面向“卓越計劃”的“微機原理及應(yīng)用”課程改革探索

摘要：“微機原理及應(yīng)用”是一門實用性強、理論知識豐富、比較難學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)課。分析了湖北工業(yè)大學(xué)“微機原理及應(yīng)用”課程在教學(xué)實踐方面存在的問題，從課堂教學(xué)、實訓(xùn)教學(xué)和課程考核等三個方面闡述了面向“卓越工程師計劃”的“微機原理及應(yīng)用”課程少學(xué)時教學(xué)改革的內(nèi)容，并且運用 CDIO 教育模式對“微機原理及應(yīng)用”課程教學(xué)進行了方法革新。從教學(xué)效果來看， 改革取得了一定的成績， 并將在今后的教學(xué)實踐中得到更深入的應(yīng)用與發(fā)展。

關(guān)鍵詞：微機原理及應(yīng)用；卓越計劃；CDIO

作者簡介：馬霽旻（1980-），男，湖北武漢人，湖北工業(yè)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，講師；王粟（1962-），女，湖北松滋人，湖北工業(yè)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，副教授。（湖北 武漢 430068）

基金項目：本文系湖北省電氣信息類本科學(xué)生發(fā)展目標(biāo)定位的研究教學(xué)研究項目（項目編號：省2012270）的研究成果。

中圖分類號：G642.0 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）32-0093-02

“微機原理及應(yīng)用”是高等院校電類專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，通過組織教學(xué)使學(xué)生掌握微機系統(tǒng)的基本概念、接口技術(shù)（數(shù)據(jù)存儲器組織結(jié)構(gòu)、定時中斷技術(shù)以及8255A接口芯片等）和匯編語言方法，為學(xué)生后續(xù)的相關(guān)課程和將來的工作打下一定的理論和實踐基礎(chǔ)。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，培養(yǎng)具有現(xiàn)代工程意識與工程能力，適應(yīng)我國經(jīng)濟發(fā)展需要和國際標(biāo)準(zhǔn)的工程技術(shù)人才，是目前工科院校的重要使命和迫切要完成的任務(wù)。“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”（以下簡稱“卓越計劃”）是為貫徹落實《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（20l0年至2020年）》而提出的高等教育重大改革計劃，湖北工業(yè)大學(xué)正在積極組織和落實“卓越計劃”建設(shè)工作。根據(jù)“卓越計劃”培養(yǎng)的目的和要求，文章對面向“卓越計劃”培養(yǎng)的電類課程教學(xué)改革進行探討，并以電類專業(yè)學(xué)生必修的“微機原理及應(yīng)用”課程作為試驗平臺，對“卓越工程師培養(yǎng)計劃”在“微機原理及應(yīng)用”課程開展實施過程中的教學(xué)內(nèi)容進行探討。而CDIO（ Conceive-Design-Implement-Operate，即構(gòu)思-設(shè)計-實現(xiàn)-運作） 工程教育模式是2000年由美國麻省理工學(xué)院等高校聯(lián)合提出的工程教育改革體系，是國際工程教育改革的優(yōu)秀成果，繼承和發(fā)展了歐美近年來的工程教育改革理念，系統(tǒng)地提煉了四個層面的能力培養(yǎng)大綱和全面實施以及檢驗測評的12條標(biāo)準(zhǔn)，具有較強的操作性。[1]筆者也將該模式用于“微機原理及應(yīng)用”課程的實訓(xùn)改革中，收到了良好的效果。

一、“微機原理及應(yīng)用”課程教學(xué)問題匯總

湖北工業(yè)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院的電類專業(yè)在20世紀(jì)80年代已開設(shè)“微機原理及應(yīng)用”課程，經(jīng)過課程調(diào)整，理論教學(xué)課時由原有的48學(xué)時縮減為40學(xué)時，而課程理論性和實踐性較強，涉及到的知識點比較繁雜，學(xué)生在有限課堂理論學(xué)時內(nèi)難以掌握該門課程的精髓。從近幾年的教學(xué)反饋評估情況來看，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性普遍不高，難以運用所學(xué)知識進行系統(tǒng)設(shè)計。筆者認(rèn)為應(yīng)該注意以下兩方面的問題：

1.理論教學(xué)

教學(xué)內(nèi)容陳舊，與其他相關(guān)課程的教學(xué)脫節(jié)，有限的學(xué)時令教師在教學(xué)環(huán)節(jié)難以涉及目前CPU的最新技術(shù)，因此學(xué)生認(rèn)為課程與現(xiàn)代工程實踐脫節(jié)，實用性一般，有一定的厭學(xué)情緒。

2.實訓(xùn)教學(xué)

