創新機制下“微機原理與接口技術”教學改革研究

摘要：卓越工程師教育培養計劃是我國高等工程教育亟待實施的重要任務。分析卓越工程師對工程教育的特點和要求，結合“微機原理與接口技術”的教學特點和困難，力圖探索應用型卓越工程師培養的有效途徑和實現條件，在培養模式、教學形式和實踐類型等方面提出滿足工程師要求的培養策略，突出知識點的綜合、實踐目標的工程導向和創新能力的強化，為課程建設明確方向。

關鍵詞：卓越工程師；微機原理與接口技術；培養模式

作者簡介：柳飛（1978-），男，貴州貴陽人，貴州大學機械工程學院，講師。（貴州 貴陽 550025）

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2012）26-0081-02

隨著國際經濟環境的不斷惡化，處于制造行業利益鏈條末端的“中國制造”受到了巨大的沖擊，亟待將“中國制造”轉變為“中國創造”，優秀工程師的培養是其中的核心環節之一。“卓越工程師培養計劃”是教育部于2010年推出的重大教育改革計劃，它屬于國家中長期教育改革和發展規劃，[1]其目標主要包括三個方面，其一是強化學生的工程實踐能力和創新能力，其二是指導學校制定卓越工程師的培養標準，其三是強調企業深度參與學校教育。

目前，我國的工科教育受到投入經費、傳統觀念和實踐手段等多重約束，缺乏自主創新和個性化設計能力，教育模式同質化現象嚴重，難以滿足企業的多樣化需求。高校擴招后，一方面巨大的師生比和實驗環境的投入不足，重理論、輕實踐的教育環境導致技術型、實用型和創新型的人才培養機制發展滯后，另一方面，企業界參與培養的程度不夠，也造成人才的輸出不足。[2]企業發展最為重要的工程師嚴重匱乏，已經成為制約行業轉換的主要原因。雖然我國在教育改革方面已經做出了大量工作并取得了許多成果，但是在教育成果的衡量和轉換方面仍然無法達到量化的程度，[3]相比國內，西方發達國家在課程講授時始終堅持產學教育一體化，比如德國“卓越計劃”和歐洲高等工程教育的H3E/E4/TREE計劃中，對教學效果等方面制定了適合企業需要且滿足教學要求的標準，為后期的量化提供參照。

一、課程教學中出現的主要問題

“微機原理與接口技術”（以下簡稱為“微機原理”）是貴州大學（以下簡稱“我校”）機械、電工電子、計算機和通信等工科專業的重要基礎課之一，在本科教學培養體系中具有重要地位。隨著大量新技術的出現和快速發展，“微機原理”涵蓋的知識不斷擴大，成為眾多技術學科的交叉點，是后續諸多課程不可橫亙的關鍵。“微機原理”是學生接觸和掌握后續微機控制類課程的基礎，開設目的在于培養學生利用所學的微機原理知識，分析和解決相關工程實踐中的基本問題的能力。西方發達國家在相關課程的安排可以為我們提供參考，我們可以從具體的教學內容中看出端倪。西方發達國家在講授“微機原理”時通常沒有固定的知識框架，以實際應用為導向，根據科技發展的方向隨時更換教學內容，在8位單片機、32/64位通用PC、嵌入式ARM系統、信號處理DSP、可編程器件FPGA以及片上SOC系統等知識構成中靈活把握課程內容和形式，不拘泥于教材內容和實踐模式。與此相對，國內在課程教學中普遍存在與實際應用脫節的現象，教材內容常圍繞INTEL 8086/88 CPU，ISA/EISA/PCI總線，以及8251/8255接口芯片等已經淘汰或處于淘汰邊緣的知識，無法滿足行業領域的卓越工程師素質的培養，學生在努力學習課程后卻發現自己處于無法設計、無法使用和無法擴展的尷尬境地。

“微機原理”主要面向低年級工科學生開設，由于學時數壓縮、生源素質下降和前導知識的不完備等主客觀原因，課程的教學任務面臨諸多困難，而這也是國內相關課程教育的常態現象。當前，國內在“微機原理”的教授過程中存在的問題主要包括下述三個方面，教材內容陳舊，無法正確表達工程實際需要；不斷減少的學時數與龐大的微機教學內容矛盾突出；學生對微機內部結構缺乏感性認識，從實踐角度分析工程問題等專業素養較難提升。[4]上述三個問題集中表現為理論與實踐的脫節，一方面逐漸成為課程教學的瓶頸，另一方面與卓越工程師的培養要求存在較大差距，急需在堅持以生產實際為導向的前提下，對課程教學形式和培養模式進行改革，是每一位課程老師不斷思考的新問題。

二、教學研究的方向和改革重點

根據卓越工程師的培養要求和衡量標準，需要對“微機原理”課程進行改革，主要集中在研究方法、技術路線和實現手段等三個方面。

1.研究方法

課題采用參與人員從“卓越工程師”培養標準出發，通過頭腦風暴得到基礎思想，邀請教育專家和企業人士探討并定下原型方案，最后通過引入不同層次的學生代表到課題中，得到滿足要求的教改方案。具體解決下述三個方面的問題：細化行業需求，包括設計在不同專業、不同課時量前提下可配置知識的覆蓋框架；設計課程交叉知識點在不同學科、不同專業的效用矩陣，以及相應的權重值；設計智能化實驗流程生成系統，用于產生基于行業目標的實驗流程。

