萬里冰 霍凱 趙嘉蔚 肖燕彩

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

[關(guān)鍵詞]微機(jī)原理與接口技術(shù);研究性教學(xué);實(shí)驗(yàn);專題研究

[中圖分類號(hào)] G642.0[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 2095-3437（2019）09-0007-03

研究性教學(xué)是目前國(guó)際上普遍認(rèn)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(yàn)、重全員參與的特點(diǎn)，對(duì)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(jìn)作用。研究性教學(xué)的具體形式多種多樣，其實(shí)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(jìn)學(xué)生提升學(xué)習(xí)能力，增強(qiáng)學(xué)習(xí)效果，使學(xué)生能夠在獨(dú)立思考、探索和實(shí)踐過程中理解知識(shí)、應(yīng)用知識(shí)并解決工程實(shí)際問題[1-3]。

“微機(jī)原理及接口技術(shù)”是我校機(jī)電大類各專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，授課對(duì)象是機(jī)電大類專業(yè)的二年級(jí)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(jì)算機(jī)為例，講授微型計(jì)算機(jī)的工作原理、系統(tǒng)擴(kuò)展以及接口技術(shù)，著重培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力、應(yīng)用能力和工程意識(shí)，使學(xué)生掌握解決測(cè)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(shí)踐性、知識(shí)交叉性強(qiáng)的特點(diǎn)，單純的課堂講授配合若干實(shí)驗(yàn)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(shí)的發(fā)展和社會(huì)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(shí)，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)探究的能力和綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)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(jī)原理及接口技術(shù)”課程由于具有應(yīng)用性、實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，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(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行了梳理，對(duì)沿襲多年的傳統(tǒng)教學(xué)方法的不足進(jìn)行了分析之后，基于機(jī)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(dòng)和基于研究性教學(xué)的主動(dòng)學(xué)習(xí)，并加強(qiáng)實(shí)踐訓(xùn)練，以提升學(xué)生的學(xué)習(xí)能力與實(shí)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(gè)方面的知識(shí)與能力。

（1）能夠解釋說明微型計(jì)算機(jī)與單片微型計(jì)算機(jī)的基本知識(shí)、基本工作原理，并能正確運(yùn)用單片微型計(jì)算機(jī)軟硬件系統(tǒng)構(gòu)成的基本原理和基本設(shè)計(jì)方法，為解決測(cè)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(jì)方法并結(jié)合文獻(xiàn)檢索等，針對(duì)測(cè)控系統(tǒng)復(fù)雜工程問題的設(shè)計(jì)開發(fā)要求，明確設(shè)計(jì)目標(biāo)并進(jìn)行功能原理分析，提出可行的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。

（3）能夠正確運(yùn)用相關(guān)儀器設(shè)備完成微型計(jì)算機(jī)軟硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，記錄實(shí)驗(yàn)過程，進(jìn)行結(jié)果分析，獲得實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

（4）能夠使用恰當(dāng)?shù)能浻布O(shè)計(jì)與分析工具開展測(cè)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(jì)。

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

針對(duì)以上課程目標(biāo)，課程組在仔細(xì)討論的基礎(chǔ)上制定的研究性教學(xué)方案主要包括改進(jìn)教學(xué)方法、增設(shè)研究性專題、改進(jìn)課程實(shí)驗(yàn)、完善考核方式等多個(gè)方面。方案確定主要依托工程案例、研究性專題、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和研究報(bào)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(shí)施研究性教學(xué)奠定了基礎(chǔ)。

二、研究性教學(xué)的實(shí)施

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

（一）加強(qiáng)案例教學(xué)

課堂講授是大學(xué)知識(shí)傳播的重要環(huán)節(jié)，課程組在課堂授課過程中著重強(qiáng)調(diào)課程基本概念的建立和應(yīng)用單片微型計(jì)算機(jī)解決機(jī)電工程領(lǐng)域中測(cè)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(jī)系統(tǒng)的原理和設(shè)計(jì)方法外，還介紹其他微型機(jī)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(shí)點(diǎn)細(xì)碎，學(xué)生在課堂學(xué)習(xí)中常感到乏味和細(xì)節(jié)記憶困難。因此，教師在實(shí)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(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，課程組在課堂教學(xué)過程中，著重加強(qiáng)了案例教學(xué)這一教學(xué)方法的運(yùn)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(duì)單片機(jī)技術(shù)的基本原理、概念、新知識(shí)、新技術(shù)的理解，引導(dǎo)學(xué)生掌握用于解決測(cè)控系統(tǒng)復(fù)雜工程問題的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)和技能，掌握開展系統(tǒng)功能分析、方案設(shè)計(jì)及綜合調(diào)試與仿真的方法。

