廖文江　于麗杰　方建軍

關(guān)鍵詞：微機(jī)原理；SPOC混合式教學(xué)；翻轉(zhuǎn)課堂

中圖分類號：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2023）03-0131-03

“微機(jī)原理與接口技術(shù)”是電子信息類專業(yè)的一門重要學(xué)科必修課，其教學(xué)目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生微機(jī)方面的基礎(chǔ)知識、了解CPU內(nèi)部組成與工作原理、掌握匯編語言設(shè)計以及相關(guān)接口技術(shù)等，提升學(xué)生對軟硬件綜合認(rèn)知與解決實際問題的動手能力。該課程涉及的基礎(chǔ)概念眾多，知識覆蓋范圍廣，教材內(nèi)容更新較慢、教學(xué)方式單一、課內(nèi)實驗學(xué)時有限使得該課程的教學(xué)實踐難取得滿意的教學(xué)效果。如何能讓學(xué)生理解這些抽象又晦澀難懂的概念、復(fù)雜的理論知識、匯編語言編程技術(shù)及硬件接口，是今后課程教學(xué)實踐亟待解決的問題。筆者在總結(jié)以往課程的教學(xué)經(jīng)驗基礎(chǔ)上結(jié)合本校應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)[1]，從課程內(nèi)容、教學(xué)方法、實驗手段以及課程考核等方面對課程進(jìn)行教學(xué)改革探討，提出相應(yīng)的改革措施與嘗試。

1 微機(jī)原理課程教學(xué)現(xiàn)狀與問題

1.1 教學(xué)內(nèi)容陳舊

課程教材內(nèi)容陳舊，選型CPU落后于微處理器的發(fā)展，課程所學(xué)與技術(shù)革新后的計算機(jī)系統(tǒng)存在著設(shè)計和運(yùn)用鴻溝，學(xué)生無法將新技術(shù)與課內(nèi)知識建立起有效的關(guān)聯(lián)，很難理解該課程的學(xué)習(xí)意義，易失去課程的學(xué)習(xí)興趣導(dǎo)致學(xué)習(xí)動力不足，難以調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主觀能動性。

1.2 教學(xué)方法單一

課程的課堂教學(xué)多以授課教師課堂上口述和板書為主，課程內(nèi)容涉及的基礎(chǔ)概念比較多、專業(yè)詞匯晦澀難懂、接口芯片多、內(nèi)容抽象，學(xué)生覺得枯燥乏味提不起興趣，學(xué)習(xí)積極性不高。這樣的傳統(tǒng)的教學(xué)手段單一，且教師還不能及時了解學(xué)生對課程知識點(diǎn)的掌握情況，無有效途徑獲得造成學(xué)生聽不懂的原因和困難，總體教學(xué)效果很不好。

1.3 實驗環(huán)節(jié)薄弱

課程實踐性較強(qiáng)，需具備一定的電路設(shè)計與編程能力，但多數(shù)的微機(jī)原理課程使用實驗箱電路接線形式，大部分器件已經(jīng)固化，可用于開設(shè)的創(chuàng)新實驗的教學(xué)器件有限且不能隨意改動，只能按實驗指導(dǎo)書編寫流程進(jìn)行操作，實際操作少且較簡單[2]，實驗未能完成學(xué)生對理論課程內(nèi)容深層次認(rèn)知，缺少自主探索知識的興趣，亦無法滿足學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新性與綜合性設(shè)計，未能有效果實現(xiàn)對學(xué)生在電路和編程等方面綜合能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

1.4 考核方式局限性大

目前課程的考核方式有兩個部分：期末筆試考試成績，這對學(xué)生掌握教材上的微機(jī)原理理論知識點(diǎn)具有促進(jìn)作用；平時考核含課堂表現(xiàn)、出勤與實驗操作等成績，課程考核方式局限性很大。

