“微機原理及接口技術”課程的研究性教學探索

萬里冰 霍凱 趙嘉蔚 肖燕彩

[摘 要]“微機原理與接口技術”是測控技術與儀器專業的一門重要專業基礎課。針對課程內容瑣碎、實踐性強的特點，教師在教學過程中應重視案例的設計，突出專題研究的地位，并對課程實驗的設計和考核方式的改進進行了嘗試，以提高學生的系統設計能力和解決工程實際問題的能力。

[關鍵詞]微機原理與接口技術;研究性教學;實驗;專題研究

[中圖分類號] G642.0[文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2019）09-0007-03

研究性教學是目前國際上普遍認同和采用的一種大學教學模式，具有重過程、重應用、重體驗、重全員參與的特點，對于培養學生的學習能力、研究能力和創新能力具有重要的促進作用。研究性教學的具體形式多種多樣，其實質是采用科學研究的基本步驟和思維方式來組織教學，促進學生提升學習能力，增強學習效果，使學生能夠在獨立思考、探索和實踐過程中理解知識、應用知識并解決工程實際問題[1-3]。

“微機原理及接口技術”是我校機電大類各專業的一門專業基礎課，授課對象是機電大類專業的二年級本科生，在課程體系中居于較重要的地位。課程的主要內容是以MCS-51系列單片微型計算機為例，講授微型計算機的工作原理、系統擴展以及接口技術，著重培養學生的動手能力、應用能力和工程意識，使學生掌握解決測控領域復雜工程問題的方法。該課程內容較瑣碎，具有理論基礎性、工程實踐性、知識交叉性強的特點，單純的課堂講授配合若干實驗的傳統教學方法已經不能適應和滿足當今知識的發展和社會的需求。因此，為了幫助學生更深刻地理解和掌握書本知識，培養學生自主學習探究的能力和綜合運用所學知識解決實際工程問題的能力，課程組改傳統“填鴨式教學”為“智慧啟迪式教學”，開展了研究性教學的探索。

一、研究性教學方案的制訂

“微機原理及接口技術”課程由于具有應用性、實踐性強的特點，根據“以學生為中心，培養和提高學生自主學習、自主探究能力”的指導思想，十分適合開展研究性教學[4-5]。課程組在對課程內容進行了梳理，對沿襲多年的傳統教學方法的不足進行了分析之后，基于機電類專業的培養目標和畢業要求，首先確定了課程目標，并根據課程目標制訂了研究性教學方案。通過逐步開展基于問題與案例的教學活動和基于研究性教學的主動學習，并加強實踐訓練，以提升學生的學習能力與實踐能力。本課程教學目標的重新優化具體表現在引導學生掌握以下幾個方面的知識與能力。

（1）能夠解釋說明微型計算機與單片微型計算機的基本知識、基本工作原理，并能正確運用單片微型計算機軟硬件系統構成的基本原理和基本設計方法，為解決測控系統的復雜工程問題奠定專業基礎。

（2）能夠應用本課程所學的基本原理及基本設計方法并結合文獻檢索等，針對測控系統復雜工程問題的設計開發要求，明確設計目標并進行功能原理分析，提出可行的系統設計方案。

（3）能夠正確運用相關儀器設備完成微型計算機軟硬件系統的設計實驗，記錄實驗過程，進行結果分析，獲得實驗結論。

（4）能夠使用恰當的軟硬件設計與分析工具開展測控系統復雜工程問題的仿真、分析、綜合調試與設計。

（5）在研究性專題訓練中，能夠樹立一定的團隊合作意識和協作精神并發揮相應的作用。

針對以上課程目標，課程組在仔細討論的基礎上制定的研究性教學方案主要包括改進教學方法、增設研究性專題、改進課程實驗、完善考核方式等多個方面。方案確定主要依托工程案例、研究性專題、設計性實驗和研究報告4種載體開展本課程的研究性教學，并明確了研究載體與課程目標以及學生能力培養之間如圖1所示的相互關系，這就為實施研究性教學奠定了基礎。

