許雪林+蔡文培+陳敏

摘 要：針對(duì)微機(jī)原理課程設(shè)計(jì)中普遍存在的學(xué)生消極等待設(shè)計(jì)結(jié)果的現(xiàn)象，分析該現(xiàn)象產(chǎn)生的主要原因，提出微機(jī)原理課程的分層課程設(shè)計(jì)改革方法，并介紹具體實(shí)施步驟，分析分層設(shè)計(jì)實(shí)施后出現(xiàn)的問(wèn)題，說(shuō)明關(guān)鍵問(wèn)題的解決辦法。

關(guān)鍵詞：分層設(shè)計(jì)；微機(jī)原理；課程設(shè)計(jì)

文章編號(hào)：1672-5913（2017）07-0069-04

中圖分類號(hào)：G642

0 引 言

在微機(jī)原理課程設(shè)計(jì)的教學(xué)改革中，主要通過(guò)改革實(shí)驗(yàn)設(shè)備（如張國(guó)安[1]和金文[2]）或項(xiàng)目導(dǎo)向方法（如龔雪梅[3]）來(lái)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。由于微機(jī)原理課程設(shè)計(jì)涵蓋軟硬件的知識(shí)，內(nèi)容繁瑣復(fù)雜，入門(mén)較難，能力差的學(xué)生需要樹(shù)立強(qiáng)大的自信心來(lái)激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，能力強(qiáng)的學(xué)生則需要自我發(fā)展的空間。因此，如果課程設(shè)計(jì)內(nèi)容不加以區(qū)別，能力差的學(xué)生體驗(yàn)不到設(shè)計(jì)的快樂(lè)，導(dǎo)致積極性不高，而能力強(qiáng)的學(xué)生則局限在同一題目的框架內(nèi)無(wú)法提高。如果能根據(jù)學(xué)生的能力進(jìn)行分層教學(xué)，課程設(shè)計(jì)題目也根據(jù)難易程度分層設(shè)置，能力不同的學(xué)生選擇適合自己的題目進(jìn)行課程設(shè)計(jì)，既能保證能力差的學(xué)生獨(dú)立完成設(shè)計(jì)而激發(fā)后續(xù)學(xué)習(xí)的動(dòng)力，還能保證能力強(qiáng)的學(xué)生學(xué)習(xí)到更全更難的知識(shí)和技術(shù)。

1 微機(jī)原理課程設(shè)計(jì)分層設(shè)計(jì)的研究?jī)?nèi)容

微機(jī)原理課程分層設(shè)計(jì)包含兩個(gè)方面：

1）按能力對(duì)學(xué)生分層。

教師除了讓學(xué)生自我選擇外，還需通過(guò)教學(xué)階段進(jìn)行區(qū)分。

2）按難度對(duì)課程設(shè)計(jì)內(nèi)容分層。

課程設(shè)計(jì)內(nèi)容由基本內(nèi)容和擴(kuò)展內(nèi)容組成?；緝?nèi)容包含構(gòu)造完整系統(tǒng)的基本功能，而擴(kuò)展功能包含完整系統(tǒng)的優(yōu)化和特色內(nèi)容。

在課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，教師先對(duì)學(xué)生進(jìn)行分層，然后布置相應(yīng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容，確保每一個(gè)學(xué)生在設(shè)計(jì)過(guò)程中能夠很好地完成設(shè)計(jì)要求，實(shí)現(xiàn)課程設(shè)計(jì)的目的，讓每一個(gè)學(xué)生都能動(dòng)手操作實(shí)踐。

分層課程設(shè)計(jì)實(shí)施需要包含以下幾方面內(nèi)容：

1）課程講授階段通過(guò)作業(yè)和實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生能力進(jìn)行測(cè)評(píng)和分類。

在微機(jī)原理課程講授階段，教師通過(guò)作業(yè)測(cè)評(píng)和實(shí)驗(yàn)考核來(lái)確定每一位學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，并進(jìn)行能力分層。

