摘 "要 "剖析新工科背景下微機(jī)原理實(shí)驗(yàn)課程建設(shè)背景、教學(xué)方案、教學(xué)體系和教學(xué)效果，采用以問(wèn)題為導(dǎo)向，集成理論知識(shí)到產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的PBL-CDIO教學(xué)模式，構(gòu)建基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的線上線下交互式微機(jī)系統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，為新工科背景下的工科專業(yè)實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)建設(shè)探索新的路徑，在進(jìn)一步優(yōu)化和完善新工科人才培養(yǎng)模式，提升學(xué)生創(chuàng)新能力和可持續(xù)發(fā)展能力，培養(yǎng)具有專業(yè)素養(yǎng)的創(chuàng)新型工程實(shí)踐人才等方面具有積極作用。

關(guān)鍵詞 "PBL-CDIO教學(xué)模式；新工科；“互聯(lián)網(wǎng)+”線上

線下交互教學(xué)；微機(jī)原理；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

中圖分類號(hào)：G642 " "文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2022）11-0135-03

0 "引言

新工科是在傳統(tǒng)工科背景下提出的全新概念，是在人工智能、5G、物聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)的驅(qū)動(dòng)下建立的全新領(lǐng)域，強(qiáng)調(diào)學(xué)科的應(yīng)用性、創(chuàng)新性和綜合性，培養(yǎng)具有學(xué)業(yè)融合能力、工程創(chuàng)新能力、適應(yīng)變革能力的工程技術(shù)人才。青島農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)科建設(shè)的目標(biāo)是在新工科基礎(chǔ)上，對(duì)傳統(tǒng)的、現(xiàn)有的學(xué)科進(jìn)行轉(zhuǎn)型、升級(jí)和融合，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)自主性、科研探索性、團(tuán)隊(duì)協(xié)作性以及工程創(chuàng)新性，同時(shí)注重實(shí)踐教學(xué)的融合性、綜合性和應(yīng)用性[1]。

1 "課程建設(shè)背景

微機(jī)原理作為工科院校電子信息、通信工程、電氣自動(dòng)化等相關(guān)專業(yè)的核心課程，是一門(mén)實(shí)踐性和應(yīng)用性很強(qiáng)的課程，在培養(yǎng)體系中發(fā)揮著承上啟下的銜接作用。該課程要求學(xué)生融會(huì)貫通掌握微機(jī)原理和接口應(yīng)用兩個(gè)方面的知識(shí)，理論教學(xué)中知識(shí)點(diǎn)繁雜、抽象、晦澀、難理解，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)薄弱，無(wú)法充分發(fā)掘?qū)W生學(xué)習(xí)的潛力和激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣[2]。如果實(shí)踐環(huán)節(jié)得到充分挖掘，對(duì)加深理論知識(shí)的理解和提高學(xué)生對(duì)專業(yè)的興趣有著舉足輕重的作用。目前，實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在下列有待改進(jìn)的問(wèn)題。

1）創(chuàng)新性限制。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)采用的實(shí)驗(yàn)箱或?qū)嶒?yàn)板主體電路已搭建完成，偏重于驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。

2）實(shí)驗(yàn)時(shí)間限制。傳統(tǒng)的綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)大而虛、固定選題、學(xué)時(shí)少，學(xué)生對(duì)很多模塊理解不透徹，照葫蘆畫(huà)瓢地完成任務(wù)。整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程難以體現(xiàn)設(shè)計(jì)的自主性和創(chuàng)新性，完全達(dá)不到實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)和培養(yǎng)學(xué)生各項(xiàng)實(shí)踐能力的目的。

3）實(shí)驗(yàn)空間限制。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課主要通過(guò)實(shí)驗(yàn)箱完成，而實(shí)驗(yàn)箱必須統(tǒng)一存放于實(shí)驗(yàn)室，但由于實(shí)驗(yàn)室的安全管理規(guī)定和實(shí)驗(yàn)室管理員的時(shí)間限制，目前學(xué)院的實(shí)驗(yàn)室還不能做到開(kāi)放使用。

4）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的限制。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容注重實(shí)驗(yàn)結(jié)果的輸出，缺乏前沿性和先進(jìn)性，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)以基礎(chǔ)8086系列的老一代CPU為主，面向接口基本功能和接口芯片，內(nèi)容乏味單一，難以適應(yīng)最新計(jì)算機(jī)技術(shù)和電子行業(yè)的飛速發(fā)展。

5）考核方式限制。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)考核以閉卷考試的方式進(jìn)行，學(xué)生以書(shū)面的形式描述實(shí)驗(yàn)原理和分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，輔以考勤成績(jī)和報(bào)告成績(jī)匯總成實(shí)驗(yàn)總成績(jī)。這種方式完全忽略了對(duì)實(shí)踐能力的考查。

綜上所述，傳統(tǒng)教學(xué)模式已經(jīng)不能滿足新工科的要求，阻礙了學(xué)生實(shí)踐能力的提高，導(dǎo)致學(xué)生的實(shí)驗(yàn)與理論脫節(jié)，實(shí)驗(yàn)課重構(gòu)教學(xué)體系勢(shì)在必行。

