接口技術研究型教學的探索與實踐

摘要:本文探討了我院接口技術課程所采用的“研究型教學和研究型實驗”教學模式，介紹了該教學模式在實施過程中所使用的方法和手段，并總結了開展研究型教學的體會。

關鍵詞:接口技術;實踐教學;研究型教學

接口技術是計算機專業的一門基礎課程，它具有技術性、工程性和實踐性等特點，其教學質量的優劣直接關系到學生動手能力的高低。長期以來，我們在課程建設上花了很多精力，也取得了一些成就，但是學生在計算機應用方面的能力仍然比較弱，特別是遇到時序控制以及多接口的關聯控制時就顯得力不從心[1]。提高學生的實際應用能力，已經成為教學改革亟待解決的問題。

1研究型教學是教學改革的必然趨勢

傳統的填鴨式教學已經被淘汰，而啟發式、問題式等教學方法改善了一些教學環境，但還不能滿足當今教學的需要。研究型教學和創新型實驗是當前推崇的教學方法和手段。

我院接口技術課程包括理論教學和實驗教學兩個教學環節。最初我們在實驗教學環節中安排了6個設計型實驗和1個綜合型實驗，從實驗內容的設計上能夠反應課程內容的知識點，但由于各實驗教學課堂采用實驗內容一致，導致前后做實驗的學生之間產生了依賴關系，使得實驗教學效果與我們期待的有很大差距[2]。為了解決這些問題，我們設計了6套實驗題目，確保在每個教學點之間兩年內的實驗內容不重復。這樣學生就能夠主動思考完成實驗，從而明顯地改善了實驗教學的效果。

學生的動手能力有了提高，但在組織學生進行創新型實驗時，我們發現相當一部分學生缺乏自主創新能力，甚至缺乏創新的意識。經過分析我們認識到:我們所采用的教學方法對學生創新能力的提高沒有實質性的幫助，因為學生在做課程實驗時，并不考慮實驗內容的設計思路和過程，只是按實驗的要求步驟去完成，因此學生缺乏系統的分析和設計能力，缺乏知識的應用和創新能力。經過審視教學的現狀和學生對教學改革的要求，我們意識到開展研究型教學，以新的思路設計實驗內容和實驗指導書的必要性和緊迫性。如果我們能夠通過研究型教學來轉變學生的學習方式，使其由“要我學”變為“我要學”，從而引導學生自主發現問題、研究問題和解決問題，在此過程中積累知識并強調一種主動探索和創新實踐的精神[3]，這對學生創新意識和創新能力的提高都是非常有益的。

由于接口技術課程的特殊性，我們將其研究型教學分成理論教學和實驗教學兩部分，并將兩者緊密地結合起來。研究型教學的目的是在學生具有的實際知識構架基礎上，通過閱讀資料、分析和討論，來研究一些新型接口技術的理論、方法和應用;而研究型實驗則是對上述方法的具體實踐，在這個過程中我們強調最大程度地發揮學生的潛能，強調實驗內容、過程和現象都由學生獨立設計和完成，增加學生的自主性。只要我們努力培養學生的研究型學習能力和應用型的實踐能力，就能最終鑄造出創新型人才，因此我院在接口技術課程的理論和實驗教學中全面地采用了研究型教學。

2研究型教學的實施

2.1建設適合課程教學的研究型實驗擴展平臺

研究型實驗擴展平臺的設計是要基于學生的基本知識結構，將課堂上沒有涉及的較新技術引入到理論和實驗教學中來，學生通過研究型學習和實踐達到轉變學習方式和掌握新知識的目的。為此我們在現有的實驗平臺上開發了一些新的實驗擴展平臺。這些實驗擴展平臺包括:I2C接口的存儲器訪問實驗擴展平臺，I2C接口的RCT時鐘控制實驗擴展平臺，SPI接口的EEPROM實驗擴展平臺，8259中斷控制器級聯實驗擴展平臺，RS485的全雙工和半雙工實驗擴展平臺，CAN總線實驗擴展平臺等。其中一些是插在現有實驗平臺的總線上使用，另外一些是通過實驗連線與實驗平臺連接使用，這樣就為開展研究型實驗奠定了必要的實驗環境。

2.2設計研究型理論教學的內容

研究型理論教學以討論、研究報告、調研報告和小論文為主線。我們在理論教學中增加了PCI總線和USB接口部分，并側重于總線的協議內容。我們還結合課程現有教學內容設計了一些討論題目，比如:8259中斷控制器內部各端口的尋址方法和尋址特點，8259中斷控制器查詢方式的實現方法，8237 DMA控制器在主動態和被動態下引腳信號的變化特點。結合實驗擴展平臺還設計了另外一些題目，比如:I2C總線和SPI總線時序特點及時序產生方法，I2C總線的讀寫時序與PCI總線的讀寫時序之間的特點分析，CAN總線協議和數據交換過程等。 這些題目所涉及到的內容更加深入，并伴隨整個教學過程。學生需要查閱資料，分析、總結和歸納才能得出滿意的答卷，而這個過程更加強化了學生的知識體系。

2.3設計研究型實驗教學的內容

研究型實驗的目標是進一步提高學生的創新能力。我們在現有的實驗平臺上開發了一些研究型實驗項目，同時注重研究型實驗教學內容的更新和充實[4]，確保兩年內的實驗內容不重復。這些實驗的難度和研究型的成分比常規實驗都有了很大的提高。我們還為實驗擴展平臺開發了相應的研究型實驗指導書，指導書上只表明了實驗擴展平臺的電路圖和實驗需要達到的目的，至于實驗方案設計、連線設計、現象設計和結果的預期都完全由學生通過查閱資料、分組討論來組織實施并完成，以最大限度地體現研究性學習和實踐的成分。相關擴展實驗平臺的研究型實驗包括:I2C接口的存儲器訪問實驗，I2C接口的RCT時鐘控制實驗，SPI接口的EEPROM訪問實驗，8259中斷控制器級聯向量中斷實驗，8259中斷控制器級聯查詢中斷實驗，8259中斷控制器級聯中斷嵌套實驗，RS485的四線全雙工通信實驗，RS485的二線半雙工通信實驗等。