課程組挑選了多個(gè)日常生活和工程實(shí)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(jī)的應(yīng)用”這部分內(nèi)容時(shí)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(shí)從單片機(jī)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(duì)單片機(jī)應(yīng)用有感性認(rèn)識(shí)的同時(shí)，意識(shí)到單片機(jī)系統(tǒng)可以解決很多生活中的實(shí)際問題，進(jìn)而對(duì)這門課產(chǎn)生濃厚的興趣。教師在講授“單片機(jī)計(jì)數(shù)器/定時(shí)器”單元時(shí)，可以先以如何設(shè)計(jì)教室內(nèi)人數(shù)計(jì)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(shí)現(xiàn)了師生的良好互動(dòng)。教師在課堂講授過程中將工程案例與課程知識(shí)有機(jī)結(jié)合起來，讓學(xué)生加深對(duì)課程基礎(chǔ)知識(shí)的理解，建立測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的概念，培養(yǎng)工程思維和工程意識(shí)，提高分析、解決問題和綜合運(yùn)用知識(shí)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(jì)的概念，培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)，加深學(xué)生對(duì)“微機(jī)原理及接口技術(shù)”課程知識(shí)點(diǎn)的理解和掌握，并能夠初步設(shè)計(jì)和調(diào)試單片機(jī)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(shí)點(diǎn)已完成課堂教學(xué)的基礎(chǔ)上進(jìn)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(jì)是在課外時(shí)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(zhǎng)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(xiàn)、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(jì)方案，完成單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的功能模塊劃分、CPU與存儲(chǔ)器等核心器件選型、外圍接口電路設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，并以仿真的形式給出軟硬件聯(lián)調(diào)的運(yùn)行結(jié)果，驗(yàn)證系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(bào)告并在課堂上進(jìn)行項(xiàng)目答辯和演示，演示與答辯安排2個(gè)課內(nèi)學(xué)時(shí)，由每個(gè)小組派出代表以PPT形式對(duì)該組的設(shè)計(jì)方案、軟硬件設(shè)計(jì)和仿真結(jié)果進(jìn)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(jì)完成程度、報(bào)告撰寫情況和答辯演示給出研究專題總評(píng)分。評(píng)分的主要依據(jù)是學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握程度、資料查閱情況、擴(kuò)展知識(shí)的自主學(xué)習(xí)應(yīng)用水平、小組分工與合作情況、報(bào)告的撰寫情況、演示答辯的表現(xiàn)等，這個(gè)成績(jī)則以一定比例計(jì)入課程期末考核總成績(jī)。專題研究活動(dòng)的開展鍛煉了學(xué)生總結(jié)歸納、理論聯(lián)系實(shí)際的能力，促進(jìn)了學(xué)生對(duì)課堂基礎(chǔ)知識(shí)的吸收和運(yùn)用，同時(shí)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(xiàn)的方法，初步具有了較為完整、規(guī)范地撰寫研究報(bào)告的能力。學(xué)生在參與專題研究的過程中，充分意識(shí)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(dòng)的開展以項(xiàng)目小組的形式進(jìn)行，也培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)精神，讓學(xué)生體會(huì)到分工與合作在工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)中的重要性。