2 教學(xué)改革措施

2.1 借力慕課的教學(xué)內(nèi)容的改革

受限于課程學(xué)有限時與內(nèi)容陳舊，課改嘗試基于具有豐富在線資源的MOOC平臺進(jìn)行混合式SPOC教學(xué)。優(yōu)選出以可利用碎片化時間、可重復(fù)、可自主選擇性學(xué)習(xí)為特色的慕課MOOC視頻教學(xué)資源，可滿足本課程學(xué)生學(xué)前知識系統(tǒng)差異性，提升學(xué)生學(xué)習(xí)能力和興趣。以學(xué)校人才培養(yǎng)計劃為基礎(chǔ)優(yōu)化課程教學(xué)內(nèi)容，理順知識點(diǎn)間的關(guān)聯(lián)性，兼顧課程內(nèi)容的先進(jìn)性、時代性，科學(xué)合理地吸取與課程相關(guān)的新技術(shù)，兼顧學(xué)生知識儲備與課程的教學(xué)目標(biāo)，對課程內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化和重塑，編寫適合線下線上相結(jié)合的混合式教學(xué)大綱，規(guī)劃設(shè)計線上、線下以及混合式協(xié)同的教學(xué)內(nèi)容設(shè)計。

線上教學(xué)組織主要是將課程中的基本原理和概念借助慕課平臺上優(yōu)秀教學(xué)資源有規(guī)劃有目的地引導(dǎo)學(xué)生課外自主完成這些教學(xué)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，實現(xiàn)拉平學(xué)生間已有知識系統(tǒng)的不均衡。利用中國大學(xué)慕課平臺工具設(shè)置作業(yè)與單元測、互評、線上討論區(qū)等互動，得到課外學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)、學(xué)習(xí)難點(diǎn)等信息，挖掘出學(xué)習(xí)者的特征規(guī)律、訴求等，并以此為學(xué)生定制個性化的學(xué)習(xí)策略和學(xué)習(xí)方法，助力課程學(xué)習(xí)效果。

線下課堂教學(xué)主要是加大師生間多樣性的互動交流教學(xué)設(shè)計、有效組織開展研討性學(xué)習(xí)，對線上教學(xué)部分的知識提煉與答疑，為學(xué)生提供個性化、深度的學(xué)習(xí)指導(dǎo)，實現(xiàn)本課程的線上線下有機(jī)融合構(gòu)建完整的教學(xué)內(nèi)容體系，注意將人才能力培養(yǎng)同個體差異化學(xué)習(xí)需求相結(jié)合，進(jìn)而實現(xiàn)調(diào)動并激發(fā)起學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、主動性和課堂參與度。

線上線下混合式教學(xué)課程資源庫的協(xié)同建設(shè)則以可作為本課題課改主要參考的MOOC資源的西安交通大學(xué)吳寧老師的國家級在線精品課《微機(jī)原理與接口技術(shù)》為基礎(chǔ)資源進(jìn)行SPOC課程建設(shè)[3]，在原有線上資源共有12個教學(xué)單元、10個單元測試、55講視頻資源基礎(chǔ)上，結(jié)合本校學(xué)情在教改過程中依據(jù)教學(xué)需求①線上增補(bǔ)慕課教學(xué)資源：為每個教學(xué)單元增補(bǔ)1～4個作業(yè)、依據(jù)情況增補(bǔ)1～2個自制的視頻資源；為每講視頻配以1～2個隨堂測試、1～2個視頻提問、1～2個討論和富文本；②線下雨課堂[6]嘗試部分教學(xué)活動使用，同時為每個視頻增設(shè)1～2個專項練習(xí)（1個測試專業(yè)詞匯、1個測試專業(yè)知識）、1～2個討論、1個公告和0～1個調(diào)查問卷等。

2.2 教學(xué)方法的改革

僅在課程教學(xué)過程中引入MOOC資源依然無法取得良好的學(xué)習(xí)效果，需在引入混合式教學(xué)的實踐過程中教師要依據(jù)教學(xué)內(nèi)容、階段的不同采用合適的教學(xué)方法，如問題啟發(fā)教學(xué)、案例遷移教學(xué)、提問式研究性教學(xué)等方法，多年的課程教學(xué)經(jīng)驗表明示例教學(xué)法對較抽象的微機(jī)原理課程學(xué)習(xí)很有幫助。翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)改變了傳統(tǒng)以教師為中心的教學(xué)模式，轉(zhuǎn)以學(xué)生和知識為中心，有效促進(jìn)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)，同時也提升了課堂教學(xué)與組織的效率。積極探索翻轉(zhuǎn)課堂在本課程的教學(xué)改革嘗試，幫助學(xué)生擺脫對教師傳統(tǒng)的依賴性，調(diào)動學(xué)生主觀能動性，培養(yǎng)其自主探究式的學(xué)習(xí)能力，提升綜合能力的目的，養(yǎng)成主動學(xué)習(xí)、主動思考的習(xí)慣，引導(dǎo)學(xué)生完成理論知識體系的內(nèi)化，提升學(xué)生對理論知識應(yīng)用能力。

