微機原理與接口技術(shù)課程教學創(chuàng)新設(shè)計與實踐

摘要：微機原理與接口技術(shù)課程是電氣工程及其自動化專業(yè)的核心課程，旨在培養(yǎng)學生對微機原理與接口技術(shù)的基礎(chǔ)知識掌握、電氣設(shè)備的控制與應用能力，以及大國工匠精神。本研究通過學情分析和教學痛點分析，對教學的各個環(huán)節(jié)進行創(chuàng)新設(shè)計。主要創(chuàng)新方法和途徑包括：明確課程學習目標、重塑教學內(nèi)容、改革創(chuàng)新教學方法、創(chuàng)建智慧型教學環(huán)境、設(shè)計科學的計量考核方式。通過教學實踐檢驗，該創(chuàng)新設(shè)計顯著提升了教學效果。

關(guān)鍵詞：微機原理與接口技術(shù)；教學創(chuàng)新設(shè)計；OBE理念

中圖分類號：TP242 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2024）27-0112-03

0 引言

微機原理與接口技術(shù)課程是電氣工程及其自動化專業(yè)的必修課程，旨在教授學生微機原理與接口技術(shù)的基礎(chǔ)知識，以及培養(yǎng)電氣設(shè)備控制與應用技能。該創(chuàng)新設(shè)計探討了工程領(lǐng)域中的多個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，包括課程建設(shè)體系、個性化教學和學生素質(zhì)培養(yǎng)等方面，強調(diào)了將實際工程需求與課程內(nèi)容整合的重要性。同時，提出了與企業(yè)合作、深入挖掘產(chǎn)學研融合發(fā)展路徑的培養(yǎng)模式。本文還闡述了基于大數(shù)據(jù)的定制化教學環(huán)境對教育的影響，以及深入第二課堂、全過程育人等教育理念。此外，文末表明要科學設(shè)計考核方式和評價標準，以及培養(yǎng)實踐與理論結(jié)合的能力。

1 課程簡介

微機原理與接口技術(shù)課程是電氣工程及其自動化專業(yè)學科大類必修課，在培養(yǎng)人才的體系中具有至關(guān)重要的地位。作為核心課程，它著重于探討51單片機的體系結(jié)構(gòu)和程序設(shè)計方法。通過學習這門課程，學生將能夠掌握更多專業(yè)知識與技能：熟悉單片機的硬件結(jié)構(gòu)和工作原理，積極參與實踐，以便真正理解這些知識，并能夠應用所學內(nèi)容進行程序設(shè)計和代碼編寫。由于該專業(yè)緊跟時代發(fā)展步伐，本課程還致力于帶領(lǐng)學生深度學習計算機運行原理，掌握現(xiàn)代計算機系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲與處理等知識。這些全面而深入的學習目標使得微機原理與接口技術(shù)課程成為電氣工程領(lǐng)域中不可或缺的一門必修課程。根據(jù)多年研究和實踐經(jīng)驗，學生需要正確判斷和匯編C51的指令執(zhí)行結(jié)果，同時還要掌握一些重要的程序設(shè)計、下載和調(diào)試方法，以高效學習單片機系統(tǒng)。此外，學生還需要具備使用匯編或C51編寫程序來控制單片機IO接口的能力。在實際解決工程問題時，綜合運用中斷、定時和串行通信功能將發(fā)揮重要作用。最后，學生須深入了解典型單片機系統(tǒng)的擴展方法，并學會靈活應用它們。

2 教學分析

通過近幾年的教學實踐和研究，學生的學習具有以下特點：學習興趣無法貫穿全過程，主動性、互動積極性較低；具有一定編程基礎(chǔ)，但學習思維和方法缺乏開放性；具備一定的主動學習能力和實踐能力，但主動探究、拓展學習、整合能力較弱；對微機原理性知識學習一知半解，缺乏深入探索的精神，容易產(chǎn)生畏難心理。在教學設(shè)計和實施方面，存在以下痛點：課程體系僵硬，課程內(nèi)容多且抽象，學習難度大；教學方法循規(guī)蹈矩，手段陳舊，教學設(shè)計缺乏創(chuàng)新性和先進性；理論和實際的融合程度不足，應用創(chuàng)新能力較為欠缺；考核方式與評價內(nèi)容缺乏科學性。