2 "教學(xué)實(shí)施方案

2.1 "課程結(jié)構(gòu)

實(shí)驗(yàn)課程以“寬口徑、厚基礎(chǔ)、分模塊、分層次、多選項(xiàng)”為原則，以“理論知識(shí)轉(zhuǎn)化工程能力、專業(yè)知識(shí)轉(zhuǎn)化綜合能力、固定思維模式轉(zhuǎn)化開(kāi)放應(yīng)變能力”為實(shí)踐教學(xué)指導(dǎo)思想。依托8086系列基礎(chǔ)微處理器實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，結(jié)合前沿STM32嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)技術(shù)，融合先進(jìn)的虛擬仿真理念設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容。借助“互聯(lián)網(wǎng)+”組織實(shí)踐教學(xué)，使學(xué)生通過(guò)實(shí)踐更好地將所學(xué)知識(shí)實(shí)際應(yīng)用于工程系統(tǒng)中。課程重構(gòu)從學(xué)生系統(tǒng)應(yīng)用的角度，使其掌握微機(jī)系統(tǒng)的基本組成、工作原理、接口技術(shù)及應(yīng)用方法，提高開(kāi)發(fā)微機(jī)系統(tǒng)的能力。教學(xué)內(nèi)容由經(jīng)典基礎(chǔ)模塊80X86系列和提高模塊STM32組成，不同專業(yè)的學(xué)生和教師可根據(jù)專業(yè)特點(diǎn)和學(xué)時(shí)要求，根據(jù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的驗(yàn)證性、綜合性、設(shè)計(jì)性和創(chuàng)新性四個(gè)環(huán)節(jié)和必做、選做和提高三個(gè)項(xiàng)目層次進(jìn)行優(yōu)化選擇。

2.2 "構(gòu)建PBL-CDIO教學(xué)模式

PBL（Problem/Project-Based Learning）是基于問(wèn)題的學(xué)習(xí)或者基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)，是以學(xué)生為中心的一種探究式的學(xué)習(xí)模式。該教學(xué)法貫徹“以學(xué)生為根本，以創(chuàng)新為中心”的教學(xué)理念，在教師的引導(dǎo)下，以小組協(xié)作的方式，通過(guò)設(shè)置問(wèn)題激發(fā)學(xué)生圍繞問(wèn)題獨(dú)立收集資料、解決問(wèn)題的動(dòng)力，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和研究能力[3]。

CDIO表示構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和運(yùn)作，是將知識(shí)、能力、素質(zhì)等多維培養(yǎng)集于一體的工程教育模式，培養(yǎng)學(xué)生從理論知識(shí)到產(chǎn)品開(kāi)發(fā)整個(gè)轉(zhuǎn)化過(guò)程的學(xué)習(xí)能力。引導(dǎo)學(xué)生在設(shè)計(jì)項(xiàng)目的模式中，以解決問(wèn)題為驅(qū)動(dòng)，將理論知識(shí)自主融合在具體項(xiàng)目的實(shí)踐操作中，通過(guò)團(tuán)隊(duì)協(xié)作，將“學(xué)、研、創(chuàng)”融為一體[4-5]。

PBL-CDIO教學(xué)模式把PBL教學(xué)法與CDIO工程教育理念有機(jī)整合，以培養(yǎng)創(chuàng)新能力為目標(biāo)，建立“以實(shí)驗(yàn)?zāi)康臑橹骶€、小組協(xié)作為主體、任課教師為引導(dǎo)”的團(tuán)隊(duì)協(xié)作和教學(xué)研究相結(jié)合的學(xué)習(xí)方式，重點(diǎn)突出工程應(yīng)用環(huán)節(jié)學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)。

2.3 "“互聯(lián)網(wǎng)+”線上線下交互教學(xué)

通過(guò)學(xué)生移動(dòng)終端的學(xué)習(xí)通等相關(guān)APP，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與傳統(tǒng)教學(xué)的深度融合。在微機(jī)原理的實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)中采用“互聯(lián)網(wǎng)+”實(shí)現(xiàn)線上線下交互教學(xué)，突出學(xué)生的主體性[6]。教師將理論知識(shí)分割重組，帶著問(wèn)題完成微視頻的錄制。學(xué)生通過(guò)線上自主學(xué)習(xí)、自由合作等方式，帶著問(wèn)題完成線上學(xué)習(xí)，增強(qiáng)自主解決問(wèn)題能力和知識(shí)應(yīng)用能力。該模式通過(guò)資源投放、問(wèn)題設(shè)置、監(jiān)督反饋等環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)線上線下有機(jī)結(jié)合，主要包括“（教師）課前準(zhǔn)備—（學(xué)生）課前準(zhǔn)備—資源支持—教學(xué)組織—教師總評(píng)”五個(gè)階段，如圖1所示。

