多學科融合下的“微機原理與接口技術”課程體系建設

［摘 要］ “微機原理與接口技術”課程是電子信息類專業的專業必修課。目前，西安工業大學“微機原理與接口技術”課程體系與其他學科交融性較差，課程內容與實際工程問題脫軌嚴重。為了拓展課程的廣度與實用性，以西安工業大學“微機原理與接口技術”課程現有課程體系為背景，指出了現有課程體系的缺點，并從實施多維度課程培養模式、優化重組新課程內容、強化綜合實踐能力培養、完善考核形式等四方面提出了一些改革措施，形成了多學科融合下的課程培養方案，進一步強化了學生的工程實踐能力，激發了學生的創新意識及動手能力，以期為多學科交叉融合課程培養體系的建設提供一定的參考。

［關鍵詞］ 多學科融合；培養方法；課程實踐

［基金項目］ 2022年度中國電子教育學會研究生教育分會研究生教育改革與實踐研究課題“研究生導師團隊建設與研究生創新能力培養的研究”（2022-08）；2022年度西安工業大學教學改革研究項目一般項目“多學科交叉融合的微機原理及單片機應用課程教學培養模式探索與實踐”（22JGY21）

［作者簡介］ 張 峰（1988—），男，湖北隨州人，博士，西安工業大學電子信息工程學院講師，主要從事光譜分析、智能傳感器研究；陳超波（1978—），男，浙江寧波人，博士，西安工業大學電子信息工程學院教授，主要從事智能控制、故障診斷與容錯控制研究；李 林（1992—），男，湖北荊門人，博士，西安工業大學電子信息工程學院講師，主要從事靜電傳感器、信號分析與模式識別研究。

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2024）43-0017-04 ［收稿日期］ 2023-10-08

新一輪產業技術革命的關鍵在于多學科領域的技術融合程度、創新型拔尖工科人才的培養數量與質量。因此，學生除了須具備專業知識與實踐動手能力之外，還須具備多學科交叉融合的創新思維及廣泛學術視野。

一、研究現狀

“微機原理與接口技術”課程是電子信息類專業的專業基礎課，課程知識大多抽象、實踐性強，與眾多學科相輔相成、輻射范圍廣泛，是學生學習嵌入式系統技術的基礎課程［1］。課程主要講述計算機進制基礎知識、馮·諾依曼體系下的X86構架的8086/8088微處理器的內部結構、工作寄存器、匯編語言、接口技術等。通過課程學習，學生可以掌握微型計算機系統的內部結構、系統總線的形成，了解微型系統各單元的工作原理，能夠應用微型CPU、存儲器、通信技術、接口技術、總線接口、程序設計等技術將軟硬件知識融會貫通，建立應用系統的概念，使學生能夠應用微機系統知識儲備來解決實際問題的能力［2］。

近年來，隨著微型計算機系統軟硬件的快速發展，在硬件上，芯片的制造工業進入三納米時代，每年性能都會出現迭代更新，硬件的更新換代是多種學科相互融合的集中體現；在軟件上，機器視覺、模式識別、大數據計算、網聯網、新型控制系統等前沿技術的不斷涌現，使得軟件市場出現百花齊放的現象。進一步地，若按照現有的單一的課程培養體系進行培養，則缺乏行業支撐，需求導向不明顯，無法提高學生的學習動力。因此，須要結合學校自身的人才培養目標，探索多學科交叉融合的人才培養模式與課程培養方案，以滿足當下課程的自身發展，契合新工科專業建設的需求，這對于提高多學科交融的新工科專業型人才的培養質量具有重要的理論和實踐意義［3］。

二、現有“微機原理與接口技術”課程體系中存在的問題

西安工業大學電子信息類專業“微機原理與接口技術”課程大綱規定，課程總課時為48學時，其中理論教學為40學時，實踐教學為8學時。在理論教學過程中，按照層次遞進式教學先講述8086系列CPU的結構與原理、系統總線的形成，再講述接口技術部分。在實踐教學中，按照先易后難的原則，先進行基礎性實驗，再進行8253定時器以及8255并行接口實驗。

