“導(dǎo)師制”模式下《微機(jī)原理及應(yīng)用》課程改革與探索

張鵬寧　程紅

摘 ?要：《微機(jī)原理及應(yīng)用》是電氣工程專業(yè)學(xué)生的重要學(xué)科必修課，在教學(xué)過程中存在眾多難點(diǎn)，包括教學(xué)方式缺乏創(chuàng)新、實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容單一與內(nèi)容枯燥、考核方式局限性大等。該文利用“導(dǎo)師制”對學(xué)生進(jìn)行項(xiàng)目分組，通過改善教學(xué)效率、充分發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)新能力和檢驗(yàn)學(xué)生掌握知識的方式，探索了解決教學(xué)過程中存在的以上3個方面難點(diǎn)，為電氣工程專業(yè)的新工科建設(shè)提供了有益借鑒。

關(guān)鍵詞：導(dǎo)師制 ?實(shí)驗(yàn)教學(xué) ?雨課堂 ?微機(jī)原理

中圖分類號：G64 ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ?文章編號：1672-3791（2021）02（a）-0124-03

Reform and Exploration of Microcomputer Principle and Application Course under the Mode of "Tutorial System"

ZHANG Pengning ?CHENG Hong

（China University of Mining and Technology（Beijing）， Beijing， 100083 China）

Abstract：Microcomputer Principle and Application is an important compulsory course for students majoring in electrical engineering. There are many difficulties in the teaching process， including lack of innovation in teaching methods， monotonous and boring experimental teaching contents， and large limitations in assessment methods. In this paper， the "tutorial system" is used to group the students. By improving the teaching efficiency， giving full play to the students' innovation ability and testing the way of students' mastering knowledge， the paper explores the solutions to the above three difficulties in the teaching process， which provides a useful reference for the new engineering construction of electrical engineering specialty.

Key Words： Tutorial system; Experimental teaching; Rain class; Microcomputer principle

《微機(jī)原理及應(yīng)用》作為電氣工程及其自動化專業(yè)的必修課程，其教學(xué)目的是培養(yǎng)學(xué)生了解和掌握微機(jī)的基礎(chǔ)知識、硬件組成與工作原理、匯編語言設(shè)計和微機(jī)接口技術(shù)等內(nèi)容，提高學(xué)生的軟、硬件的設(shè)計能力以及解決實(shí)際問題的動手能力，這門課程直接面向應(yīng)用，是電氣專業(yè)后續(xù)課程的理論基礎(chǔ)[1]。

課程包含48個理論學(xué)時和8個實(shí)踐課程學(xué)時，教學(xué)內(nèi)容包括微控制器硬件結(jié)構(gòu)與工作原理、指令系統(tǒng)與匯編程序設(shè)計基礎(chǔ)、中斷系統(tǒng)、定時器/計數(shù)器、串行總線與通信技術(shù)、人機(jī)與模擬接口技術(shù)。其中，微機(jī)原理的部分內(nèi)容本身較為枯燥抽象，難理解，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中通常感到學(xué)時較少，無法掌握所學(xué)知識，進(jìn)而失去了學(xué)習(xí)興趣[2]。為了提高學(xué)生的動手實(shí)踐能力，需要針對不同應(yīng)用對象多上機(jī)練習(xí)，進(jìn)而加深對微機(jī)原理的理解。該文結(jié)合筆者學(xué)校人才培養(yǎng)的發(fā)展定位，提出了采用與“導(dǎo)師制”相結(jié)合的《微機(jī)原理及應(yīng)用》的課程改革措施。

1 ?課程改革的內(nèi)容、目標(biāo)及擬解決的問題

1.1 改革內(nèi)容

在對不同高校關(guān)于《微機(jī)原理及應(yīng)用》課程開展了充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，通過分析實(shí)際教學(xué)過程中存在的不足，提出基于特色“導(dǎo)師制”模式下《微機(jī)原理及應(yīng)用》課程的多元化教學(xué)模式，以解決目前教學(xué)過程中存在的問題。

1.2 改革目的

優(yōu)化課程體系結(jié)構(gòu)，注重理論知識與實(shí)踐操作相結(jié)合，使學(xué)生更好地了解和掌握微機(jī)的基礎(chǔ)知識、硬件組成與工作原理、匯編語言設(shè)計和微機(jī)接口技術(shù)等內(nèi)容，提高學(xué)生的軟、硬件的設(shè)計及解決實(shí)際問題的動手能力。