教師通過(guò)學(xué)習(xí)通APP發(fā)布本次實(shí)驗(yàn)的線上部分，時(shí)間控制在十分鐘以內(nèi)，包括相關(guān)理論知識(shí)提要和問(wèn)題發(fā)布。同時(shí)，針對(duì)實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思想進(jìn)行課下實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備與教學(xué)設(shè)計(jì)，完成學(xué)生獨(dú)立思考、小組協(xié)同、組間互助。教師總結(jié)，將線上線下有效銜接，理論與實(shí)驗(yàn)互助互輔。利用“互聯(lián)網(wǎng)+”線上線下交互教學(xué)，構(gòu)建PBL-CDIO教學(xué)模式，讓學(xué)生帶著問(wèn)題學(xué)習(xí)，通過(guò)解決問(wèn)題理解理論知識(shí)，同時(shí)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中得以驗(yàn)證，有效增強(qiáng)教與學(xué)的效果。

2.4 "全新考核方式

制定基于能力考查的公正而全面的考核評(píng)價(jià)標(biāo)

準(zhǔn)。課程第一階段的線上教學(xué)與考核，通過(guò)線上APP

學(xué)生端的記錄，根據(jù)學(xué)生實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目選題與系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程，設(shè)置課前理論知識(shí)鞏固（15%）、相關(guān)芯片功能查詢（20%）、項(xiàng)目涉及知識(shí)小測(cè)驗(yàn)（20%）、系統(tǒng)流程圖設(shè)計(jì)（30%）與小組合作問(wèn)答（15%）五個(gè)部分。這些部分循序漸進(jìn)，共同構(gòu)成第一階段的學(xué)生成績(jī)。

課程第二階段的線下教學(xué)與考核，通過(guò)學(xué)生仿真結(jié)果調(diào)試，分實(shí)驗(yàn)原理設(shè)計(jì)性（30%）、創(chuàng)新性（30%）、操作能力（20%）、故障排查（10%）、任務(wù)完成度（10%）五個(gè)部分。允許學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行二次迭代與答辯，同時(shí)在迭代過(guò)程中進(jìn)行相應(yīng)修改，鍛煉學(xué)生的表達(dá)能力和完善實(shí)驗(yàn)文檔的科研寫(xiě)作能力。

兩個(gè)階段相結(jié)合，貫穿整個(gè)微機(jī)原理實(shí)驗(yàn)的流程，將學(xué)生的線上（40%）、線下（60%）成績(jī)?nèi)跒橐惑w，共同形成該實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)生總評(píng)成績(jī)。

3 "課程成效

3.1 nbsp;學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性提高

實(shí)驗(yàn)課程重構(gòu)后，從學(xué)生學(xué)習(xí)的參與度和課堂效果看，學(xué)生能夠積極利用課余時(shí)間主動(dòng)探索，將理論知識(shí)與實(shí)踐融會(huì)貫通，提高理論和實(shí)踐結(jié)合的程度。同時(shí)擺脫實(shí)驗(yàn)室芯片種類有限的局限性，可以接觸到更多的外圍芯片，嘗試不同的硬件設(shè)計(jì)和軟件編程。

3.2 "學(xué)生的多種能力得到培養(yǎng)

課程注重培養(yǎng)學(xué)生務(wù)實(shí)創(chuàng)新的精神，在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、調(diào)試以及文檔撰寫(xiě)等專業(yè)能力的培養(yǎng)上，都有明顯效果。同時(shí)，創(chuàng)新、科研寫(xiě)作與表達(dá)、工程實(shí)踐和團(tuán)隊(duì)協(xié)助等綜合能力也有明顯提升。課程兼具繼承和創(chuàng)新、交叉和融合、協(xié)調(diào)和共享的培養(yǎng)途徑，促使學(xué)生在實(shí)踐中靈活應(yīng)對(duì)遇到的問(wèn)題。

3.3 "學(xué)生參與國(guó)家級(jí)、省級(jí)競(jìng)賽的積極性大幅提高

微機(jī)原理實(shí)踐課程重構(gòu)已經(jīng)在機(jī)電學(xué)院進(jìn)行三屆學(xué)生的教學(xué)試點(diǎn)改革，學(xué)生上課的積極性和專注性有了很大提高，硬件芯片的應(yīng)用、硬件電路的搭建、程序流程的設(shè)計(jì)等能力得到鍛煉。

4 "結(jié)束語(yǔ)

新工科背景下，微機(jī)原理實(shí)驗(yàn)課程以PBL-CDIO

教學(xué)模式為主線，輔以“互聯(lián)網(wǎng)+”線上線下交互教學(xué)，實(shí)施人才培養(yǎng)改革探索，在教學(xué)中促進(jìn)各學(xué)科之間的緊密連接，構(gòu)建學(xué)科的完整體系，讓學(xué)生建立宏觀的知識(shí)體系。通過(guò)三年試點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)課程重構(gòu)教學(xué)改革顯著提升了教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐以及工程應(yīng)用能力，已經(jīng)在機(jī)電學(xué)院相關(guān)專業(yè)深入開(kāi)展，并從電自化、測(cè)控等專業(yè)延伸至理信學(xué)院的計(jì)算機(jī)、電子信息、通信工程等相關(guān)專業(yè)，同時(shí)在學(xué)科方面也從微機(jī)原理課程延伸至電路原理、傳感器技術(shù)等相關(guān)學(xué)科。

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