2.技術路線

參照“卓越工程師”的要求和標準，以行業實踐要求和發展需要為導向，評估課程中各個知識點的權重值，制定相應的教學和實踐教學脈絡，形成多個子方向，量化子方向的目標后，建立相應的課題里程碑，以時間和目標的組合方式倒推出課題實施計劃，同時，通過構建支撐網站的形式，將課題研究結果對外發布，包括課程核心知識點、關聯知識、延伸內容和虛擬實驗平臺等，獲取相應修改意見，逐步完善符合行業需求的“微機原理”課程教改方案。

3.具體改革手段

（1）優化“微機原理”教學內容。 對于非計算機方向的工科專業，“微機原理”課程內容大，學時相對較少，需要對授課內容進行優化，突出主線內容。根據行業實際需要和后續課程的知識傳承，重新設定課程需要覆蓋的知識點，經過有機整合后擬定教學主線。教師在主線的教學過程中，以啟發式和引導式教學思路講解主線的核心和內容走向，非主線內容讓學生根據需要或愛好自學，采用案例進行教學，將構思、設計、實現和運作的CDIO教學循環模式。[5]以內存的組織架構為例，教學的重點在于內存的類型選擇以及與硬盤等外部設備的信息通信模式，至于內存中的內容組織形式和調度模式等知識不作為重點講解內容，達到了優化教學內容，節約課時的目的。

（2）改革教學方法和教學手段。專業課程的學習總是緊張和枯燥的，提升學生的興趣是解決注意力瓶頸的有效手段。興趣的培養主要包括兩個元素，即好奇心和挑戰欲。通過緊密聯系實際，以現實案例講述課程的重要性，引發學生好奇心，提升課程學習的興趣，在此基礎上，以啟發、引導、互動和對比等手段提高學生的主觀能動性，將教學思路由知識講解轉變為問題解決，以圖形、模型、多媒體以及虛擬現實等方式讓待解決問題具體化，激發學生的挑戰欲望。講過兩個步驟的有效組合，學生不斷由被動學習模式轉變為主動吸收模式，進入自動化學習狀態。

（3）改革實驗教學。“微機原理”作為重要的專業基礎課，要達到“卓越工程師計劃”的培養要求，需要進一步強化工程實踐能力和創新研發能力，在實踐手段、創新模式和能力評估等方面存在改革的必要性。通過對相關企業的參觀學習或生產實踐，明確行業發展需要，重構實驗內容，擬定課程實驗的邏輯脈絡，即是以目標為導向將實驗內容分類劃分，形成多條可選的實驗流程，消除傳統實驗中的孤島效應。同時，以學科發展熱點為引導，設置實踐目標，以頭腦風暴的形式構筑理念討論的氛圍，以思想構建到產品制造的整個流程中能力評估全程參與。實驗環節改革的目標是產生一種良性循環機制，學生自主化地完成選擇問題、收集信息、分析問題、整合信息、解決問題、優化問題、指導實踐、優化生產等多個流程，從而達到牢固掌握學科相關知識的目的。

（4）教材建設。根據學校的定位和卓越工程師的培養要求，研發“微機原理”的課程講義，重點突出對行業需要、技術現狀和跟蹤以及與其他學科的銜接關系的設計。

三、課程教學改革的意義

“微機原理”教學改革存在多方面現實意義，包括整合現有實驗資源，優化考評模式和提升實踐層次等三方面。

1.整合現有實驗資源

目前，與“微機原理”課程相關的設備數量和種類以及指導人員配置都較少，但相關資源卻有很多，包括單片機實驗開發平臺、可編程控制器PLC、數控機床、測控設備等，課題將根據“卓越工程師”對“微機原理”課程的要求，對實踐內容進行靈活擴展，將相關資源納入實踐環節，提升資源利用率，實現現有資源的有效整合，為培養學生的創新能力提供支撐。

2.優化考評模式

傳統考評主要是對多個孤立的知識點進行衡量，點與點之間關聯耦合程度不高，無法正確評估實踐質量，課題依據“卓越工程師”對“微機原理”課程的相關標準，在技術脈絡和目標方向兩個方面對教學內容的分類進行整理，強化實踐的目標，實現考評模式的優化，逐步向量化方向邁進。

3.提升實踐層次

常規的課程實踐局限在微機原理的教學，缺乏對行業大局觀和技術走向的把握，課題將根據“卓越工程師”要求，從企業應用角度出發，將現有微機控制平臺進行有效整合，提出綜合實驗模式，將傳統的知識點實踐上升到子課題設計的高度，實現實踐層次的提升，強化學生的工程能力。

四、結語

“微機原理”課程在“卓越工程師”計劃下的教學改革，始終以培養學生工程實踐能力和創新能力為核心目標，根據工程環境需要，不斷優化教學內容和激發學生興趣，重組教學手段，將生產實踐嵌入到教學和實驗的各個環節中，切實提高教學質量，培養適應行業需要的卓越工程專家。

參考文獻：

[1]高等教育司理工處.“卓越工程師培養計劃”第二次研討會部分資料匯編(卓越工程師計劃要點[討論稿])[Z].2009.

[2]林健.工程師的分類與工程人才培養[J].清華大學教育研究，2010，

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[3]朱高峰.論科學與技術的區別——建立創新型國家中的一個重要問題[J].高等工程教育研究，2010，(2):10-14.

[4]鮑吉龍，傅越千，樓建明.應用型本科電類專業實踐教學改革的探索[J].高等工程教育研究，2009，(6):100-103.

[5]Bankel J，Berggren K F，Blom K，Crawley E F，et al.The CDIO syllabus–a comparative study of expected student proficiency[J].European J.of Engng.Educ，

2003，28(3):297-315.

（責任編輯：宋秀麗）