（1）教師做好翻轉(zhuǎn)課堂研討式教學(xué)的組織者。依據(jù)MOOC平臺上提供的學(xué)生學(xué)習(xí)相關(guān)數(shù)據(jù)與反饋兼顧學(xué)生的知識背景差異性，積極優(yōu)化調(diào)整教學(xué)內(nèi)容的測驗與習(xí)題、話題、討論等開展線下線上相結(jié)合的SPOC混合式的教學(xué)實踐[3]，通過翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)促學(xué)生在自主過程中的《微機(jī)原理與接口技術(shù)》課程理論知識內(nèi)化。線下課堂教師精講、提煉課程各單元核心知識點(diǎn)，同時拋出相關(guān)問題，與同學(xué)們一起探討互動交流，鼓勵提出自己獨(dú)立的見解，授課教師可對問題進(jìn)行最終的點(diǎn)評，鼓勵學(xué)生帶著未知的問題課下進(jìn)行探究式學(xué)習(xí)以調(diào)動其學(xué)習(xí)積極性。例如：在介紹8086微處理器的相關(guān)章節(jié)中尋址操作時，可設(shè)計拋出討論問題——依據(jù)尋址操作的特點(diǎn)，可歸成幾大分類？也可利用雨課堂彈幕、投票或幕課堂等工具課上積極引導(dǎo)學(xué)生參與課堂討論發(fā)表見解，教師可最后凝練總結(jié)本節(jié)次課程核心知識點(diǎn)，有計劃、有步驟地推進(jìn)課程。

（2）助力探究式學(xué)習(xí)，踐行教師的教育樹人育人的作用。針對線上自主學(xué)習(xí)時遇到的問題進(jìn)行答疑解惑，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究討論式學(xué)習(xí)解決問題，對學(xué)生的優(yōu)秀或典型作業(yè)開展宣講、項目答辯等多元化的課堂教學(xué)形式[4]。為學(xué)生設(shè)計些有現(xiàn)實意義的課內(nèi)實踐微項目，指導(dǎo)作用輔助學(xué)生在實踐中完成學(xué)習(xí)任務(wù)，實現(xiàn)將微機(jī)原理課程的理論知識與生產(chǎn)實際完美地結(jié)合在一起，既可以培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力和團(tuán)結(jié)協(xié)作能力，變以往驗證性實驗為綜合性、創(chuàng)新性實驗。同時在教師的指導(dǎo)下，可自主選擇感興趣的題目或自擬題目，獨(dú)立設(shè)計部件和編寫程序，以培養(yǎng)學(xué)生提出問題、分析問題、解決問題的興趣和能力。

（3）多樣化的教學(xué)手段做學(xué)生全方位知識體系的塑造師。課內(nèi)生僻的概念、理論較多使用類比教學(xué)法， 變原本抽象的原理或概念為形象具體生動，且易被學(xué)生理解和接受。采用案例教學(xué)法，融合生活中常見的實例來進(jìn)行課程教學(xué)，例如家庭生活中較普遍的居家智能機(jī)器人、智能密碼鎖等設(shè)備作為實例案例講解其設(shè)計過程[1]。啟發(fā)式教學(xué)通過這種方式提高學(xué)生的動手能力，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，促使盡可能多的學(xué)生主動參與到教學(xué)中，教學(xué)就不再是單向的教師講學(xué)生聽記的形式，而是更加注重課上師生間的互動交流，有助于提高課堂教學(xué)效果。通過全方位多種方法的課程教學(xué)幫助學(xué)生構(gòu)建計算機(jī)基礎(chǔ)知識架構(gòu)，深化學(xué)習(xí)內(nèi)容，實現(xiàn)全面提升學(xué)生思維能力與整體綜合素質(zhì)。

