微機原理課程設計中分層設計的實施和探討

許雪林+蔡文培+陳敏

摘 要：針對微機原理課程設計中普遍存在的學生消極等待設計結果的現象，分析該現象產生的主要原因，提出微機原理課程的分層課程設計改革方法，并介紹具體實施步驟，分析分層設計實施后出現的問題，說明關鍵問題的解決辦法。

關鍵詞：分層設計；微機原理；課程設計

文章編號：1672-5913（2017）07-0069-04

中圖分類號：G642

0 引 言

在微機原理課程設計的教學改革中，主要通過改革實驗設備（如張國安[1]和金文[2]）或項目導向方法（如龔雪梅[3]）來激發學生的學習興趣。由于微機原理課程設計涵蓋軟硬件的知識，內容繁瑣復雜，入門較難，能力差的學生需要樹立強大的自信心來激發學習興趣，能力強的學生則需要自我發展的空間。因此，如果課程設計內容不加以區別，能力差的學生體驗不到設計的快樂，導致積極性不高，而能力強的學生則局限在同一題目的框架內無法提高。如果能根據學生的能力進行分層教學，課程設計題目也根據難易程度分層設置，能力不同的學生選擇適合自己的題目進行課程設計，既能保證能力差的學生獨立完成設計而激發后續學習的動力，還能保證能力強的學生學習到更全更難的知識和技術。

1 微機原理課程設計分層設計的研究內容

微機原理課程分層設計包含兩個方面：

1）按能力對學生分層。

教師除了讓學生自我選擇外，還需通過教學階段進行區分。

2）按難度對課程設計內容分層。

課程設計內容由基本內容和擴展內容組成。基本內容包含構造完整系統的基本功能，而擴展功能包含完整系統的優化和特色內容。

在課程設計過程中，教師先對學生進行分層，然后布置相應的設計內容，確保每一個學生在設計過程中能夠很好地完成設計要求，實現課程設計的目的，讓每一個學生都能動手操作實踐。

分層課程設計實施需要包含以下幾方面內容：

1）課程講授階段通過作業和實驗對學生能力進行測評和分類。

在微機原理課程講授階段，教師通過作業測評和實驗考核來確定每一位學生的學習情況，并進行能力分層。

2）課程設計過程需要明確設計的基本內容和擴展內容。

課程設計的指導教師需要詳細規劃課程設計的內容。課程設計內容首先被分為基本設計和擴展設計，然后指導教師詳細描述基本內容的實現步驟，而對于擴展內容僅提供實現思路。

3）指導教師輔導監督機制要到位。

指導教師應針對學生的基礎作詳細指導，并提供詳細的設計思路，入門引導工作主要通過教室板書、演示等手段完成。除此之外，指導教師必須控制課程設計實施進度，做到有問題及時處理，否則很容易讓學生遇難而退，達不到教改的效果。

2 具體實施步驟

分層課程設計實施階段有4個班級參與，分別是通信10級、電氣13級、光電應用12級和電子13級。

1）對學生能力分層。

課程初通過宣講，學生自愿組建小于3人的合作異質小組（即能力強弱組合）[4]。整個教學過程中，學生在小組內一起完成作業和實驗。在實驗階段，實行組長負責制。

2）對同一課題設計內容進行分層。

以設計公交車上具有溫度顯示的智能電子時鐘為例，首先，教師通過實地調研和采購，獲取對應的電子時鐘。接著，以實物為模型，制訂課程設計任務書，包含基本設計和擴展設計，盡量詳細描述基本設計。例如，將時鐘設計中時間和溫度巡顯、時鐘的調校、溫度的標度轉換、鬧鐘的設置等作為基本的設計內容，擴展內容包含日期顯示、時間進制切換、巡顯時間的設置等。最后，在設計任務書上對基本設計內容進行詳細的需求描述，并設置好必要的軟硬件框架。例如，設置基本的軟件功能模塊，包括按鍵輸入識別模塊、數碼管顯示等基本模塊，系統流程圖見圖1[4]。采用proteus提供相應的硬件仿真平臺，學生能有更多的時間進行系統調試。擴展內容簡要描述要求即可，如電子時鐘巡顯時間的設置功能等。

3）對不同的多課題進行分層。

為了豐富學生的知識面，應根據不同專業進行多課題設計，即學生根據自己的興趣完成課題選擇。4個班級實施多課題的情況見表1。

4）分層布置課程設計任務。

首先，確定學生的分組情況和選題情況。針對通信2010級和光電應用2012級學生分組情況，有部分學生與教師同組，課題也比較簡單，如多功能電子時鐘。考慮電氣2013級部分學生參加過電子設計大賽，有一定的設計基礎，因此該班級沒有教師作為組長的小組，能力弱的學生直接由能力強的學生帶領。