1.3 課程改革擬解決的問題

1.3.1 教學(xué)方式缺乏創(chuàng)新

《微機(jī)原理及應(yīng)用》課程包含的教學(xué)內(nèi)容繁多，同時具有非常強(qiáng)的實(shí)踐和應(yīng)用性，而傳統(tǒng)的教學(xué)方法是將知識教授給學(xué)生，學(xué)生被動學(xué)習(xí)知識，不僅枯燥乏味，同時也難以理解，最終導(dǎo)致學(xué)生掌握知識的效果非常差。在課程的開展過程中，一般都是先講授知識，最后再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)，使得理論與實(shí)踐脫節(jié)，進(jìn)而導(dǎo)致學(xué)生不能學(xué)以致用。

1.3.2 ?實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容單一，內(nèi)容枯燥

目前《微機(jī)原理及應(yīng)用》課程的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的教學(xué)內(nèi)容單一，采用的實(shí)驗(yàn)箱電路接線大部分已經(jīng)固定，不能隨意改動，只是讓學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)報告內(nèi)已設(shè)計好的流程進(jìn)行操作，這對于掌握普通的知識內(nèi)容具有促進(jìn)作用，但無法滿足學(xué)生根據(jù)自己的想法進(jìn)行創(chuàng)新性設(shè)計，因此導(dǎo)致很多學(xué)生在短時間內(nèi)就能完成基礎(chǔ)性的實(shí)驗(yàn)，缺少繼續(xù)探索的興趣。

1.3.3 考核方式局限性大

目前《微機(jī)原理及應(yīng)用》的考核方式包括兩個部分：一是試卷考試，這對于學(xué)生掌握教材知識點(diǎn)具有促進(jìn)作用。二是實(shí)驗(yàn)考核，實(shí)驗(yàn)考核的方式為：3個學(xué)生一組，共做一道實(shí)踐操作題，題目分為基礎(chǔ)題和拔高題兩個層次，這在一定程度上能夠考察和提高學(xué)生的實(shí)踐能力。但由于題目數(shù)量較少，同時分組里有可能出現(xiàn)只有一個學(xué)生操作能力較高，其他兩名學(xué)生依靠他人的能力將題目實(shí)現(xiàn)的現(xiàn)象，最終組里其他2位學(xué)生會得到相同分?jǐn)?shù)，導(dǎo)致了很大一部分學(xué)生的實(shí)踐能力沒有得到顯著的提升。

2 ?教學(xué)對策

2.1 基于“導(dǎo)師制”項(xiàng)目分組的學(xué)習(xí)方式

“導(dǎo)師制”是中國礦業(yè)大學(xué)（北京）實(shí)施的一項(xiàng)創(chuàng)新性教學(xué)方法，為全體新入校本科生配備導(dǎo)師，一般每位老師全程指導(dǎo)4名學(xué)生，根據(jù)不同學(xué)習(xí)階段分別制訂導(dǎo)師指導(dǎo)計劃。在學(xué)業(yè)規(guī)劃、專業(yè)輔導(dǎo)、科研探索以及品德培育等方面，實(shí)現(xiàn)本科生培養(yǎng)各階段、各環(huán)節(jié)的導(dǎo)師全程指導(dǎo)。

由于微機(jī)原理與應(yīng)用是一門綜合性的課程，在學(xué)習(xí)此門課程之前需要掌握《電路原理》《大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)》《C語言》《信號分析與系統(tǒng)》等基礎(chǔ)課程，因此在《微機(jī)原理與應(yīng)用》開課之前，要以“導(dǎo)師制”為項(xiàng)目組單位，讓每位導(dǎo)師對所帶學(xué)生的基礎(chǔ)知識進(jìn)行統(tǒng)計，根據(jù)統(tǒng)計的結(jié)果適當(dāng)?shù)卣{(diào)整課堂授課學(xué)時，僅將課程中大部分學(xué)生之前沒有接觸過的、至關(guān)重要的內(nèi)容放在課堂上進(jìn)行講授，例如尋址方式、常用匯編指令、工作原理等，注意理論聯(lián)系實(shí)際、重點(diǎn)突出，并指出每章的難點(diǎn)部分。注意將最新的科技成果融入教學(xué)中，使學(xué)生具有較寬的知識面。講課時注意通過板書、電子課件、實(shí)驗(yàn)等多種形式展示、討論，啟迪學(xué)生的思維，使學(xué)生對基本概念、硬件設(shè)計方法，程序設(shè)計方法等內(nèi)容加深理解和掌握。