然而，在現有的理論教學過程中，大多數知識點通過“滿堂灌”的方式進行講授，課程內容與實際工程項目結合程度不高，同時與前沿科學技術融合度不足，難以滿足新工科建設背景要求下應用型人才的培養目標；在現有的實驗教學過程中，近年來的實驗課內容幾乎無變化，與工程實際項目關聯性不足。因此，亟須對當前課程的教學方法及教學內容進行變革，重新制訂一套行之有效的教學方案，從而提高學生的主觀能動性，為社會輸送應用型新型科技人才［4］。結合課程的全過程監控，西安工業大學“微機原理與接口技術”課程培養過程主要存在如下的問題。

（一）課程教學形式單一

課程教學形式單一，教學內容與十年前的內容變化不大，且部分教學內容過于冗余，教學方法依然選用PPT授課結合課后作業訓練的方式，與當前運用現代化工具解決工程實際問題的趨勢脫節嚴重，易造成學生知識面單一、學習積極性差、解決實際問題能力差、難以應用現代化工具解決工程實際問題。因此，須要對教學形式進行重塑，使用現有的工具進行配套教學，并引入前沿學科知識進行多層次融合教學，激發學生的學習興趣與活力，形成多學科相互滲透的多元化教學模式。

（二）課程與實際工程項目的結合度不高

課程側重于理論教學，教學形式單一，教學計劃規劃不合理，課程體系與教學內容結構僵化。學生在課程學習中，著重理論知識的學習，忽略實踐動手能力的培養，無法達成高素質復合型人才的培養目標。進一步地，受限于教學課時，并且教學內容涉及范圍廣，課程安排緊湊，教師在授課時大多采用“大水漫灌”的講授方式，易導致課程內容與實際工程項目結合度不高，留給學生獨立思考的時間不足，課程缺乏新穎性與趣味性，課堂互動性差，難以調動學生課內外學習的積極性，造成學生學習動力不足。

（三）課程缺乏工程性實驗

課程實踐教學共8學時，分為4個實驗，主要采用章節式實驗教學法，由實驗教師制定實驗手冊，學生按照手冊的步驟進行接線、編程、調試、記錄結果，實驗報告完成后意味著實驗結束。但大多數學生的實驗結果重復率過高，沒有對實驗的根本原理進行深入剖析，并且實驗之間跨度較大，知識點間缺乏連續性與系統性，缺少工程性實驗以將各個知識點串聯在一起，易造成知識點的“孤島”效應，難以提高學生的動手能力與工程實踐能力。

（四）考核形式不夠完善

一些學生把精力花費在期末考試上，利用考前一周的時間進行突擊訓練，通過短暫記憶教師劃定的重要知識點來應付考試，這種惡性循環導致了“高分低能”這一現象的產生，部分學生僅僅完成了知識點的短時記憶，而沒有真正地將知識點進行深入理解、融會貫通，進而無法利用相關知識來解決工程中遇到的實際問題。此外，試卷的難易程度區分不大，試卷內容與歷年試題較為相似，學生僅依靠考前的刷題就能順利通過測試，進一步降低了學生平時學習的積極性。雖然，考核增加了實驗評價環節，但是更多地采用唯實驗結果論的評價方式，而實驗成績則依據實驗結果與實驗報告，導致一些學生在實驗時相互抄襲實驗結果，實驗結束后的相關實驗報告雷同率過高，難以充分調動學生的主觀能動性，限制了創新型人才的培養。

三、課程體系設置方案

“微機原理與接口技術”作為電子信息類專業一門承上啟下的課程，其知識點覆蓋范圍廣，內容前后銜接緊密，須要有“模擬電路”“數字電路”“編程基礎”作為支撐。根據西安工業大學的人才培養目標，對課程的學時進行了壓縮，為了能夠在有限的課程教學時間內，將理論與實踐教學進行緊密銜接，須要對教學內容與體系進行有效的改革。本文從以下幾個方面制訂了課程培養方案。

（一）實施多維度課程培養模式

以學生為中心，借助先進的信息化技術、多媒體、互聯網、開放式學習資源等多元化學習資源來拓展學習時空，促使教育平臺處于開放的環境，促進師生之間的相互交流，實施因材施教的教學策略。使用可視化、情景化教學來幫助學生理解難以消化的知識點，激發學生的學習動力與探索知識的興趣，提升教學效率。此外，根據教學內容，使用傳統板書、師生互換法、虛擬仿真法、多媒體演示法、沉浸式教學法等單一或者組合的教學方法，進一步加強學生的理解能力，提高課堂質量與教學效率。融合前沿技術，拓寬學生的學術視野，培養學生對課程的興趣。強化校企合作，構建賽教融合多種培養模式，培養學生的工程設計思維能力、工程實踐能力與動手能力，從而實現其知識、能力和綜合素質的全面提升。