2.3 實驗實踐教學(xué)改革

在實驗教學(xué)方面的改革探索主要是提高匯編語言的應(yīng)用能力以及加強(qiáng)對8086 CPU 硬件的認(rèn)知，通過增設(shè)綜合性和設(shè)計性的實驗項目，培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力強(qiáng)調(diào)實驗的綜合性、實用性及分階難度。通常國內(nèi)高校的微機(jī)原理課程的課內(nèi)實驗學(xué)時較少，易導(dǎo)致學(xué)生對實驗環(huán)節(jié)的不重視，可通過引入軟件進(jìn)行虛擬仿真實現(xiàn)的教學(xué)改革嘗試，可將一些硬件無依賴且非必須在實驗室內(nèi)進(jìn)行的實驗延伸到實驗室外進(jìn)行提高教學(xué)質(zhì)量，彌補(bǔ)傳統(tǒng)微機(jī)原理課程實驗教學(xué)學(xué)時有限、內(nèi)容不連續(xù)關(guān)聯(lián)度差、實操少的不足。

（1）匯編語言程序設(shè)計部分的實驗。8086處理器的匯編語言是學(xué)習(xí)本門課程的基礎(chǔ)，可在課外設(shè)計分階多樣的以諳熟匯編語言程序設(shè)計的實驗使學(xué)生能鞏固匯編指令、掌握語法規(guī)則。匯編語言程序的實驗無須在指定實驗室和真實硬件上操作，可在EMU8086 仿真軟件里編寫匯編程序，實現(xiàn)模擬微處理器在匯編指令控制下的內(nèi)部操作，同步查看CPU內(nèi)部寄存器和外部存儲單元內(nèi)容和變化等深入理解并掌握匯編指令執(zhí)行機(jī)理，學(xué)生可設(shè)置調(diào)試窗口以觀察變量與堆棧變化等，形象具體，理解深刻[2]。

（2）硬件及接口部分的實驗。Proteus虛擬仿真軟件可以實現(xiàn)硬件電路實物仿真、PCB電路板設(shè)計并提供代碼仿真調(diào)試等功能。課改引入該軟件可完成8086微處理器以及相關(guān)外圍接口芯片、內(nèi)存擴(kuò)展、串并行接口、AD/DA 轉(zhuǎn)換、中斷等硬件方面的仿真實驗[2]。鼓勵學(xué)生課外利用Proteus 仿真軟件在進(jìn)行開放性實驗的設(shè)計，構(gòu)建最小微控系統(tǒng)以及在此基礎(chǔ)上進(jìn)行復(fù)雜的工程應(yīng)用問題的探究與創(chuàng)新嘗試。

實驗教學(xué)引入EMU8086和Proteus兩款虛擬仿真軟件主要方便授課教師進(jìn)行課外的實驗組織與設(shè)置，鼓勵學(xué)生結(jié)合自身的專業(yè)及興趣課下完成若干有意思、創(chuàng)新性的實驗小項目訓(xùn)練，激發(fā)對其本課程的學(xué)習(xí)興趣和自學(xué)能力?；谔摂M仿真軟件的課外實驗項目已成為該課程的重要組成部分，其針對性的知識點(diǎn)實踐訓(xùn)練較好地實現(xiàn)了對微機(jī)原理的相應(yīng)知識點(diǎn)的理解，學(xué)生有效掌握了8086處理器的匯編程序設(shè)計、微控系統(tǒng)接口電路的搭設(shè)，提升了學(xué)生的軟、硬件綜合應(yīng)用創(chuàng)新能力，是對提升學(xué)生實踐能力、創(chuàng)新思維能力的有力支持，同時極大的鍛煉了學(xué)生實際動手操作能力。