對于在先修課程中已經(jīng)介紹過的和較容易理解的知識點(diǎn)，例如：計算機(jī)系統(tǒng)組成、微控制器硬件結(jié)構(gòu)及基本工作原理等，提前錄制完教學(xué)視頻，要求學(xué)生課下自主學(xué)習(xí)這些內(nèi)容，并在上課時采用“雨課堂”中的實(shí)時答題功能檢查學(xué)生知識點(diǎn)掌握程度，以便教師實(shí)時跟蹤學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度。對于課程中理解特別困難的知識點(diǎn)，要求學(xué)生以“導(dǎo)師制”項(xiàng)目組的形式進(jìn)行討論。在知識點(diǎn)不斷討論的過程中，會加深學(xué)生對知識點(diǎn)的理解，掌握程度較好的同學(xué)也可幫助其他同學(xué)梳理知識點(diǎn)內(nèi)容，做到團(tuán)隊(duì)協(xié)作，同時，導(dǎo)師也可參與到學(xué)生的課余討論中，幫助所帶學(xué)生更好地掌握該門課程。

最后，每講完一個章節(jié)的知識點(diǎn)后均布置適當(dāng)?shù)淖鳂I(yè)，目的是加深對基本概念的理解，提高分析解決問題的能力。在講到匯編語言程序設(shè)計這部分內(nèi)容時，可讓學(xué)生利用匯編軟件進(jìn)行匯編程序的設(shè)計、調(diào)試;使用Proteus仿真軟件對系統(tǒng)硬件進(jìn)行仿真，利用各種芯片搭建簡單的微機(jī)系統(tǒng);最終在實(shí)驗(yàn)箱上實(shí)現(xiàn) Proteus仿真系統(tǒng)的硬件設(shè)計（在Proteus仿真實(shí)現(xiàn)后進(jìn)行實(shí)現(xiàn)），使得學(xué)習(xí)和實(shí)踐過程形成一個閉環(huán)[3]。

2.2 專題化的教學(xué)模式

專題化教學(xué)模式是一種按照課程的教育目標(biāo)，將所教課程劃分為若干個獨(dú)立有相互聯(lián)系的專題，將各個專題組合形成完整的教學(xué)體系，實(shí)踐表明專題化教學(xué)模式在多門課程中有著較好的應(yīng)用效果[4-5]。結(jié)合教學(xué)大綱的要求，對該課程的理論知識內(nèi)容分為如下8個專題：計算機(jī)概述、運(yùn)算基礎(chǔ)、80X86微型計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)、8086/8088 CPU指令系統(tǒng)、匯編語言程序設(shè)計、存儲器、中斷技術(shù)、輸入輸出接口技術(shù)。

為了配合以上8個專題的教學(xué)，在課程教學(xué)過程中，將每周的課時集中安排在相鄰的兩個工作日里，這樣在講一個專題的過程中，間隔的時間不會很長，有利于學(xué)生在學(xué)習(xí)枯燥難懂知識點(diǎn)時形成連續(xù)性，同時每次講課都會對課程進(jìn)度有更好的把控，間隔較短的授課方式也能使得教學(xué)內(nèi)容更為明確和突出，有利于學(xué)生更好地掌握知識點(diǎn)。這樣就避免了授課間隔時間長會導(dǎo)致上課開始前需對上節(jié)課的內(nèi)容進(jìn)行回憶梳理的過程，進(jìn)而使得學(xué)生記憶知識的碎片化。同時教學(xué)專題化會更突出教學(xué)的重點(diǎn)，使得學(xué)生在掌握和復(fù)習(xí)課堂知識過程中更加得心應(yīng)手。

2.3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)現(xiàn)多樣化

該課程是實(shí)踐性較強(qiáng)的課程，課程實(shí)驗(yàn)的目的是結(jié)合各章節(jié)課程內(nèi)容的學(xué)習(xí)，通過安排實(shí)驗(yàn)上機(jī)操作，加深學(xué)生對微機(jī)原理各章節(jié)學(xué)習(xí)內(nèi)容的理解，并著重培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、獨(dú)立解決問題的能力。應(yīng)結(jié)合專業(yè)的培養(yǎng)目的和要求，編寫適合學(xué)生掌握微機(jī)操作的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，并對實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重點(diǎn)內(nèi)容錄制視頻，以供學(xué)生在課下自學(xué)的需求。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目選定采用必做和選做實(shí)驗(yàn)，分層次、有梯度地組織基礎(chǔ)層次和設(shè)計層次的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。要求學(xué)生結(jié)合理論課，對每個實(shí)驗(yàn)進(jìn)行認(rèn)真的預(yù)習(xí)和操作，仔細(xì)觀察和記錄，思考實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題，并對其進(jìn)行理論解釋，做好實(shí)驗(yàn)報告，達(dá)到輔助教學(xué)、增強(qiáng)感性認(rèn)識、提高實(shí)踐動手能力的目的。

