寶雞文理學(xué)院物理與光電技術(shù)學(xué)院 高美蓉

針對微機(jī)原理與接口技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)中存在的問題，伴隨我國教學(xué)改革的全面推進(jìn)，以培養(yǎng)學(xué)生的動手操作能力、工程實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力及團(tuán)隊協(xié)作能力為作為改革的指導(dǎo)思想，結(jié)合本校的特點(diǎn)，提出了基于CDIO項(xiàng)目引導(dǎo)式的教學(xué)方法研究。在傳統(tǒng)教學(xué)的基礎(chǔ)上，增加了項(xiàng)目引導(dǎo)教學(xué)，在項(xiàng)目完成過程中，將課堂教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)結(jié)合起來，運(yùn)用CDIO教育模式對微機(jī)原理與接口技術(shù)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了改革。實(shí)踐證明通過教學(xué)改革引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析、解決問題，使學(xué)生具有創(chuàng)新智慧、創(chuàng)新意識和創(chuàng)新精神，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的習(xí)慣。

一、引言

針對新時期中國高等學(xué)校已進(jìn)入內(nèi)涵式發(fā)展的新形勢，為了適應(yīng)社會對應(yīng)用型人才的要求，對高等學(xué)校的教育提出了新的要求，要求培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識、創(chuàng)新精神、創(chuàng)新能力的綜合素質(zhì)性人才。微機(jī)原理與接口技術(shù)是電氣工程類及測控專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程。課程內(nèi)容兼顧硬件和軟件兩個方面，其內(nèi)容與工程實(shí)際應(yīng)用緊密聯(lián)系，具有實(shí)踐性強(qiáng)、涉及知識面廣的特點(diǎn)。在微機(jī)原理與接口技術(shù)課程建設(shè)過程中，以培養(yǎng)應(yīng)用型本科人才為目的，我們積極研究探索嘗試新的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)模式，以CDIO工程教育理念為教學(xué)內(nèi)容安排原則，開展基于CDIO工程項(xiàng)目引導(dǎo)下的教學(xué)改革研究。

二、微機(jī)原理與接口技術(shù)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀

微機(jī)原理與接口技術(shù)課程理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)，是測控專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，課程內(nèi)容兼顧硬件和軟件兩個方面，其內(nèi)容與工程實(shí)際應(yīng)用緊密聯(lián)系，因此微機(jī)原理與接口技術(shù)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)是實(shí)現(xiàn)理論知識與應(yīng)用的結(jié)合，實(shí)驗(yàn)教學(xué)比理論教學(xué)更有利于學(xué)生動手與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，為后續(xù)專業(yè)課的學(xué)習(xí)打下一定的基礎(chǔ)（高美蓉.電子信息類專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系構(gòu)建的研究與實(shí)踐[J].辦公自動化,2016,21(05):40-41+37）。但是我校在微機(jī)原理與接口技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中還存在一些問題。

（1）實(shí)驗(yàn)課時少。目前微機(jī)原理與接口技術(shù)的授課過程中，仍然是以大量的課堂教學(xué)為主，附帶少量的實(shí)驗(yàn)教學(xué)的模式進(jìn)行，理論教學(xué)多余實(shí)踐教學(xué)，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中很難將課堂上的理論知識與實(shí)驗(yàn)聯(lián)系起來，不能做到實(shí)驗(yàn)加深對理論知識的理解和實(shí)驗(yàn)是理論知識的應(yīng)用。

（2）實(shí)驗(yàn)課教學(xué)內(nèi)容設(shè)置不夠合理，缺乏創(chuàng)新。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)置過程中有驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計性實(shí)驗(yàn)，其中驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的數(shù)量較多，綜合性和設(shè)計性實(shí)驗(yàn)的數(shù)量較少，在實(shí)驗(yàn)的過程中，缺少對學(xué)生綜合設(shè)計能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)；實(shí)驗(yàn)內(nèi)容陳舊與工程實(shí)際問題相差較遠(yuǎn)，不能將理論與實(shí)踐相結(jié)合，學(xué)生的工程實(shí)踐能力相對較弱（高美蓉.電子信息類專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系構(gòu)建的研究與實(shí)踐[J].辦公自動化,2016,21(05):40-41+37）。