（三）增設(shè)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)在“微機(jī)原理及接口技術(shù)”課程中占有重要地位，做課程實(shí)驗(yàn)是學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的重要途徑，能夠加深學(xué)生對(duì)微型計(jì)算機(jī)工作工程的理解，在培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力方面具有不可替代的重要作用。針對(duì)課程實(shí)踐性和應(yīng)用性強(qiáng)的特點(diǎn)，課程組對(duì)課程實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了研討，實(shí)驗(yàn)設(shè)置的基本思路是減少驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和增加設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。每個(gè)實(shí)驗(yàn)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(duì)于設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，要求學(xué)生在進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室之前必須完成預(yù)習(xí)報(bào)告，設(shè)計(jì)出接口電路，完成程序的設(shè)計(jì)，在課內(nèi)實(shí)驗(yàn)過程中則完成系統(tǒng)的軟硬件聯(lián)合調(diào)試，修改錯(cuò)誤，使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)預(yù)定功能。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)改變了學(xué)生參照指導(dǎo)書完成實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的軟硬件設(shè)計(jì)工作。實(shí)驗(yàn)過程中，強(qiáng)調(diào)由學(xué)生自主完成全部實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師起輔助作用。實(shí)驗(yàn)完成后，還需要求學(xué)生寫出詳盡的實(shí)驗(yàn)報(bào)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(duì)部分學(xué)生學(xué)有余力、對(duì)科學(xué)研究興趣濃厚的特點(diǎn)，課程組在增設(shè)課內(nèi)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的同時(shí)，還鼓勵(lì)學(xué)生在課余時(shí)間進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室深入研究課上的專題，借助實(shí)驗(yàn)室的有利條件具體實(shí)施研究專題中的設(shè)計(jì)方案，建立可真正實(shí)現(xiàn)預(yù)定功能的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。課后實(shí)驗(yàn)與專題研究項(xiàng)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(yàn)到了“從無到有”的樂趣，增加了學(xué)生對(duì)專業(yè)的理解和熱愛，促進(jìn)了學(xué)生自學(xué)能力和動(dòng)手實(shí)踐能力的培養(yǎng)，為學(xué)生以后的課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。

（四）健全考核評(píng)價(jià)體系

考核方式是影響學(xué)生對(duì)課程重視程度的重要因素，科學(xué)的考核和評(píng)價(jià)方式能有效調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性。為了能夠更準(zhǔn)確、完整地評(píng)價(jià)課程目標(biāo)的達(dá)成度，體現(xiàn)研究性專題、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)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(píng)價(jià)規(guī)則。評(píng)價(jià)規(guī)則中加大了平時(shí)成績(jī)的比例，以檢查學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握程度為評(píng)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(bào)告、實(shí)驗(yàn)、期末考試。期末筆試采用開卷形式，主要考查學(xué)生對(duì)單片微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)掌握和運(yùn)用的能力。期末試卷成績(jī)僅占總評(píng)成績(jī)的60%，其他幾部分構(gòu)成平時(shí)成績(jī)，占總評(píng)成績(jī)的40%。平時(shí)成績(jī)中，作業(yè)主要考核學(xué)生對(duì)每章節(jié)知識(shí)點(diǎn)的復(fù)習(xí)、理解和掌握程度，每次作業(yè)按五級(jí)制單獨(dú)評(píng)分，取各次成績(jī)的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績(jī)。實(shí)驗(yàn)成績(jī)是由實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師根據(jù)學(xué)生每次實(shí)驗(yàn)的完成情況和實(shí)驗(yàn)報(bào)告質(zhì)量進(jìn)行評(píng)分，取各次實(shí)驗(yàn)成績(jī)的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績(jī)。專題研究成績(jī)主要評(píng)價(jià)學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決測(cè)控系統(tǒng)工程問題的文獻(xiàn)檢索能力、方案設(shè)計(jì)能力、實(shí)踐能力、口頭和文字表達(dá)能力以及團(tuán)隊(duì)合作能力，其具體可細(xì)分為文獻(xiàn)檢索（15%）、設(shè)計(jì)方案與仿真（30%）、報(bào)告的規(guī)范性與完整性（30%）、演示與答辯情況（15%）、個(gè)人完成情況（10%）5個(gè)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(guó)高等教育的重要任務(wù)，本科教學(xué)改革對(duì)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)具有重要的作用。實(shí)踐證明，“微機(jī)原理及接口技術(shù)”課程研究性教學(xué)的實(shí)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(dòng)思考和參與研究的積極性，鍛煉學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際工程問題的能力。學(xué)生通過上講臺(tái)講解設(shè)計(jì)方案、演示仿真成果及撰寫研究報(bào)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(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

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[責(zé)任編輯：龐丹丹]