二、研究性教學的實施

在研究性教學方案的具體實施過程中，“微機原理及接口技術”課程組主要對以下幾方面進行了探索。

（一）加強案例教學

課堂講授是大學知識傳播的重要環節，課程組在課堂授課過程中著重強調課程基本概念的建立和應用單片微型計算機解決機電工程領域中測控系統復雜工程問題的基本方法。除講解MCS-51系列單片機系統的原理和設計方法外，還介紹其他微型機系統的技術與發展。本課程內容雖比較系統，但知識點細碎，學生在課堂學習中常感到乏味和細節記憶困難。因此，教師在實施研究性教學的過程中，首先應該改變傳統的“滿堂灌”教學方法。為了讓學生提高學習興趣和熱情，在課堂中積極思考并能參與到教學過程中，根據課程具有應用性、實踐性強的特點，課程組在課堂教學過程中，著重加強了案例教學這一教學方法的運用。把教改和教學研究成果及學科最新發展引入課堂教學，能使學生深化對單片機技術的基本原理、概念、新知識、新技術的理解，引導學生掌握用于解決測控系統復雜工程問題的專業基礎知識和技能，掌握開展系統功能分析、方案設計及綜合調試與仿真的方法。

課程組挑選了多個日常生活和工程實際中的具體案例，引出具體教學內容。例如，在第1章“緒論”課中，教師講授“單片機的應用”這部分內容時設置了教學案例“太陽能路燈”，既緊密結合當前低碳節能理念吸引學生，同時從單片機的控制器、傳感器、充放電過程等方面解剖系統功能和構成，使得作為初學者的學生對單片機應用有感性認識的同時，意識到單片機系統可以解決很多生活中的實際問題，進而對這門課產生濃厚的興趣。教師在講授“單片機計數器/定時器”單元時，可以先以如何設計教室內人數計數系統來引導學生思考。由于此案例易于理解且與學生的日常學習和生活密切相關，因此快速地吸引了學生的注意力，激發了學生的思考和學習熱情，并實現了師生的良好互動。教師在課堂講授過程中將工程案例與課程知識有機結合起來，讓學生加深對課程基礎知識的理解，建立測控系統設計的概念，培養工程思維和工程意識，提高分析、解決問題和綜合運用知識的能力[6]。

（二）增設專題研究

為幫助學生形成系統設計的概念，培養學生的工程意識，加深學生對“微機原理及接口技術”課程知識點的理解和掌握，并能夠初步設計和調試單片機應用系統，課程組在本課程的教學過程中增設了專題研究的環節。研究性專題的布置應在所需要的知識點已完成課堂教學的基礎上進行，研究性專題題目由教師給出且應具有一定的綜合性和工程背景。學生開展專題研究與系統設計是在課外時間，要求學生以兩三人為一組開展專題研究。小組設組長1名，內部有分工，但也明確要求學生應注重合作、協調與討論，共同完成題目。要求學生經過檢索相關文獻、閱讀技術資料以及系統需求分析后，小組應能做出符合題目要求、預定功能的總體設計方案，完成單片機應用系統的功能模塊劃分、CPU與存儲器等核心器件選型、外圍接口電路設計和軟件設計，并以仿真的形式給出軟硬件聯調的運行結果，驗證系統設計的正確性和完整性。

專題研究的考核形式為提交小組研究報告并在課堂上進行項目答辯和演示，演示與答辯安排2個課內學時，由每個小組派出代表以PPT形式對該組的設計方案、軟硬件設計和仿真結果進行講述和演示。學生演示結束后由教師和同學提問，教師根據研究設計完成程度、報告撰寫情況和答辯演示給出研究專題總評分。評分的主要依據是學生對知識點的掌握程度、資料查閱情況、擴展知識的自主學習應用水平、小組分工與合作情況、報告的撰寫情況、演示答辯的表現等，這個成績則以一定比例計入課程期末考核總成績。專題研究活動的開展鍛煉了學生總結歸納、理論聯系實際的能力，促進了學生對課堂基礎知識的吸收和運用，同時幫助學生較好地掌握了搜索和獲取工程技術資料和科技文獻的方法，初步具有了較為完整、規范地撰寫研究報告的能力。學生在參與專題研究的過程中，充分意識到利用網絡資源和信息技術的重要性，培養了借助互聯網相關資源解決問題的習慣。專題研究活動的開展以項目小組的形式進行，也培養了學生的團隊精神，讓學生體會到分工與合作在工程項目設計中的重要性。