2）課程設(shè)計(jì)過(guò)程需要明確設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容和擴(kuò)展內(nèi)容。

課程設(shè)計(jì)的指導(dǎo)教師需要詳細(xì)規(guī)劃課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容。課程設(shè)計(jì)內(nèi)容首先被分為基本設(shè)計(jì)和擴(kuò)展設(shè)計(jì)，然后指導(dǎo)教師詳細(xì)描述基本內(nèi)容的實(shí)現(xiàn)步驟，而對(duì)于擴(kuò)展內(nèi)容僅提供實(shí)現(xiàn)思路。

3）指導(dǎo)教師輔導(dǎo)監(jiān)督機(jī)制要到位。

指導(dǎo)教師應(yīng)針對(duì)學(xué)生的基礎(chǔ)作詳細(xì)指導(dǎo)，并提供詳細(xì)的設(shè)計(jì)思路，入門(mén)引導(dǎo)工作主要通過(guò)教室板書(shū)、演示等手段完成。除此之外，指導(dǎo)教師必須控制課程設(shè)計(jì)實(shí)施進(jìn)度，做到有問(wèn)題及時(shí)處理，否則很容易讓學(xué)生遇難而退，達(dá)不到教改的效果。

2 具體實(shí)施步驟

分層課程設(shè)計(jì)實(shí)施階段有4個(gè)班級(jí)參與，分別是通信10級(jí)、電氣13級(jí)、光電應(yīng)用12級(jí)和電子13級(jí)。

1）對(duì)學(xué)生能力分層。

課程初通過(guò)宣講，學(xué)生自愿組建小于3人的合作異質(zhì)小組（即能力強(qiáng)弱組合）[4]。整個(gè)教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生在小組內(nèi)一起完成作業(yè)和實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)階段，實(shí)行組長(zhǎng)負(fù)責(zé)制。

2）對(duì)同一課題設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行分層。

以設(shè)計(jì)公交車上具有溫度顯示的智能電子時(shí)鐘為例，首先，教師通過(guò)實(shí)地調(diào)研和采購(gòu)，獲取對(duì)應(yīng)的電子時(shí)鐘。接著，以實(shí)物為模型，制訂課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)，包含基本設(shè)計(jì)和擴(kuò)展設(shè)計(jì)，盡量詳細(xì)描述基本設(shè)計(jì)。例如，將時(shí)鐘設(shè)計(jì)中時(shí)間和溫度巡顯、時(shí)鐘的調(diào)校、溫度的標(biāo)度轉(zhuǎn)換、鬧鐘的設(shè)置等作為基本的設(shè)計(jì)內(nèi)容，擴(kuò)展內(nèi)容包含日期顯示、時(shí)間進(jìn)制切換、巡顯時(shí)間的設(shè)置等。最后，在設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)上對(duì)基本設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)的需求描述，并設(shè)置好必要的軟硬件框架。例如，設(shè)置基本的軟件功能模塊，包括按鍵輸入識(shí)別模塊、數(shù)碼管顯示等基本模塊，系統(tǒng)流程圖見(jiàn)圖1[4]。采用proteus提供相應(yīng)的硬件仿真平臺(tái)，學(xué)生能有更多的時(shí)間進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試。擴(kuò)展內(nèi)容簡(jiǎn)要描述要求即可，如電子時(shí)鐘巡顯時(shí)間的設(shè)置功能等。

3）對(duì)不同的多課題進(jìn)行分層。

為了豐富學(xué)生的知識(shí)面，應(yīng)根據(jù)不同專業(yè)進(jìn)行多課題設(shè)計(jì)，即學(xué)生根據(jù)自己的興趣完成課題選擇。4個(gè)班級(jí)實(shí)施多課題的情況見(jiàn)表1。