（3）實(shí)踐教學(xué)手段過于單一。實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中大部分學(xué)校使用的是實(shí)驗(yàn)箱，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容是設(shè)計生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)箱時設(shè)定好的，內(nèi)容固定，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)的過程中只需要按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書或者實(shí)驗(yàn)老師的指導(dǎo)按照規(guī)定的步驟連接電路、下載程序、運(yùn)行程序、觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中很少去思考為什么這樣設(shè)計電路和程序，也很少去分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)過程雖然簡單，學(xué)生也能很快掌握，但是沒有培養(yǎng)學(xué)生的硬件電路的設(shè)計能力和軟件編程能力，同時學(xué)生的主觀能動性和學(xué)生的創(chuàng)新能力沒有得到有效的培養(yǎng)。

（4）考核方式單一。學(xué)生在老師的指導(dǎo)下完成實(shí)驗(yàn)。教師根據(jù)學(xué)生提交的實(shí)驗(yàn)報告給出實(shí)驗(yàn)成績，忽略了學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)的具體過程。

（5）缺乏團(tuán)隊合作意識的培養(yǎng)。由于實(shí)驗(yàn)內(nèi)容簡單、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目居多和實(shí)驗(yàn)室條件的限制，通常學(xué)生2～3人為一組完成實(shí)驗(yàn)。團(tuán)隊合作意識薄弱，不適應(yīng)現(xiàn)代企業(yè)對工程工程技術(shù)人才的要求。

三、基于CDIO理念的微機(jī)原理與接口技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的構(gòu)建

CDIO(Conceive Design Implement Operate）代表構(gòu)思、設(shè)計、實(shí)現(xiàn)和運(yùn)作。CDIO工程教育模式是獲得Knut and Alice Wallenberg基金會近2000萬美元巨額資助下由麻省理工學(xué)院和瑞典皇家工學(xué)院等四所大學(xué)經(jīng)過四年的探索研究，創(chuàng)立了CDIO工程教育理念，是近年來國際工程教育改革的最新成果。CDIO工程教育理念是以學(xué)生完成工程項(xiàng)目為目標(biāo)，將學(xué)生的被動學(xué)習(xí)變?yōu)橹鲃訉W(xué)習(xí)，在完成項(xiàng)目的過程中學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容。將實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容與項(xiàng)目結(jié)合起來，培養(yǎng)了學(xué)生的工程基礎(chǔ)知識、個人能力、人際團(tuán)隊能力和工程系統(tǒng)能力，也即為CDIO工程教育模式的能力大綱。要求以綜合的培養(yǎng)方式使學(xué)生在這四個層面達(dá)到預(yù)定目標(biāo)，如圖1所示（李珍香,李全福.基于CDIO模式的微機(jī)原理與接口技術(shù)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué),2013,16(01):65-68;劉德勝,王磊,劉云鵬,馬曉君,薛佳梅.創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目驅(qū)動下《微機(jī)原理及接口技術(shù)》實(shí)踐課程教學(xué)方法研究[J].科技創(chuàng)業(yè)月刊,2017,30(07):65-66）。滿足CSIO所要求的12條標(biāo)準(zhǔn)。