該課程是理論與實踐融合度較高的一門計算機類課程。在實驗課程的教學中，應采取新的教學理念，以項目的形式貫穿每一個實驗環(huán)節(jié)，根據(jù)實驗內(nèi)容將多個實驗優(yōu)化組合，更新實驗模式，圍繞“構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)、運行”的思路設(shè)計每一個實驗項目[1]。

基于以上學情分析和教學痛點分析，結(jié)合多年理論與實踐教學經(jīng)驗，對微機原理與接口技術(shù)課程進行創(chuàng)新改革，有效增強了學生的學習效果，形成了可借鑒的教學成果。

3 教學創(chuàng)新方法及途徑

3.1 明晰課程學習目標

結(jié)合專業(yè)培養(yǎng)方案中規(guī)定的培養(yǎng)目標以及畢業(yè)要求，重新梳理課程學習目標。筆者采用OBE（以結(jié)果為導向教育）作為基本理念，并根據(jù)“可測量、可實現(xiàn)、有成果”的原則來設(shè)計和實施教學活動[2]。在教學目標中，特別關(guān)注高階思維能力的培養(yǎng)，強調(diào)創(chuàng)新性思維和面對挑戰(zhàn)的勇氣。同時，重視學生的家國情懷、人文素養(yǎng)以及科學精神的發(fā)展。通過采用BLOOM教學方法，我們希望能夠更好地促進這些方面的培養(yǎng)。

如圖1所示，通過以培養(yǎng)目標為基礎(chǔ)，反向確定教學目標的方式，可以使教學目標與課程產(chǎn)出相一致，同時包括了思政教育方面的目標。

3.2 優(yōu)化重塑教學內(nèi)容

本課程以電氣領(lǐng)域為研究背景，以實際案例為任務驅(qū)動，對課程整體知識架構(gòu)進行統(tǒng)籌規(guī)劃，系統(tǒng)地統(tǒng)籌考慮電氣技術(shù)的知識體系和技術(shù)要素。以實際應用系統(tǒng)為例，幫助學生建立整體學習計劃。針對知識的特點及其關(guān)聯(lián)性，對整體知識結(jié)構(gòu)進行模塊化分解和組合，逐個模塊采取突破的教學方法。在模塊化學習之后，構(gòu)建知識模塊之間的關(guān)聯(lián)，將獨立的知識模塊整合統(tǒng)一，重新完成系統(tǒng)的設(shè)計，改進和豐富功能。

該方法旨在將知識內(nèi)化為解決實際工程問題的能力，并提高學生的綜合能力，使其能夠舉一反三，最終達到素質(zhì)目標。教師在教學過程中，以啟發(fā)式和引導式教學模式講解主線的核心知識和內(nèi)容走向，非主線內(nèi)容讓學生根據(jù)需要或興趣自學，通過案例教學，將“構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)和運作”的CDIO教學循環(huán)模式[3]應用到課堂中，從而達到優(yōu)化教學內(nèi)容并節(jié)約課時的目的。

3.3 改革創(chuàng)新教學方法

3.3.1 課程開展“線上-線下+翻轉(zhuǎn)課堂”混合式教學實踐

本課程采用“線上+線下+翻轉(zhuǎn)課堂+綜合實驗”的混合教學模式，將在線教學引入傳統(tǒng)課堂，并對基本教學環(huán)節(jié)進行設(shè)計。在課前，通過網(wǎng)絡(luò)教學平臺發(fā)布相關(guān)資料和預習任務，指導學生進行課前預習。在教學過程中，充分利用在線平臺資源和信息工具，助力講解和實踐相結(jié)合，并將線上電子資源引入傳統(tǒng)的實踐環(huán)節(jié)，更好地組織學生的主體性行為和個人能力培養(yǎng)。作業(yè)分配后，及時評估完成情況，并通過多種方式提供反饋和鼓勵，激發(fā)學生的積極性。采用這種全面有效的混合教育模式可以更好激發(fā)學生興趣、提高聽課效率、加強知識點掌握，對促進學生綜合素質(zhì)提升有相當大的貢獻[4]。