在實驗課堂上主要完成基于任務(wù)驅(qū)動的綜合性實驗的設(shè)計，重視創(chuàng)新能力培養(yǎng)的實驗教學(xué)引入過程考核并要求學(xué)生分組完成以培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)作能力和實踐操作能力。自主選擇題目，獨(dú)立程序設(shè)計和代碼編寫，培養(yǎng)學(xué)生提出問題、分析問題、解決問題的興趣和工程開發(fā)能力。組織組內(nèi)討論使得每位同學(xué)都能夠逐漸明白相應(yīng)知識點(diǎn)內(nèi)容，增強(qiáng)對微機(jī)系統(tǒng)的整體理解，提高創(chuàng)新能力和探索能力的培養(yǎng)。實驗完成后進(jìn)行實驗成果演示及模擬項目答辯，老師根據(jù)該組同學(xué)展示的完成情況、分工、難易程度及實驗過程中遇到的問題向小組內(nèi)的每個同學(xué)提問并進(jìn)行相應(yīng)的考核[6]。

2.4 課程考核模式改革

基于混合式教學(xué)的微機(jī)原理課程考核分為平時和期末考卷兩大考核部分，適度提高平時考核點(diǎn)和占比，實現(xiàn)考核的多樣化和合理性。①平時考核部分包含線上和線下兩個部分組成，其中線上考核內(nèi)容依據(jù)平臺數(shù)據(jù)進(jìn)行，主要對學(xué)生的自主學(xué)習(xí)線上學(xué)習(xí)的過程性的考核，如：線上視頻與資源觀看率和觀看時長、在線練習(xí)和單元評測完成情況及互動話題、討論的參與度等情況；線下課堂成績則由上機(jī)實踐情況與實驗報告、課堂出勤率、線下課堂研討參與度、針對線上視頻自學(xué)與預(yù)習(xí)情況檢查的課前測驗和課堂內(nèi)容的課中知識測驗等模塊共同組成。②而期末試卷考核則采用筆試試卷和線上期末試卷的相結(jié)合的考試方式，并設(shè)置合理線上、線下試卷在期末試卷總成績的占比[4]。

借力慕課平臺的雨課堂小程序發(fā)布課前課中課后教學(xué)課件、評測以及作業(yè)和實驗，能使得課程考核方式更加多元，引導(dǎo)學(xué)生積極參與，起到較好的督促提醒的作用，使得過程考核更加細(xì)致全面科學(xué)，平時成績考核改革評測：（1）利用雨課堂的掃碼簽到計入課程的考勤成績（10%）、發(fā)布課中作業(yè)、討論、練習(xí)等內(nèi)容以學(xué)生預(yù)習(xí)完成情況、課堂問題完成情況計入課程表現(xiàn)成績（20%）[3]；（2）課后SPOC平臺及時發(fā)布課后作業(yè)，并通過平臺集中批閱主觀題作業(yè)（30%）；（3）以實驗報告、課內(nèi)提交編碼占比課程的實驗成績（20%）；（4）引入課程內(nèi)項目訓(xùn)練案例的過程量化考核（20%）?？朔藗鹘y(tǒng)考核過程中客觀性和公正性的不足，切實提升了平時成績、實驗成績評定的量化準(zhǔn)確性與時效性，可操作性強(qiáng)，強(qiáng)化全過程考核和多維考核，避免期末課程考核僅依賴于試卷的不足[5]。

3 總結(jié)

本次教學(xué)改革分析微機(jī)原理課程教學(xué)存在的問題，充分注重實踐與理論相結(jié)合、因材施教，利用MOOC資源結(jié)合本專業(yè)學(xué)生的認(rèn)知程度以及課程知識特點(diǎn)，對傳統(tǒng)教學(xué)進(jìn)行創(chuàng)新與改進(jìn)開展了SPOC教學(xué)達(dá)到改善教學(xué)效果，受益學(xué)生達(dá)300多人，學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、解決實際問題的綜合能力、動手能力和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力有了較大提高。在今后持續(xù)教學(xué)改革中，將根據(jù)不同專業(yè)的學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)一步優(yōu)化教學(xué)項目設(shè)計和實施方案，嘗試多樣化教學(xué)方式，不斷適應(yīng)學(xué)習(xí)模式及個體需求變化，使得教學(xué)工作可持續(xù)良性發(fā)展。