4）分層布置課程設(shè)計(jì)任務(wù)。

首先，確定學(xué)生的分組情況和選題情況。針對(duì)通信2010級(jí)和光電應(yīng)用2012級(jí)學(xué)生分組情況，有部分學(xué)生與教師同組，課題也比較簡(jiǎn)單，如多功能電子時(shí)鐘。考慮電氣2013級(jí)部分學(xué)生參加過(guò)電子設(shè)計(jì)大賽，有一定的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，因此該班級(jí)沒(méi)有教師作為組長(zhǎng)的小組，能力弱的學(xué)生直接由能力強(qiáng)的學(xué)生帶領(lǐng)。

課程設(shè)計(jì)的第一天，教師在教室布置設(shè)計(jì)任務(wù)，展示實(shí)物，并詳細(xì)分析基本設(shè)計(jì)內(nèi)容。例如，使用哪些硬件模塊實(shí)現(xiàn)溫度采集和顯示？搭建軟件模塊框架設(shè)計(jì)需要哪些功能模塊？

在學(xué)生設(shè)計(jì)過(guò)程中，每次結(jié)束時(shí)教師匯總每個(gè)學(xué)生遇到的問(wèn)題，然后在下個(gè)教學(xué)時(shí)段進(jìn)行解答。對(duì)于問(wèn)題解答，能力強(qiáng)的學(xué)生點(diǎn)撥即可，對(duì)能力弱的學(xué)生教師將仔細(xì)講解功能模塊流程，力求每個(gè)學(xué)生都能獨(dú)立編寫(xiě)代碼并調(diào)試成功。

5）設(shè)計(jì)過(guò)程中的監(jiān)管和輔導(dǎo)。

設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要階段性檢查學(xué)生的完成情況，這樣不僅能掌握學(xué)生進(jìn)度，還能鼓勵(lì)學(xué)生盡可能多地實(shí)現(xiàn)功能。

在4個(gè)班的實(shí)施過(guò)程中，如果采用小組進(jìn)行設(shè)計(jì)，則要求小組長(zhǎng)每天記錄調(diào)試和設(shè)計(jì)的內(nèi)容；沒(méi)有采用小組的班級(jí)則由個(gè)人直接完成記錄內(nèi)容。教師主要根據(jù)記錄內(nèi)容跟蹤學(xué)生的進(jìn)展情況。

由于每個(gè)學(xué)生的設(shè)計(jì)過(guò)程不可能出現(xiàn)完全相同的錯(cuò)誤，所以調(diào)試記錄不僅能夠了解學(xué)生的掌握情況，還能了解學(xué)生是否存在抄襲行為。

多題目的情況下，教師直接和組長(zhǎng)溝通，如光電應(yīng)用2012級(jí)由教師直接輔導(dǎo)能力弱的學(xué)生，教師作為組長(zhǎng)每天需要花2節(jié)課的時(shí)間輔導(dǎo)這部分學(xué)生。對(duì)于單題目設(shè)計(jì)，如2013級(jí)電子專業(yè)班級(jí)，前半部分教師側(cè)重輔導(dǎo)基礎(chǔ)知識(shí)，后半部分側(cè)重輔導(dǎo)擴(kuò)展知識(shí)。

6）設(shè)計(jì)考核。

4個(gè)班級(jí)的分層課程設(shè)計(jì)考核分3個(gè)部分完成，即驗(yàn)收、答辯和課程設(shè)計(jì)報(bào)告。

驗(yàn)收主要讓學(xué)生演示自己實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)功能，了解其能夠達(dá)到的大致范圍。

答辯是考核的主要部分，通過(guò)答辯能夠了解學(xué)生對(duì)自己系統(tǒng)的了解程度。一次答辯不通過(guò)，允許一周后參加第二次答辯，如果兩次答辯均不通過(guò)，則為不及格。答辯的內(nèi)容主要根據(jù)驗(yàn)收內(nèi)容定制。

課程設(shè)計(jì)報(bào)告要求包含設(shè)計(jì)過(guò)程中設(shè)計(jì)背景要求、系統(tǒng)功能描述、調(diào)試記錄和個(gè)人總結(jié)。