實訓(xùn)教學(xué)中采用的是啟東計算機有限公司DVCC-8086JHN實訓(xùn)仿真系統(tǒng)。該型系統(tǒng)主要完成8086芯片功能的驗證連接實驗，學(xué)生無需編寫匯編語言源程序，依照系統(tǒng)連線圖進行連接即可得到實驗結(jié)果，難以發(fā)揮學(xué)生的自主創(chuàng)新能力，理論編程訓(xùn)練和實踐操作實踐結(jié)合度不高。

針對以上問題，為了培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀積極性和實踐動手能力，提高“微機原理及應(yīng)用”課程的教學(xué)質(zhì)量，筆者結(jié)合近年來講授該課程的教學(xué)實踐經(jīng)驗，根據(jù)“卓越計劃”培養(yǎng)的目的和要求，對面向“卓越計劃”培養(yǎng)的電類專業(yè)教學(xué)改革進行探討，并以電類專業(yè)學(xué)生必修的“微機原理及應(yīng)用”課程作為試驗平臺，對“卓越計劃”在該課程開展實施過程中的教學(xué)內(nèi)容進行探討，結(jié)合西方發(fā)達國家在課程講授時的產(chǎn)學(xué)教育一體化思路，即麻省理工學(xué)院創(chuàng)立的 CDIO工程教育方法（CDIO Approach），對教學(xué)效果等方面制訂了適合企業(yè)需要且滿足教學(xué)要求的標(biāo)準(zhǔn)，為后期的量化評估提供參照。

二、面向“卓越計劃”少學(xué)時“微機原理及應(yīng)用”課程CDIO模式教學(xué)討論

根據(jù)“卓越計劃”的培養(yǎng)要求，工科院校本科階段的教學(xué)總時長仍然為4年，采用“3+1”模式。即3年校內(nèi)理論學(xué)習(xí)，累計1年的校外企業(yè)實習(xí)和畢業(yè)設(shè)計。[2]傳統(tǒng)的培養(yǎng)模式遵循工科電類知識學(xué)習(xí)的順序：高等數(shù)學(xué)→計算機基礎(chǔ)理論電路分析基礎(chǔ)→電子技術(shù)（模擬、數(shù)字）基礎(chǔ)工程電磁場等課程，該授課順序雖然符合電類專業(yè)的教學(xué)規(guī)律，但和“卓越計劃”的培養(yǎng)要求存在一定的沖突。如單片機、數(shù)字信號處理器等應(yīng)用技術(shù)類課程的開課時間會由于基礎(chǔ)理論課程的學(xué)習(xí)而被推后。而學(xué)生在大三的時候，需要參加各級各類電子、電氣類工程設(shè)計競賽項目，這些競賽項目需要一定的應(yīng)用理論知識和實踐動手能力。由于專業(yè)應(yīng)用類課程開設(shè)時間的滯后，可能會影響他們準(zhǔn)備工作和參賽計劃，所以必須調(diào)整原有的培養(yǎng)方案以滿足“卓越計劃”的培養(yǎng)要求。為此有些院校嘗試提前開設(shè)電類基礎(chǔ)課程，在大一上就開始進行電路分析基礎(chǔ)課程教學(xué)。然而這樣機械地提前講授電類基礎(chǔ)課程，使學(xué)生的理論基礎(chǔ)難以有效掌握，[3]而學(xué)生理論基礎(chǔ)的削弱，會直接影響其后續(xù)專業(yè)發(fā)展。“卓越計劃”的教學(xué)改革必須充分考慮以上問題，所以根據(jù)電類專業(yè)課程的教學(xué)體系對“微機原理及應(yīng)用”課程進行了以下改革：

第一，減少“微機原理及應(yīng)用”中的有關(guān)8086系列芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)、寄存器、匯編語言、信號時序等內(nèi)容的講解，增加8086與ARM以及DSP等現(xiàn)代微處理器功能相似性的講解，讓學(xué)生從原理上明白微處理器功能實現(xiàn)特點和相關(guān)性，在學(xué)習(xí)8086微處理器基本工作原理的同時更能明確以后更有實用價值的現(xiàn)代微處理器的工作原理和編程思想，為工程實踐奠定感性認(rèn)識，減少學(xué)生對復(fù)雜芯片的畏懼感。

第二，課程教學(xué)期間盡量創(chuàng)造條件讓學(xué)生更早、更多地接觸學(xué)習(xí)電類工程實際問題，使學(xué)生在理論教學(xué)階段就建立起潛在的工程實踐意識，這是“微機原理及應(yīng)用”課程教學(xué)改革的主要目標(biāo)，也是CDIO教育模式中實現(xiàn)工程能力培養(yǎng)的重要條件。為了培養(yǎng)學(xué)生興趣，在“微機原理及應(yīng)用”開課前的周末用兩天的時間帶領(lǐng)學(xué)生參觀相關(guān)公司，讓學(xué)生在開課前對該門課程的研究對象有一個感性的認(rèn)識。在課程結(jié)束后，安排學(xué)生以小組的形式進入工廠實習(xí)，使其具有更深刻的工程意識，從而有機地將“卓越計劃”培養(yǎng)和CDIO教育理念貫穿于“微機原理及應(yīng)用”整門課程的教學(xué)中，以實訓(xùn)項目為主線，把該課程乃至電類專業(yè)所需的知識、應(yīng)達到的能力、素質(zhì)等培養(yǎng)目標(biāo)融入至整個實踐教學(xué)過程中，使學(xué)生在學(xué)習(xí)知識、培養(yǎng)技能的同時，更能達到鍛煉團隊合作能力的目的。