另外，為了幫助學生驗證自己完成的研究型實驗是否正確，我們還為部分實驗設計了測試程序和使用指導書。

2.4研究型實驗教學的選題和實施方案

我們要求學生理論和實驗配套選題，如果某學生在理論方面選擇了I2C總線的讀寫時序的討論題目，那么他的研究型實踐就應該選擇I2C接口的存儲器訪問實驗或I2C接口的RCT時鐘控制實驗，這樣就可以保證通過理論研究搞清楚I2C總線的工作原理和數據讀寫時序，通過實驗來驗證數據的交換過程的正確性，從而使二者有機地結合起來。

我們的常規實驗安排在第9～16周，而研究型實驗內容于第10周公布，第11周對學生進行分組和選題，每組3～4人，設立組長，第12～16周以小組為單位組織實施。因此研究型實驗伴隨了整個實驗教學過程，也是學生認識、實踐和提高的過程。由于研究型實驗涉及了很多新知識，要獨立完成相應的實驗有一定的難度，在此期間，任課教師輪流在實驗室進行答疑并與學生進行交流。并在第16周安排一次課程進行研究型教學總結，要求以實驗小組為單位做PPT，小組長總結實驗中遇到的問題、解決的方法和取得的成果。

3學生的能力超出了我們的預期

最初我們認為研究型實驗的內容可能會超出學生的承受能力，有可能達不到預期的效果。為此我們準備了I2C總線和SPI總線的程序設計的基本框架，如果在第14周末還看不到學生實驗的預期成果，我們就將這些框架程序提供給學生作為實驗參考程序，但實踐證明我們的擔心是不必要的。使我們感到驚訝是，在第13周末就有一些學生基本完成了研究型實驗，到第16周實驗驗收時，已經有80%的實驗小組完成了研究型實驗，其結果令人非常滿意。從研究型實驗的總結中發現，雖然很多組做相同的題目，但是他們的方案設計有明顯的差別，每個組的學生都最大發揮了他們的潛能。研究型實驗引起學生的學習積極性如此高漲，是筆者從事教學工作以來從沒有遇到過的現象。

4給學生提供施展才能的舞臺

學生需要有舞臺來展現他們的才能。在第16周的研究型教學總結研討會上，各小組爭先恐后上臺發言，給大家分享他們的實驗體會和成果，學生具有的極大熱情和出勤率之高出于我們的預料。每次總有2～3個小組長爭先上臺發言，使我們不得不去指定某些實驗題目的組長做總結發言。在整個總結會上，掌聲不斷，一些學生用自己實驗的經歷和體會幫助了另外一些同學，很多學生從中收益匪淺，因為他們感興趣的正是其他組同學完成實驗遇到的問題和解決的方法。學生希望教學過程中應該多增加一些這樣的教學環節。

5研究型教學的啟示

接口技術實驗室從來沒有像這樣人氣興旺，在課余時間總可以看到幾個學生圍在一起做實驗，充滿了研討的氣氛。研究型實驗充分地調動了學生的學習積極性和熱情，很多學生對這門課程由此產生了興趣。學生在評教時這樣寫到:“接口技術課程使我對硬件真正的產生了興趣，使我從以前害怕硬件到喜歡上了硬件設計”。很多同學還參加了今年各種大賽并獲獎。

筆者認為要正確看待大學生的學風問題。由于周圍的環境造成了一些學生學習不努力，但大部分學生學習的確非常刻苦，總是希望尋找機會鍛煉自己，提高自身的實際應用能力。學風問題要從教師和學生兩個方面來分析原因，如果教師增加課堂教學的吸引力，設計出更多學生感興趣的實驗和教學內容，給學生提供更大的發揮空間，我們將會得到另外一個不同的結論。

總之，學生的潛能是巨大的，這些潛能能否發揮與當前的教學模式有很大的關系，死板的教學模式絕對不會培養出高水平的人才。接口技術研究型教學的實施過程使我們認識到，只要開展研究型教學，設計出學生感興趣的研究型教學和實驗內容，并給學生提供發揮和想象的空間，就能使學生由被動學習到主動學習，并在研究過程中應用實踐，最大限度地調動學習積極性，改善不良學習風氣，從而營造出一個創新型人才培養的良好環境。可以看出，研究型教學必定是今后教學模式的發展趨勢。

參考文獻:

[1] 陸慧娟，高波勇. 計算機專業創新型人才培養思考與實踐[J]. 計算機教育，2008(10):156-158.

[2] 李濟生. 接口技術教學與實踐探討[J]. 計算機教育，2008(4):59-61.

[3] 方愷晴.“計算機組成原理實驗”研究性教學的探討[J]. 計算機教育，2008(10):100-103.

[4] 劉明貴，向梅梅. 基于實踐教學改革的人才培養模式創新[J]. 中國大學教學，2009(2):81-82.

The Research and Practice in Teaching of Interface Technology Course

LI Ji-sheng

(School of Computer Information Technology， Beijing Jiaotong University， Beijing 100044)

Abstract: This article explores the research-based teaching and experimenting models which are used in an interface technology course， including various methods and means exploited in implementing the model. The experiences as well as understandings which are obtained during the development of research-based teaching are also summarized.

Key words: Interface Technology; practice teaching; research-based teaching

(編輯:姚彥如)