在課堂上，教師可以以課前布置的任務為起點，激發(fā)學生的興趣和好奇心，并根據(jù)學生提出的疑問展開具體教學內(nèi)容，將知識內(nèi)化于學生的提問之中。此外，局部翻轉(zhuǎn)教學的方法可以安排一些討論和學習活動在小組內(nèi)進行，通過思考和互動培養(yǎng)學生自主探究和解決問題的能力。通過面對面的交流、探索與研討，結(jié)合老師引導及同伴合作，培養(yǎng)學生的自主學習核心素養(yǎng)，并迅速解決重難點問題[5]。

課后教學不僅在于對課前和課中所學知識的深度拓展，更是為了讓學生通過線上作業(yè)和測試、線上討論、線下練習等形式鞏固所學。傳統(tǒng)教育方式無法達到的一些效果，在課后教學中得以實現(xiàn)，因此有理由相信，在將來的教育改革中推廣這種形式會帶來積極成果。

3.3.2 深入第二課堂，全過程育人，促進人才培養(yǎng)能力全面提高

在當前教育環(huán)境下，第二課堂已成為高校普及全員、多元化育人的重要手段。為了促進人才培養(yǎng)能力的全面提高，需要采取全員、全過程、全方位的教學模式，結(jié)合社會需求和學生個體特性。圍繞學生所需的實踐條件與技能要素，對課程體系進行不斷改進和優(yōu)化，致力于培養(yǎng)知識儲備豐富和具有創(chuàng)新思維能力的應用型人才。

在科教融合方面，通過科研反支撐教學達成更好效果。學生參與科研項目，不僅拓寬創(chuàng)新視野，還為教師提供豐富的教學案例，形成了“科研項目+企業(yè)合作→學生參與科研活動→教師積累教學案例→學生通過參與科研項目促進企業(yè)技術(shù)革新”的良性循環(huán)。積極鼓勵學生參加科技競賽，以賽促學、以賽促教、以賽促創(chuàng)，在這種環(huán)境下激發(fā)出更多年輕人的創(chuàng)新激情和探索精神。

3.3.3 加強校企合作，開展基于產(chǎn)教融合的教學模式探索與實踐

學校積極與國家重點實驗室等優(yōu)質(zhì)企業(yè)、研究單位展開校企合作，構(gòu)建校企協(xié)同的課程育人模式。深入研究基于產(chǎn)學研一體化的微機原理與接口技術(shù)課程建設(shè)路徑，與合作伙伴共同探索創(chuàng)新性的教學方法和內(nèi)容設(shè)置。在電氣工程領(lǐng)域展開深入合作，共同打造工程特色的課程建設(shè)體系。注重將實際工程需求與課程內(nèi)涵結(jié)合，在培養(yǎng)學生時更加強調(diào)個人特點和不同方式方法的融合。通過這種方式，致力于培養(yǎng)具備愛國情懷、大國意識及工匠精神的青年電氣事業(yè)接班人。通過對接先進企業(yè)和深入挖掘產(chǎn)學研融合發(fā)展路徑，努力為青年電氣后備人才提供廣闊平臺與方向。

3.4 創(chuàng)建基于大數(shù)據(jù)的“學生主體+持續(xù)發(fā)展”的智慧型教學環(huán)境

現(xiàn)今，互聯(lián)網(wǎng)時代的到來使得網(wǎng)絡(luò)大數(shù)據(jù)教學成為教育界一個新興的熱門議題。在這種背景下，一款能夠利用線上與線下先進教學資源的“資源-平臺-實踐”三位一體智能教學支撐環(huán)境也應運而生。多樣化的在線課程平臺及共同體等已成為學生可以自主選擇進行參與互動的智能化課堂；而在這樣優(yōu)秀的教育背景下，一個全新、引領(lǐng)時代潮流并裝備了最先進技術(shù)工具的實踐空間也應運而生——促使課堂氣氛呈現(xiàn)出“以學生為中心”的新型智能化教室[6]。