課程設計的第一天，教師在教室布置設計任務，展示實物，并詳細分析基本設計內容。例如，使用哪些硬件模塊實現溫度采集和顯示？搭建軟件模塊框架設計需要哪些功能模塊？

在學生設計過程中，每次結束時教師匯總每個學生遇到的問題，然后在下個教學時段進行解答。對于問題解答，能力強的學生點撥即可，對能力弱的學生教師將仔細講解功能模塊流程，力求每個學生都能獨立編寫代碼并調試成功。

5）設計過程中的監管和輔導。

設計過程中，需要階段性檢查學生的完成情況，這樣不僅能掌握學生進度，還能鼓勵學生盡可能多地實現功能。

在4個班的實施過程中，如果采用小組進行設計，則要求小組長每天記錄調試和設計的內容；沒有采用小組的班級則由個人直接完成記錄內容。教師主要根據記錄內容跟蹤學生的進展情況。

由于每個學生的設計過程不可能出現完全相同的錯誤，所以調試記錄不僅能夠了解學生的掌握情況，還能了解學生是否存在抄襲行為。

多題目的情況下，教師直接和組長溝通，如光電應用2012級由教師直接輔導能力弱的學生，教師作為組長每天需要花2節課的時間輔導這部分學生。對于單題目設計，如2013級電子專業班級，前半部分教師側重輔導基礎知識，后半部分側重輔導擴展知識。

6）設計考核。

4個班級的分層課程設計考核分3個部分完成，即驗收、答辯和課程設計報告。

驗收主要讓學生演示自己實現的系統功能，了解其能夠達到的大致范圍。

答辯是考核的主要部分，通過答辯能夠了解學生對自己系統的了解程度。一次答辯不通過，允許一周后參加第二次答辯，如果兩次答辯均不通過，則為不及格。答辯的內容主要根據驗收內容定制。

課程設計報告要求包含設計過程中設計背景要求、系統功能描述、調試記錄和個人總結。

為了讓所有學生了解其他小組的完成情況，我們在電氣2013級多課題設計中采用小組展示答辯的方式，即3人小組先向教師和學生介紹他們的作品，然后由教師和學生提問題。

最后，總評成績由10%的平時考勤、10%的驗收成績、50%的答辯成績和30%的課程設計報告成績組成。

3 實施后問題分析

根據調查問卷反饋的信息，值得肯定的是分層設計能讓基礎較差的學生容易入門，提高自信心，而能力強的學生可以選擇自己喜歡的內容進行設計。

1）能力分層、實行小組合作機制，能夠帶來好的教學效果。

在小組合作學習過程中，部分學生在調查報告中反饋，希望能夠強強聯合，這樣在設計過程中能互相促進，因此，后期實行基礎較差的學生由教師直接做組長，其他學生自由組合。這樣一來，能力強的學生負擔減少，能力弱的學生不再有依賴性。

2）能力分層、實行設計內容分層，同樣能帶來好的教學效果。

能力弱的學生只要在教師指導下獨立完成基本設計要求，就可以逐步增加設計內容。能力強的學生為了獲得優秀，必須全力以赴完成所有內容。

3）不同的學生采用不同的題目完成設計。

能力弱的學生可以逐步實現從簡單到困難的內容。對于能力強的學生而言，基本設計內容不足以激發其熱情。不同學生采用不同題目完成設計，可以兼顧能力強學生的學習熱情以及能力弱學生的信心。

4 結 語

讓所有學生學有所成是微機原理課程設計采用分層設計教改的目的。通過3年的實踐，經過“實施—調查—調整”逐步完善了分層設計在微機原理課程設計中的實施方案，激發了課程設計過程中學生的積極性，提高了學生的動手能力。

參考文獻：

[1] 張國安， 余力， 許雪林. 微機控制系統實驗教學研究[J]. 計算機教育， 2010（18）： 133-136.

[2] 金文， 張惠群， 陳曦. 微機原理課程設計的改革與實踐[J]. 中國大學教學， 2012（10）： 49-50.

[3] 貢雪梅. 項目教學法在單片機原理課程設計中的應用[J]. 實驗技術與管理， 2009（26）： 115-116.

[4] 許雪林， 張國安， 陳敏. 卓越工程師計劃下的微機原理課程教學設計[J]. 計算機教育， 2014（9）：56-59.

（編輯：孫怡銘）