點,使學生了解如何完成任務(wù)節(jié)點,因此,講解一定要注意承上啟下,這樣才能使各個知識點聯(lián)系得更緊密,任務(wù)節(jié)點解析則是將知識點和任務(wù)節(jié)點聯(lián)系在一起并啟發(fā)學生利用知識點解決問題;在課程總結(jié)的有效途徑中,應(yīng)用桑紅石老師的“三明治”教學法使得課堂氣氛活躍,有效提高了學生學習的主動性,此外,針對每章需要掌握的重點內(nèi)容,教師可以通過動畫的方式加強設(shè)計舉例的生動性[9]。
2.3實踐教學內(nèi)容的組織及相關(guān)案例
實踐教學內(nèi)容分成實驗和課程設(shè)計兩類。實驗主要是針對關(guān)鍵任務(wù)節(jié)點(子對象),可將以往的實驗預習報告改寫成項目申請,實驗過程是項目實現(xiàn),實驗報告則為結(jié)項報告。由此,每個實驗就是整個工程對象(工程項目)的子項目,只要把這些子項目有效地連接在一起,就可以完成整個工程項目,即為課程設(shè)計。項目設(shè)計的具體步驟有:①題目設(shè)立(占用1個課時),題目要在工程對象的基礎(chǔ)上略加功能擴展;②撰寫項目申請書(占用1個課時),包括項目的目的、意義、方案論證、項目計劃(時間節(jié)點)、項目測試條件等;③項目制作以及項目測試(占用4個課時);④結(jié)項報告(占用2個課時)。學生利用周末或課余時間完成項目設(shè)計任務(wù),具體教學案例如下。
1)任務(wù)的提出。
以8255交通燈實驗的展開為例,選取十字路口交通燈為工程對象。那么,對交通燈的管制則為工程項目,項目中的定時器模塊、中斷、燈顯等各模塊為此工程項目的子項目。
在實際教學過程中,針對實驗給學生分配具體任務(wù):2名相鄰學號的學生組成1個小組,各組成員根據(jù)對知識掌握的不同程度分工合作,每人負責若干個子項目,最后將所有子項目組合到一起,搭建成一個完整的項目,即交通燈設(shè)計。本實驗不僅可以幫助學生熟悉并掌握各個部件和芯片的工作原理,還可以讓學生明白芯片接口之間是如何建立聯(lián)系和相互通信的,既能覆蓋教學內(nèi)容,又能調(diào)動學生的積極性[10]。
2)任務(wù)節(jié)點解析。
對于給定的任務(wù),教師應(yīng)鼓勵學生之間廣泛開展討論,分析問題、解決問題并預測效果,充分發(fā)揮學生的自主學習能力,讓學生自發(fā)尋找任務(wù)中的相關(guān)知識點,教師則重點講解學生忽略和缺失的知識點,必要時輔助學生進行任務(wù)分解。
3)任務(wù)的實施。
通過查閱資料,熟悉所用芯片的引腳說明、芯片的模式設(shè)定、部件間的布局以及簡單的調(diào)試,學生能復習以前學過的知識點,在通力合作中體驗完成任務(wù)的成就感。任務(wù)實施期間,教師可以提供基本芯片的控制程序,同步對程序做出必要的講解,以提高學生對匯編語言的熟悉程度。
基于工程對象教學法的微機原理課程教學
改革,我們首先在北華大學的吉林省電力電子應(yīng)用技術(shù)科技創(chuàng)新中心的四十多名學生中試運行了一個學期。通過試運行,這些學生對課程產(chǎn)生了濃厚的興趣,基本能夠掌握課程中所涉及的知識點,很好地完成了相關(guān)的實驗實習;學生的工程意識和創(chuàng)新意識得到了加強;在后續(xù)課程的學習中,學生能將微機原理課程中的工程對象針對新的課程進行更改和擴展;在畢業(yè)設(shè)計中,學生能應(yīng)用微機原理課程中的工程對象進行設(shè)計,并取得較好成績。
工程對象教學法的核心教學模式是“實踐—歸納—推理—再實踐”,這正好符合人類認識過程“感性認識—理性認識—再認識”的客觀規(guī)律。因此,學生在該教學法下可以很好地學會理論知識,而該教學法的“再實踐”部分則是引導學生運用已有的知識去解決未知的問題,即“溫故而知新”的過程,這也正是“創(chuàng)新”的精髓。在此基礎(chǔ)上,通過不斷地嘗試,我校微機原理課程的教學效果和教學質(zhì)量有了明顯的改善。
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(見習編輯:趙盼)
第一作者簡介:苑廣軍,女,講師,研究方向為檢測技術(shù)與自動化裝置,ygj791223@163.com。
基金項目:國家專業(yè)綜合改革試點項目“電氣工程及其自動化”(ZG0119)。
中圖分類號:G642
文章編號:1672-5913(2016)04-0127-02