為了讓所有學(xué)生了解其他小組的完成情況，我們?cè)陔姎?013級(jí)多課題設(shè)計(jì)中采用小組展示答辯的方式，即3人小組先向教師和學(xué)生介紹他們的作品，然后由教師和學(xué)生提問(wèn)題。

最后，總評(píng)成績(jī)由10%的平時(shí)考勤、10%的驗(yàn)收成績(jī)、50%的答辯成績(jī)和30%的課程設(shè)計(jì)報(bào)告成績(jī)組成。

3 實(shí)施后問(wèn)題分析

根據(jù)調(diào)查問(wèn)卷反饋的信息，值得肯定的是分層設(shè)計(jì)能讓基礎(chǔ)較差的學(xué)生容易入門(mén)，提高自信心，而能力強(qiáng)的學(xué)生可以選擇自己喜歡的內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計(jì)。

1）能力分層、實(shí)行小組合作機(jī)制，能夠帶來(lái)好的教學(xué)效果。

在小組合作學(xué)習(xí)過(guò)程中，部分學(xué)生在調(diào)查報(bào)告中反饋，希望能夠強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，這樣在設(shè)計(jì)過(guò)程中能互相促進(jìn)，因此，后期實(shí)行基礎(chǔ)較差的學(xué)生由教師直接做組長(zhǎng)，其他學(xué)生自由組合。這樣一來(lái)，能力強(qiáng)的學(xué)生負(fù)擔(dān)減少，能力弱的學(xué)生不再有依賴性。

2）能力分層、實(shí)行設(shè)計(jì)內(nèi)容分層，同樣能帶來(lái)好的教學(xué)效果。

能力弱的學(xué)生只要在教師指導(dǎo)下獨(dú)立完成基本設(shè)計(jì)要求，就可以逐步增加設(shè)計(jì)內(nèi)容。能力強(qiáng)的學(xué)生為了獲得優(yōu)秀，必須全力以赴完成所有內(nèi)容。

3）不同的學(xué)生采用不同的題目完成設(shè)計(jì)。

能力弱的學(xué)生可以逐步實(shí)現(xiàn)從簡(jiǎn)單到困難的內(nèi)容。對(duì)于能力強(qiáng)的學(xué)生而言，基本設(shè)計(jì)內(nèi)容不足以激發(fā)其熱情。不同學(xué)生采用不同題目完成設(shè)計(jì)，可以兼顧能力強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情以及能力弱學(xué)生的信心。

4 結(jié) 語(yǔ)

讓所有學(xué)生學(xué)有所成是微機(jī)原理課程設(shè)計(jì)采用分層設(shè)計(jì)教改的目的。通過(guò)3年的實(shí)踐，經(jīng)過(guò)“實(shí)施—調(diào)查—調(diào)整”逐步完善了分層設(shè)計(jì)在微機(jī)原理課程設(shè)計(jì)中的實(shí)施方案，激發(fā)了課程設(shè)計(jì)過(guò)程中學(xué)生的積極性，提高了學(xué)生的動(dòng)手能力。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張國(guó)安， 余力， 許雪林. 微機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究[J]. 計(jì)算機(jī)教育， 2010（18）： 133-136.

[2] 金文， 張惠群， 陳曦. 微機(jī)原理課程設(shè)計(jì)的改革與實(shí)踐[J]. 中國(guó)大學(xué)教學(xué)， 2012（10）： 49-50.

[3] 貢雪梅. 項(xiàng)目教學(xué)法在單片機(jī)原理課程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J]. 實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理， 2009（26）： 115-116.

[4] 許雪林， 張國(guó)安， 陳敏. 卓越工程師計(jì)劃下的微機(jī)原理課程教學(xué)設(shè)計(jì)[J]. 計(jì)算機(jī)教育， 2014（9）：56-59.

（編輯：孫怡銘）