移動式創(chuàng)新實驗室與傳統(tǒng)實驗室相比，具有更加靈活多樣的教學手段，極大提升了互動性與趣味性；同時，我們還與企業(yè)緊密合作，共同構(gòu)建STC高性能單片機技術(shù)訓練中心，并將實踐與實際工程應用有機結(jié)合起來。通過這種方式，可以將課堂延伸至合作企業(yè)內(nèi)進行開設(shè)，讓學生真正置身于工作場景中。這樣的操作不僅豐富了教學內(nèi)容和形式，還能夠提供一個更加真實、豐富、綜合的學習環(huán)境給學生。

3.5 科學設(shè)計考核方式

3.5.1 建立“面向產(chǎn)出”的課程評價標準

以檢測課程學習目標的達成度為引導，課程考核方式與評價標準的科學計量致力于推動學生進步。其著眼點在于激發(fā)學生學習動力和專業(yè)興趣，確保教學內(nèi)容與教學模式的匹配。除了完善了3+X的考核要求，還加強了對學生綜合評價，包括課堂內(nèi)外、線上線下學習情況。及時反饋和清晰合理的評價規(guī)則是此過程中不可或缺的元素。重點評估應用能力以及增量式的熟練度提升，在提供清晰明確的評價標準上做得更出色。

同時，本課程實踐性較強，要加強學生的理論和實踐結(jié)合的能力，平時成績的評定除上課考勤外，還要加強實驗課的考核，實驗課的評分提高到總成績的35%～40%，期末考試采用上機考試，完成一個小項目案例。此種考核方式使學生產(chǎn)生學習緊迫感，增加實踐動手能力[7]。

3.5.2 設(shè)計“面向產(chǎn)出”的課程評價內(nèi)容

課程非常注重對學生能力的培養(yǎng)和學生成果的展示。為此，我們特別建立了一個創(chuàng)新團隊，以便將培養(yǎng)出來的優(yōu)秀成果推廣到更多的學生身上，并系統(tǒng)地培養(yǎng)他們的科研創(chuàng)新與實踐應用能力。這個團隊主要依托了教師在電氣控制技術(shù)方面的相關(guān)研究課題，為學生制定與微機技術(shù)相關(guān)的研究題目。在團隊單位下進行創(chuàng)新應用研究，采用微機技術(shù)來解決電氣問題。通過這種組織形式，在大量具體問題中錘煉出來綜合能力較強、科研創(chuàng)新精神和實踐動手能力均衡發(fā)展的優(yōu)秀人才，從而更好地滿足社會對高素質(zhì)人才需求。

為了評估他們的創(chuàng)新能力，相關(guān)指標包括微機信息技術(shù)相關(guān)論文的撰寫情況、專利或軟件著作權(quán)的取得情況，以及學生科研立項和大賽獲獎情況。這些標準將全面考查學生在電氣控制領(lǐng)域中的綜合素養(yǎng)和能力發(fā)展水平。通過合理的課程達成度評價，分析課程對畢業(yè)要求中指標點的支撐情況，有助于促使師生明確學習中的角色定位，增強課程自主學習能力，并對課程的設(shè)計及進展過程動態(tài)反饋，發(fā)現(xiàn)課程教學薄弱之處，為課程持續(xù)改進指出方向[8]。

4 總結(jié)

該教學創(chuàng)新設(shè)計及實踐的效果非常顯著，而且具有示范輻射作用。我們建立了能夠衡量課程目標達成情況和畢業(yè)要求達成情況的評價機制，這個評價機制更加注重結(jié)果導向。通過這種方式培養(yǎng)出來的學生在人才培養(yǎng)方面取得了顯著成果，育人目標基本上都得到了很好的實現(xiàn)。此外，在教學資源建設(shè)方面我們也取得了很大進展。未來，我們將以新工科課程建設(shè)要求為指導開展更多探索與創(chuàng)新。具體而言，我們計劃開展一門基于大數(shù)據(jù)的微機原理于接口技術(shù)課程，該門課程旨在為中國電氣發(fā)展培養(yǎng)更多優(yōu)秀人才。通過這門課程的構(gòu)建與實施，我們將努力滿足社會對于電氣領(lǐng)域?qū)I(yè)人才的需求，在推動行業(yè)發(fā)展和技術(shù)進步方面發(fā)揮積極作用[9-10]。

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【通聯(lián)編輯：唐一東】

基金項目：北京市教委科研計劃項目（KM201911417007）