提高多媒體實(shí)驗(yàn)室的利用效率，如果實(shí)驗(yàn)室無課的情況下，學(xué)生可申請進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室自主學(xué)習(xí)，使得實(shí)驗(yàn)室中的各類資源得到充分利用。鼓勵以“導(dǎo)師制”項(xiàng)目組為單位參加省級或全國電子競賽，如果某隊(duì)獲獎，則按照獲獎等級對其期末考試進(jìn)行獎勵性加分，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)微機(jī)原理的積極性。同時，在除了實(shí)驗(yàn)箱等基本的實(shí)驗(yàn)設(shè)備之外，對實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)現(xiàn)多樣化，將操作面板上的接線靈活化，可以讓學(xué)生對各類實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行任意組合以實(shí)現(xiàn)某些功能，給予學(xué)生充分自主學(xué)習(xí)與實(shí)踐探索的機(jī)會，更能發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)新能力。

2.4 制定科學(xué)合理的考核方式

合理的考核方式是檢驗(yàn)學(xué)生學(xué)習(xí)效果的最直接有效的途徑，通過考核能使得學(xué)生更好地理解所學(xué)知識，并優(yōu)化學(xué)習(xí)方法，并提高學(xué)習(xí)效率。具體的考核方式如下：課程考核分為兩部分，一部分是理論考核，采用閉卷考試的方式對學(xué)生的理論知識開展考核，此部分考核分為3個方面，分別為試卷的卷面分?jǐn)?shù)占比為70%、平時出勤和作業(yè)分?jǐn)?shù)的占比為10%、期中考試分?jǐn)?shù)的占比為20%，雖然平時和其中考試成績占比相對較低，但能在學(xué)生學(xué)習(xí)理論課知識的過程中起到督促的作用。

另一部分是實(shí)驗(yàn)考核，在實(shí)驗(yàn)考核環(huán)節(jié)，成績主要包括25%的正常出勤和實(shí)驗(yàn)過程成績、25%的實(shí)驗(yàn)報告成績、50%的實(shí)驗(yàn)測試成績。平時的實(shí)驗(yàn)作業(yè)可從傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)中選出部分進(jìn)行驗(yàn)證，在此基礎(chǔ)上，增加若干個設(shè)計性實(shí)驗(yàn)。由教師給出設(shè)計內(nèi)容和設(shè)計要求，學(xué)生通過自主查閱資料，確定實(shí)施方案，并親自動手完成硬件系統(tǒng)的搭建及軟件驅(qū)動程序的編寫。在最終實(shí)驗(yàn)考核環(huán)節(jié)，以“導(dǎo)師制”項(xiàng)目組為單位，每個組分配一道實(shí)踐題，并規(guī)定限時完成，完成后讓每位成員都回答實(shí)踐環(huán)節(jié)的一個操作環(huán)節(jié)，避免未參與實(shí)驗(yàn)的學(xué)生拿到與其他組員相同的分?jǐn)?shù)，確保每位學(xué)生都能參與實(shí)驗(yàn)，并更好地理解所學(xué)知識。最終理論考核和實(shí)驗(yàn)考核各按照50%的比例相加即得到最終的考核成績。

3 ?結(jié)語

《微機(jī)原理及應(yīng)用》作為一門電氣工程專業(yè)的必修課，探索其課堂教學(xué)建設(shè)有著重要意義。該文針對《微機(jī)原理及應(yīng)用》在實(shí)際教學(xué)中遇到的困難，結(jié)合“導(dǎo)師制”的方法，探索了解決以下3個方面問題的方法：（1）教學(xué)方式?jīng)]有創(chuàng)新;（2）實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容單一，內(nèi)容枯燥;（3）考核方式局限性大。一方面，通過以“導(dǎo)師制”進(jìn)行項(xiàng)目分組，通過導(dǎo)師對各位學(xué)生的基礎(chǔ)知識掌握情況進(jìn)行統(tǒng)計，合理分配課上課下的學(xué)習(xí)內(nèi)容，全面提高了教師授課的效率;另一方面，通過改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法和考核方式，在幫助學(xué)生掌握課該知識的同時，也加強(qiáng)了學(xué)生的動手和實(shí)踐能力。因此，結(jié)合“導(dǎo)師制”的《微機(jī)原理及應(yīng)用》教學(xué)改革方法是一次有益探索。

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