三、考核評價體系

考核對教學(xué)的引導(dǎo)作用是非常關(guān)鍵的。湖北工業(yè)大學(xué)在考核評價體系改革中對“微機原理及應(yīng)用”課程實踐教學(xué)的考核既關(guān)注結(jié)果，又重視平時的學(xué)習(xí)過程；既關(guān)注成績，又重視學(xué)生的全面發(fā)展，將考核評價貫穿于整個教學(xué)過程。最終成績由平時實訓(xùn)成績（占 50%）、實訓(xùn)考核（占40%）、實訓(xùn)出勤（占10%）三部分共同構(gòu)成。

實訓(xùn)成績；

其中，Mi為第i次實訓(xùn)的平時成績（i=1～n）；N為實訓(xùn)考核成績；nk表示學(xué)生實際實訓(xùn)次數(shù)n表示實訓(xùn)總次數(shù)；mj表示實訓(xùn)預(yù)習(xí)、實訓(xùn)操作過程、實訓(xùn)結(jié)果和實訓(xùn)報告的成績（j=1～4）。平時實訓(xùn)成績強調(diào)實訓(xùn)預(yù)習(xí)、實訓(xùn)操作過程、實訓(xùn)結(jié)果與實訓(xùn)報告等四個部分，具體評定方案見表1。該評定方案注重實訓(xùn)的操作過程，考察學(xué)生實踐動手能力的同時，也增強了學(xué)生口語表達能力和書面語言組織能力。[4]

四、教學(xué)效果與統(tǒng)計分析

通過近兩年的教學(xué)實踐結(jié)果檢驗，運用文獻分析法，針對面向“卓越計劃”的少學(xué)時“微機原理及應(yīng)用”課程CDIO模式教學(xué)改革進行了問卷調(diào)查。采取隨機抽樣的方式對湖北工業(yè)大學(xué)電氣學(xué)院大學(xué)三年級和四年級學(xué)生（問卷份數(shù)：152份）進行了調(diào)查，同時與部分學(xué)生及教務(wù)處老師進行座談，以期保證研究的可信度，最后利用數(shù)據(jù)庫軟件完成問卷分析，分析結(jié)果見表2。

由表可見，本項目不僅將“微機原理及應(yīng)用”的教學(xué)實訓(xùn)內(nèi)容貫穿在一起，而且還在“卓越計劃”的框架下對傳統(tǒng)的實訓(xùn)內(nèi)容進行了擴充和更新，使其更接近實際工程需求，促進學(xué)生把基礎(chǔ)知識的獲取以及工程實踐能力的培養(yǎng)融會貫通，真正實現(xiàn)了CDIO“理論與實踐相結(jié)合”和“基于項目的教育和學(xué)習(xí)”的教育理念，同時也受到了絕大多數(shù)學(xué)生的認(rèn)可。

五、結(jié)論

本文通過借鑒CDIO工程教育方法，針對我國工科院校“微機原理及應(yīng)用”課程教學(xué)過程中存在的問題，依托“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”的工程教育理念對學(xué)生培養(yǎng)提出了大工程觀的教育方法，構(gòu)建“設(shè)計——實現(xiàn)”為特色的一體化教學(xué)工程實踐課程體系，主張理論學(xué)習(xí)與工程實踐能力綜合發(fā)展，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和工程實踐的敏感性，提高我國高等工程教育的質(zhì)量，培養(yǎng)具有問題解決能力的卓越工程師，從而滿足我國建設(shè)創(chuàng)新型國家、建設(shè)人才強國的需要。

參考文獻：

[1]尹勇，劉嵐.面向“卓越工程師計劃”培養(yǎng)的《微機原理》課程教學(xué)改革淺析[J].教育教學(xué)論壇，2013，（14）：11-12.

[2]李珍香，李全福.基于CDIO模式的微機原理與接口技術(shù)課程實驗教學(xué)改革與實踐[J].實驗室科學(xué)，2013，（1）：65-68.

[3]劉宏達，蘭海，馬忠麗，等.培養(yǎng)大學(xué)生綜合素質(zhì) 改革電氣工程專業(yè)實驗教學(xué)模式[J].實驗技術(shù)與管理，2011，（3）：128-131.

[4]張元濤.“微機原理及應(yīng)用”課程的教學(xué)改革探討[J].中國電力教育，2013，（5）：84-85.