（三）增設設計性實驗

實驗在“微機原理及接口技術”課程中占有重要地位，做課程實驗是學生理論聯系實際的重要途徑，能夠加深學生對微型計算機工作工程的理解，在培養學生動手能力方面具有不可替代的重要作用。針對課程實踐性和應用性強的特點，課程組對課程實驗進行了研討，實驗設置的基本思路是減少驗證性實驗和增加設計性實驗。每個實驗分為基本要求和提高要求，以滿足不同層次學生的需要。對于設計性實驗，要求學生在進入實驗室之前必須完成預習報告，設計出接口電路，完成程序的設計，在課內實驗過程中則完成系統的軟硬件聯合調試，修改錯誤，使系統實現預定功能。設計性實驗改變了學生參照指導書完成實驗的方式，但要取得預期效果，還應督促學生在課前完成實驗項目的軟硬件設計工作。實驗過程中，強調由學生自主完成全部實驗內容，實驗指導教師起輔助作用。實驗完成后，還需要求學生寫出詳盡的實驗報告，鍛煉學生的總結能力，為其撰寫科技論文奠定基礎。

針對部分學生學有余力、對科學研究興趣濃厚的特點，課程組在增設課內設計性實驗的同時，還鼓勵學生在課余時間進入實驗室深入研究課上的專題，借助實驗室的有利條件具體實施研究專題中的設計方案，建立可真正實現預定功能的單片機應用系統。課后實驗與專題研究項目的緊密結合不但大大提升了專題研究的層次，為學生的學習提供了廣闊的空間，也使學生真正體驗到了“從無到有”的樂趣，增加了學生對專業的理解和熱愛，促進了學生自學能力和動手實踐能力的培養，為學生以后的課程設計和畢業設計奠定了基礎。

（四）健全考核評價體系

考核方式是影響學生對課程重視程度的重要因素，科學的考核和評價方式能有效調動學生學習的主動性和積極性。為了能夠更準確、完整地評價課程目標的達成度，體現研究性專題、設計性實驗在課程中的地位與作用，本課程建立健全了“過程與結果并重”的考核評價規則。評價規則中加大了平時成績的比例，以檢查學生對知識點的掌握程度為評判標準，考核內容包括作業與考勤、研究性專題、研究報告、實驗、期末考試。期末筆試采用開卷形式，主要考查學生對單片微型計算機基礎知識掌握和運用的能力。期末試卷成績僅占總評成績的60%，其他幾部分構成平時成績，占總評成績的40%。平時成績中，作業主要考核學生對每章節知識點的復習、理解和掌握程度，每次作業按五級制單獨評分，取各次成績的平均值作為此環節的最終成績。實驗成績是由實驗指導教師根據學生每次實驗的完成情況和實驗報告質量進行評分，取各次實驗成績的平均值作為此環節的最終成績。專題研究成績主要評價學生應用所學知識解決測控系統工程問題的文獻檢索能力、方案設計能力、實踐能力、口頭和文字表達能力以及團隊合作能力，其具體可細分為文獻檢索（15%）、設計方案與仿真（30%）、報告的規范性與完整性（30%）、演示與答辯情況（15%）、個人完成情況（10%）5個部分。

三、結束語

近年來，在建設研究型大學的過程中，培養創新型拔尖人才已成為我國高等教育的重要任務，本科教學改革對實現這一目標具有重要的作用。實踐證明，“微機原理及接口技術”課程研究性教學的實施，能夠有效地激發學生的學習興趣和熱情，提高學生主動思考和參與研究的積極性，鍛煉學生綜合運用所學知識解決實際工程問題的能力。學生通過上講臺講解設計方案、演示仿真成果及撰寫研究報告等方式，得到了多方面的鍛煉，提高了綜合素質，為其后續專業課程的學習奠定了堅實基礎。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 盧德馨. 研究型教學20年：理念、實踐、物理[M]. 北京：清華大學出版社，2008.

[2] 夏錦文，程曉樵. 研究性教學的理論內涵與實踐要求[J]. 中國大學教學，2009 （12）.：25-28.

[3] 花奇芹，陸娟. 專業層面研究性教學改革的基本原則及其要點[J]. 中國大學教學，2017（2）：43-46.

[4] 董增文， 鄧曉華， 張華. 研究性教學在工科教育中的實踐與反思[J]. 高等工程教育研究，2013（5）：164-167.

[5] 張妍. “微機原理及應用”研究性教學模式探索與實踐[J]. 實驗室科學，2017（4）：117-120.

[6] 田芬. 我國高校創新人才培養目標的提出與實踐[J].蘇州大學學報（教育科學版），2017（4）：20-27.

[責任編輯：龐丹丹]