以CDIO模式為指導(dǎo)，構(gòu)建將理論與工程實(shí)踐相結(jié)合的“微機(jī)原理與接口技術(shù)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，培養(yǎng)以滿足社會實(shí)際需求的應(yīng)用型、創(chuàng)新性的復(fù)合型性人才。因此，微機(jī)原理與接口技術(shù)實(shí)踐教學(xué)在應(yīng)用型本科院校的教學(xué)中具有舉足輕重的地位，是不可忽視的。應(yīng)根據(jù)學(xué)院地方發(fā)展得特色和學(xué)院的現(xiàn)有教學(xué)條件和教學(xué)設(shè)施，構(gòu)建應(yīng)用型和創(chuàng)新性的實(shí)踐教學(xué)體系。在制定人才培養(yǎng)方案的過程中，加大實(shí)驗(yàn)教學(xué)課時，建立良好的師資隊伍；樹立正確的教育理念。實(shí)驗(yàn)教學(xué)構(gòu)建思路如圖1所示，通過構(gòu)思環(huán)節(jié)制定微機(jī)原理與接口技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)教學(xué)評價標(biāo)準(zhǔn)；通過設(shè)計環(huán)節(jié)修改和優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱；通過實(shí)現(xiàn)環(huán)節(jié)完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容；通過運(yùn)作環(huán)節(jié)改善實(shí)驗(yàn)條件和實(shí)踐教學(xué)手段，構(gòu)建基于CDIO理念的微機(jī)原理與接口技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，將CDIO工程教育模式貫穿到整個實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動中（何金枝,趙天翔,李云強(qiáng).基于IB-CDIO理念的《微機(jī)原理》實(shí)驗(yàn)教學(xué)探索[J].電腦知識與技術(shù),2016,12(34):138-140）。

圖1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系構(gòu)建思路

四、實(shí)踐教學(xué)體系的建設(shè)

1.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的改革

在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容上采用階梯式教學(xué)模式，分階段進(jìn)行。

（1）基礎(chǔ)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，是基礎(chǔ)入門階段必不可少的實(shí)驗(yàn)，是將課堂上的理論知識通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。熟悉實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)步驟。通過匯編語言程序的建立實(shí)驗(yàn)、存儲器讀/寫實(shí)驗(yàn)和執(zhí)行和8255接口實(shí)驗(yàn)等，掌握DEBUG調(diào)試指令的運(yùn)行情況，觀察指令調(diào)試后的結(jié)果。掌握接口芯片的工作原理、各個引腳信號的功能和應(yīng)用。學(xué)會將軟件和硬件結(jié)合起來的實(shí)驗(yàn)方法，逐步提高學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的興趣。

（2）綜合設(shè)計性實(shí)驗(yàn)，是提高階段，這一階段主要是培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考和知識綜合應(yīng)用的能力（蘇英.基于CDIO的微機(jī)原理與接口技術(shù)教學(xué)研究[J].中國管理信息化,2016,19(10):218-219）。學(xué)生在完成基礎(chǔ)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，已經(jīng)掌握了微機(jī)原理與接口技術(shù)課程的基本知識和原理。對接口芯片的外部特征也有了一定的了解，通過匯編語言程序的建立實(shí)驗(yàn)掌握了匯編語言的編程。在此基礎(chǔ)上，學(xué)生可以繼續(xù)深入完成綜合應(yīng)用型實(shí)驗(yàn)。例如：8086數(shù)字電子鐘系統(tǒng)的設(shè)計和數(shù)碼管顯示和鍵盤電路設(shè)計等。

(3)應(yīng)用創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)，是綜合應(yīng)用階段，在基礎(chǔ)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和綜合設(shè)計性實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，培養(yǎng)學(xué)生的知識的應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力。通過應(yīng)用創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)將該門課程和其他相關(guān)專業(yè)理論知識結(jié)合起來應(yīng)用到實(shí)踐中，在此實(shí)驗(yàn)過程中完成學(xué)生的綜合應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。因此在教學(xué)過程中引入項(xiàng)目引導(dǎo)教學(xué)模式，即以學(xué)生為主體，教師引導(dǎo)完成一個完整的項(xiàng)目。項(xiàng)目內(nèi)容由教師根據(jù)學(xué)生的情況、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)目標(biāo)來制定，也可以由學(xué)生自行選題，但是要由教師審核通過才可。學(xué)生自由組合3-5人為一組，相互探討、自主查閱資料、教師引導(dǎo)下完成，邊學(xué)邊做，教中學(xué)，學(xué)中做，使知識技能同步增長，同時還能培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)作能力。項(xiàng)目完成后以小組答辯的方式進(jìn)行考核，利用PPT演示項(xiàng)目的完成情況，包括設(shè)計思路、設(shè)計方法和實(shí)現(xiàn)過程中遇到的問題以及如何解決。通過教師提問的方式考察學(xué)生知識點(diǎn)掌握情況。通過答辯的方式教師還可以考察到學(xué)生PPT的制作水平、語言的邏輯組織能力等，教師根據(jù)總體情況給出項(xiàng)目答辯成績。