（二）優化重組新課程內容

對課程內容進行完善，全方位實現課程的多元化協同發展。在教學過程中，如在講授8086/8088微處理器的結構與功能知識點時，應結合當前嵌入式系統中常用的處理器，以此為基礎，采用對比式、情景化教學以提高學生的學習效率，更加深刻地理解微機系統的內部結構與功能。在講述匯編語言指令時，應結合工程實例，以匯編語言為基礎語言講述模塊化及工程化編程理念，提高學生的編程思維能力。進一步地，講述工程中常用的外圍接口技術，提高學生系統的綜合設計能力；增加多學科交叉融合案例教學（如存儲器擴展設計、電機控制技術等），以更好地符合新工科建設和系統能力培養的現實需求。“微機原理與接口技術”課程內容規劃結構如圖1所示。

（三）強化綜合實踐能力培養

提出基于CDIO模式的實踐教學體系，具體實施步驟如圖2所示，將課程實驗劃分5個階段，分別是驗證性實驗、設計性實驗、應用性實驗、綜合性實驗和創新性實驗；分別對應課程的基本理論基礎實驗、匯編語言程序設計、外部接口應用、綜合應用系統設計和多學科交融系統，以豐富學生的知識面，提高其綜合能力。

（四）完善考核形式

學生的最終成績由四部分組成：過程成績（20%）、實驗成績（20%）、綜合設計成績（20%）、期末考試成績（40%）。其中，過程成績由課后作業、隨堂練習、出勤率組成；課后作業應在題目庫中選擇，應用學習通軟件進行隨機組題，避免學生之間相互抄襲。實驗成績由實驗完成情況、實驗報告組成。綜合設計成績由設計方案、源代碼、完成結果及工程結合度組成，考查學生的創新思維能力。期末考試成績主要考查學生對知識點的掌握情況，試卷題目應具有新穎性與工程性，避免與往年試卷類型重復。

結語

本文分析了西安工業大學“微機原理與接口技術”教學過程中存在的問題，以問題驅動改革為指引，從實施多維度課程培養模式、優化重組新課程內容、強化綜合實踐能力培養等三個方向對課程的新方案進行了分析與制訂。通過研究多學科融合下的“微機原理與接口技術”課程體系建設，積累了在新工科背景下電子信息類專業基礎課程改革的經驗，對其他類似課程的改革與探索具有借鑒意義。

參考文獻

［1］畢翔，石磊，衛星，等.面向系統能力培養的微機原理課程教學改革研究［J］.計算機教育，2020（5）：127-132.

［2］左國玉，雷飛，喬俊飛.新工科背景下面向創新能力培養的微機原理與應用課程改革［J］.計算機教育，2021（2）：108-112.

［3］楊瀟.“新工科”背景下應用型大學《微機原理與接口技術》課程教學探索［J］.教育教學論壇，2019（22）：210-211.

［4］龔琴.“新工科”背景下《微機原理與接口技術》實踐教學改革研究［J］.新型工業化，2021，11（12）：23-24+27.

Construction of Curriculum System for Microcomputer Principles and Interface Technology under the

Integration of Multiple Disciplines

ZHANG Feng， CHEN Chao-bo， LI Lin

（School of Electronic Information Engineering， Xi’an Technological University， Xi’an，

Shaanxi 710021， China）

Abstract： The course of Microcomputer Principles and Interface Technology is a professional basic course for electronic information majors. Currently， the curriculum system of this course at Xi’an Technological University has relatively poor integration with other disciplines， and the course content is seriously off track with practical engineering problems. In order to expand the breadth and practicality of the course， this paper takes the existing curriculum system of Microcomputer Principles and Interface Technology at Xi’an Technological University as a background and points out the shortcomings of the exsiting curriculum system and proposes some reform measures from four aspects： implementing a multi-dimensional curriculum training model， optimizing and reorganizing new curriculum content， strengthening the cultivation of comprehensive practical abilities， and improving assessment methods. It formulates a curriculum development plan under the integration of multiple disciplines， further strengthens students’ engineering practical abilities， and stimulates their innovative thinking and hands-on skills. This paper provides a reference for the construction of a multidisciplinary and cross-integrated curriculum development system.

Key words： multidisciplinary integration; cultivation methods; curriculum practice