2.改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段和教學(xué)方法

傳統(tǒng)的微機(jī)原理與接口實(shí)驗(yàn)教學(xué)是組織學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)箱上完成的，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容較為固定，學(xué)生無法自己設(shè)計電路，學(xué)生很快完成實(shí)驗(yàn)，不能達(dá)到很好的教學(xué)效果（劉娟,黃忠.微機(jī)原理與接口技術(shù)CDIO模式教學(xué)[J].安慶師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2017,23(04):106-108）。改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段和教學(xué)方法，可以讓學(xué)生利用proteus仿真軟件進(jìn)行整個電路的設(shè)計，畫出硬件連接圖、編寫程序并仿真結(jié)果。實(shí)驗(yàn)過程中，教師通過對軟件的介紹，使學(xué)生學(xué)會了proteus仿真軟件的使用，可以將仿真技術(shù)應(yīng)用到其他課程或?qū)嶒?yàn)中。通過電路圖的設(shè)計，是學(xué)生更加深入掌握了芯片的工作原理及其應(yīng)用。利用proteus仿真軟件完成實(shí)驗(yàn)，學(xué)生在課堂上完成的同時，也可以走出實(shí)驗(yàn)室利用課余時間在自己電腦上進(jìn)行設(shè)計。還可以利用該軟件開發(fā)更多的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)熱情。

3.實(shí)驗(yàn)考核評價方式的改革

課程的考核對教學(xué)成果具有檢驗(yàn)的作用，同時對于后期的教學(xué)又具有一定的指導(dǎo)作用，因此完善和改進(jìn)本課程的實(shí)驗(yàn)考核評價方式，實(shí)驗(yàn)成績分為三部分組成，基礎(chǔ)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和綜合設(shè)計性實(shí)驗(yàn)、應(yīng)用創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)考試?；A(chǔ)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和綜合設(shè)計性實(shí)驗(yàn)的成績由實(shí)驗(yàn)教師根據(jù)學(xué)生實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)報告的完成情況給出，占總成績的40%（楊志紅.基于CDIO模式的微機(jī)原理與接口技術(shù)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革[J].網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)與應(yīng)用,2015(02):117+120）。應(yīng)用創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)成績主要由以下因素決定：該項(xiàng)目相關(guān)資料的查找、小組成員之間的分工協(xié)作、項(xiàng)目的設(shè)計思路、實(shí)現(xiàn)方法、制作完成情況、項(xiàng)目演示、答辯過程和總結(jié)報告，占總成績的30%。實(shí)驗(yàn)期末考試以實(shí)驗(yàn)操作的形式進(jìn)行，占總成績的30%。

五、結(jié)語

CDIO模式以工程項(xiàng)目為載體，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，CDIO模式以工程項(xiàng)目為情景，通過團(tuán)隊協(xié)作的方式開展教學(xué)，學(xué)生為主體，教師引導(dǎo)，通過完成項(xiàng)目進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)學(xué)生對知識的掌握，充分發(fā)掘?qū)W生的學(xué)習(xí)潛能，提高解決實(shí)際問題的能力（王曉麗.《微機(jī)原理及接口技術(shù)》的教學(xué)改革與實(shí)踐[J].福建電腦,2017,33(10):174-175）。CDIO模式注重學(xué)生實(shí)際動手能力的培養(yǎng)，主張課程從具體項(xiàng)目出發(fā)，通過項(xiàng)目完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基礎(chǔ)上完成項(xiàng)目，最后由項(xiàng)目的完成再回到課程學(xué)習(xí)中，符合社會對高校工科的人才培養(yǎng)需求和電子信息工程及測控專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)；同時教師在引導(dǎo)學(xué)生完成項(xiàng)目的過程中，也會對微機(jī)原理與接口技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程有了更深層次的理解，為今后的教學(xué)工作奠定基礎(chǔ)。